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まめ知識13 給湯器、熱源の話し

前回バスタブの話しをしましたので、今日はそのお湯を作る熱源の話しです。
住宅の中で一番エネルギーが消費されているのは実は給湯とエアコンです。
一昔前、給湯器というとガス瞬間湯沸かし器でした。
現在は様々な種類があり、電気温水器、エコキュート、エネファームなどからも選択できます。
では現在、最良の給湯器は何になるのでしょうか?

電気温水器は主に深夜電力(通常電気料金の約1/2-1/3程度)を使って沸きあげたものを貯湯タンクに貯めておき使用するものです。お湯の蛇口を開くとタンクの下側から水道水が入り込み、上から熱いお湯が出て行くという簡単な仕組みです。夜11時から朝7時までに(現在は各電力会社とも様々なプランがあるので一例として)作った温水を使うため貯湯しているときに温度が下がるロスがありますが、深夜の電気料金が安いので、光熱費を押さえることができます。
これをさらに進化させたのがエコキュートです。電気温水器がヒーターを使ってお湯を作るのに対し、エコキュートはヒートポンプが熱源になります。エアコンで使っている室外機と同じようなもので熱を作っています。ヒートポンプとは冷媒のフロン代替品を圧縮したり蒸発させたりする過程で発生する空気中からの熱の移動を利用して暖かい空気や冷たい空気を作り出す機械です。エネルギー効率が高く従来の空調機よりも発熱効率が3-5倍良いといわれ、さらに日々効率は良くなっています。
エネファームは東京ガスで展開している燃料電池型の熱源になります。供給されている都市ガスはメタン(CH4)が主成分ですが、このメタンから水素を取り出し、それを空気中の酸素と化学反応させると電気ができます。(中学の理科で習う水の電気分解の逆ですね)その時に発生する熱でお湯を作るという一石二鳥のシステムです。ガスを使いますがあくまで燃焼で熱を得るのではなく化学反応の熱を捨てずに使っているところが優れていて、発生するエネルギー、電気と熱を効率よく両方とも頂いてしまおうという考えのものです。現在の問題点はそのシステムよりもむしろ機器の価格と法律にあります。法律?電気の買い取りのことですが、メタンから水素を取り出す時二酸化炭素も排出するため、電気の買い取り対象になっていないのです。そのため余分な電気を作らないよう、電気を一番使っている時間帯に稼働させ同時にお湯を作ることになります。使い切れなかった電気は放電させ捨てるほかありません。極端な話しお湯を沢山使う家庭の場合、お湯を作る時に大量の発電が行われますが、使われなかった電気は行き場を無くしてしまいます。そのような事態を防ぐため、コンピューターによって日常の使い方を把握し、補助のガス給湯機も使いながら足りないお湯を補給し、その家庭にあった発電が行われることになるという少々複雑なシステムになっています。
Wikipediaから、エネファームなどを含むコージェネの導入条件という項目を参照すると以下のようになります。
「建物内部で必要となる熱量を電力量で割った値を熱電比という。熱電比は建物の用途に酔って異なり、ホテルや病因では大きく、オフィスビルやデパートなどでは小さい値をとる。(すなわち、お湯をあまり使わないと言うことになります)
コジェネレーションシステムによって供給される電熱比が、建物の受容する電熱比と大きく異なる場合、コジェネレーションシステムを導入してもエネルギーを有効に利用することができない。また、住宅など熱需要の大きい時間帯と電力需要の大きい時間帯がずれている建物もあり、此の様な場合も大きな省エネルギー効果を期待することはできない。」
と言うことで複雑な制御が必要になってくる訳です。
コジェネレーションという言葉が出てきましたが、現在一般的には大規模な建物や地域で行われている総合的なエネルギーシステムで、5万平米を目安としてそれを超える大規模な工場や新宿副都心の超高層ビル群などで採用されています。
ガスタービン、ディーゼルエンジン、ガスエンジンなどで発電し電気を造るだけでなく、発生した熱を回収して冷房や給湯に使うことで総合効率で70-80%以上を誇る省エネルギーシステムです。日本の一般的な火力発電所も1970年代には40%程度だったのを最新の発電設備では企業の努力でかなり効率を上げてきていますが60%程度です。また現在の全世界での平均総合効率は40%と言われています。ちなみに皆さんがよくお世話になっているガソリンエンジンは20-30%で、車を動かすこと以上にメカニカルロスで奪われたり熱として捨てられているのです。

未来の予想になりますが、では住宅の熱源の最終的な行き先はどこになるのでしょうか?
私の考えでは究極の熱源は水素で、燃料電池と呼ばれる発電装置と組み合わされたものではないかと考えています。何故なら水素は水から作れるからです。原料となる水素はガスの中から取り出す以外に、製鉄所、ソーダ工場などで副次的に発生してしまう副生水素を利用することができます。エネファームだけではなく将来的には自動車も燃料電池に行き着くと云われていますが、現在各メーカーで研究実験が勧められておりさらに効率がよく安価なものを目指しています。また、燃料電池を大規模なシステムで使う技術は現在開発中です。

以上のことから考えると、現在2014年時点ではエコキュートがシンプルで一番使いやすい省エネ給湯器と言えるでしょう。機器の値段が下がってくればエネファームも選択しに入ると思います。両方ともある程度の大きさの設置場所を必要としますから狭い場所やマンションなどで手軽に使うとなるとまだガス給湯器に軍配が上がる、というのが私の結論です。

追記:住宅のエネルギー消費量はどのように変わってきているか。ご存知ですか?
エネグラフ

上のグラフがその変化を表したものです。
1970年当時と比べると年々右肩上がりに増え続け、2008年には約2.8倍に増えていますが、近年は落ち着いてきて高止まり状態です。
上のグラフから暖冷房で使うエネルギーよりも給湯で使うエネルギーの方がわずかですが多いことが分かります。
給湯のエネルギー消費量はとても大きな割合を占めていますから、給湯器の熱源や効率についてこだわるのです。

参考までに、右下のグラフは日本の家庭の消費電力の内訳になります。家庭で使われている消費される電力はエアコンが約1/4ですが、電力で給湯をしている過程が少ないので総量で見るとその他に含まれます。電気温水器やエコキュートにするとエアコンと同量の消費ということです。
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