今こそヒートポンプに全力を尽くす時です

Jun 15, 2023

化石燃料を燃焼させる機器を高性能の代替電気機器に置き換えることは、気候、健康、経済の目標を達成するために非常に重要です。 しかし、最新のデータによると、米国では依然として大きな進歩は見られず、建物からの排出量は数十年にわたって横ばいで推移している。 合計すると、2021 年には、暖房、温水、調理のためのガスまたは燃料油の使用が米国の炭素排出量の 10% 以上を占めました。

2022年の気候関連法案であるインフレ抑制法による連邦政府の奨励金が展開され始めると、これまで以上に多くのアメリカ人が交通機関から家庭用暖房まで生活のさまざまな部分を電化できるようになるだろう。 この記事では、より効率的なクリーン冷暖房機器の 1 つである空気熱ヒート ポンプに焦点を当てます。このヒート ポンプは、消費電力の 2 ～ 4 倍の暖房エネルギーを供給します。

そして、ヒートポンプが注目を集めています。 これまで主に温暖な気候で使用されていたヒートポンプは、昨年初めてガス炉の販売量を上回り、メイン州などの寒い州が家庭用設置の先頭に立っている。

しかし、懐疑論者は、ヒートポンプは、たとえ極寒の気候であっても、その耐用年数にわたって本当に建物の排出量を削減できるのだろうかと疑問に思っています。 また、電力会社が依然として主に石炭、ガス、石油などの化石燃料を電力として使用しているとしても、初年度からそれらを削減できるでしょうか?

これらの疑問に答えるために、RMI は、建築物における化石燃料の 2 つの最大の直接使用である暖房と給湯に焦点を当て、下位 48 州を調査した最新の分析を発表しました。 私たちは、ガス炉とガス給湯器を、すぐに入手できる代替電気機器である空気熱源ヒートポンプとヒートポンプ給湯器と比較しました。 グリッド排出原単位は、NREL の 2022 Cambium データセット、第 3 年次版から抽出されました。 この分析では、2022 年のインフレ抑制法による主要な電力部門の条項や技術コスト削減の中心的な推定など、現在制定されている州および連邦の政策を含む中期シナリオを使用しています。

この結果は、暖房による排出量が大幅に削減されることを示しています。 本土の 48 州すべてで、ガス炉をヒートポンプに置き換えると、設置後 1 年以内に排出量が削減され、製品の 15 年間の耐用年数にわたって排出量が削減されます。 フロリダからミシガン、カリフォルニアに至るまで、全米の各州で、ヒートポンプはガス炉と比較して寿命全体での排出量を最大 93 パーセント削減しています。 空気熱源ヒートポンプの排出上の利点は、機器の高効率と、より多くの再生可能エネルギーが送電網に導入されるにつれて時間の経過とともに電力の炭素強度が減少することから生まれます。

本土の 48 州すべてで、ガス炉をヒートポンプに置き換えると、設置初年度から排出量が削減されます。

ヒートポンプ技術は近年大幅に進歩しました。 極寒の天候で効率が低下することを考慮しても、最新の空気熱源ヒートポンプはガス炉の 2 倍以上の効率であることが当社の分析でわかりました。 過去の時間ごとの気象条件と、容易に入手できる最新のヒート ポンプの性能を組み合わせて、各州で最も人口の多い都市の年間を通じたヒート ポンプの稼働効率を計算しました。 私たちの分析では、必要なときと場所で、まれに、非常に寒い日中に、バックアップ電気抵抗熱を考慮してヒート ポンプの効率を調整しました。 たとえば、ノースダコタ州ファーゴでは、冬には気温が華氏マイナス 20 度を下回ることがあり、年間暖房負荷の約 11 パーセントをバックアップ暖房が必要としています。

以下のグラフは、予想されるヒートポンプ成績係数 (COP) を示しています。これは、1 日のヒートポンプ効率を暖房度日ごとに加重平均したものです。 COP が 1 は、システムの効率が 100% であることを意味します。加熱エネルギーは電力入力に相当します。 COP 2 は、ヒート ポンプが消費する電力 1 kWh ごとに、2 kWh に相当する熱を供給することを意味します。