電気ヒートポンプ:エネルギー効率の良い未来のための既存の技術

2021-06-15
住宅所有者は、2018年9月19日、富士通のヒートポンプを背景に屋外でポーズをとります。住宅所有者はメイン州ソーコに住んでおり、1月の平均気温は25.7°F(-3.5°C)、69.9°F(21.1°C)です。 ) 7月に。Shawn Patrick Ouellette / Portland Portland Press Herald via Getty Images

気候変動の抑制を支援するために、バイデン大統領は、米国の温室効果ガス排出量を2030年までに2005年のレベルより50〜52パーセント削減するという目標を設定しました。この目標を達成するには、化石燃料を動力源とする活動を可能な限り迅速に電力に変換し、風力、太陽光、水力、原子力などの低炭素および無炭素のエネルギー源からその電力を生成する必要があります。

人々が住み働く建物は、かなりの量のエネルギーを消費します。2019年には、商業用および住宅用の建物が米国の温室効果ガス排出量の7分1以上を占めました。新しい冷暖房戦略はパズルの重要な部分です。

幸いなことに、これを行うことができる既存の技術があります。それは、炉よりも3〜4倍効率的な電気ヒートポンプです。これらの装置は、化石燃料を燃やすのではなく、建物の内外に熱を移動することによって、冬に家を暖め、夏に家を冷やします。

焦点を当てた科学者として、再生可能でクリーンなエネルギー、I研究住宅におけるエネルギー使用と何のために気候変動手段を遅く工業化発展途上国。クリーンで再生可能な電力で建物に電力を供給することは、消費者のお金を節約するための重要な戦略だと思います。

ヒートポンプは、空気ではなく熱を動かすことによって機能します

天然ガスや電気、またはいくつかのケースで実行する米国の使用強制空気炉内のほとんどの暖房システム油を加熱します。建物を暖めるために、システムは燃料を燃やすか、電気を使って空気を加熱し、次にダクトを通して個々の部屋に暖かい空気を吹き込みます。

ヒートポンプは冷蔵庫のように機能し、冷蔵庫内の空気からエネルギーを抽出してそのエネルギーを部屋に放出し、内部を冷却します。建物を暖めるために、ヒートポンプは外気または地面からエネルギーを抽出し、それを家の熱に変換します。

仕組みは次のとおりです。非常に冷たい流体が、ヒートポンプの室外ユニットのチューブのコイルを循環します。その流体は、流体よりも暖かい周囲の空気から熱の形でエネルギーを吸収します。流体は気化し、コンプレッサーに循環します。ガスを圧縮するとガスが加熱されるため、このプロセスで熱が発生します。次に、蒸気はヒートポンプの室内ユニットのチューブのコイルを通って移動し、建物を加熱します。

夏には、ヒートポンプが逆回転して部屋からエネルギーを奪い、その熱を屋外に移動しますが、外はもっと暑いです。基本的には、冷蔵庫の大型バージョンのように機能します。

炉よりも効率的

ヒートポンプは作動するのにいくらかの電気を必要とします、しかしそれは比較的少量です。最新のヒートポンプシステムは、この作業を行うために電気エネルギーで消費するよりも3〜4倍の熱エネルギーを熱の形で伝達でき、住宅所有者が支払います。

対照的に、従来の暖房システムのように、エネルギーをある形式から別の形式に変換すると、常にその一部が無駄になります。これは、石油やガスを燃焼させて炉内の空気を加熱したり、電気ヒーターを使用して空気を加熱したりする場合にも当てはまります。ただし、その場合、電気が生成されるときに廃棄物が発生します。発電所で発電するために使用されるエネルギーの約3分の2は、  その過程で失われます

改造住宅商業ビルの熱では効率を加熱増大ポンプ。化石燃料から再生可能エネルギーへの切り替えと組み合わせると、エネルギー使用量と二酸化炭素排出量がさらに削減されます。

電気に行く

成長している化石燃料の使用の制限積極的な政策をしているヒートポンプの販売駆動米国および国際的に。ヒートポンプは現在、世界中の暖房システムの5%で使用されており、そのシェアは2030年までに3分の1に増加し、2050年まで正味ゼロ排出量に達するとさらに高くなる必要があります。

暖房需要が比較的少ない温暖な地域では、ヒートポンプは炉よりも運転が安価です。税額控除、公共料金の払い戻し、またはその他の補助金も、バイデン政権によって復活した連邦政府のインセンティブを含む、初期費用を支援するためのインセンティブを提供する場合があります。

非常に寒い気候では、これらのシステムには補助用の追加の内部ヒーターがあります。このユニットはそれほど効率的ではなく、電気代を大幅に増やす可能性があります。寒い場所に住んでいる人は、代わりに地熱ヒートポンプを検討したいかもしれません。

これらのシステムは、地面の温度が冬の空気よりも暖かいという事実を利用しています。地中熱システムは、地球から暖かさを収集し、空気熱源ヒートポンプと同じ流体およびコンプレッサー技術を使用して、建物に熱を伝達します。それらを設置することは地下にチューブを埋めるための掘削を伴うので、それらはより多くの費用がかかりますが、それらはまた電力使用を減らします

新しい小型の「ミニスプリット」ヒートポンプシステムは、最も寒い気候を除くすべての気候でうまく機能します。これらのシステムは、建物内の空気を移動させるためにダクトを必要とする代わりに、個々の部屋を加熱または冷却する壁に取り付けられたユニットに接続します。設置が簡単で、個々のアパートで選択的に使用できるため、大きな建物の改修が容易になります。

最高の冷暖房システムを使用しても、適切な断熱材を設置し建物の漏れを密閉することが、エネルギー使用量を削減するための鍵となります。また、サーモスタットを試して、家の中で誰もが快適に過ごせるようにしながら、家の暖房や冷房がどれだけ少ないかを確認することもできます。

ヒートポンプがあなたのために働くことができるかどうかを理解するのを助けるために、1つの良い情報源はあなたの電気プロバイダーです。多くのユーティリティは、あなたの家をよりエネルギー効率の良いものにするための費用効果の高い方法を特定できる家庭のエネルギー監査を提供しています。他の良い情報源には、米国エネルギー省米国エネルギー効率経済評議会が含まれます。社会の電化への取り組みが加速するにつれ、ヒートポンプが中心的な役割を果たす準備が整いました。

この記事は、クリエイティブコモンズライセンスの下で会話から再発行されています。あなたは見つけることができ、ここで元の記事を

Robert Brechaは、デイトン大学の持続可能性の教授です。

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