ヒートポンプという言葉を聞いたことはありませんか?

電気給湯器の「エコキュート」に使われている技術です。

暖かい飲み物の自動販売機に「地球にやさしいヒートポンプをつかっています」と書いてあるのを見かけた人もいるでしょう。

今回は、地球にやさしいヒートポンプについて簡単に説明してみます。

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ヒートポンプとは何か

ヒートポンプというのは、特に珍しいものではありません。

家庭にあるエアコンや冷蔵庫もヒートポンプです。

温度の低いところから高いところへ熱を移動させる仕組みをヒートポンプと呼んでいるのです。

低い場所の水を高い場所に汲み上げるものを、ポンプと呼ぶことから、類推された名前です。

なぜヒートポンプは省エネになるのか?

家庭で使っている家電の中で、電力を多く消費するものを思い浮かべてください。

「これとこれを同時に使ったらブレーカーが落ちる」

といったものです。

電気ストーブ、ファンヒーター、ホットプレート、ドライヤー、この辺りが思い浮かぶのではないでしょうか?

熱はエネルギーが必要

これらの製品は、全て「熱」を発生させるものです。

熱を発生させるものは、消費電力が大きいのです。

色々な家電が省エネ化していますが、一番電力を使うはずの「熱を発生させるもの」は、なぜか省エネをアピールしている商品が少ないと思いませんか。

全ては熱に

その理由を理解するためには、「エネルギーはそのうち熱になる」ことを前提にして考えなければなりません。

灯りを付けるとき、電気のエネルギーが光のエネルギーに変わります。

でもいつまでも光のまま存在するわけではありません。

窓を閉め切って光が外に漏れないようにしても、灯りを消すと真っ暗になります。

せっかく作った光がなくなっているのです。

これは、光が床や壁などに吸収され、熱に変化しているからです。

エネルギーの保存とエネルギーの消費

エネルギー保存則という言葉は聞いたことあるでしょう。

エネルギーは、ゼロから発生することもなければ、なくなることもないというものです。

私たちがエネルギーを消費しても、そのエネルギーはなくなるわけではないのです。

では、エネルギーを消費するというのは、どういう意味なのでしょうか。

電力などのように自由に使えるエネルギーを熱にしてしまうことを、エネルギーの消費と呼んでいるのです。

熱は自由には使えない、不自由なエネルギーだからです。

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省エネとは

そう考えれば、省エネ家電の意味がよくわかると思います。

灯りをつけるときは、光が欲しいのです。ですから電気を光に変えます。

光は最終的には熱になってしまいますが、これは仕方ありません。

問題なのは、光にならずに直接熱になってしまうエネルギーです。

白熱灯は、触れないほど熱くなるものでした。

光にならずに直接熱になってしまう無駄な電力を消費していたのです。

それが、蛍光灯、LEDと直接熱になる無駄な電力を抑える方向に省エネ化が進んだのです。

熱を発生させる省エネ家電がない理由

「使った電力は最終的には全て熱になるけど、電力が直接熱にならないように工夫することで省エネ化している」

こう考えると、熱を発生させる家電では省エネができない理由がわかると思います。

暖房で省エネをうたっているものもありますが、部屋全体を温めるのではなく、人のいる場所だけ温めるという方向で省エネ化をしています。

熱を発生するものの消費電力が大きい理由

熱を発生させるための製品の消費電力が大きいことも納得できると思います。

他の家電でも、最終的には消費した電力分の熱が発生しているのです。

ただ、それによって室温が高くなることはほとんど感じません。

その程度の消費電力なのです。

熱とエネルギー

エアコン

熱はエネルギーの一種です。

必要な熱量がわかれば、それに必要な電力もわかります。

1リットルの水を50℃温めるのには、約60ワットで1時間(60ワット時)必要です。

部屋を温めるのに必要な電力は部屋の大きさで決まります。

これは、どうしようもありません。

エネルギーを電気から熱に変えるだけですから、エネルギーが保存するなら消費する電力以上の熱を発生させることはできないのです。

しかし、全く別の方法で温めるのであれば、話は変わってきます。

ヒートポンプというもの

そこで登場するのが「ヒートポンプ」です。

ヒートポンプは、電気を熱に変えるものではありません。

温度の低いところから高いところへ熱を移動させるものです。

エアコンで暖房するとき、室外機で外の熱エネルギーを汲み上げて、その熱エネルギーを室内に放出しているのです。

エネルギーの変換で表せば、こんな感じになります。

  • 電気ヒーター:電力  ⇒ 熱
  • ヒートポンプ:外の熱 ⇒ 内部の熱

外の熱のエネルギーを使うことで、省エネになるのです。

そして、電力はこのヒートポンプを作動させるために使われています。

そのエネルギーは、直接熱にするよりも少なくて済みます。

ですから、部屋全体を温めるのなら、電気ストーブを使うよりヒートポンプであるエアコンで暖房する方が省エネになります。

ヒートポンプの理論効率

ヒートポンプを動かすために必要なエネルギーは、外部と内部の温度(絶対温度)で決まります。外の温度が低いほど、そして内部の温度が高いほど、熱の移動に沢山のエネルギーが必要になります。
外の温度が絶対零度のとき、内部の温度が無限大のときには、ヒートポンプとヒータでの必要エネルギーが同じになります。

ヒートポンプの仕組み

Wikipediaの ”ヒートポンプ” の項目を見てみましょう。

ヒートポンプ(英: heat pump)は、熱媒体や半導体等を用いて低温部分から高温部分へ熱を移動させる技術である。手法はいくつかあるが主流は気体の圧縮・膨張と熱交換を組み合わせたもので、一般家庭でもみられる製品でヒートポンプを使っているものとして冷凍冷蔵庫、エアコン、ヒートポンプ式給湯器などがある。
 Wikipedia

手法はいくつかあるが「主流は気体の圧縮・膨張と熱交換を組み合わせたもの」と書かれています。

実際に、エアコンや冷蔵庫、エコキュートもこの仕組みを使っています。

でも、詳細の説明は省略することにします。

大事なのは、ヒートポンプはどんな特徴があって、なぜ省エネになるか、という部分なので、現在使われているヒートポンプの技術の細かい説明はかえって邪魔になるように思えるのです。

何か別の機会があれば、説明することにします。


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