Модельная система регулирования домашнего отопления

Система отопления представляет собой водный обогреватель, работающий на газе и нагревающий воду в батареях отопления, установленных в комнатах дома (включая гостиную, рабочий кабинет, кухню, ванную комнату и другие помещения). В каждой комнате есть специальный клапан, регулирующий поступление горячей воды в батареи этой комнаты, и, тем самым – температуру в этой комнате. Возможные положения клапана (полностью открыт/закрыт/полуоткрыт) могут быть установлены дистанционно. В каждой комнате находятся также датчик текущей температуры и инфракрасный датчик присутствия людей, их значения используются для регулирования температуры.

Основное назначение системы автоматического регулирования отопления – поддержание в каждой из комнат дома нужной температуры путем установки соответствующих положений клапанов обогревателя. Пользователи системы (жильцы дома) могут включать и выключать систему регулирования, а также задавать рабочую температуру в каждой комнате, т.е. температуру, которая должна быть в комнате в случае присутствия в ней людей. В случае же их отсутствия в целях экономии должна поддерживаться температура ожидания – она определяется на М градусов (1 ≤ М ≤ 5) ниже рабочей в этой комнате.

Системе известно обычное недельное расписание пребывания людей в комнатах дома – для того, чтобы заранее, к моменту ожидаемого появления в конкретной комнате людей, начать прогревать ее до рабочей температуры.

Регулирование температуры системой основано на показаниях датчиков температуры и присутствия людей, заданных величинах рабочей температуры в каждой комнате и недельного графика пребывания людей в доме, а также на показаниях таймера, который обеспечивает непрерывный поминутный отсчет текущего времени. Если температура в каком-либо помещении опускается или поднимается на N градусов (1 ≤ N ≤ 5) ниже или выше требуемой, то система формирует команду на изменение положения клапана в этой комнате.

Модельная система регулирования отопления подсчитывает также общий расход топлива на обогрев (в условных единицах), при условии, что на обогрев 1 кв. м комнаты за 1 минуту расходуется величина Р=С × K, где значение K соответствует положению клапана обогревателя в этой комнате: K=0 – закрыт, K=2 – полуоткрыт, K=5 – открыт полностью; а С – некоторая заранее заданная для каждой комнаты константа (зависит от площади батарей в этой комнате).

Цель моделирования – изучение зависимости величины расхода топлива от параметров M и N и недельного расписания занятости комнат дома.

Для проведения экспериментов необходимо программно эмулировать показания датчиков текущей температуры и присутствия людей в комнатах. Следует считать, что при закрытом клапане обогревателя температура в каждой комнате медленно падает (линейно по времени, коэффициент линейной зависимости определяется временем суток), при открытом – растет (по аналогичному закону), при полуоткрытом – сохраняется постоянной. При моделировании показаний датчика присутствия людей в комнате может использоваться вычисляемая тем или иным образом случайная величина – отклонение от известного расписания пребывания людей в рассматриваемой комнате дома (например, жильцы дома могут по каким-либо причинам раньше обычного уйти с утра из дома).

В ходе моделирования должны быть изображены: план дома, наличие в каждой комнате людей, положение клапанов обогревателя, а также указаны температура в каждой комнате, время суток и день недели, расход топлива на текущий момент. Кроме начального задания недельного расписания следует допустить также возможность его изменения в ходе экспериментов.