冷水コイルの顕熱・潜熱能力と出口空気シミュレーター

冷水コイル（チルドウォーターコイル）は、空調機（AHU）の中で冷水を流したフィン付きチューブの束に空気を通し、空気を冷やす熱交換器です。冷凍機でつくった7℃前後の冷水がコイル内を流れ、外側のフィンに触れた空気が熱を奪われて温度が下がります。これが顕熱冷却です。さらにコイル表面温度が空気の露点を下回ると、空気中の水蒸気がフィン上で凝縮して水滴になり、ドレンとして排出されます。凝縮に伴って奪われる熱が潜熱（除湿負荷）で、夏の蒸し暑い空気を「冷やしつつ乾かす」のはこの潜熱処理のおかげです。

このシミュレーターは、空気がコイル列を左から右へ通り抜けながら冷えていく様子と、対向流で冷水が温まっていく様子をリアルタイムに描きます。下段のフィンで露点を下回ると凝縮水が滴り、出口の温度・相対湿度、全能力（顕熱＋潜熱）、水側ΔT、LMTD、バイパスファクターが連動して更新されます。

エネルギー収支は空気側と水側で等しくなります。空気の容量流量を $C_a=\dot m_a c_{pa}$、水側を $C_w=\dot m_w c_{pw}$ とし、$C_{min}=\min(C_a,C_w)$、$C_r=C_{min}/C_{max}$ とおくと、対向流の熱交換有効度は $\varepsilon=\dfrac{1-e^{-NTU(1-C_r)}}{1-C_r e^{-NTU(1-C_r)}}$（$NTU=UA/C_{min}$）で与えられます。

顕熱能力は $Q_{sens}=1.21\,\dot V\,(T_{in}-T_{out})$（$\dot V$は L/s、係数1.21は標準空気の体積比熱に相当）。潜熱能力は出口絶対湿度の低下から $Q_{lat}=\dot m_a\,h_{fg}\,(w_{in}-w_{out})$（$h_{fg}\approx2501\,\mathrm{kJ/kg}$）。除湿の有無は、装置露点 $T_{ADP}$（≒コイル表面温度）が入口空気の露点を下回るかで決まります。バイパスファクター $BF=(T_{out}-T_{ADP})/(T_{in}-T_{ADP})$ は、コイルに接触せず素通りする空気の割合の指標で、$BF$ が小さいほど出口は装置露点に近づきます。水側の温度上昇は $\Delta T_w=Q/C_w$、伝熱の駆動力は対数平均温度差 LMTD で評価します。

アニメーションでは、空気がコイル列を通るほど色が橙→青へ変わり（温度低下）、下段フィンで露点を下回ると凝縮水が現れます。対向流の冷水（下側の矢印）は出口側ほど温まっています。

能力バーでは顕熱（青）と潜熱（水色）の高さの比＝SHRを見ます。SHRが1なら顕熱のみ、低いほど除湿が支配的です。

湿り空気線図では、入口点から出口点への移動方向で「冷却だけ（水平左）」か「冷却＋除湿（左下がり）」かが一目で分かります。

事務所ビル・商業施設の空調機（AHU）冷水コイルの一次選定（必要列数・UA・冷水温度の当たりをつける）。

蒸し暑い夏季の除湿能力確認（露点以下冷却で十分な潜熱処理ができるか）。

既設コイルの能力低下診断（フィン目詰まりでUA低下・出口温度上昇・除湿不足の切り分け）。

中間期の省エネ制御検討（冷水温度を上げて顕熱のみ運転に切り替える効果の確認）。

「出口温度＝冷水温度」ではない。 バイパスファクターと有効度の制約で、出口は装置露点より必ず高くなります。冷水7℃でも出口が10℃前後に留まるのは正常です。

潜熱を無視すると能力を大きく見誤る。 蒸し暑い空気では潜熱が全能力の半分近くを占めることがあり、顕熱だけで選定するとコイルも冷凍機も能力不足になります。

本モデルは簡易です。 装置露点は表面温度の近似、空気は標準密度1.2kg/m³・比熱1.006kJ/(kg·K)を前提。高地・高温多湿、低水速、特殊フィンでは実測・メーカー値で補正してください。