AHU 熱バランスシミュレーター

AHU(エアハンドリングユニット)は外気と還気を混合し、フィルタ・加熱コイル・冷却コイル・加湿器・送風機を通して、室内に供給する給気の温度と湿度を整える装置です。熱バランスとは「入口空気の状態(温度・湿度)」と「コイルが奪う／与える熱量」から「出口(給気)の状態」を決める収支のことを指します。

空気が運ぶ熱は2種類に分かれます。乾球温度を変える顕熱と、水分量(絶対湿度)を変える潜熱です。加熱コイルは多くの場合顕熱だけを与えますが、冷却コイルは表面が露点より冷たいと結露し、温度を下げる(顕熱)と同時に水分を取り除く(潜熱)役割を持ちます。

空気流アニメーションでは、左から流れ込む空気が加熱コイル(赤帯)と冷却コイル(青帯)を順に通過します。粒子の色は温度(青=冷たい / 赤=暖かい)、粒子内の白いドットの濃さは湿度(濃い=湿っている)を表します。冷却コイルで結露すると、青帯の下にドレン(水滴)が落ちる様子で除湿を示します。

湿り空気線図では、入口(I)→加熱後(H)→出口(O)へと状態点が移動します。横軸が乾球温度、縦軸が絶対湿度で、出口点が下がれば除湿、右へ動けば加熱、左へ動けば冷却です。負荷バーは顕熱(オレンジ)と潜熱(水色)の大きさを並べ、全熱に占める比率(顕熱比 SHF)が一目で分かります。

本ツールはバイパスファクタ法を用います。冷却コイルの出口乾球温度は $T_{out}=T_{adp}+BF\,(T_{in}-T_{adp})$ で、BFが小さいほど空気はADP(装置露点)に近づきます。除湿量は出口絶対湿度を $w_{out}=w_{adp}+BF\,(w_{in}-w_{adp})$($w_{adp}$ はADPでの飽和絶対湿度)として近似します。加熱コイルは $T_{out}=T_{surf}-BF\,(T_{surf}-T_{in})$ で温度のみを上げ、絶対湿度は保たれます。

負荷は $Q_s=\dot m\,c_p\,(T_{in}-T_{out})$、$Q_l=\dot m\,h_{fg}\,(w_{in}-w_{out})$ で求め、全熱は $Q_t=Q_s+Q_l$ です。符号は「空気が失う熱が正(冷却・除湿)」です。質量風量は $\dot m=1.2\times\dot V/60$(kg/s, $\dot V$ は m³/min)。例として 120m³/min・30℃60%RH・ADP10℃・BF0.12 では Qs≈42kW、Ql≈44kW、Qt≈87kW となり、除湿負荷が顕熱と同等に大きいことが分かります。

オフィスビルやテナントの空調機(AHU)コイル容量の一次検討。夏期ピーク条件で顕熱・潜熱・全熱を見積もり、冷凍機やコイル列数を仮選定します。

既設AHUの給気温度・湿度不足の切り分け。BFを上げてみてフィルタ汚損や風量過多による除湿不足を再現し、清掃やダンパ調整の効果を検討します。

外気処理空調機(OAU)や厨房・劇場など潜熱の大きい用途で、顕熱比(SHF)を確認して再熱や除湿運転の必要性を判断します。

「冷却=除湿」ではありません。コイル表面(ADP)が空気の露点より高ければ温度だけ下がり、潜熱負荷はゼロです。除湿したいときはADPを露点以下に設定する必要があります。

バイパスファクタは固定値ではなく運転状態で変わります。風量を増やすと前面風速が上がってBFが悪化し、除湿が不足することがあります。風量と除湿はトレードオフです。

負荷は質量風量ṁに比例します。体積風量(m³/min)が同じでも、外気温が高い・標高が高い等で空気密度が変われば負荷も変わります。本ツールは密度を1.2kg/m³に固定しているため、極端な条件では補正してください。