ヒートポンプ：その機能と、なぜ今熱くなっているのか

控えめなヒートポンプがついにスポットライトを浴びる瞬間を見つけました. このアプライアンスは、電気代を節約し、気候変動と戦い、ロシアのガスへのヨーロッパの依存を減らす可能性があると、支持者は言います. いつの日か、ヒート ポンプが世界中の空調や暖房システムに取って代わるかもしれません。

確かに、それは非常に野心的に聞こえますが、立法者はヒートポンプを可能な限りどこにでも配備しようと急いでいます。 ジョー・バイデン大統領は、今年初めに国防生産法を発動して、技術の国内製造を後押しし、議会は、アメリカ人がそれらをより簡単に購入できるようにする主要な気候法を作成しました。 ヨーロッパの池の向こう側では、ヒート ポンプはロシアの燃料から遠ざかろうとする取り組みの一部です。

誇大宣伝されているので、突然ニュースの見出しを飾っているテクノロジーに慣れたいと思うかもしれません。 そう、 ザ・バージ ヒート ポンプとは何か、何をするのか、そしてなぜヒート ポンプが今注目を集めているのかについて、このガイドをまとめます。

そもそもヒートポンプとは？

さまざまな種類のヒート ポンプ技術がありますが、簡単にするために、現在最も多くの波を起こしている電化製品に焦点を当てます。 大騒ぎの原因となっている電化製品は、住宅や建物内の空気を加熱および冷却するために使用される電気ヒートポンプです。 名前にだまされてはいけません。 ヒートポンプは炉と同じ仕事をすることができます と エアコン。

物事はどのように機能しますか？

これはヒートポンプの種類によって異なりますが、決定的な特徴は、熱を必要な場所に移動させることです。 具体的には、アプライアンスは冷媒を使用して熱を取り込み、再分配します。 冷媒とは沸点が低く、熱を吸収しやすい物質です。 エアコンや冷蔵庫にも使われています。

あなたが耳にする最も一般的な種類のヒート ポンプは、家と外気の間で熱を移動させる「空気源」ヒート ポンプです。

屋内コンポーネントと屋外コンポーネントの 2 つの部分があります。 空間を冷却するために使用される場合、屋内コンポーネントは、液体冷媒で満たされたコイルを介して空間内から暖かい空気を押し出します。 冷媒は、空気から熱を吸収して沸騰し、蒸発して気体になります。 そこから、加熱された冷媒は室外機に移動し、そこで熱を放出します。 冷媒が冷えて液体に戻ると、プロセスが再び開始されます。 ヒートポンプを使用して部屋を暖める場合は、プロセスが逆になります。 冷媒は外から熱を吸収し、室内に移動します。 ヒートポンプ技術における比較的最近のブレークスルーのおかげで、これは機能します。 寒冷地でも 冷媒は、周囲よりも冷たい限り熱を吸収するためです。

もあります “グラウンドソース」または家や建物と屋外の地面または近くの水源との間で熱を移動させる地熱ヒートポンプ。

画像： エナジースター

それは驚くほどローテクに聞こえます。 ヒートポンプはしばらく前からありませんでしたか?

うん。 オーストリアのエンジニア、ペーター・フォン・リッティンガーが設計し、最初に文書化された 1850年代のヒートポンプシステム. 最初の電気式地中熱ヒート ポンプは、1940 年代後半に地下室で冷凍庫をいじっていたアメリカの発明家ロバート C. ウェバーの功績によるものです。 お湯を無駄にしたくないので、彼はそれをボイラーに転用し、最終的に家全体を暖めるシステムを設計しました。

ヒートポンプは長い間使用されてきましたが、主流にはなっていません。 2020 年には、 世界の暖房需要. 何年にもわたって、多くの人が慣れ親しんできた他の技術、つまりエアコンや炉は、購入して設置するのに手頃な価格になりました. 多くの場所では、電気よりもガスで家を暖めた方が安上がりでした。 さらに、ヒートポンプは、温暖な気候ほど非常に寒い場所でもうまく機能するとは限りません。

なぜ今、ヒートポンプについて多くのことを耳にするようになったのでしょうか?

まず、技術が向上しました。 そのため、ヒート ポンプは、今日世界が直面しているいくつかの危機に対処するのに理想的です。

COVID-19 のパンデミックとウクライナでのロシアの戦争の両方が、 世界的なガスクランチ. 家をガスで暖めたり、電気をつけ続けるためにガス火力発電所に頼ったりするのは、はるかに高価になっています.

あのエネルギー危機は本当に ヨーロッパでは厳しい、ガスのコストは 上昇した 過去数年だけでも、百万英国熱量単位 (MMBtu) あたり約 5 ドルから、MMBtu あたり 55 ドルになりました。 問題の大部分は、ヨーロッパが歴史的に非常に ロシアに頼る 天然ガスの供給のために。 ロシアがウクライナに侵攻して以来、ブロックはその中毒をやめようと試みてきました – そして電気ヒートポンプはその計画の大きな部分を占めています. ガスは現在、ヨーロッパの燃料です 一番使う その加熱のために、そしてそのガスの多くは歴史的に ロシアから来ました. 欧州委員会は、ヒート ポンプの展開速度を 2 倍にしたいと考えています。 ゴール 今後 5 年間で 1,000 万台を展開する予定です。

これは、すでに進行中の別の移行の加速です。 気候変動を遅らせる主な戦略の 1 つは、車から建物まで、あらゆるものを電化することです。 こうすることで、風力や太陽光などのクリーンで再生可能なエネルギーで稼働できるようになります。 いくつかの都市 — のように カリフォルニア州バークレー — 家や建物での新しいガス接続を禁止しました.

ヒートポンプは、昔ながらのガスや石油暖房の明らかな代替手段になりました。 そのため、ヒートポンプの導入を促進する取り組みは、提案されている多くの気候政策全体に散りばめられています。 民主党が可決しようとしている巨大な気候法案は、 インフレ抑制法たとえば、自宅に新しいヒート ポンプを設置する所得資格のあるアメリカ人に対する最大 8,000 ドルのリベートが含まれています。 リベートの資格がない人でも、ヒート ポンプを設置することで最大 2,000 ドルの税額控除を受けることができます。

ヒートポンプは環境に良いということですか？

ほとんどの場合、はい。 それらは電化製品なので、前述のようにクリーンエネルギーで動くことができます。 しかし、環境へのメリットは、接続されているグリッドがどれだけきれいかによって異なります。 まだ石炭とガスが支配的な送電網があるとしたら、その多くは まだある — それでは、その電気はあまりきれいではありません。 少なくともまだです。 ヒートポンプの気候ケースは前向きです。 グリッドがクリーンアップされている間に人々がガスからヒートポンプに切り替えれば、各国は気候変動の目標をはるかに早く達成できると考えられています。 30以上 各国と欧州連合は、二酸化炭素排出量を正味ゼロにするという目標を法律または政策に定着させています。 また、100 を超える国が同様の提案を行っていますが、これらの目標を達成するための政策の採用に向けて取り組んでいます。

ヒート ポンプに伴うその他の気候上の利点は、一般にかなりエネルギー効率が高いことです。 結局のところ、彼らはそうではありません 生成する 熱 – 彼らは単にそれを動かしています。 米国に焦点を当てた調査によると、空気熱源ヒート ポンプは Energy Star ガス炉よりも 2.2 倍から 4.5 倍効率的です。 分析 非営利のクリーン エネルギー研究組織 RMI によって 2020 年に公開されました。 によると、地中熱ヒートポンプはエネルギー使用量を 30 ～ 60% 削減できます。 エネルギー省. ただし、寒冷地では周囲環境から十分な熱を収集するために、ヒート ポンプは本質的により多くの作業を行う必要があるため、効率の向上にはばらつきがあります。

ある人によると、現在、米国の住宅の 70% は、ヒート ポンプを設置することで排出量を削減することができます。 勉強 昨年雑誌に掲載された 環境研究レター. この研究では、温室効果ガスの排出と、粒子状物質などの大気汚染物質の両方が考慮されました。 地球を暖める二酸化炭素だけを見ると、すべての一戸建て住宅がヒートポンプの使用を開始した場合、米国は住宅の CO2 排出量を 32% も大幅に削減できます。

ヒートポンプでお金を節約できますか?

繰り返しますが、それは依存します。 同報告書によると、今のところ、ヒートポンプを設置することで「経済的に利益を得る」世帯はわずか 32% にすぎません。 勉強 の 環境研究レター。

アプライアンスは光熱費の削減を通じて長期的にはお金を節約できますが、ヒートポンプは通常、従来の暖房または冷房システムよりも初期費用が高くなります. ある調査によると、ダクト付き空気熱源ヒート ポンプを購入して設置するのに中央値で 7,791 ドルを支払ったのに対し、ガス炉は 6,870 ドルでした。 消費者レポート 調査 そのメンバーの。 しかし、ヒートポンプシステムは、 コスト競争力を高める 両方のガス炉を交換する場合 と 空調ユニットまたはそれが新しい構造に組み込まれている場合。 そのため、短期的には、補助金がヒート ポンプを消費者にとってより魅力的なものにするための鍵となるでしょう。

エネルギー効率のおかげで、ヒート ポンプは、今後数十年のうちに、ほとんどの米国の家庭で家の冷暖房に代わる最も安価なクリーン エネルギーを提供する可能性があります。 分析 エネルギー効率の良い経済のためのアメリカ評議会によって。

ヒートポンプは誰でも、どこでも機能しますか?

技術的には、ヒートポンプはほぼ​​どこでも機能します。 過去 10 年間の技術的ブレークスルーのおかげで、ヒート ポンプは現在、 外気温が氷点下になっても家を暖める. 電化製品は、今のところ、穏やかな気候ほど効率的に機能しません。

自分の家を所有していない人は、通常、専門的に設置する必要があるため、ヒートポンプに目を向けるのも難しくなります. 新しいヒート ポンプ技術の次の大きな進歩は、窓の AC ユニットに匹敵する、取り付けが簡単な窓ユニットです。 従来のヒートポンプとは異なり、これらの新しいウィンドウ ユニットは、基本的に窓枠に置くことができます。 ニューヨーク州は最近、砲撃すると発表した 7000万ドル ニューヨーク市の公営住宅向けに 30,000 台の窓用ヒート ポンプ ユニットを製造するために、Gradient と Midea America の 2 つの会社に依頼しました。

Gradient によると、同社の製品は年内に市販される予定です。 しかし、安くはありません。 窓用 AC ユニットの価格は数百ドル以下ですが、Gradient の新しい窓用ヒート ポンプ (家の暖房と冷房の両方が可能) は、1,999 ドルとはるかに高くなります。

これは、エネルギー効率の高い電化製品やクリーン エネルギー技術全般の大きな問題です。 これまでのところ、これらのテクノロジーの多くは多くの人にとって手が届かないものでした。多くの場合、古い家電がまだ問題なく機能している場合は特に、新しい家電に何千ドルも費やすことができない賃貸人や人々です。 ヒートポンプ革命を本当に引き起こすには、それを変えなければなりません。