寒冷地と一般地の違いは?

一般的に、1日の平均気温が10℃を下回ると暖房が必要と言われています。寒冷地と呼ばれる地域になると、暖房が必要な期間が長く、暖房に使用されるエネルギー量(≒光熱費)も大きくなります。
例えば、札幌の一軒家において年間に「暖房」だけで消費するエネルギー量は、沖縄の一軒家において年間に使用する「全て」のエネルギー量とほぼ同等となります。
また、札幌の住宅で消費されるエネルギー量の約半分が暖房に使用されており、暖房・給湯を合わせると70%にもなります。

家庭部門世帯あたり用途別エネルギー消費量
図1 家庭部門世帯あたり用途別エネルギー消費量

札幌の住宅エネルギー消費量の割合
図2 札幌の住宅エネルギー消費量の割合
(出典:用途別エネルギー消費原単位の算出と作成(澤地孝男他、日本建築学会計画系論文集(1994年))

寒冷地の暖房・給湯はどのようにおこなわれていたか?

従来、寒冷地において使用されるエネルギーの大半を占める暖房・給湯に対しては、ガスや灯油を燃料とする「燃焼式機器」(ファンヒーター、給湯機、ボイラなど)が一般的に使用されてきました。
しかし、暖房や給湯といった「熱」エネルギーをつくる場合、空気中の「熱」エネルギーを上手に利用するエアコンやエコキュートなどのヒートポンプ機器の方が、省エネルギー・省CO2に寄与することができます。(ヒートポンプとは、その名のとおり熱のポンプですから、空気中の「熱」をくみ上げて暖房・給湯をします。ヒートポンプの原理や省エネルギーの秘密は、HPTCJホームページ「ヒートポンプWEB講座」へ)

なぜ寒冷地でヒートポンプが普及してこなかったか?

寒冷地では、氷点下を超える日も珍しくありません。そのような日には、ヒートポンプ機器も空気中の熱エネルギーをうまくくみ上げることができず、本来の効率・能力を発揮できなくなるという現象がありました。これが、寒冷地でヒートポンプが普及してこなかった要因です。

要因1低外気温時に暖房能力が低下する

要因2室外機に付着する霜を除去する除霜運転時に暖房運転が止まる

現在の最新型ヒートポンプ機器(エアコン、エコキュート)

近年、COP21などに代表されるようにCO2排出削減や省エネルギーが社会要請となっています。このような情勢の中、特に暖房や給湯で多くのエネルギー消費をしている寒冷地において省エネ・省CO2を図ることは喫緊の課題となってきたのです。
そこで、各メーカーは、これまでヒートポンプが苦手としていた寒冷地での短所を克服する新技術を開発することで、寒冷地においても暖房や給湯で活躍できるヒートポンプ機器が誕生しました。

新技術の紹介

①低外気温時の暖房性能向上

解決策a.圧縮機の工夫

  • 新型圧縮機の開発や、圧縮機を2台直列で設置することで、低外気温でも加熱能力、速暖性能、効率向上を達成しています。

解決策b.冷媒回路の工夫

  • 冷媒回路にバイパスを設けることで、起動後すぐに暖房運転できるようにしています。 (速暖性能の向上)

解決策c.熱交換器の工夫、インバーターの工夫

  • 熱交換器の表面積を大きくすることで外気からの採熱量を増加させ、暖房能力を向上させています。
  • インバーター制御の最小値を通常より小さくとることで、機器の発停を少なくし、効率を向上させています。

②除霜運転の工夫

解決策d.除霜運転時間の短縮

  • 圧縮機の排熱を利用することで、霜取り能力を向上させ、除霜運転時間を短縮しています。
  • これまでは、ある一定温度以下になると、霜が付着していなくても自動的に除霜運転を開始し、暖房が止まることがありました。そこで、室外機に外気温と熱交換器の温度や 湿度を感知するセンサーを設置し、本当に必要な時だけ除霜運転をすることでトータルの除霜運転時間を短縮しています。

解決策e.暖房運転を止めずに除霜運転をする

  • 室外機の熱交換器を2つに分割して除霜運転を交互に行うことで、暖房運転を継続しています。※片方でも除霜運転が入ると室温が2~3℃下がる。
  • 通常、室内機へ流れる冷媒の半分をバイパスによりショートカットして室外機の霜取り運転に利用することで、暖房運転をしながら除霜運転を行います。

解決策f.除霜運転時における室温低下の緩和

  • 除霜運転が必要なタイミングを事前に察知し、事前に室温を上げることで暖房運転停止中の室温低下を抑制します。

機器紹介

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