なぜヒートポンプが熱波の解決策となるのか

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記事提供：RMI。Lacey Tan および Mohammad Hassan Fathollahzadeh 著

記録的な熱波が今夏の初めに太平洋岸北西部を襲い、今週もまた米国とカナダで数百人が死亡した中、多くの住民は予想通り穏やかな夏はもう存在しないと認識していた。 科学者らは、気候変動により今後数年間でこうした猛暑現象がより一般的になることを明らかにしており、シアトル、ポートランド、北カリフォルニアなどの地域の人々は家にエアコン（AC）を設置するようになっています。

一戸建て住宅の 46% にエアコンが設置されていないシアトルでは、6 月 28 日に気温が灼熱の 108°F に達し、家の中に危険な状況が生じました。 では、危険な熱波の最中に人々の安全と快適さを保ち、気候に優しく公平な方法で増大する空調需要に対処するにはどうすればよいでしょうか? ヒートポンプは、夏には効率的に家を涼しく快適に保ち、冬には化石燃料を使わずに家を暖房できるため、政策立案者と住民の両方にとって同様に魅力的なソリューションです。

RMI は、2021 年 6 月の 3 日間にわたる熱波の間、シアトルの住宅向けのいくつかの冷却オプションのパフォーマンスをモデル化しました。空気熱源ヒート ポンプ (以下、ヒート ポンプ)、一般的な AC ユニット、および高容量 AC ユニットです。ヒートポンプは、猛暑の中でも快適で安全な室内気温を維持できるだけでなく、二元燃料冷暖房システム (AC ユニット + ガス炉) よりも年間 228 ドル低い運転コストであることがわかりました。 。 さらに、ヒートポンプを使用した場合、大容量エアコンや暖房機器と比較して、家全体の CO2 排出量が約 25% 削減されます。

私たちの結果は、ヒートポンプが快適で一定の室内空気温度を維持する点で優れており、高容量の 4 トン AC ユニットよりも消費電力が少ないことを明確に示しています。 私たちはまず、歴史的に温暖なシアトルの気候に典型的な小型の 2 トンの AC ユニットを検討しましたが、猛暑の際に安全な屋内環境 (冷却設定値 75°F) を維持できませんでした。 これは、事前に定義された設定温度を満たすために大容量の AC ユニットが必要であることを意味します。

しかし、この大容量 AC ユニットは、一般的な AC ユニットと比較してより快適な室内空気温度を生成しますが、以下の温度図に示すように、最も暑い日 (つまり 6 月 28 日) には設定温度を満たすのに依然として苦労しています。 これは、極度の暑さでも安全な温度を維持できたヒートポンプとは対照的です。 また、大容量 AC ユニットはヒートポンプよりも多くの電力を消費するため、電力網にさらなる負担がかかります。

国立再生可能エネルギー研究所の BEopt ツールを使用して、エアコンなし、標準的なガス炉、および比較的効率的なエンベロープ特性をベースラインとして備えたシアトルの典型的な既存の一戸建て住宅を使用して、次のシナリオをモデル化しました。 この住宅の建物の特徴は、パシフィック ノースウェスト国立研究所のプロトタイプ モデルと 2015 年の住宅エネルギー消費量調査のデータに基づいています。 この物理ベースの建物エネルギー モデルは、2021 年 6 月の熱波からの実際の気象年の気象データを使用しています。 私たちの目的は、どのシステムが 75°F の設定温度を満たせるかを確認し、家庭の光熱費への影響を調べることでした。

シナリオ:

追加の調査結果:

米国および世界中で、自宅に冷房を追加しようとする人が増えていますが、冷房装置が気候に与える影響を最小限に抑えることが重要です。 エアコンへのアクセスが増加している暑い地域（インドなど）では、Global Cooling Award を通じて実証されたような先進技術が重要になります。 米国太平洋岸北西部など、新たな熱波に直面している歴史的に温暖な地域では、効率的な冷却と同時にクリーンな暖房を提供する緊急の機会が存在します。

今夏の猛暑は、政策立案者にとって、特に温暖な気候から寒冷な気候において、今日のヒートポンプの導入を支持する明確な機会と介入点を提示している。 2 つのシステム間の経済性とエネルギー使用量を考慮すると、AC 需要の増加に対応するだけでなく、二酸化炭素排出量を削減し、気候変動対策の目標を達成するための戦略としてもヒートポンプを奨励する必要があることがわかります。 住宅所有者が最初のセントラル AC ユニットを設置すると、少なくとも 15 年間は汚染の原因となる化石燃料や非効率な電気抵抗加熱装置を家から排除する機会を逃すことになります。

家庭にとってこの移行を容易にするために、議員や公益事業者は、より多くの家庭がヒートポンプを手頃な価格で利用できるようにし、初期費用の障壁を下げる新しいプログラムや奨励金によって最新のヒートポンプの導入を推進することができます。 マルティン・ハインリッヒ上院議員が提出した最近の連邦法は、最大1万ドル（低・中所得世帯の場合は1万4000ドル）のリベートを提供することで、消費者が全電化住宅へ移行するのを支援する内容となっている。 この法案は、スペースヒーター、給湯器、電気システムに特に焦点を当てています。

効率化対策は電化への重要な対応策であり、低所得および中所得世帯がクリーンで効率的な技術を早期に導入できるようにするためのカーブアウトと併せて優先順位を付ける必要があります。

重要な気候目標を達成するには、建物を含むあらゆる部門からの排出を排除する必要があります。 つまり、国中の政策立案者はヒートポンプのような効率的で最新の電気機器への移行を優先する必要があるということだ。 気候変動により気象条件がますます極端で危険になる中、これらのデバイスは、最悪の条件下でも人々を家の中で快適で安全に保つという、別の重要な役割も果たすことができます。

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1982 年以来、RMI (旧ロッキー マウンテン研究所) は、クリーンで豊かで安全な未来を創造するために世界のエネルギー利用を変革する高度な市場ベースのソリューションを提供してきました。 独立した非営利のシンクアンドドゥタンクである RMI は、企業、コミュニティ、機関と連携して、化石燃料から効率性と再生可能エネルギーへの費用対効果の高い移行を推進する複製可能なソリューションを加速および拡張します。 詳細については、http://www.rmi.org をご覧ください。

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