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房屋的热模型 -凯发k8网页登录

此示例说明如何使用 simulink® 来创建房屋的热模型。此系统对室外环境、房屋的热特性和房屋供暖系统进行建模。

文件会初始化模型工作区中的数据。要进行更改，您可以直接编辑模型工作区，或编辑文件并重新加载模型工作区。要查看模型工作区，请从 simulink 编辑器的建模选项卡中，点击模型资源管理器。

打开模型

首先，打开 模型。

初始化模型

此模型可用于计算普通房屋的供暖成本。打开模型会从 文件加载关于房屋的信息。该文件执行以下操作：

  • 定义房屋几何信息（大小、窗户数量）

  • 指定房屋材料的热属性

  • 计算房屋的热阻

  • 提供加热器特性（热空气温度、流速）

  • 定义电力成本（0.09 美元/千瓦时）

  • 指定初始室内温度 (20 ºc = 68 ºf)

  • 注意：时间以小时为单位。某些量，如空气流速，以每小时（不是每秒）表示。

模型组件

set point

set point 是一个常量模块。它指定室内必须保持的温度。默认为 70 ºf。温度以 ºf 为单位。该模型将温度转换为 ºc。

thermostat

thermostat 子系统包含一个 relay 模块。调温器允许温度在理想室温上下 5 ºf 范围内波动。如果气温降到 65 ºf 以下，调温器会打开加热器。

打开 子系统。

heater

heater 子系统对恒定空气流速 mdot 进行建模，其值在 文件中指定。调温器信号用于打开或关闭加热器。当加热器打开时，它以恒定的 mdot 流速（默认 1 千克/秒 = 3600 千克/小时）吹出温度 theater（默认为 50 ºc = 122 ºf）的热空气。方程 1 表示进入房间的热流。

方程 1

$$\frac{dq}{dt}=\left( t_{heater} - t_{room} \right) \cdot mdot \cdot c$$

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

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

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

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

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

打开 子系统。

cost calculator

cost calculator 是一个 gain 模块。cost calculator 随时间的推移对热流进行积分，然后乘以能源成本。模型在 plotresults 示波器内绘制加热成本。

house

house 是计算室温变化的子系统。它会考虑来自加热器的热流和在环境中的热损失。热损失和温度时间导数由方程 2 表示。

方程 2

$$\left( \frac{dq}{dt} \right) _{losses} = \frac{t_{room}-t_{out}}{r_{eq}}$$

$$\frac{dt_{room}}{dt} = \frac{1}{m_{air} \cdot c} \cdot \left( \frac{dq_{heater}}{dt} - \frac{dq_{losses}}{dt} \right) $$

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

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

打开 子系统。

环境建模

为了对环境进行仿真，该模型使用具有无限热容量和时变温度 tout 的散热器。常量模块 avg outdoor temp 指定室外平均气温。daily temp variation sine wave 模块产生室外温度的日温波动。您可以更改这些参数，看看它们如何影响供暖成本。

运行仿真并可视化结果

运行仿真。使用 plotresults 示波器可视化结果。该示波器绘制供暖成本以及室内对室外温度的图。室外温度呈正弦变化。室内温度保持在设置值的上下 5 ºc 内。时间轴以小时为单位。

根据此模型，给房屋供热两天的成本大约为 30 美元。尝试更改参数并观察系统响应。

接下来的步骤

此模型只计算供暖成本。如果室外温度高于室内温度，室内温度将超过所需的 set point 值。

您可以修改此模型，使其包含空调。您可以将空调实现为修改后的加热器。要进行此修改，请在 中添加如下参数。

  • 冷空气输出

  • 空调气流的温度

  • 空调效率

要同时控制空调和加热器，请修改调温器。

另请参阅

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