房屋的热模型
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。
sldemo_househeat_data.m
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上,点击模型资源管理器。
打开模型
打开 sldemo_househeat
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 sldemo_househeat_data.m
文件加载关于房屋的信息。文件:
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)
模型组件
Set Point
Set Point
是 Constant 模块,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 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 Thermostat
子系统。
Heater
Heater
子系统建模恒定的空气流速,Mdot
,该流速在 sldemo_househeat_data.m
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
打开 Heater
子系统。
Cost Calculator
Cost Calculator
是 Gain 模块,它对热流随时间的变化进行积分,并乘以能量成本。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
打开 House
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。Constant 模块 Avg Outdoor Temp
指定室外的平均气温。名为 Daily Temp Variation Sine Wave
的模块每天都会生成室外温度波动。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 Set Point
的上下 5 ºC 内。时间轴以秒为单位。
根据此模型,房屋供暖两天将花费大约 30 美元。尝试更改参数并观察系统响应。
修改模型
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。为此,向 sldemo_househeat_data.m
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
Sine Wave | Sine Wave Function