大気など周囲の熱を取り込んで別の場所へ移動させて放出するヒートポンプは、省エネやCO2削減効果が期待され、高い関心を集めています。空調機器や給湯器などについて、ヒートポンプの利用状況と現在の技術動向を整理します。ヒートポンプとはヒートポンプとは、低温の熱源から熱を集めて高温の熱源へ送り込む装置で、まさに「熱を汲み上げるポンプ」といえます。住宅やビルの冷暖房や給湯用に利用されており、熱源には、空気中の熱や工場の低温排熱、河川水や工場排水、地中熱など、これまで利用価値がなかった熱エネルギーが利用されることから、省エネ技術としてだけでなく、未利用エネルギーの活用という側面からも関心が高まっています。わが国では、業務部門や家庭部門におけるCO2(二酸化炭素)排出量が、1990年以降増加傾向にあり(図1)、両部門におけるCO2排出量削減が求められるようになっています。した中、エネルギーの使用内訳で大きな割合を占める冷暖房及び給湯(図2)における、エネルギー利用の高効率化を実現する技術のひとつとして、ヒートポンプが期待されています。現在、実用化されているヒートポンプは、圧縮式と吸収式に分類することができます。圧縮式の場合は、冷媒(熱移動の仲立ちをする物質)を圧縮することによって凝縮熱を得て、この熱を水や空気に移動して給湯や暖房に利用します(図3)。逆に冷媒を膨張・減圧させると、冷媒は気化して周囲から熱を奪うため、冷房として利用されます。熱を移動させるエネルギー源としては、電気モーターやガスエンジンなどが利用されており、家庭用や業務用の冷暖房や給湯などに広く使われています。いったサイクルによる水の気化熱を利用した仕組みとなっており、冷媒には水、吸収剤には吸湿性が高い臭化リチウムが用いられます。発生した水蒸気が水に戻される「凝縮器」で処理サイクルを繰り返し、吸収器及び凝縮器で発生する熱が利用されます。熱を移動させるエネルギー源としては、水蒸気や高温水などが利用され、電力は補助源としてのみ用いられるため、電力消費量が少ないという特長があり、産業用や地域熱供給などに広く利用されています。技術開発の動向1)COP(エネルギー消費効率)の向上ヒートポンプの特長は、少ない電気エネルギーで効率的に熱エネルギーを得ることができるという点です。同じ暖房装置でも、電気ストーブなどの場合は、電気エネルギーから熱エネルギーを得ようとすると最大100%までしか得ることができませんが、ヒートポンプでは、大気や排水・排熱などの熱を取り込んで有効利用することにより、使用する電気エネルギーの300~600%に相当する熱エネルギーを取り出すことができます。ヒートポンプタイプのエアコンの普及が進んでいますが、こうしたエアコンの高性能機種のなかにはCOPが6を超える製品も登場するなど、わが国におけるCOP向上の成果にはめざましいものがあります。これはひとつには、省エネ法の改正を受けて1999年から導入された「トップランナー方式」による効果と考えられています(図5)。科学技術の動向」民生部門における革新的なエネルギー技術による温暖化対策技術)出典URL:https://www8.cao.go.jp/cstp/siryo/haihu73/siryo3.pdf2)エコキュートの普及2001年に、CO2を冷媒に利用した自然冷媒ヒートポンプ給湯機(エコキュート)が発売されました。これは、ヒートポンプの原理により、電気(夜間電力)を使って大気中の熱を自然冷媒(CO2)に集め、その熱を利用してお湯を沸かす給湯器です(図6)。エコキュートでは、従来の燃焼式給湯器と比較して、一次エネルギー使用量を約3割、CO2排出量を約5割削減することができます。2001年の発売開始時のCOPは3.46でしたが、2007年には5.1の製品も発売され、エネルギー効率の向上が進められてきています。エコキュートに関するその他の技術開発としては、寒冷地対応や小型化のほか、給湯に加えて、床暖房や浴室暖房・乾燥にも対応する多機能型エコキュートの商品化などが進んでいます。2010年に累計446~520万台の普及を目標としています。して急速に普及が進んだ要因としては、2002年度から、エコキュート設置の際に国の補助金制度が導入されたことが挙げられます。データをもとに作成)3)地中熱の利用可能性ヒートポンプシステムのうち、地中や地下水等を熱源とするタイプは、地中熱利用ヒートポンプといわれています。このヒートポンプでは、地中で熱交換を行う「地中熱交換型」が一般的に採用されています。これは、地中50~100mの深さまで掘削を行った後、地中熱交換器を埋設し、交換器のなかで水や不凍液を循環させて熱交換を行うものです。地下は年間を通じて温度変化が少ないことから、地中熱利用ヒートポンプでは、夏の冷房時に外の空気より低い温度の地中に熱を放出し、冬の暖房時には外の空気より暖かい地中から熱を取り出すことができます。今日、欧米では1980年代から普及が進んでいる一方で、日本では地質構造が複雑で掘削費用がかかるため、地中熱利用ヒートポンプの普及はほとんど進んでいません。地中熱利用ヒートポンプは、空気を熱源としたヒートポンプと異なり、冷房時に大気中への熱放出がなく、ヒートアイランド対策の観点からも効果が期待されることから(図8)、今後国内でも普及が進む可能性が考えられます。環境省では平成18年度から、地中熱や地下水を利用したヒートアイランド対策技術について、有効性の確認と同時に地中の微生物への影響や地下水位の変動などを分析・評価する「クールシティ推進事業」を実施しており、環境への悪影響を及ぼさない実施条件の確立を目指しています。分野、あるいは寒冷・積雪地における道路や駐車場などの融雪用、農業ハウス栽培用などにも一部利用されています。これらの分野での普及拡大を図るためには、高効率な熱回収、高温化が技術課題となっています。2008年4月に資源エネルギー庁は、「省エネルギー技術戦略2008」を策定しました。実現をめざすほか、寒冷地にむけて2030年までに「低外気温(-25°C)での稼動(COP8)」、2030年までに「地中熱利用ヒートポンプ給湯・暖房機」の開発をめざしています。環境負荷が小さい冷媒を利用したヒートポンプの技術開発も求められており、自然界に存在する水や空気、CO2、アンモニア、水といった自然に存在する冷媒が注目されています。冷凍倉庫(出典:「今後の技術開発の方向性」より抜粋。以上のようにさまざまな技術開発が進められているヒートポンプに対し、国でもさまざまな施策を打ち出して、その普及促進に取組んでいます(表2)。(財)ヒートポンプ・蓄熱センターがまとめたデータによると(図9)、現状のヒートポンプの普及率は、産業部門の熱利用(100°C未満)では4割程度であり、家庭部門では、冷房での普及率が極めて高くなっているものの、暖房や給湯用では依然として燃焼式機器が多く利用されています。業務部門でも、冷暖房では30%程度まで普及が進んでいますが、給湯用はまだ普及していません。(NPO等)、個人が導入・活用を図ることにより、ヒートポンプがさらに普及することが期待されます。関連情報は見つかりませんでした。見つかりませんでした。茨城県つくば市小野川16-2著作権・リンクプライバシーポリシ。