2008年02月13日

エアコン暖房の“熱”源

寒いですね・・・また積雪です。京都市でこんなに何度も雪が積もるのは珍しいんじゃないでしょうか・・・。

これだけ寒いと暖房とコタツが生命線です。特にエアコンは、暖房というよりも洗濯物を乾かすときに役立っています。最近のお日様はあまり頼りにならないので・・・。

ただ、エアコンの暖房って、外気が氷点下だとかなり効率が下がるらしいですね。

これはエアコンの原理的な問題で、どうしようもない事みたいです。

でも、エアコンって、とても面白い機械なんです。

なんと、暖房時、加えた電気の熱量よりも多くの熱を供給してくれるんです。

電気を100%熱にかえた場合よりも多くの熱を部屋に供給する事ができるんです。すごいですよね。

しかし、エアコンは魔法の箱ではないので、ないものを作る事はできません。

その熱は“どこか”から“もって”こなければならないんです。

そこがミソで、エアコンの暖房機能は部屋の空気を暖める機能ですが、エアコンは“空気を電気で暖めている”わけではないんです。

もったいぶらずに言いますが、エアコンの原理は、“ヒートポンプ”とも呼ばれていて、つまり、エアコンは熱を“移動させている”ポンプのような機械なんです。

まぁ温度は気体の分子運動のエネルギーであって“モノ”ではないので、水のように直接移動させる事はできないのですが。

それを可能にしたのがフロンに代表される“冷媒”と呼ばれる物質で、これらの冷媒によって、冷蔵庫やエアコンのような機械が可能になりました。(フロンガスがあまりに冷媒として便利だったため、使いすぎて、オゾンホールができちゃいましたが・・・)

冷媒についての説明は後回しにしますが、この冷媒によって熱を移動させる事で、エアコンの冷暖房が可能になっているんです。

冷房時は、部屋の熱を“どこかに”持っていって、暖房時は“どこかの”熱を部屋に持ってくるんです。


では、“どこから”熱を持ってきたり持っていったりするのでしょうか。

それは、エアコンには“室外機”という機械が存在する事からも想像がつくと思います。

そう、外気と室内の間で熱を輸送しているんです。

夏場、室外機から出てくる風は熱いですよね。冬は逆に冷たいんです。

冷房と暖房では室外機と本体が逆の働きをしているだけなんです。


ところで、最初に「エアコンの暖房って、外気が氷点下だとかなり効率が下がる」と書きましたが、その謎も解けますよね。

外気から熱を持ってくる訳ですから、外気が冷たいと取り出せる熱が減ってしまうんです。

冷媒の種類や機械の性能などによって適正温度には差があるのだと思いますが、少なくとも、日本で売られているエアコンだと、外気が氷点下では効率が良くないそうです。





あと、冷媒について簡単に説明したいと思います。私は高校程度の熱学しか知らないので、詳しくは知りません。

冷媒が熱を輸送する方法は単純で、自らの温度を外気・室温以上もしくは以下にすることで、熱の移動を生じさせるというものです。

つまり、熱を放出するときは、冷媒が周りよりも熱くなって周りに熱を供給し、熱を吸収するときは冷媒が周りよりも冷たくなって周りから熱を吸収するんです。

と、さも当たり前のように書きましたが、その冷媒の温度調節というものがエアコンの仕事なんです。

その方法は、“圧力”の調整です。

ボイル・シャルルの法則というものご存知ですか?

気体は、一定体積の場合、圧力と温度(絶対温度)は比例しているんです。つまり、圧力があがると温度が上がります。

その解説をするとややこしくなるので省きますが、密閉した変形しない容器の中で圧力をあげると、温度が上がるんです。周りよりも温度が高くなると、周りに熱を供給する事になります。

さらに、圧力があがると、比較的高い温度でも液体になります。液体になるときにはさらに多くの熱を供給できます。

この二段階で、夏は室外機が、冬はエアコンが、熱を供給しているんです。



冷房時は逆で、高圧だったものの圧力を解放する事で冷媒(気体)の温度が下がり、さらに圧が下がり液体を保てなくなった冷媒が蒸発するときに熱を奪うので、周囲から二段階で熱を奪い事になります。


冷媒がどのような温度をとるのかは知りませんが、たぶん、50℃とか−10℃とか、常温からだいぶ外れた温度になるんだと思います。


まぁこれが、エアコンの原理です。


私は高校程度の熱学しか知らないので、もしかしたらどこか間違っているかもしれませんが・・・。


とはいえ、エアコンが冷蔵庫とともにヒートポンプである事は確かです。

寒い外気から熱を取り出す・・・ヒトの感覚的にはちょっと奇妙ですが、冷媒がそれを可能にしているんです。

エアコンって面白いですよね。


posted by new_world at 10:29| Comment(0) | TrackBack(0) | 生活の科学 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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