マルジョ・ゴフィン

ヒートポンプはどのように動作するのですか?

2023 年 6 月 9 日
午前11時58分

ヒートポンプは1800年代初頭の発明以来、長い道のりを歩んできました。その動作を支える技術は大きく進化し、 効率の向上 より幅広い適用性を実現します。

今日、ヒートポンプは省エネ機能と環境への配慮で広く認知されています。

この記事では、ヒートポンプの仕組みについて知っておくべきすべてのことを学びます。

ヒートポンプの動作原理
3つの異なるタイプのヒートポンプ
ヒートポンプのさまざまな部品、コンポーネント、機能
ヒートポンプのメンテナンス方法
ヒートポンプの寿命
ヒートポンプの運転コストはどれくらいか
一般的なヒートポンプに関するよくある質問
もっと..

ヒートポンプはどのように機能するのでしょうか?

ヒートポンプは、ある場所から別の場所へ熱を移動させる多目的な暖房および冷房システムです。ヒートポンプの主な機能は、電気を使用して暖かい場所から冷たい場所へ熱を移動させることです。これは、従来の暖房および冷房システムに代わるエネルギー効率の高い方法です。このヒートポンプの動作には、暖房と冷房のサイクルが含まれ、住宅や商業ビルの室内環境を効果的に管理します。

ヒートポンプのプロセスには、熱を伝達するために連携して動作する複数のコンポーネントが含まれます。簡単に言えば、空気 (空気熱源ヒートポンプの場合)、地面 (地中熱源ヒートポンプの場合)、または水 (水熱源ヒートポンプの場合) から熱を抽出し、必要な場所に移動します。このヒートポンプ機能は、冬の暖房だけでなく、夏の冷房にも役立ちます。

ヒートポンプには、空気熱源、地中熱源、水熱源など、さまざまなタイプがあり、それぞれ異なる環境やニーズに適しています。ヒートポンプの機能を理解することは、エネルギー効率と気候制御におけるヒートポンプの役割を理解するのに役立ちます。

ヒートポンプにはさまざまな種類がありますか?

ヒートポンプは、さまざまな熱源から熱を取り出して家を暖める、効率的で環境に優しい方法です。使用する熱源に基づいて、ヒートポンプには主に 3 つのタイプがあります。空気熱源ヒートポンプ、地中熱源ヒートポンプ、水熱源ヒートポンプです。各タイプには、地域の気候や暖房のニーズに応じて、独自の利点と用途があります。

空気熱源ヒートポンプ屋外の空気から熱を取り出す空気熱源ヒートポンプは、最も一般的なタイプのヒートポンプです。設置が簡単で、温暖な気候でよく機能します。空気熱源ヒートポンプの主な 2 つのタイプは、空気対空気と空気対水です。 空気対空気ヒートポンプ 屋内空間に熱を供給する一方、空気対水ヒートポンプは、ラジエーター、床暖房、住宅の温水を加熱するためによく使用されます。
地中熱ヒートポンプ地熱ヒートポンプとも呼ばれるこのシステムは、冷媒を充填した地下パイプのシステムを介して地面から熱を引き出します。空気熱源ヒートポンプよりも設置費用は高くなりますが、はるかに効率的で、 寒い気候でもうまく機能する地中熱ヒートポンプには、水平型と垂直型の 2 つの主なサブタイプがあります。水平型ヒートポンプではパイプが溝に埋め込まれ、垂直型ヒートポンプではパイプが地下深くに掘削されます。
水熱源ヒートポンプ 地下のパイプのシステムを使用して、湖や川などの近くの水域から熱を引き出します。非常に効率的で一定の温度を提供しますが、近くに水源が必要です。水源ヒートポンプには、オープンループとクローズドループの 2 つの主なサブタイプがあります。オープンループヒートポンプは水源から直接水を引き出しますが、クローズドループヒートポンプは水または不凍液で満たされた地下パイプのシステムを使用して熱を伝達します。

どのタイプのヒートポンプを設置するか、それが 家全体を暖める地元の気候、家の大きさ、予算など、いくつかの要素を考慮することが重要です。また、評判の良いヒートポンプサプライヤーを選択し、床暖房やラジエーターが必要かどうかなど、家の具体的な暖房ニーズを考慮することも重要です。

まとめると、ヒートポンプはさまざまな熱源を使用して家を暖める効率的で環境に優しい方法です。ヒートポンプを選択するときは、地域の気候、庭の広さ、予算、家の具体的な暖房ニーズなどの要素を考慮してください。

ヒートポンプのコンポーネントと動作

ヒートポンプは、従来の暖房および冷房システムに代わるエネルギー効率の高いシステムです。季節や希望する温度に応じて、ある場所から別の場所に熱を移動することで機能します。このシステムは、効率を最大限に高めるために連携して動作するさまざまなヒートポンプコンポーネントで構成されています。ヒートポンプシステムのコンポーネントとその役割を理解することは、ヒートポンプシステムの動作を理解する上で非常に重要です。

この記事では、ヒートポンプのさまざまな部品と機能について説明し、各要素がヒートポンプの全体的な動作にどのように貢献するかについて説明します。ヒートポンプの主なコンポーネントと機能は次のとおりです。

室内ユニット

ヒートポンプの室内ユニットは、調整された空気を家全体に分配する重要なコンポーネントです。蒸発器コイル、送風ファン、およびさまざまなコントロールが含まれています。蒸発器コイルは、ヒートポンプが冷房モードのときに室内の空気から熱を吸収し、暖房モードのときに室内の空気に熱を放出する重要な役割を果たします。空気がコイルを通過すると、内部の冷媒がサイクルに応じて熱を吸収または放出し、室内温度を調整します。

室内ユニットの送風ファンは、調整された空気が空間全体に効率的に循環するようにします。送風ファンは部屋から空気を吸い込み、蒸発器コイルに通してから、調整された空気を居住空間に戻します。室内ユニットには、ヒートポンプの動作を管理する制御システムも内蔵されており、ヒートポンプが効率的に動作し、希望する温度を維持できるようにします。

全体的に、室内ユニットは、室内の快適さを維持し、必要に応じて温風や冷風を効果的に分配し、システムがスムーズに動作するために不可欠です。コイルとファンの定期的な清掃を含む室内ユニットの適切なメンテナンスは、ヒートポンプシステムの最適なパフォーマンスにとって重要です。

屋外ユニット

ヒートポンプの室外機も同様に重要で、室内機と連動して室内温度を調節します。主にコンプレッサー、コンデンサーコイル、ファンで構成されています。コンプレッサーは冷媒を加圧し、室内機と室外機の間で循環させる役割を担っています。このプロセスは、ヒートポンプが暖房と冷房を行うための熱伝達サイクルに不可欠です。

室外機では、冷房モード時にコンデンサーコイルが室内環境から吸収した熱を外気に放出します。逆に暖房モードでは、コンデンサーコイルが低温時でも屋外の空気から熱を吸収し、冷媒に伝達します。室外機のファンは、空気がコンデンサーコイル上を効率的に流れるようにすることで、この熱交換プロセスを補助します。

屋外ユニットはさまざまな気象条件に耐えられるように設計されており、年間を通じて稼働します。ユニットの効率と寿命を保つには、ゴミの除去やユニット周囲の適切な空気の流れの確保などの定期的なメンテナンスが不可欠です。屋外ユニットの機能とメンテナンス要件を理解することで、住宅所有者はヒートポンプシステムを効率的に稼働させ、年間を通じて快適さを確保できます。

コンプレッサー

コンプレッサーは、空気源ヒートポンプの重要なコンポーネントです。冷媒を加圧してユニット全体に循環させることで、ヒートポンプの動作に重要な役割を果たします。ヒートポンプコンプレッサーの動作を理解するには、システム内でのその機能を認識することが重要です。

冷媒がコンプレッサーに入ると、気体状態になります。コンプレッサーはガスに力を加え、圧縮し始めます。これにより、冷媒の圧力と温度が上昇します。冷媒ガスのこの圧縮により、ヒートポンププロセスを駆動するために必要なエネルギーが生成されます。これはコンプレッサーの重要な機能の 1 つであり、ヒートポンプコンプレッサーの動作方法を示しています。

圧縮によって生じた高圧ガスは、屋内にある熱交換器または凝縮器に送られ、そこで熱が室内の空気または水に伝わります。高圧ガスが凝縮器に入ると、凝縮して液体に戻り、吸収した熱を室内環境に放出します。冷却された冷媒は、蒸発器を経由してコンプレッサーに戻り、ここでサイクルが継続されます。

要約すると、コンプレッサーは冷媒を加圧し、空気源ヒートポンプ全体に移動させる役割を担っています。冷媒ガスを圧縮するという重要な機能を果たし、ヒートポンププロセスの実行に必要なエネルギーを生成します。ヒートポンプコンプレッサーの仕組みと空気源ヒートポンプの動作を理解するには、コンプレッサーの役割を理解することが不可欠です。

コンデンサー

コンデンサーはコンプレッサーからガス冷媒を受け取り、冷媒の熱を周囲の環境に放出する役割を担います。通常、室外ユニットは、蒸発器から吸収され、コンプレッサーによって圧縮された熱を放出するために使用されます。

ヒートポンプコンデンサーの仕組みを理解するには、コンデンサー内での熱放出のプロセスによって冷媒が冷却され、凝縮されて液体状態に戻ることを理解する必要があります。この凝縮プロセスは、ヒートポンプシステムが適切に機能するために不可欠です。

要約すると、コンデンサーはヒートポンプシステムに不可欠なコンポーネントです。その主な機能は、コンプレッサーからガス状の冷媒を受け取り、熱放出によってそれを液体状態に変換することです。このプロセスは、ある場所から別の場所へ熱を効率的に伝達する上で重要な役割を果たします。

膨張弁

膨張弁はヒートポンプシステムに不可欠な部品です。ヒートポンプ計量弁として機能し、冷媒の流れを調節し、ヒートポンプの適切な動作に必要な圧力と温度の低下を促進します。

ヒートポンプの膨張弁は、冷媒の圧力と温度を下げる狭い通路として機能し、冷媒の流れを制御します。冷媒が高圧液体ラインから膨張弁に入ると、小さなオリフィスを通過して流れが制限され、圧力が下がります。冷媒が膨張弁を通過すると、システムの低圧側に入り、温度が大幅に下がります。このプロセスは、暖房モードで冷媒が室外機から熱を吸収して室内機に伝達できるようにするため、不可欠です。

膨張弁は、ヒートポンプが効率的に動作することを保証する上で重要な役割を果たします。このヒートポンプ計量装置がなければ、冷媒はシステム内を自由に流れ、温度と圧力の低下が不十分になります。その結果、ヒートポンプの動作が非効率的になり、エネルギー消費量の増加、運用コストの高騰、および炭素排出による環境への影響の増大につながります。

要約すると、膨張弁はヒートポンプシステムの重要な部分です。膨張弁は冷媒の流れを調整し、圧力と温度を下げます。これにより、ヒートポンプが効率的に機能し、運用コストと環境への影響を最小限に抑えることができます。特定の要件を持つシステムの場合、ヒートポンプには 2 つの膨張弁があるかどうか疑問に思うかもしれません。通常、ほとんどのシステムでは 1 つの膨張弁を使用しますが、構成は設計とアプリケーションによって異なる場合があります。

蒸発器コイル

蒸発器コイルはヒートポンプシステムに不可欠な要素です。蒸発器コイルは、コンプレッサー、コンデンサー、ファンなどの他のコンポーネントと連携して、効率的な暖房と冷房を実現します。空気から熱を吸収し、冷媒に伝達する役割を担っています。

ファンによってヒートポンプに引き込まれた暖かい空気は、蒸発器コイルを通過します。空気の熱は冷媒に伝達され、冷媒は液体から気体に変換されます。このプロセスは熱伝達と呼ばれます。蒸発器コイルは、この熱伝達プロセスを促進するように設計されており、ヒートポンプシステムの効率を最大限に高めます。

蒸発器コイルは、熱伝達プロセス中に空気から熱を吸収し、凝縮器を通して熱を放出します。冷媒は、熱を凝縮器に運び、そこから環境に放出する役割を果たします。このプロセスが継続的に繰り返され、家の中の温度が一定に保たれます。

蒸発器コイルには、フィンアンドチューブ型とプレート型の 2 つの一般的なタイプがあります。フィンアンドチューブ型は最も広く使用されており、ほとんどの住宅および商業用途に適しています。フィンのネットワークに接続された細いチューブで構成されており、最大限の熱伝達が可能です。一方、プレート型は、スペースが限られている特殊な用途で使用されます。

結論として、蒸発器コイルはヒートポンプシステムの運用において重要な役割を果たします。空気から熱を吸収して冷媒に伝達する能力により、効率的な暖房と冷房が可能になり、最終的には運用コストの削減と二酸化炭素排出量の削減につながります。使用する蒸発器コイルの種類に関係なく、その機能は変わりません。つまり、熱伝達を促進し、家の中の温度を一定に保つことです。

逆転バルブ

リバースバルブは、ヒートポンプシステムの冷却モードと加熱モードの切り替えを可能にすることで、ヒートポンプシステムの動作に重要な役割を果たします。ヒートポンプリバースバルブの仕組みを理解することは、室内の快適さを維持する機能を理解する鍵となります。これは、ヒートポンプの種類に応じて周囲の空気または地面から熱を吸収する冷媒の流れを逆転させることで行われ、室内を快適な温度に保ちます。

ヒートポンプが暖房モードに切り替わると、逆転バルブにより冷媒が室外機のコイルまたは地中熱ヒートポンプのループシステムを通って流れます。冷媒は外部環境から熱を吸収し、室内機に送られ、そこで放出されて空気を暖めます。冷媒の流れを逆転させることで、ヒートポンプは効果的に外部から熱を抽出し、それを室内に送り込み、家を快適で暖かく保ちます。

リバースバルブが冷却モードに切り替わると、冷媒は反対方向に流れます。たとえば、冷媒は家の中の熱を吸収し、それを外に放出して快適な温度を維持します。これは、リバースバルブが家の中の温度制御を維持し、住宅所有者が一年中快適に過ごせるようにする仕組みを示しています。

結論として、リバースバルブはヒートポンプシステムの動作に不可欠なコンポーネントであり、ヒートポンプが暖房モードと冷房モードを切り替えることを可能にします。リバースバルブは冷媒の流れを逆転させ、ヒートポンプが周囲の環境から熱を吸収し、それを室内ユニットに転送したり、屋外に放出したりできるようにします。リバースバルブは、家屋内の温度を調節し、快適な生活環境を確保する上で重要な役割を果たします。