Термодинамическая модель дома
Стр 1 из 2Следующая ⇒ Введение Курсовую работу "Синтез автоматизированной системы управления отопления и кондиционирования воздуха в жилом помещении" по курсу «Теория автоматического управления» студенты выполняют после изучения основных разделов теории линейных систем и принципов построения систем управления в среде Matlab/Simulink с целью закрепления материала, пройденного в лекционном курсе, и применения теоретических знаний к решению практических задач. В ходе выполнения работы студент должен: 1. Четко сформулировать поставленную перед ним задачу. 2. Составить структурную схему в среде Matlab/Simulink в соответствии с заданием. 3. Произвести расчет коэффициентов термодинамической системы дома. Законченная работа должна быть оформлена в виде расчетно-пояснительной записки, содержащей 15-20 страниц, иллюстрированную рисунками, таблицами с результатами, схемами и др. Содержание записки определяется заданием, уточненным преподавателем к конкретному варианту и дополненное введением, выводами по работе, списком использованной литературы, описанием программных средств. Основные понятия и краткие теоретические сведения
В данной работе проектируется имитационная модель автоматической системы управления температуры внутри помещения. В данной модели предусматривается наличие подсистем, которые моделируют температуру окружающей среды, термических характеристик помещения, здания и моделирование системы отопления и кондиционирования. В качестве среды проектирования и моделирования системы используется программная среда визуального программирования Matlab/Simulink. При разработке модели необходимо учитывать: · физическую структуру (габариты) здания и его характеристики;
· источники тепла; · теплопроводность системы; · стоимость электроэнергии.
Теплообменный процесс в системе можно представить, как это показано на рисунке ниже. · · Рисунок 2.1 Теплообменные процессы в системе. Toutside – температура снаружи, K. Tinside – температура внутри, K. ΔT – Изменение температуры, K. Q – тепловой поток, Вт/м2. Тепловой поток (Q)— количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени, [ Вт/м2]. Теплопроводность (k)- это перенос энергии, который происходит от более нагретых частей тела к менее нагретым. Это происходит в результате движения тепла и взаимодействия между его составляющими частицами. Процесс теплопроводности приводит к равномерности температуры всего тела. Как правило, количество энергии, которая подлежит переносу, определяется в качестве плотности теплового потока, пропорциональному градиенту температуры. Коэффициент такой пропорциональности называется коэффициентом теплопроводности. Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты Q, проходящей через материал площадью 1 кв.м за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте. Таким образом k = (Ватт/Кельвин) /метр= [Вт/(м·K)]. При этом Вт=Дж/сек. Так же применяется понятие коэффициент теплопотерь, которое представляет определяет значение передачи тепла через квадратный метр материала. Данный коэффициент известен так же, как U-коэффициент (U-value), и имеет широкое применение (в Европейской практике) для оценки теплоизоляции (так же тепло и энергоэффективности здания) и измеряется соответственно в [Вт/(м2·K)]. Хорошо изолированные части здания имеют малое значение теплопроводности, плохо изолированные – большое значение. Теплообмен в системе можно описать следующим выражением:
где Φ – величина переданного-принятого тепла, [Вт]. U - коэффициент теплопередачи, [Вт·K/м2]. Tinside и Toutside – температуры внутри и снаружи, А – площадь поверхности, м2.
Коэффициент U связан с теплопроводностью следующим образом:
где Lwall – толщина cтен, перекрытия, м.
Термическое сопротивление или тепловое сопротивление, R - это способность тела (его поверхности или какого-либо слоя) препятствовать распространению теплового движения молекул. Тепловое сопротивление характеризует теплоизоляцию и определяется как отношение изменения температуры к величине теплового потока по формуле:
где Тепловое сопротивление и коэффициент U связаны как:
Типичные значения коэффициента тепловых потерь следующие: Таблица 2‑1 Значения коэфициента U в зависиомсти от материала
Значения коэффициента теплопотерь изоляционных материалов для стен: Таблица 2‑2 Значения коэфициента теплопроводности в зависиомсти от материала теплоизоляции Материал стены Коэфф. Требуемая толщина стен, м теплопроводности, R [Вт/(м·K)] Пересчет коэффициентов для заданных параметров для всей поверхности стены происходит по следующему выражению:
Где Rwall – тепловое сопротивление стены [K/Вт], Lwall – толщина cтен, перекрытия, м, А – площадь поверхности, м2. Расчет сопротивления для всего помещения дома происходит в соответсвии со следующим образом: 1. Расчитывается сопротивление отдельных частей (R1 – сопротивление стен, R2 - сопротивление крыши, R3- сопротивление окон). 2. Общее сопротивление расчитывается аналогично сопротивлению параллельно соединенных сопротивлений в электрической цепи:
Схематично общее эквивалентное сопротивление можно представить, как это показано на данном рисунке:
Рисунок 2.2 Термодинамическая модель дома Термодинамическая модель дома позволяет моделировать изменение температуры внутри жилого здания в результате влияния температуры окружающей среды и работы системы отопления и кондиционирования под управлением регулятора. Модель базируется на дифференциальных уравнениях термодинамических процессов, протекающих внутри здания. Уравнение тепловых потерь определяется следующим выражением:
где Troom – температура внутри помещения, С; Tout – внешняя температура, С; Req – эквивалентное (приведенное для всего помещения) термическое сопротивление.
Дифференциальное уравнение состояния температуры внутри помещения выражается следующим образом:
где MAIR – масса воздуха; С – теплоемкость воздуха = 273 К=1005.4 Дж/кг К; dQlosses/dt – изменение тепловых потерь, определяемые выражением (2.7); dQheater/dt – изменение теплового потока от обогревателя. Схематично в Simulink модель дома можно представить, как это показано на рисунке ниже. Рисунок 2.3 Модель дома в Simulink. HeaterIn – вход с обогревателя, OutDoor Temp – температура окрыжающей среды, Room Temp – температура внутри помещения.
Исходная температура дома (TinIC) устанавливается, как начальное условие (Initial Condition) блока интегрирования 1/S. Рисунок 2.4 Установка исходной температуры TinIC
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|