Exponenta Banner
exponenta event banner

Тепловая модель дома

Открыть модель

В этом примере показано, как использовать Simulink ® для создания тепловой модели дома. Эта система моделирует наружную среду, тепловые характеристики дома и систему отопления дома.

Файл sldemo_househeat_data.m инициализирует данные в рабочей области модели. Чтобы внести изменения, можно непосредственно отредактировать рабочее пространство модели или отредактировать файл и повторно загрузить рабочее пространство модели. Чтобы просмотреть рабочее пространство модели, на вкладке Моделирование редактора Simulink щелкните Обозреватель моделей.

Открыть модель

Сначала откройте модель sldemo_househeat.

Инициализация модели

Эта модель вычисляет затраты на отопление для общего дома. При открытии модели информация о доме загружается из файла sldemo_househeat_data.m. Файл выполняет следующие действия:

  • Определяет геометрию дома (размер, количество окон)

  • Тепловые свойства материалов дома

  • Вычисляет тепловое сопротивление дома

  • Обеспечивает характеристики нагревателя (температура горячего воздуха, расход)

  • Определяет стоимость электроэнергии (0,09 $/кВт)

  • Начальная температура в помещении (20 ° C = 68 ° F)

  • Примечание: Время дается в единицах времени. Определенные количества, такие как расход воздуха, выражаются в час (не в секунду).

Компоненты модели

Уставка

Уставка является постоянным блоком. Он определяет температуру, которая должна поддерживаться в помещении. По умолчанию он равен 70 ºF. Температуры приведены в ºF. Модель преобразует температуру в ° C.

Термостат

Подсистема термостата содержит релейный блок. Термостат допускает колебания 5 ° F выше или ниже требуемой комнатной температуры. Если температура воздуха падает ниже 65 ° F, термостат включает нагреватель.

Откройте подсистему термостата.

Нагреватель

Подсистема нагревателя моделирует постоянный расход воздуха, Mdot, которая указана в файле sldemo_househeat_data.m. Сигнал термостата включает или выключает нагреватель. Когда нагреватель включен, он продувает горячий воздух при температуре THeater (50 ºC = 122 ºF по умолчанию) при постоянном расходе Mdot (1 кг/с = 3600 кг/ч по умолчанию). Уравнение 1 выражает тепловой поток в помещение.

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.

Калькулятор затрат

Калькулятор затрат является блоком усиления. Калькулятор затрат интегрирует тепловой поток с течением времени и умножает его на стоимость энергии. Модель отображает затраты на отопление в области PlotResults.

Дом

Дом является подсистемой, которая рассчитывает изменения температуры в помещении. При этом учитывается тепловой поток от нагревателя и тепловые потери в окружающую среду. Тепловые потери и производная температуры по времени выражаются уравнением 2.

Уравнение 2

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

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

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

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

Откройте подсистему House.

Моделирование среды

Для моделирования окружающей среды модель использует теплоотвод с бесконечной теплоемкостью и изменяющейся во времени температурой, Tout. Постоянный блок Avg Outdoor Temp определяет среднюю температуру воздуха на открытом воздухе. Ежедневный блок изменения температуры синусоидальной волны генерирует суточные колебания температуры наружного воздуха. Можно изменить эти параметры и посмотреть, как они влияют на затраты на отопление.

Выполнение моделирования и визуализация результатов

Запустите моделирование. Используйте область PlotResults для визуализации результатов. Объем работ отражает затраты на тепло и температуру внутри помещения в сравнении с температурой наружного воздуха. Температура снаружи изменяется синусоидально. Температура в помещении остается в пределах 5 ° C от уставки. Ось времени находится в часах.

Согласно этой модели, обогревать дом в течение двух дней стоило бы около 30 долларов. Попробуйте изменить параметры и наблюдать за реакцией системы.

Следующие шаги

Эта модель вычисляет только затраты на отопление. Если температура наружного воздуха выше, чем комнатная температура, то комнатная температура будет превышать требуемую уставку.

Эту модель можно изменить, включив в нее кондиционер. Кондиционер можно реализовать в виде модифицированного нагревателя. Для этого добавьте в sldemo_househeat_data.m следующие параметры.

  • Выход холодного воздуха

  • Температура потока от кондиционера

  • Эффективность кондиционера

Для управления кондиционером и нагревателем измените термостат.

См. также

|

Связанные темы

Документация Simulink

Поддержка