How does an air conditioner actually work? - Anna Rothschild

TED-Ed

28 May 202404:54

Summary

TLDR熱ポンプは、電気トースターのようにエネルギーを投入すると同等の熱を得るという熱力学第一法則に反するように見える技術です。実際には、熱ポンプは空気調和器と同様の技術を利用しており、冬は外から家に熱を移動させ、夏は逆に家から外に熱を移動させることで冷暖房を両立します。熱ポンプは化石燃料を燃やす従来のヒータと比較して、電気を使い効率が高く、排出されるCO2を減らすことができるという利点がありますが、冷媒が温室効果ガスになることや外の気温が低いと効率が低下するなどの欠点もあります。しかし、多くの国々が補助金を提供し、熱ポンプを積極的に導入しており、将来的にはより多くの建物で利用される可能性があります。

Takeaways

🔧 技術への投入と得られる出力を比較すると、電気トースターではエネルギーの投入と出力はほぼ同じですが、ヒートポンプでは投入したエネルギーに対して3～5倍の熱を得ることができます。
🌡️ ヒートポンプは気候に優しい暖房ソリューションとして高く評価されており、化石燃料を燃やす従来のヒータに比べてCO2排出量を削減する効果があります。
💡 ヒートポンプは電気を使い、再生可能エネルギーへのグリッドの移行に伴い化石燃料の使用を減らし、さらに同類よりも効率的で同じ熱を得るためにはより少ないエネルギーを使用します。
♻️ 電気を使い、化石燃料の使用を減らすことで二つの方法で排出量を削減しており、ヒートポンプは最大500％の効率を達成できるとされています。
🔄 ヒートポンプはエアコンと同じ技術を利用しており、冬には家を暖め、夏には冷やします。
🌡️ エアコンは家からの熱を取り出し、外に移動させる一方で、ヒートポンプはその逆を行います。
🌞 熱ポンプは外の空気から熱を取り出し、家に移動させるが、外が凍てることもあり得るので、リフレージェントよりも温かい状態でのみ熱を移動します。
💨 冷媒は温室効果ガスとなる可能性があり、地球温暖化に寄与する影響力がCO2の2000倍になることもあります。
❄️ 外が寒い場合、空気から熱を取り出すヒートポンプの効率は低下する可能性がありますが、ノルウェーでは半分の建物で使用されています。
🏠 ヒートポンプのインストールには数千ドル程度の費用がかかりますが、長期的には電気代を節約できる利点があります。
🌐 気候変動のリスクが高まっていることから、多くの国々が費用を支援する補助金を提供し、ヒートポンプを製造や地域全体に使用する大きなヒートポンプの創造的な活用も行われています。

Q & A

熱ポンプはなぜ伝統的なヒータと比較してCO2排出量を削減できると称賛されているのですか？
-熱ポンプは電気を使い、化石燃料の使用を減らし、さらに効率的であるためです。電気を使い、再生可能エネルギーへの移行が進むにつれて化石燃料の使用が減ります。また、熱ポンプは対比する熱発生装置よりも効率が高いため、同じ量の熱を生み出すのに必要なエネルギーが少なくなります。
熱ポンプの効率はなぜ500％に達することが可能なのですか？
-熱ポンプは電気を熱に変えるのではなく、圧縮機とファンを動かすために電気を使用します。彼らは空気や地下の熱から無料のエネルギーを得ており、そのため1単位のエネルギーを投入すると3から5単位の熱を得ることができます。
熱ポンプとエアコンはどのようにして同じ技術に依存しているのですか？
-熱ポンプとエアコンはどちらも第二法則の熱力学に従って動作しており、熱は常に熱い物体から冷たい物体に移動するとされます。エアコンは家から熱を取り出して外に移動させますが、熱ポンプはその逆を行い、外から熱を取り入れて家に移動させます。
熱ポンプが使用する冷媒が環境に与える影響とは何ですか？
-冷媒は強力な温室効果ガスになる可能性があり、ホルモンゲンフロロカーボンは最も人気のある冷媒の一つです。しかし、1つのホルモンゲンフロロカーボン分子はCO2の2000倍の地球温暖化影響を及ぼすことがあります。
冷媒が漏れ出す可能性がある状況にはどのようなものがありますか？
-熱ポンプ、エアコン、冷蔵庫が不適切に設置されたり、廃棄場に捨てられた際に冷媒が漏れ出す可能性があります。
熱ポンプの効率は外気温が低い時にどのように変わりますか？
-外気温が低いと、空気から熱を引き出す熱ポンプの効率は低下します。しかし、ノルウェーでは地下から熱を引き出すポンプを選択する人もおり、地下は比較的一定的温暖さがあるためです。
熱ポンプをインストールするコストはどのくらいで、なぜ多くの人々にとっては初期投資が必要なのですか？
-アメリカでは、小さな熱ポンプをインストールするコストは数千ドルに及びますし、家のサイズや冬の気温によってはより強力なシステムが必要になるかもしれません。しかし、熱ポンプは長期的には電気代を節約できるため、新しいエアコンシステムに比べて多少高額かもしれません。しかし、機能するシステムを交換するには多くの人々にとって手元にない初期投資が必要です。
気候変動のリスクがある中で、熱ポンプがどのように積極的に採用されるようになる可能性があるでしょうか？
-気候変動のリスクが迫る中で、多くの国々がコストを助ける補助金を提供しており、いくつかの都市では創造的に海、下水道、データセンターを熱源として熱ポンプを使用し、製造に熱ポンプを使用したり、地域全体のための巨大な熱ポンプを作成したりしています。
熱ポンプは熱力学の第一法則を破っているのでしょうか？
-いいえ、熱ポンプは熱力学の第一法則を破していません。彼らは電気を使って熱を作り出しているのではなく、圧縮機を動かすために電気を使用しています。彼らは空気や地下の熱から追加のエネルギーを無料で得ています。
熱ポンプが提供する3から5単位の熱はどのようにして1単位のエネルギー投入から得られるのですか？
-熱ポンプは電気を熱に変えるのではなく、圧縮機とファンを動かすために電気を使用します。彼らは空気や地下の熱から無料のエネルギーを得ており、そのため1単位のエネルギーを投入すると3から5単位の熱を得ることができます。
熱ポンプが冬でも動作する理由は何ですか？
-熱ポンプは冬でも動作しますが、その際には外から熱を取り込み家に移動させます。もちろん、時には氷点下でも使いたいヒータとして使いたいことがありますが、空気は温かくなくても Refrigerant よりも温かくなければなりません。