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房屋热模型

这个例子展示了如何使用Simulink®来创建房屋的热模型。金宝app该系统模拟了室外环境、房屋的热特性和房屋供暖系统。

sldemo_househeat_data.m文件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,或者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编辑器中选择view > model Explorer。金宝app

打开模型

打开sldemo_househeat模型

图1:住宅供暖模式

模型初始化

该模型计算一般住宅的供暖费用。当模型被打开时,它从sldemo_househeat_data.m文件。该文件执行以下操作:

  • 定义房子的几何形状(大小,窗户的数量)

  • 指定房屋材料的热性能

  • 计算房屋的热阻

  • 提供加热器特性(热风温度,流量)

  • 定义电力成本(0.09美元/千瓦时)

  • 指定初始室温(摄氏20度=华氏68度)

  • 注意:时间以小时为单位。某些量,如空气流量,是以小时(而不是秒)来表示的。

模型组件

设置点

“设置点”是一个恒定的块。它规定了室内必须保持的温度。默认温度是华氏70度。温度以华氏为单位,然后转换为摄氏度来执行计算。

恒温器

“恒温器”是一个包含继电器模块的子系统。恒温器允许在所需的室温上或下波动5华氏度。如果气温下降到华氏65度以下,恒温器就会打开加热器。参见下面的恒温子系统。

打开恒温分系统

图2:“恒温器”子系统

加热器

“加热器”是一个具有恒定空气流量的子系统,“Mdot”,在sldemo_househeat_data.m文件。恒温器信号可以打开或关闭加热器。当加热器打开时,它以恒定的Mdot (1kg/sec = 3600kg/hr)的流速吹出温度THeater(默认50摄氏度= 122华氏度)的热空气。进入房间的热流用式1表示。

方程1

开启加热器分系统

图3:加热器子系统

成本计算器

“成本计算器”是一个增益块。“成本计算器”集成了热流随时间的变化,并将其乘以能源成本。供暖成本在“PlotResults”范围内标绘。

房子

“房子”是一个计算房间温度变化的子系统。它考虑了加热器的热流和对环境的热损失。热损失和温度时间导数由式2表示。

方程2

打开House子系统

图4:众议院子系统

建模环境

我们将环境建模为具有无限热容和时变温度的热沉。常数块“室外平均温度”指的是室外平均气温。“日温度变化”正弦波块产生室外温度的日温度波动。改变这些参数,看看它们如何影响加热成本。

运行模拟并可视化结果

运行模拟并可视化结果。打开“PlotResults”范围以可视化结果。热成本和室内与室外的温度都标在范围上。室外温度呈正弦变化,而室内温度保持在“设定值”的5华氏度内。时间轴以小时为单位。

图5:仿真结果(时间轴以小时为单位)

根据这个模型,为房子供暖两天大约需要30美元。尝试改变参数并观察系统响应。

讲话

这个模型只用于计算供暖成本。如果外界空气的温度高于室温,室温将超过所需的“设定值”。

可修改为包含空调。可将空调实现为修改后的加热器。为此,将如下参数添加到sldemo_househeat_data.m

  • 寒冷的空气输出

  • 空调流出流的温度

  • 空调效率

你还需要修改恒温器来控制空调和加热器。