Modelo Térmico de un Edificio.(Grupo 13A)
| Trabajo realizado por estudiantes | |
|---|---|
| Título | Modelo Térmico de un Edificio.(Grupo 13A) |
| Asignatura | Ecuaciones Diferenciales |
| Curso | Curso 2014-15 |
| Autores | María Aguilera, Paula Martínez, Miguel Sánchez, Laura García, Isabel Roselló, Sarah Boufounas |
| Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura | |
Contenido
1 Introducción
Este trabajo consiste en estudiar, mediante un modelo matématico, el comportamiento de la temperatura interior de un edificio en un periodo de 24 horas. Esta temperatura dependerá del calor generado dentro, de la temperatura exterior y del sistema de calefacción o aire acondicionado. Designaremos estos factores como:
- H(t) → Calor generado por las personas, luces, máquinas...
- M(t) → Temperatura exterior
- U(t) → Calentamiento producido por la calefacción o enfriamiento debido al aire acondicionado
2 Problema de Cauchy
Designando la temperatura del edificio como T(t) el problema de valor inicial queda como: {\left .
\begin{matrix}
T(t)=H*M \\
T(0)=T0
\end{matrix}
\right \
3 Apartado3b
A continuación vamos a demostrar que la temperatura media es igual a B2
Suponemos un valor medio de 24 horas:
4 Apartados 4b y 4c
%Datos del problema
t0=0; tN=24; h=0.001; y0=[20;18]; %Variaremos h dándole como valores 0.1;0.01;0.001
%Definimos la variable independiente
t=t0:h:tN ;
%Preparamos la matriz de la solución
x=zeros(2,length(t)); %Primera fila Temperatura A, segunda fila Temperatura B, Euler
%Inicializamos
x(:,1)=y0;
y=zeros(2,length(t)); %Primera fila Temperatura A, segunda fila Temperatura B, Euler modificado
%Inicializamos
y(:,1)=y0;
z=zeros(2,length(t)); %Primera fila Temperatura A, segunda fila Temperatura B, Runge Kutta
%Inicializamos
z(:,1)=y0;
%Aplicamos el método
for i =1:length(t)-1
%Comenzacmos con Euler
x(:,i+1)=x(:,i)+h*[(1/4)*(2-7*cos((pi/12)*t(i))-x(1,i))+((10*t(i))/(1+t(i)))+(5/3)*(22-x(1,i))+1/2*(x(2,i)-x(1,i)) ; 1/5*(2-7*cos(pi/12*t(i))-x(2,i))+4*cos(pi/6*t(i))+13/7*(22-x(2,i))-1/2*(x(2,i)-x(1,i))];
%Ahora Euler implícito
K=[(1/4)*(2-7*cos((pi/12)*t(i))-y(1,i))+((10*t(i))/(1+t(i)))+(5/3)*(22-y(1,i))+1/2*(y(2,i)-y(1,i)) ; 1/5*(2-7*cos(pi/12*t(i))-y(2,i))+4*cos(pi/6*t(i))+13/7*(22-y(2,i))-1/2*(y(2,i)-y(1,i))];
y(:,i+1)=y(:,i)+h*[(1/4)*(2-7*cos((pi/12)*t(i))-(y(1,i))+1/2*h*K(1,1))+((10*t(i))/(1+t(i)))+(5/3)*(22-(y(1,i)+1/2*h*K(1,1)))+1/2*((y(2,i)+1/2*h*K(2,1))-(y(1,i)+1/2*h*K(1,1))) ; 1/5*(2-7*cos(pi/12*t(i))-(y(2,i)+1/2*h*K(2,1)))+4*cos(pi/6*t(i))+13/7*(22-(y(2,i)+1/2*h*K(2,1)))-1/2*((y(2,i)+1/2*h*K(2,1))-(y(1,i)+1/2*h*K(1,1)))];
%Ahora Runge-Kutta
K1=[1/4*(2-7*cos((pi/12)*t(i))-z(1,i))+(10*t(i)/(1+t(i)))+5/3*(22-z(1,i))+1/2*(z(2,i)-z(1,i)) ; 1/5*(2-7*cos(pi/12*t(i))-z(2,i))+4*cos(pi/6*t(i))+13/7*(22-z(2,i))-1/2*(z(2,i)-z(1,i))];
K2=[1/4*(2-7*cos((pi/12)*t(i))-(z(1,i)+1/2*h*K1(1)))+(10*t(i)/(1+t(i)))+5/3*(22-(z(1,i)+1/2*h*K1(1)))+1/2*((z(2,i)+1/2*h*K1(2))-(z(1,i)+1/2*h*K1(1))) ; 1/5*(2-7*cos(pi/12*t(i))-(z(2,i)+1/2*h*K1(2)))+4*cos(pi/6*t(i))+13/7*(22-(z(2,i)+1/2*h*K1(2)))-1/2*((z(2,i)+1/2*h*K1(2))-(z(1,i)+1/2*h*K1(1)))];
K3=[1/4*(2-7*cos((pi/12)*t(i))-(z(1,i)+1/2*h*K2(1)))+(10*t(i)/(1+t(i)))+5/3*(22-(z(1,i)+1/2*h*K2(1)))+1/2*((z(2,i)+1/2*h*K2(2))-(z(1,i)+1/2*h*K2(1))) ; 1/5*(2-7*cos(pi/12*t(i))-(z(2,i)+1/2*h*K2(2)))+4*cos(pi/6*t(i))+13/7*(22-(z(2,i)+1/2*h*K2(2)))-1/2*((z(2,i)+1/2*h*K2(2))-(z(1,i)+1/2*h*K2(1)))];
K4=[1/4*(2-7*cos((pi/12)*t(i))-(z(1,i)+h*K3(1)))+(10*t(i)/(1+t(i)))+5/3*(22-(z(1,i)+h*K3(1)))+1/2*((z(2,i)+h*K3(2))-(z(1,i)+h*K3(1))) ; 1/5*(2-7*cos(pi/12*t(i))-(z(2,i)+h*K3(2)))+4*cos(pi/6*t(i))+13/7*(22-(z(2,i)+h*K3(2)))-1/2*((z(2,i)+h*K3(2))-(z(1,i)+h*K3(1)))];
z(:,i+1)=z(:,i)+h/6*(K1+2*K2+2*K3+K4);
end
%Temperatura exterior
M=2-7*cos(pi*t/12);
%Dibujamos las gráficas
figure (1)
hold on
plot(t,M,'c-*')
plot(t,x(1,:),'y')
plot(t,x(2,:),'m')
plot(t,y(1,:),'r')
plot(t,y(2,:),'g')
plot(t,z(1,:),'b')
plot(t,z(2,:),'k')
title('Paso h=0.001')
legend('Tª Exterior','TªA Euler','TªB Euler','TªA Euler implícito','TªB Euler implícito','TªA Runge-Kutta','TªB Runge-Kutta','Location','best')
xlabel('Tiempo en horas')
ylabel('Temperatura A y Temperatura B')
hold off4.1 h=0.1
4.2 h=0.01
4.3 h=0.001
4.4 Apartado 4
El edificio consta ahora de dos zonas A y B. Designaremos a la temperatura en la zona A por Ta(t), y la temperatura en la zona B por Tb(t). Como dato del enunciado sabemos que la temperatura inicial en la zona A es de 20 grados y la de la zona B es de 18 grados. Ha(t) designara a la razón de calentamiento adicional en la zona A y Ua(t) el efecto de la calefacción y/o aire acondicionado. Asi mismo, Hb(t) designara a la razón de calentamiento adicional en la zona B y Ub(t) el efecto de la calefacción y/o aire acondicionado.
