ヒートポンプのワイルドな世界について知っておくべきことすべて

ヒートポンプは気候変動に対処し、コストを節約するのに役立ちます。 仕組みは次のとおりです。

Tech Review Explains: 次に何が起こるかを理解するために、ライターが複雑で乱雑なテクノロジーの世界を解き明かします。 詳細はこちらでご覧いただけます。

ヒートポンプの時代が到来します。

ヒート ポンプの背後にある概念は単純です。電気を動力として熱を移動させ、建物を冷却または加熱します。 これは新しいアイデアではありません。1850 年代に発明され、1960 年代から家庭で使用されてきました。 しかし、コスト削減や気候変動へのメリット、さらには最近の政策奨励金の可能性によって、突然、最も注目を集めている家電製品になりました。

基本的な考え方は単純ですが、ヒートポンプの仕組みの詳細は興味深いものです。 家の温度を制御するという名目で、このデバイスは物理法則を破っているように見えるかもしれません。 ヒートポンプも改良されており、新しいモデルは効率が向上し、寒冷気候への対応力も向上しています。

それでは、ヒートポンプの仕組みを詳しく見ていきましょう。

高いレベルでは、ヒートポンプはある場所から熱を集めて別の場所に置きます。 ここでは主に暖房の文脈でヒートポンプについて説明しますが、冷房にも使用でき、内部から熱を集めてエアコンのように外部に熱を送ります。 多くのヒートポンプは実際には、必要に応じて加熱または冷却のいずれかを逆に実行できます。

ヒートポンプの主役は冷媒です。回路内を移動する流体であり、その過程で熱を吸収したり放出したりします。 電気がシステムに動力を供給し、冷媒をサイクル内に送り出します。

冷媒がヒートポンプ内を移動する際、圧縮と膨張が行われ、液体と気体の形態が切り替わり、サイクルのさまざまなポイントで熱を集めて放出できるようになります。 (これで十分な詳細であれば、次の質問に進んでください。そうでない場合は、ヒート ポンプ内部の旅に参加して、これがどのように機能するかを理解してください。)

これを想像してみてください。寒い冬の日、たとえば気温 25 °F (-5 °C) です。 あなたはリビングルームのソファに座って本を読み、猫が近くで丸くなっています。 サーモスタットに目をやると、68°Fに設定されています。 合理的ですが、少し寒いです。 あなたは歩いてそれを70°Fまで少し上げます。

ヒートポンプはバックグラウンドで静かに作動しています。 今度は温度をさらに上げるために、内部のファンとコンプレッサーの速度が上がり、冷媒がより速く動き始めて、より多くの熱を外部から内部に伝達します。

とても寒いときに外部から熱を集めるのは直観に反しているように思えるかもしれません。そこで、冷媒を 1 サイクル追跡して、それがどのように機能するかを見てみましょう。 ほとんどのヒートポンプでは、移動にかかる時間はわずか数分です。

ヒートポンプ冷媒の沸点は非常に低く、通常は -15 °F (-25 °C) 未満です。 したがって、旅の開始時点では、冷媒はその温度付近にあり、液体の状態です。 最も寒い場所であっても、この状態の冷媒は通常、外気よりもかなり冷たくなります (この場合、40 度以上冷たくなっています)。

その過程の最初の段階では、冷媒は熱交換器を通って流れ、外気を通過し、十分に温まって沸騰し始め、液体から気体に変化します。

その旅の第 2 段階は、コンプレッサーを通過する旅です。 コンプレッサーは冷媒を圧縮して体積を小さくし、圧力と沸点を高めます (これはすぐに重要になります)。 これにより室内もさらに暖められるため、冷媒がコンプレッサーを通過する頃には室内よりも暖かくなります。

冷媒の旅の 3 番目の行程では、冷媒は別の熱交換器を通過します。 しかし今では、冷媒は華氏 100 度を超える暖かいガスになっていて、比較的寒い部屋を通過しています。 ファンの助けを借りて熱の一部が部屋に伝わると、熱は液体に戻り始めます。

最後に、第 4 段階では、液体冷媒が膨張弁を通過して圧力が解放されます。 材料を絞ると加熱されるのと同じように、膨張すると再び冷却されるため、液体は低温に戻り、より多くの熱を吸収して内部に取り込む準備が整います。