暖房器具を比べるとき、「消費電力が小さいから効率がよい」「燃料代が安いから省エネ」と単純には言えません。エアコン、電気ヒーター、ガス暖房、石油暖房では、熱を作る仕組みと使うエネルギーが違うためです。
なぜ暖房は、エアコン・電気ヒーター・ガス／石油暖房で効率の比べ方が違うのでしょうか。結論からいうと、エアコンは外気の熱を室内へ運ぶヒートポンプ、電気ヒーターは電気をその場で熱へ変える方式、ガス・石油暖房は燃料を燃やして熱を得る方式だからです。入力するエネルギーの種類と、室内へ届けるまでの損失の考え方が違います。
まず「何を効率と呼ぶか」をそろえる必要がある
暖房の比較では、投入したエネルギーに対して、どれだけ室内へ有効な熱を届けられたかを見るのが基本です。
ただし、エアコンは電気を使って熱を移動させ、電気ヒーターは電気を熱へ変え、燃焼式は燃料の化学エネルギーを熱へ変えます。
そのため、同じ「効率」という言葉でも、使う指標や意味が異なります。
エアコンは、電気で熱を「作る」のではなく「運ぶ」
エアコン暖房はヒートポンプです。室外機が外気から熱を集め、冷媒を使って室内へ運びます。
外気が冷たくても、絶対零度でない限り熱エネルギーは存在します。圧縮機を使って冷媒の温度と圧力を上げることで、その熱を室内側へ放出できます。
このため、1kWhの電気を使って、1kWhを超える熱を室内へ移動させることができます。
エアコンではCOPという指標を使える
エアコンの暖房効率を見る代表的な指標がCOPです。
COPは、暖房能力を消費電力で割った値です。たとえばCOPが4なら、1kWの電力で4kW相当の熱を室内へ供給していることを意味します。
これは「電気から4倍の熱を生み出した」のではなく、電気を使って外気から熱を移動させた結果です。
エアコンの効率は、外気温で変わる
ヒートポンプは外気から熱を集めるため、外気温が下がると条件が厳しくなります。
外気温が低いほど圧縮比が大きくなりやすく、暖房能力やCOPが低下することがあります。
さらに、寒く湿った条件では室外熱交換器へ霜が付き、除霜運転が入ることで一時的に暖房能力が下がります。
電気ヒーターは、電気をその場で熱へ変える
電気ストーブ、セラミックファンヒーター、パネルヒーターなどの電気抵抗式暖房は、電気を発熱体へ流して熱へ変えます。
機器の場所で見れば、投入した電気のほとんどは最終的に室内の熱になります。
そのため、機器単体では熱変換効率が高い方式です。
それでもエアコンの方が少ない電力で済むことがある
電気ヒーターが1kWhの電気からおおむね1kWh相当の熱を室内へ出すのに対し、ヒートポンプは1kWhの電気で複数kWh相当の熱を運べる場合があります。
米国エネルギー省も、ヒートポンプは電気抵抗暖房に比べて使用電力量を大きく減らせる場合があると説明しています。
この違いが、「電気を熱へ変える方式」と「外気の熱を運ぶ方式」の大きな差です。
電気ヒーターは、局所暖房に向く場合がある
部屋全体を長時間暖める用途では、ヒートポンプの効率が有利になりやすい一方、短時間だけ足元や脱衣所を暖めたい場合は電気ヒーターが便利です。
立ち上がりが速く、必要な場所だけ暖められるため、使用時間が短ければ総消費電力量を抑えられる場合があります。
つまり、機器効率だけでなく、暖める範囲と使用時間も重要です。
ガス暖房は、燃料を燃やして熱を得る
ガスファンヒーターやガスストーブは、都市ガスやLPガスを燃焼させて熱を得ます。
燃焼で生じた熱を室内へ直接出す方式では、立ち上がりが速く、大きな暖房能力を得やすいのが特徴です。
一方で、燃料を使うため、効率比較では電力量だけでなくガスの使用量と発熱量を見る必要があります。
石油暖房も、燃料の発熱量を基準に考える
石油ファンヒーターや石油ストーブは、灯油を燃やして熱を得ます。
灯油には一定の発熱量があるため、投入した燃料エネルギーのうち、どれだけ室内へ熱として利用できたかで考えます。
電気機器のようにkWhだけで比較するのではなく、燃料の発熱量を共通のエネルギー単位へ換算する必要があります。
開放式燃焼暖房は、室内へ水蒸気も出す
ガスファンヒーターや石油ファンヒーターなど、燃焼ガスを室内へ放出する開放式の暖房器具では、燃焼によって二酸化炭素と水蒸気が発生します。
そのため、室内の湿度が上がりやすく、換気も必要です。
暖房効率だけでなく、換気によって失われる熱や室内空気質も考える必要があります。
排気を屋外へ出す方式では、排気損失も考える
FF式暖房機やボイラーのように、燃焼ガスを屋外へ排出する方式では、燃焼で得た熱の一部が排気と一緒に外へ出ます。
そのため、燃料の発熱量すべてが室内暖房へ使われるわけではありません。
機器によっては排気熱を回収して効率を高める構造もあります。
「機器効率」と「一次エネルギー効率」は同じではない
家庭内の機器だけを見ると、電気ヒーターは投入した電気をほぼ熱へ変えます。
しかし、電気は発電所で作られ、送電されて家庭へ届きます。社会全体で見ると、発電・送電段階の損失もあります。
一方、ガスや灯油も採掘・精製・輸送のエネルギーを必要とします。
そのため、住宅設備の評価では、機器単体の効率と、一次エネルギー消費量を分けて考えることがあります。
料金の安さとエネルギー効率は別の話
電気代、ガス代、灯油代は、契約や地域、時期によって変わります。
ある時点で燃料費が安くても、それは必ずしも機器のエネルギー効率が高いことを意味しません。
効率を比べるときはエネルギー量をそろえ、費用を比べるときは単価を掛けて別に計算する必要があります。
部屋全体を暖めるか、局所だけ暖めるかでも変わる
エアコンは空気を循環させて部屋全体を暖めるのが得意です。
電気ストーブや赤外線ヒーターは、近くにいる人や物体を局所的に暖める用途に向く場合があります。
同じ暖房能力でも、必要な範囲だけ暖めれば総エネルギー消費を小さくできることがあります。
立ち上がり速度も、用途によって重要になる
朝の脱衣所や短時間だけ使う部屋では、数分で暖かさを感じられることが重要です。
このような用途では、瞬間的な効率だけでなく、必要な時間までにどれだけ早く暖められるかも選択基準になります。
効率の高い方式でも、短時間利用では別の機器の方が使いやすい場合があります。
断熱性能が高い住宅では、必要な暖房量そのものが減る
どの暖房方式でも、住宅から逃げる熱が少なければ必要な暖房量は減ります。
窓や外壁の断熱性、気密性が高い住宅では、少ない熱量で室温を維持しやすくなります。
暖房方式の比較だけでなく、建物側の熱負荷を小さくすることも重要です。
換気が必要な燃焼暖房では、その熱損失も含めて考える
室内燃焼式暖房では、安全のため換気が必要です。
換気をすると、暖めた室内空気の一部が外へ出て、冷たい外気が入ります。
そのため、機器が出した熱だけでなく、換気による熱損失も実際の暖房負荷へ影響します。
安全性は、効率とは別に必ず確認する
燃焼式暖房では、一酸化炭素中毒や酸素不足を防ぐため、適切な換気と機器の点検が必要です。
電気ヒーターでは、可燃物との距離や転倒、延長コード・タコ足配線などに注意します。
暖房器具は、効率が高いかどうかだけでなく、安全に使える条件を満たすことが前提です。
暖房方式を比較するときのポイント
- エアコンは電気で外気の熱を運ぶヒートポンプ
- 電気ヒーターは電気をその場で熱へ変える
- ガス・石油暖房は燃料を燃やして熱を得る
- 機器単体の効率と一次エネルギー効率を分けて考える
- 料金の安さとエネルギー効率を分ける
- 部屋全体か局所暖房かで適する方式が変わる
- 使用時間、立ち上がり、換気、安全性も含めて比較する
まとめ
暖房でエアコン・電気ヒーター・ガス／石油暖房の効率の比べ方が違うのは、熱を得る仕組みと入力するエネルギーが異なるからです。
エアコンはヒートポンプで外気の熱を移動させるため、投入した電力を超える熱を室内へ運べます。電気ヒーターは電気をその場で熱へ変え、ガス・石油暖房は燃料の化学エネルギーを燃焼で熱へ変えます。
そのため、単純に「消費電力が小さい」「燃料代が安い」だけでは効率を比較できません。暖房能力、投入エネルギー、外気温、使用時間、暖める範囲、換気損失、安全性まで含めて見ることが大切です。
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参考資料
- 資源エネルギー庁「空調｜無理のない省エネ節約」
- 一般社団法人日本冷凍空調工業会「ルームエアコンのしくみ」
- U.S. Department of Energy「Heat Pump Systems」
- U.S. Department of Energy「Electric Resistance Heating」
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