Тепловая модель дома

Откройте модель

В этом примере показано, как использовать Simulink ® для создания тепловой модели дома. Эта система моделирует наружное окружение, тепловые характеристики дома и системы отопления дома.

Файл sldemo_househeat_data.m инициализирует данные в рабочем пространстве модели. Чтобы внести изменения, можно отредактировать рабочее пространство модели непосредственно или отредактировать файл и повторно загрузить рабочее пространство модели. Чтобы просмотреть рабочее пространство модели, на вкладке Simulink Editor Modeling, нажмите Model Explorer.

Откройте модель

Сначала откройте модель sldemo_househeat.

Инициализация модели

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

  • Определяет геометрию дома (размер, количество окон)

  • Определяет тепловые свойства материалов дома

  • Вычисляет тепловое сопротивление дома

  • Обеспечивает характеристики нагревателя (температура горячего воздуха, скорость потока жидкости)

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

  • Задает начальную комнатную температуру (20 ° C = 68 ° F)

  • Примечание: Время определяется в единицах часов. Определенные величины, такие как скорость потока воздуха, выражаются в час (не в секунду).

Моделируйте компоненты

Заданные точки

Заданные точки являются постоянным блоком. Он задает температуру, которая должна поддерживаться в закрытом помещении. По умолчанию это 70 ° F. Температуры приведены в ° F. Модель преобразует температуру в αC.

Термостат

Подсистема Thermostat содержит блок Relay. Термостат допускает колебания на 5 ° F выше или ниже желаемой комнатной температуры. Если температура воздуха падает ниже 65 ° F, термостат включает нагреватель.

Откройте подсистему Thermostat.

Нагреватель

Подсистема Нагревателя моделирует постоянную воздушную скорость потока жидкости, Mdot, который задан в файле sldemo_househeat_data.m. Сигнал термостата включает или отключает нагреватель. Когда нагреватель включен, он выдувает горячий воздух при температуре THeater (50 ° C = 122 ° F по умолчанию) при постоянной скорости потока жидкости Mdot (1 кг/сек = 3600 кг/ч по умолчанию). Уравнение 1 выражает 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 с течением времени и умножает его на стоимость энергии. Модель графически отображает стоимость нагрева в области PlotResults.

Дом

Дом является подсистемой, в которой вычисляются изменения комнатной температуры. Он принимает во факторе тепловой поток от нагревателя и потери тепла к окружению. Потери тепла и производные по времени от температуры выражены 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.

Моделируйте окружение

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

Запуск симуляции и визуализация результатов

Запустите симуляцию. Используйте возможности PlotResults, чтобы визуализировать результаты. В возможности показаны затраты на тепло и зависимости от температуры внутри помещения и снаружи. Температура на открытом воздухе изменяется синусоидально. Температура в закрытом помещении остается в пределах 5 ° C от заданной точки. Ось Времени находится в часах.

Согласно этой модели, обогревать дом в течение двух дней стоило бы около 30 долларов. Попробуйте варьировать параметры и наблюдайте за откликом системы.

Следующие шаги

Эта модель рассчитывает только затраты на отопление. Если температура наружного воздуха выше комнатной температуры, комнатная температура будет превышать требуемую Точку Set.

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

  • Отвод холодного воздуха

  • Температура потока от кондиционера

  • Эффективность кондиционера

Чтобы управлять и кондиционером, и нагревателем, измените термостат.

См. также

|

Похожие темы

Документация Simulink

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте