ヒートポンプは実際にどのように動作するのでしょうか?

Aug 25, 2023

ポール・ラウバー著

ピーターとマリア・ホーイによるイラスト

2023 年 1 月 6 日

請求米国の温室効果ガス汚染の約 10% は、建物を冬は暖かく、夏は涼しく保つための私たちの取り組みに起因しています。 それは、恥ずかしいことに、標準的な温度管理は依然として中生代のカスやカスを燃やすことに大きく依存しているからです。

しかし今では、低炭素または無炭素の代替手段、つまりヒートポンプが登場しました。 冬には、（外気温が非常に低い場合でも）地面または空気から熱を奪い、内部に伝えます。 夏には逆に回転し、内部から熱を引き出して排出します。 必要なのは最小限の電力だけです。再生可能資源から生産されていれば、プロセス全体をカーボンフリーにすることができます。

どのように機能するのか熱力学の第二法則を覚えていますか? 熱は、より熱い物体からより冷たい物体へと移動します。 ヒートポンプは、冷媒を使用してそのプロセスを逆転させます。つまり、寒い地域 (冬には外気または地面) から熱を取り出し、暖かい地域 (自宅) に、または暑い季節には自宅から屋外に熱を伝達します。 空き状況、予算、家のレイアウトに応じて、複数のオプションからお選びいただけます。 空気熱源ヒートポンプは、室外機と室内機が導管で接続された AC ユニットに似ています。 地中源ポンプには、地面または水域から熱を吸収 (または排出) する冷媒で満たされたパイプが必要です。

何が間違っているのでしょうか?ヒートポンプは極寒の気候では動作が難しく、技術は急速に進歩していますが、一部のシステムはバックアップを必要とするため、コストが増加し、二酸化炭素削減量が減少する可能性があります。 （エネルギー省は、ヒートポンプメーカー10社に寒冷地向けモデルの開発を依頼した。レノックス社が最初にスタートし、1台が今冬試験中だった。早ければ2024年にも利用可能になる可能性がある。）理想的には、ヒートポンプは次のように設計されるべきである。冷暖房するエリアの広さ、地域の極端な気温、屋外の地面や水の利用可能性などを考慮して、状況に合わせて調整します。

また、有能な設置業者を見つけるのは難しい場合があります。 たとえば、私のものを入れた人は、冷却液が必要なことを知りませんでした。 最後に、古い給湯器が故障したときに新しい給湯器を購入するのとは異なります。 ヒートポンプの設置には時間がかかるため、事前に計画を立てる必要があります。

その結果ヒートポンプの運用コストは、特にポンプがベースボードや他の電気ヒーター、または燃料油を使用する炉に取って代わる場合に、従来のシステムよりも大幅に削減できます。 ただし、導入には多額の初期費用がかかる場合があります。 空気源モデルは安価 (およそ 3,500 ドルから 7,000 ドル) ですが、掘削が必要で設置費用が最大 22,000 ドルに達する地上源モデルよりも効率が低く、より頻繁なメンテナンスが必要です。

良いニュースは、インフレ抑制法には、対象となる消費者が最大 8,000 ドルを節約できる減税とリベートが含まれていることです。 また、住宅所有者は、住宅のエネルギー効率に応じて最大 2,000 ドルの税額控除を受けることができます。

Paul Rauber は、Sierra の上級編集者です。 Twitter @paulrauber で彼をフォローしてください。

Peter Hoey と Maria Hoey は、イラストレーターとグラフィック アーティストの兄妹チームです。