李文博 莫善军

（中山大学 广州 510000）

前言

在制冷空调领域，获取湿空气的物性数据是系统实验、热力学计算、仿真计算以及新型材料（如：亲水涂层）开发的过程中必须解决的一个问题。制冷系统仿真计算时，由于空气侧换热的影响，湿度对制冷系统能力、能效影响非常大。因此湿空气物性参数的计算也有较高的要求。本文通过对CoolProp软件的使用方法进行介绍，以常用了Excel软件和Visual Basic. NET语言为平台，提供使用动态链接库（DLL）技术将CoolProp直接引入到Excel和桌面程序中，该方法具有精确、方便的有点，可以满足仿真计算的要求。

1 湿空气仿真计算背景

空调制造业正在向着智能化迈进，在制冷空调仿真系统中，湿空气的物理性质计算有着非常重要的应用，由于湿空气特性的原因，传统方法都在使用查表法或者使用拟合公式，由于模拟精度存在问题，无法满足设计要求。

当前行业内通用的计算方法主要有三种：

1.1 单数据库插值法

数据库插值法：该方法主要使用前人测量绘制的图表，将中间状态进行插值计算，速度慢且精度较低。使用查表法进行计算的方法，行业内通常会选用ASHRAE HANDBOOK FUNDAMENTALS CHAPTER1 PSYCHROMETRICS[1]中提供的湿空气参数表格。

1.2 公式法

该方法一般行业内简化方法使用的是拟合公式，该方法速度快，但是由于拟合公式参数范围问题，无法大范围的使用，精度也无法保证。

公式法计算湿空气物性，一般行业内选择使用ASHRAE HANDBOOK FUNDAMENTALS CHAPTER1 PSYCHROMETRICS[1]中提供的系列公式进行计算，该系列公式在其定义域内有较高精度，但是如果作为仿真计算使用，精度尚无法达到预期的水平。

式（1）定义了冰点以下的水的饱和蒸气压，其中：

式（2）定义了0-100 ℃范围内的水的饱和蒸气压，其中：

该组公式参数较多，对于实际工程计算时造成了较大的麻烦，不利于工程应用。

1.3 软件计算法

如果软件作者使用了良好的计算方式，该方法可以保证精度和速度，但是由于第三方作者的软件通常不开放源码，无法判断其计算方式，只能从计算结果来评估精度，另外第三方软件也无法与自身的仿真系统相结合，使得计算效率下降。

2 CoolProp简介

CoolProp 是一个开源物性参数获取工具，其本身就封装了各种常用工质的物性参数。CoolProp允许使用多种第三方程序语言进行编程调用，支持的编程语言如下：

可以提供完整功能支持的语言: Python (2.x, 3.x) ,Modelica, Octave, C#, VB.net, MathCAD, Java, Android,MATLAB

仅适用于部分支持的语言: Labview, EES, Microsoft Excel, LibreOffice, Javascript, PHP, FORTRAN, Maple,Mathematica, Scilab, Delphi & Lazarus, Julia。

CoolProp提供的导出函数格式非常简单易用，理论上任何一种支持第三方dll的语言都可以使用CoolProp引用计算。CoolProp使用MIT授权，可以免费的用于商用工具，而无需向作者付费，你甚至可以选择将CoolProp的源码修改后编译，发布属于自己的物性数据库。

CoolProp在对湿空气进行计算时，可以选择设置湿空气的相对湿度，这点比Refprop有很大的优势，Refprop中的空气计算模型使用的是只有氮气/氩气/氧气的混合物模型，其质量比（75.57/1.27/23.16），摩尔比（0.7812/0.0092/0.2096），这使得Refprop无法满足湿空气的热物性计算。

CoolProp的官方网址：http://www.CoolProp.org/，包含丰富的官方文档，本文部分内容也取自其官方文章或官方Github开源说明。

3 CoolProp的安装与使用

Windows环境下，CoolProp提供编译并打包好的二进制文件可以直接进行安装，访问地址https://sourceforge.net/projects/CoolProp/files/CoolProp/6.2.1/Installers/，版本变化时，地址略有不同。

程序安装过程非常简单，双击安装程序后点击确定。其安装包会根据当前系统版本自动选择默认的dll版本，以更优的方法适配。

无论选择哪一种安装模式，最终所有可能用到的文件都会被安装到你的电脑中，如果是Windows10系统，可以在路径：C:Users用户名AppDataRoamingCoolProp当中可以找到这些文件。其中CoolProp.dll动态链接库文件与用户选择的操作安装版本一致，即：如果选择了64位的安装，则CoolProp.dll就是64位的。CoolProp_stdcall.dll是CoolProp的32位动态链接库。

程序安装后会自动安装好Office Excel的加载项，可以提供默认的函数使用。示例文件和计算演示会自动在桌面生成一个名为TestExcel.xlsx文件。

绝大多数情况下，CoolProp安装后可以直接使用，无需任何修改和变更。

CoolProp内置常用的湿空气计算公式见表1。

CoolProp用于湿空气计算的函数名为HAPropSI，其主要输入输出参数的定义见表2。

需要注意的是，CoolProp中使用的参数，计算单位均为国际单位制(SI)，应用于北美地区或者其他非国际单位制地区时，需要注意单位换算。

4 计算结果数据对比

使用CoolProp内置函数计算了一些湿空气物性参数点，与ASHRAE HANDBOOK FUNDAMENTALS CHAPTER1 PSYCHROMETRICS[1]中提供的湿空气参数表格进行对比，从表3、表4的对比情况来看，二者的取值结果在含湿量和饱和空气焓值计算上非常接近，最大偏差0.043 %，精度满足仿真计算要求。

5 CoolProp自定义制冷剂混合物

CoolProp允许用户在使用时自定义任意组分比例的混合物，以下方法与直接计算R410A密度结果等价

图1 CoolProp的安装引导界面

表1 CoolProp湿空气常用计算公式

表2 HAPropSI输入输出参数定义

表3 CoolProp计算的含湿量偏差

6 允许调用Refprop的计算接口

当使用Refprop的计算接口进行计算时，计算结果与Refprop计算结果一致，注意仅限制冷剂类型，Refprop无法计算湿空气。

7 使用VB.net调用CoolProp进行计算

CoolProp官方提供了一种VB.net的引用方法，其原理是基于C#的接口，使用vb.net二次打包的，需要引用非常多的文件，调用起来并不方便。

本文提供的是另一种方法。基于Excel版本进行修改，使其能够在VB.net平台上运行，兼容性高，容易从Excel/VBA向VB.net迁移，同时代码量更少，更简洁，提供更简洁的引用方法，目录结构清晰分明。

CoolProp提供了多个版本的dll可供引用，由于用户的操作系统存在64位和32位两种情况，推荐引用32位版本的dll。

CoolProp默认安装路径为C:Users用户名AppDataRoamingCoolProp，其中CoolProp_stdcall.dll为32位版本的dll，CoolProp_x64.dll为64位版本的dll，如图2。

使用VS创建VB.NET窗体项目，插入模块命名为CoolProp，复制Excel加载项中的vba代码到模块中即可完成代码引用，注意需要将CoolProp_stdcall.dll的文件路径改为实际程序所在位置的真实路径。

使用方法与Excel中相似，演示如下：

8 整合仿真软件

笔者将CoolProp整合了一套完整的湿空气计算软件，可以供同事们日常工作使用，反馈良好，界面见图3。

表4 CoolProp计算的湿空气比焓值偏差

图2 Clloprop安装目录内的文件

图3 整合的物性计算软件界面

9 总结

文章介绍了CoolProp的安装和使用，为在应用程序中调用CoolProp的子程序提供了方便。使用表格的形式给出了湿空气不同物理性质的计算对比结果，表明CoolProp的计算精度是满足要求的。

CoolProp是一款优秀的商业友好软件，其计算结果精度高，速度快，通过对该软件的使用，可以快速的实现湿空气的物性计算，且入门难度极低，大幅度的降低了湿空气仿真计算难度，提升了仿真计算速度和精度。