ヒート ポンプの種類:ヒート ポンプの種類、仕組み、最適なヒート ポンプは?
快適な環境は、私たちが日々を過ごす上で不可欠な役割を果たしています。それを実現する方法の 1 つは、エアコンとヒートポンプです。私たちはエアコンに非常に精通していますが、ほとんどの人はエアコンが特定のタイプのヒートポンプであることを認識しておらず、家の暖房や冷房と同じ目的で使用できるシステムが他にもたくさんあります.
今の時代、暖房と冷房が欠かせません。住宅や商業ビルを設計する際に、温度制御を考慮することは基本的な要件です。残念ながら、これらの要件には膨大なエネルギーフットプリントが伴う可能性があるため、これには欠点があります.一部のエアコンはエネルギーを消費する場合がありますが、エネルギー効率の高い家を作るのに役立つさまざまな形態の暖房と冷房があります。
これらの他のタイプのヒート ポンプとは何か、それらがどのように機能するか、およびニーズに適したものを選択する方法を見てみましょう.
ヒートポンプとは?
簡単に言えば、ヒートポンプは、ある場所から別の場所に熱を移動するために使用されるデバイスです。冷暖房兼用で使用できます。内部から熱を吸収して外部に排出する (冷却) か、外部から熱を吸収して内部に注入する (加熱) ことができます。
現在、この機能を実現する方法は複数あります。詳しく見ていきましょう:
ヒートポンプの効率は、電気抵抗ヒーターよりもはるかに高いです。しかし、落とし穴があります。この効率は、温度勾配または屋外と屋内の温度差が大きくなり始めると低下します。
「ヒートポンプ」という用語を使用すると、ほとんどの人は、これらのデバイスが室内空間を加熱するだけで冷却できないと考えるように混乱する可能性があります.ただし、前に定義したように、多くの場合、単一のアプライアンスを介して、両方のジョブを実行できます。これは、エアコンの場合は「逆止弁」を使用することで実現されます。このメカニズムにより、必要に応じて凝縮器と蒸発器のコイルを交換できます。つまり、凝縮器が蒸発器になり、蒸発器が凝縮器になることができます。
ヒートポンプの仕組み
ヒート ポンプのしくみは、蒸発器、凝縮器、圧縮機、および膨張弁と呼ばれるさまざまなコンポーネントに冷媒と呼ばれる流体を移動させることです。冷媒は、室内の熱を除去または追加するための主要な媒体です。蒸発器や凝縮器などの他のコンポーネントと組み合わせると、環境から熱を吸収して冷却できます。次のサイクルでは、ヒートポンプを使用して空間を冷却する方法を見ていきます。同じプロセスを逆にすると、加熱装置を得ることができます.
冷媒は膨張弁を通過し、それまで液体だった冷媒が気体に変わります。この膨張の間、冷媒は冷却されます。その後、蒸発器内の一連のコイルを通過し、ファンで吹き飛ばされます。このようにして冷たい空気が部屋に注入され、熱が冷媒に吸収され、高温のガスになります。
その後、コンプレッサーを通過し、そこで圧縮されて高温高圧のガスに変換されます。冷媒はコンデンサー内のコイルのネットワークを介して導入され、ファンによって吹き飛ばされて、蓄えられた熱が取り除かれ、外気に排出されます。この時点で液体になっている冷媒は、同じプロセスを経て再び循環し、冷気を得続けます。
ヒート ポンプは冷房モードでどのように機能しますか?
液体の冷媒は室内のコイル (蒸発器) に送り込まれ、室内の空気が吹き出されます。冷媒は熱エネルギーを吸収し、結果として生じる冷たい空気が家に吹き戻されます。その後、冷媒は蒸発してガスの形になります。
ガス状の冷媒は圧縮機に送られ、圧縮されます。ガス状の冷媒を加圧すると加熱されます。高温の気体冷媒は、屋外コイル (コンデンサー) に送られます。室外機のファンはコイルに外気を吹き込みます。外気は冷媒よりも冷たいため、冷媒はその熱を外気に伝えます。冷媒が冷えると、凝縮して液体に戻ります。
液冷媒は室内機の膨張弁に送られ、減圧されてさらに冷やされます。冷たい液体の冷媒が蒸発器コイルに送り返される準備が整い、サイクルを再開できます。
ヒートポンプは暖房モードでどのように機能しますか?
冷房モードでは、エアコンとヒートポンプの間に大きな違いはありません。ただし、暖房モードでは、ヒートポンプの最も特徴的な機能である逆転バルブが機能します。逆転弁は、ヒート ポンプが家庭にエネルギーを放出するように、冷媒の流れを逆転させます。したがって、室外機のコイルは蒸発器の役割を果たし、室内機のコイルは凝縮器の役割を果たします。
全体的なプロセスは同じままです。まず、液状の冷媒が室外コイル (蒸発器) に送り込まれ、そこに外気が吹き出されます。そして、冷媒が熱エネルギーを吸収した後、冷気が室外に吹き出します。その後、液体冷媒は蒸発してガスになります。
ガス状の冷媒はコンプレッサーを通過し、圧縮機で加圧されて加熱されます。ガス状の冷媒は、室内のコイル (凝縮器) に送られます。室内ファンは、ガス状の冷媒の上に冷たい室内空気を送ります。室内の空気は気体の冷媒よりも冷たいため、冷媒は室内の空気に熱を失います。結果として生じる熱風が家に吹き込まれます。
その間、冷媒は凝縮して液体になり、膨張弁にポンプで送られ、減圧してさらに冷却します。最後に、冷たく液体の冷媒が屋外コイル (蒸発器) に送られるため、サイクルを最初からやり直すことができます。
1.ヒート ポンプのタイプ:エアー ツー エアー ヒート ポンプ
明らかなように、空対空ヒート ポンプは、空気をヒートシンクおよび熱源として使用することによって機能します。このようなシステムの一般的な例は、住宅用および業務用のエアコンです。これらのシステムはリバーシブルでもあり、加熱にも冷却にも使用できます。
空気対空気ヒート ポンプはエネルギー効率の高い空調システムであり、他のヒート ポンプ システムよりも設置費用と初期費用が安価です。気候帯で十分な暖房と冷房を提供できるため、国内の大部分での使用に適しています。
ただし、これらのヒートポンプには欠点があります。室内と室外の温度差が大きくなると効率が低下します。極端な寒さまたは極端な暑さでは、空気対空気のヒート ポンプは、必要に応じて動作することが困難になる可能性があります。凍結する気候では、これは特に問題となり、空調操作を妨げる可能性があります。ただし、一部のヒート ポンプの凍結保護機能は、低コストで極端な寒さの中でパイプが凍結するのを防ぐのに非常に役立ちます。
空気対空気ヒートポンプには、いくつかの異なるタイプがあります。以下でそれぞれを見てみましょう:
a) ミニスプリット ヒート ポンプ (ダクトレス ヒート ポンプ)
ミニスプリットヒートポンプは、設置が簡単で、柔軟性があり、エネルギー効率が高いため、住宅や実際には商業消費者の間で人気が急速に高まっています.実際、スマート AC コントローラと組み合わせると、さらにエネルギー効率を高めることができます。これらのタイプのヒート ポンプは、ダクトや通気口の大規模なネットワークを必要とせず、古い構造に最新の空調システムを取り付ける必要がある場合の改造に適しています。
これらのシステムは、室内機と室外機の 2 つの部分で構成されています。室外機には不要な熱を外に排出する凝縮器があり、室内機は冷気または熱気を室内に送り込みます。
ミニスプリット屋外ユニットは、複数の屋内ユニットに電力を供給するためにも使用でき、マルチゾーン ミニスプリットとして知られるものを生み出します。この方法により、個々のユニットは「ゾーニング」として知られる方法で独立して制御できます。
Cielo Breez Smart AC コントロールのフリーズ保護 (FP) モード
凍結保護モードは、極端に寒い気候に家を持っている人にとって、ユニークで革新的な機能です。フリーズ プロテクションを使用すると、使用していないときでも室内空間を快適な温度に保つことができます。
エアコンは低電力の暖房モードで動作するため、部屋が耐えられないほど寒くならないようにします。このモードは、スペースを占有していないが、凍結したり極度に冷たくなったりしたくない場合に最適です
b) 排気ヒートポンプ
空気対空気ヒート ポンプのあまり知られていないバリエーションは、別のプロセスからの排気を使用し、そこから熱を抽出する排気ヒート ポンプです。このようなタイプのヒート ポンプの要件は、排気システムの近くに設置し、一定の流量と一定の温度を維持することです。
2.ヒートポンプタイプ:水中/地下ヒートポンプ
前述のように、空気対空気ヒート ポンプの欠点は、環境内で観察される温度変化です。さまざまなタイプのヒートポンプの中でも、地下または水中のヒートポンプは、地表が年間を通じてほぼ一定の温度であるため、この問題を解消します。したがって、地下または水中のヒートポンプは、一年中効率的な冷気または暖気を提供します。さらに、このタイプのヒートポンプ効率は、エネルギー消費が少ないため、他のタイプよりもはるかに優れています。
a) 水源ヒートポンプ
水中ヒートポンプは、水源を熱交換媒体として使用します。ただし、もちろん、水源が近くにあることが前提条件です。これらのヒート ポンプはリバーシブル ヒート ポンプとしても機能し、水から熱を吸収して内部環境を加熱し、内部から吸収した熱を水域に放出します。
これは、水域の下に配置された一連のコイルまたはループによって実現されます。冷却剤 (場合によっては水そのもの) がこれらのコイルに送り込まれ、家の中に送られ、暖房または冷房が提供されます。
前述のように、水中温度は年間を通して安定しており、水熱源ヒート ポンプは極端な気候でも性能を低下させることなく有効に活用できます。
水中システムは、(地熱システムの場合のように) 地面を掘って大規模な準備をする必要はありませんが、空対空システムと比較して、最初は依然としてコストがかかります。
水中システムでは、オープン ループ システムとクローズド ループ システムをさらに区別することができます。クローズド ループ システムには内部に冷媒があり、配管ネットワークを介して常にリサイクルされます。冷媒を何度も補充する必要はありません。一方、開ループシステムは、水源から水を取り込み、家の中にポンプで送ります。その後、この水は水源に排出されます。同じ量の水がネットワークを介して継続的に汲み上げられるわけではありません。したがって、水源ヒートポンプは、水域に近い地方の家庭に最適です。
b) 地中熱源ヒートポンプ
地熱ヒート ポンプとも呼ばれるこれらのシステムは、水の代わりに地面の熱を使用して内部空間を加熱または冷却します。地面はまた、年間を通してほぼ一定の温度の熱源であり、暖房と冷房のニーズに依存する可能性があります。水中ヒートポンプと同じように、冷媒は地下に配置されたコイルとループを通過します。この冷媒は家の中に送り込まれ、そこで熱交換されます。
夏には、これは冷媒が家の中に冷たい冷媒を運び、そこで室内空間から熱を吸収して加熱し、家が涼しくなることを意味します。冬の間はその逆で、冷媒が冷却しながら室内に熱を放出します。
地下パイプは、さまざまな構成で敷設できます。それらは、地面の下で水平ループに配置するか、パイプのより深いところまで垂直に掘削することができます。これらの U 字型のパイプは下部で接続され、相互接続されたネットワークを形成します。
3.ヒート ポンプのタイプ:ハイブリッド ヒート ポンプ
非常に寒い気候では、屋外温度と望ましい室内温度の温度差が大きいため、ヒートポンプが問題を起こす可能性があります。これは特に空対空システムに当てはまり、氷点下に近い温度で動作を停止する可能性があり、追加費用である炉の使用が必要になります.
さらに、地熱および水中ヒートポンプはより広い温度範囲で動作できますが、加熱よりも冷却に優れています.
この問題に対処するために、ハイブリッド ヒート ポンプを使用できます。これらのシステムは、それぞれ異なる気候条件と要件に適した 2 種類のヒート ポンプを組み合わせたものです。そのような配置の一例は、太陽光発電ヒートポンプである。追加の暖房システムに電力を供給するためのエネルギー源として太陽光発電を使用するか、太陽のエネルギーを利用して暖房を提供するために直接使用することができます。
一言で言えば – どのタイプのヒートポンプが最適ですか?
さまざまな種類のヒート ポンプの中からどのシステムを選択するにしても、現在の気候帯、予算、要件、そしてもちろんヒート ポンプの場所を完全に把握しておいてください。古い既存の建物を改造する場合は、ミニスプリット ヒート ポンプの方が適しています。しかし、農村地域の大きな水域の近くに住んでいる場合は、地熱または水中ヒートポンプを検討する価値があるかもしれません.
個人的な好みや地理的な制限とは別に、設置と運用のコストに注意することが重要です。前に説明したように、地熱システムの設置には費用がかかりますが、運用コストはダクトレス ヒート ポンプに比べて非常に低く抑えることができます。しかし一方で、ダクトレス システムは、購入と設置がはるかに安く、設置時間も最小限です。
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