Тепловая модель дома

Открытая модель

В этом примере показано, как использовать Simulink®, чтобы создать тепловую модель дома. Это системные модели наружная среда, тепловые характеристики дома и система отопления дома.

sldemo_househeat_data.m файл инициализирует данные в рабочем пространстве модели. Чтобы внести изменения, можно отредактировать рабочее пространство модели напрямую или отредактировать файл и перезагрузить рабочее пространство модели. Чтобы просмотреть рабочее пространство модели, от вкладки Simulink Editor Modeling, нажимают Model Explorer.

Открытая модель

Во-первых, откройте sldemo_househeat модель.

Инициализируйте модель

Эта модель вычисляет нагревающиеся затраты для типового дома. Открытие модели загружает информацию о доме из sldemo_househeat_data.m файла. Файл делает следующее:

  • Задает геометрию дома (размер, количество окон)

  • Задает тепловые свойства материалов дома

  • Вычисляет тепловое сопротивление дома

  • Обеспечивает характеристики нагревателя (температура горячего воздуха, скорости потока)

  • Задает стоимость электричества (0,09$/kWhr)

  • Задает начальную комнатную температуру (20 ºC = 68 ºF)

  • Примечание: Время дано в модулях часов. Определенные количества, как воздушная скорость потока, описываются в час (не в секунду).

Компоненты модели

Заданные значения

Заданные значения являются постоянным блоком. Он задает температуру, которая должна быть обеспечена в закрытом помещении. По умолчанию это - 70 ºF. Температуры даны в ºF. Модель преобразует температуру в ºC.

Термостат

Подсистема Термостата содержит блок Relay. Термостат позволяет колебания 5 ºF выше или ниже желаемой комнатной температуры. Если температура воздуха опускается ниже 65 ºF, термостат включает нагреватель.

Откройте подсистему Термостата.

Нагреватель

Подсистема Нагревателя моделирует постоянный уровень воздушного потока, Mdot, который задан в sldemo_househeat_data.m файле. Сигнал термостата включает или выключает нагреватель. Когда нагреватель работает, поток горячего воздух в переменной THeater (50 ºC = 122 ºF по умолчанию) при постоянной скорости потока жидкости Mdot (1kg/sec = 3600kg/hr по умолчанию). Уравнение 1 описывает тепловой поток в комнату.

Уравнение 1

$$\frac{dQ}{dt}=\left( T_{heater} - T_{room} \right) \cdot Mdot \cdot c$$

$$\frac{dQ}{dt} = \mbox{ heat flow from the heater into the room}$$

$$c = \mbox{ heat capacity of air at constant pressure}$$

$$Mdot = \mbox{ air mass flow rate through heater (kg/hr)}$$

$$T_{heater} = \mbox{ temperature of hot air from heater}$$

$$T_{room} = \mbox{ current room air temperature}$$

Откройте подсистему Нагревателя.

Расчет стоимости

Расчет стоимости представлен блоком Gain. Расчет стоимости интегрирует тепловой поток в зависимости от времени и умножает его на стоимость энергии. Модель стоимости нагревания графически изображает стоимость обогрева на осциллографе PlotResults.

Дом

Дом является подсистемой, в которой вычисляются изменения комнатной температуры. Это учитывает тепловой поток от нагревателя и потерь тепла к среде. Потери тепла и производная по времени от температуры описываются уравнением 2.

Уравнение 2

$$\left( \frac{dQ}{dt} \right) _{losses} = \frac{T_{room}-T_{out}}{R_{eq}}$$

$$\frac{dT_{room}}{dt} = \frac{1}{M_{air} \cdot c} \cdot \left( \frac{dQ_{heater}}{dt} - \frac{dQ_{losses}}{dt} \right) $$

$$M_{air} = \mbox{ mass of air inside the house}$$

$$R_{eq} = \mbox{ equivalent thermal resistance of the house}$$

Открытая подсистема палаты.

Смоделируйте среду

Чтобы симулировать среду, модель использует теплоотвод с бесконечной теплоемкостью и время изменения температуры, Tout. Постоянный блок Avg Outdoor Temp задает среднюю температуру воздуха на открытом воздухе. Блок The Daily Temp Variation Sine Wave ежедневно генерирует наружные температурные колебания. Можно варьировать эти параметры и видеть, как они влияют на затраты для нагрева.

Запустите симуляцию и визуализируйте результаты

Запустите симуляцию. Используйте осциллограф PlotResults, чтобы визуализировать результаты. Осциллограф строит стоимость тепла и внутренний по сравнению с наружными температурами. Температура вне помещения варьируется синусоидально. В закрытом помещении температура остается в 5 ºC Сетбола. Ось времени находится в часах.

Согласно этой модели, это стоило бы приблизительно 30$, чтобы нагреть дом в течение двух дней. Попытайтесь варьироваться параметры и наблюдайте отклик системы.

Следующие шаги

Эта модель вычисляет нагревающиеся затраты только. Если температура внешнего воздуха будет выше, чем комнатная температура, комнатная температура превысит желаемый Сетбол.

Можно изменить эту модель, чтобы включать кондиционер. Можно реализовать кондиционер как модифицированный нагреватель. Для этого добавьте параметры как следующее к sldemo_househeat_data.m.

  • Отвод холодного воздуха

  • Температура потока от кондиционера

  • КПД кондиционера

Чтобы управлять и кондиционером и нагревателем, измените термостат.

Смотрите также

|

Похожие темы

Документация Simulink

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте