1 前言

? ? ? ? 編寫本程序的起因是在本學(xué)期的《空氣調(diào)節(jié)》課程上詳細(xì)學(xué)習(xí)描述濕空氣狀態(tài)的焓濕圖(h-d圖)后，老師聲明在本學(xué)期編寫出焓濕圖繪制的程序并做課堂展示可以為該課程成績(jī)加20分（看成績(jī)感覺最后沒加），我也覺得能用程序畫出這樣一張圖挺有意思，就用MATLAB編寫了一個(gè)（非cs專業(yè)只學(xué)過c和MATLAB），順便可以幫我寫作業(yè)（看紙質(zhì)的焓濕圖眼睛都快看瞎了）。程序的計(jì)算結(jié)果通過“建環(huán)視界”這個(gè)網(wǎng)站的焓濕圖計(jì)算網(wǎng)頁進(jìn)行校對(duì)。

????????這學(xué)期挺忙的，課程繁多。花了大半個(gè)學(xué)期編寫了這個(gè)程序，于是就發(fā)個(gè)專欄，不然上半年b站都沒發(fā)點(diǎn)啥（。編寫過程中不乏遇到重大困難止步不前的情況，比如已知焓和相對(duì)濕度計(jì)算濕空氣參數(shù)，如果要得出計(jì)算公式的話還是非常麻煩的，因?yàn)樗魵怙柡头謮毫η€是多項(xiàng)式擬合的，最后還是通過迭代得出的。（感謝食堂1樓的排骨湯面，當(dāng)時(shí)一邊吃一邊想）

????????這個(gè)假期我嘗試再增加一些在使用時(shí)遇到的、迫切需要的功能。需要程序可以發(fā)私信，程序運(yùn)行需要MATLAB Runtime?R2020a以上版本的環(huán)境，也歡迎大家提出批評(píng)與建議。

2 程序原理

2.1 濕空氣參數(shù)計(jì)算與焓濕圖

????????濕空氣由干空氣與一定量的水蒸氣混合而成。大氣壓即濕空氣的壓力，為干空氣的壓力與水蒸氣的分壓力Pq之和。當(dāng)一定溫度t下給空氣加濕（或在一定濕度下給空氣降溫），水蒸氣的分壓力達(dá)到飽和水蒸氣分壓力Pq·b時(shí)，水蒸氣會(huì)開始凝結(jié)，這時(shí)濕空氣為飽和濕空氣。濕空氣的主要參數(shù)有：

• 密度ρ—干空氣密度與水蒸氣密度之和，單位為kg/m3；

• 含濕量d—水蒸氣密度與干空氣密度之比，即對(duì)應(yīng)于1kg干空氣的濕空氣所含的水蒸氣量，單位為g/kg(干空氣)；

• 相對(duì)濕度φ—濕空氣的水蒸氣分壓力與同溫度下濕空氣的飽和水蒸氣分壓力之比，用百分?jǐn)?shù)描述；

• 焓h—在空氣調(diào)節(jié)中，空氣壓力變化一般很小，近似于定壓過程，可用空氣的焓變化度量空氣的熱量變化。取0℃時(shí)干空氣的焓值為0，單位為kJ/kg(干空氣)。

????????濕空氣狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算公式在參考資料中均有列出。

????????將濕空氣含濕量d作為橫坐標(biāo)，焓h作為縱坐標(biāo)即濕空氣的焓濕圖，兩坐標(biāo)軸夾角常為135°。焓濕圖中可以畫出濕空氣的等溫線、等相對(duì)濕度線、等含濕量線、等焓線（與熱濕比線），在每條曲線上，曲線的名稱對(duì)應(yīng)的狀態(tài)參數(shù)的值相等。

• 隨著溫度上升，水蒸氣的飽和分壓力提高。

• 當(dāng)空氣的焓值相同時(shí)（等焓線），含濕量上升（例如向空氣噴水或部分加濕器），溫度會(huì)下降，當(dāng)達(dá)到飽和濕空氣時(shí)，空氣的溫度為濕球溫度ts。

• 當(dāng)空氣的含濕量相同時(shí)（等含濕量線），溫度下降，相對(duì)濕度上升，當(dāng)達(dá)到飽和濕空氣時(shí)（即開始結(jié)露），空氣的溫度為露點(diǎn)溫度tl。

????????在大氣壓B一定下，已知t、d、h、φ四個(gè)獨(dú)立參數(shù)中任意兩個(gè)參數(shù)即可在焓濕圖中確定濕空氣狀態(tài)。其余參數(shù)如水蒸氣的分壓力Pq、露點(diǎn)溫度tl與含濕量d之間已知一個(gè)參數(shù)即可知道其它兩個(gè)參數(shù)，故只能有一個(gè)作為獨(dú)立參數(shù)；濕球溫度ts雖然不是等焓過程，由于與等焓過程基本一致，所以還是按等焓過程計(jì)算，與焓h之間只能取一個(gè)作獨(dú)立參數(shù)。

????????空氣狀態(tài)的變化在圖中為不同的兩個(gè)空氣狀態(tài)點(diǎn)的直線連線，變化過程會(huì)涉及焓值與含濕量的變化，兩者的變化量之比即熱濕比ε。熱濕比線在焓濕圖右下處，以同一點(diǎn)為起點(diǎn)，作不同熱濕比對(duì)應(yīng)的不同斜率的直線，組成一個(gè)半圓弧。熱濕比線用于已知空氣狀態(tài)變化過程的熱濕比時(shí)，確定某個(gè)狀態(tài)點(diǎn)到下一狀態(tài)點(diǎn)的變化方向。（這個(gè)程序中沒有熱濕比線，也不好畫。不過上程序了也不需要拿尺子在熱濕比線那里比劃了，考試和寫作業(yè)時(shí)這個(gè)及其痛苦。）

2.2 焓濕圖的程序繪制

????????焓濕圖從定義上來說應(yīng)是以含濕量為x軸，比焓為y軸，兩軸夾角135°。但在程序編寫中比較困難，故依據(jù)下圖，將含濕量d映射到作圖點(diǎn)的x坐標(biāo)，干球溫度t映射到作圖點(diǎn)的y坐標(biāo)。

3 程序介紹

3.1?程序主界面

????????程序主界面左側(cè)從上到下依次分為狀態(tài)點(diǎn)計(jì)算區(qū)域、狀態(tài)點(diǎn)存儲(chǔ)區(qū)域與狀態(tài)點(diǎn)過程處理區(qū)；右側(cè)從上到下依次分為焓濕圖繪制設(shè)置欄與焓濕圖。

3.2 焓濕圖繪制設(shè)置

????????在右側(cè)焓濕圖繪制設(shè)置欄中可以修改焓濕圖等溫線的上下限與分度（等溫線上限最高200℃，下限最低-100℃，由水蒸氣飽和分壓力計(jì)算式限定）、等含濕量線的上下限與分度（等含濕量線上限最高200g/kg，下限最低0）、等相對(duì)濕度線與等焓線的分度（兩者上下限取決于等溫線與等含濕量線的上下限，為保證曲線不會(huì)太密導(dǎo)致卡死，兩者的分度最低都為0.5），最后可修改大氣壓并可以恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置。點(diǎn)擊“清空并重新生成焓濕圖”按鈕即可清空所有狀態(tài)點(diǎn)并按照設(shè)置繪制焓濕圖。

3.3 狀態(tài)點(diǎn)計(jì)算

????????在左側(cè)狀態(tài)點(diǎn)計(jì)算區(qū)域下拉框中可以選擇輸入?yún)?shù)類型。目前支持“已知溫度、含濕量”；“已知溫度、相對(duì)濕度”到“已知干球溫度、濕球溫度”共7類輸入?yún)?shù)選項(xiàng)。

????????在文本框內(nèi)輸入?yún)?shù)，點(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕即可計(jì)算該狀態(tài)的空氣狀態(tài)參數(shù)，同時(shí)在焓濕圖上作出該點(diǎn)。如果輸入“貌似合理”但實(shí)際不存在的參數(shù)，則會(huì)彈窗報(bào)錯(cuò)。

? ? ? ? 計(jì)算結(jié)果即每一個(gè)空氣狀態(tài)點(diǎn)將存放在“狀態(tài)點(diǎn)列表”內(nèi)，點(diǎn)擊其中一個(gè)點(diǎn)就可以顯示該點(diǎn)的對(duì)應(yīng)參數(shù)。在左列表與右列表中分別選中一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)，即可計(jì)算這兩點(diǎn)的熱濕比，并可以點(diǎn)擊“以選中的兩點(diǎn)畫過程線”按鈕在焓濕圖上作過程線。

3.4 一些測(cè)試時(shí)作出的圖

4 參考文獻(xiàn)的錯(cuò)誤

????????在編寫程序的過程中，參考文獻(xiàn)[1]的部分公式存在錯(cuò)誤，在下面列舉出來。

• 第17頁 水蒸氣飽和分壓力計(jì)算式中參數(shù)C5錯(cuò)誤：

  0.20747825×10^(-18) 應(yīng)改為 0.20747825×10^(-8)；

• 第18頁 濕球溫度計(jì)算式有問題：

  

  在測(cè)試時(shí)代入t=20℃,A=0.000667,B=101325Pa,Pq=808.09Pa(d=5g/kg),Pq·b=2338.8Pa，得到ts=-2.65℃，但實(shí)際上干球溫度20℃，含濕量5g/kg的濕空氣，濕球溫度ts=11.48℃。

5 不足與需要完善的地方

• 程序需要MATLAB的環(huán)境才能運(yùn)行

• 程序基本沒有優(yōu)化，運(yùn)行時(shí)比較占用內(nèi)存

• 部分公式的參數(shù)是經(jīng)過簡(jiǎn)化的

• 需要補(bǔ)充更多的輸入?yún)?shù)類型

• 需要補(bǔ)充根據(jù)熱濕比與另一個(gè)狀態(tài)參數(shù)確定狀態(tài)點(diǎn)的功能

• 需要補(bǔ)充兩股空氣混合確定混合后的狀態(tài)點(diǎn)的功能

• 可能有尚未發(fā)現(xiàn)的bug

6 參考文獻(xiàn)

[1]趙榮義等.空氣調(diào)節(jié)[M].4版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[2]ASHRAE.2013 ASHRAE Handbook Fundamentals SI Edition [M].

[3]建環(huán)視界.濕空氣焓濕圖/含濕量在線計(jì)算器[CP/OL].https://www.buildenvi.com/gongju/psychrometrics.