エアコンの暖房の仕組みとは？仕組みを理解して節電につなげよう

エアコンは、冷房でも暖房でも「ヒートポンプ技術」を使って部屋の温度調整を行っている。その原理と仕組みを簡単に説明しよう。

空気中にある熱を集めて、その熱を移動させるのがヒートポンプ技術だ。自然の熱を使って、非常に効率よく冷やしたり暖めたりできる。
例えば、同じ暖房器具の電気ストーブでは1の暖房効果を得るためには1の電力が使われる。それに対してヒートポンプ技術が使われているエアコンでは、1の電力で5の空気熱を集めて圧縮できる。そのため1の電力で5の空気熱を活用して、6の暖房効果を得られる仕組みだ。
このヒートポンプ技術は、エコキュートなどの給湯機などにも多く使われており、空気の熱を利用する「再生可能エネルギー」としても注目されている。

ヒートポンプ技術によって、空気中の熱を運ぶ働きをするのが「冷媒」と呼ばれるフロンガスだ。エアコンの中には室内機と室外機の間をこのフロンガスがグルグルと回っている。このフロンガスは、常温では気体、圧力をかけると液体、圧力を下げると気体に戻る特性がある。
液体は、気体になるときには周囲から熱を奪う。逆に気体が液体になるときには熱を放出する特徴がある。これを「気化熱」という。エアコンは、この気化熱を利用することで部屋を暖めたり冷やしたりする仕組みだ。
つまり、暖房時の冷媒は、室外機で液体が気体になって外の空気の熱をもらい、室内機に移動すると圧力がかけられて気体が液体となる。このときに部屋の冷たい空気は、冷媒から熱を受け取り部屋を暖める。冷房時は逆の仕組みになる。

エアコンの暖房の原理が分かったところで、その仕組みを冷媒の働きを中心に順を追って解説しよう。

エアコンの暖房スイッチを入れると「冷媒」がヒートポンプシステムによって膨張し、外気よりも冷たくなる。冷たくなった冷媒は室外機に送り込まれる仕組みだ。どんなに冷たい空気でも、熱を持っている。例えば、外気が0℃でも冷媒を−5℃にすれば、その差である5℃の暖かい空気を取り込める。

気化した冷媒はコンプレッサーで圧縮され、約80℃の高温高圧になる。この状態でガス管を通り、室内機の熱交換器に送られる仕組みだ。このときに室内の冷たい空気は熱を受け取り、エアコンから温風となって排出され、部屋全体を暖める。

熱を奪われた冷媒は、気体から液体となる。さらに圧力が低下して0℃前後の低温低圧の状態で室外機の熱交換器に入る。低温低圧になった冷媒は、外気から熱を受け取り再び液体から気体へと変化する仕組みだ。このとき、効率的に熱が得られるように外気の風が熱交換器に送られる。この風は冷媒に熱を受け渡しているため、エアコンの暖房運転時の室外機からは冷たい風が出ている。
エアコンの仕組みは、あくまでも室外と室内の空気の熱交換をするものであり、空気の交換をするものではない。エアコンの使用中は、ときどき窓を開けて換気をすることが推奨されている。

エアコンの暖房は、外の空気の熱を取り込んで媒体を介して暖かい空気を部屋に送り込んでいる。この仕組みから、いくつか節電のヒントが見えてくる。

エアコンの室外機の前にモノを置いておくと、熱を効率的に取り込めない。室外機の周りはできるだけスッキリさせておこう。また、雪が多く降る地域では、室外機の周辺を雪が覆ってしまうと効率が下がって電気代も上がってしまう。エアコン用の防雪フードや防雪ネットなどを活用して雪対策もしておこう。

冷房時には、室外機に直射日光が当たると冷房効率が悪くなるが、暖房時は逆になる。少しでも温度の高い外気温を取り込んで室内との温度差を少なくすることが節電につながる。そこで室外機に陽が当たるようにしておく仕組みも整えておこう。エアコンの冷房効率を上げるための簾などは、暖房時には外しておこう。

効率よく室内の冷たい空気を取り込めるように、エアコンのフィルターの掃除はこまめに行うことが節電につながる。2週間に1回程度、掃除機をかけるついでにフィルターのホコリを吸い込んでしまえば、簡単に掃除ができる。

室外機から空気の熱を取り出す仕組みを最大限に活用するためには、エアコンの室外機をキレイにしておくことが大切だ。フィルターのようにこまめに掃除をする必要はないが、暖房を使うタイミングで一度掃除をしておこう。室外機の表面だけでなく、下の面にある水抜き穴をチェック。詰まったゴミを取り除いておこう。また、室外機のファンの前をふさぐ枯れ葉などもキレイにしておこう。