『ヒートポンプは電熱器よりもエネルギ効率がよい』という暖房器具の広告が理解できません。熱力学の第一法則、第二法則は理解しているつもりです。どなたか家電メーカーが言う冒頭の広告を私に納得させてください。

参考url
http://www.eccj.or.jp/pamphlet/living/01/life05.html
『COP=3.0 のエアコンとは、消費する電力量の3倍の熱・冷熱量を作り出すものを意味します。』本当ですか?

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回答(6件)

id:auren No.1

auren回答回数309ベストアンサー獲得回数42004/12/16 13:26:44

ポイント20pt

冷蔵庫で中の物を冷やすと、裏側や側面は熱くなってきますよね。

このように冷蔵庫では中の熱を外に無理やり追い出しすことで

中を冷やしています。

ご存知の通り、熱力学の第一・第二法則より、周りに影響を残さずに

物を冷ますためにはどこかしらに熱を持っていくしかないからです。

実は、このように「熱を動かして中と外の温度差を広げる」ような

装置のことを「熱ポンプ」といいます。

電熱器は電力を熱に変える装置ですので、熱力学の第一法則より

どうやっても発生する分のエネルギー分の電力を消費してしまいます。

しかし、熱ポンプは電力を使って「熱を移動する」だけなので、

電力よりも多い量の熱を移動させられれば、熱力学の第一・第二法則に

反することなく電熱器よりも消費電力を少なくすることができるのです。

id:toshi_nishida

回答ありがとうございました。一つ目のurlによると「ヒートポンプにより利用可能となった熱」は「ヒートポンプに投入された動力」の5倍が可能だとあります。ここに20%以上の効率の熱機関を追加すると永久機関ができてしまい不合理ですので、おそらく私がどこか誤解しているのだろうと思いますが、どこを誤解しているのか分かりません。熱機関は熱の移動を運動エネルギにかえるものですよね。太陽の中心がいくら熱エネルギが豊富でも、ここに熱機関を置いて運動エネルギを取り出すことは出来ない。熱を棄てる低温部分がないからです。そう認識しています。熱を移動するだけだからエネルギが小さい、と言うことがあるのでしょうか? -20℃の室外機から20℃の室内に熱を汲み上げるのには、外気温が0℃の場合に比べて能率は半分になってしまうのではないでしょうか? 電熱器の場合は断熱された室内では外気温に影響されませんよね? 常にヒートポンプの方が効率が良いというのは、いまだにぴんと来ません。100kgの重量物を100m高く移動すれば、単に移動しただけですが、増えた位置エネルギに等しい労働が生じています。ごめんなさい納得できませんでした。私に理解できるような説明って有りませんかね?

2004/12/16 14:06:21
id:tahishi No.2

tahishi回答回数30ベストアンサー獲得回数02004/12/16 13:27:37

ポイント20pt

電熱器:電力=熱量

ヒートポンプ:電力+室外機から持ってきた熱=熱量

id:toshi_nishida

そうなんです。

2004/12/16 14:08:22
id:mmmatsu No.3

mmmatsu回答回数304ベストアンサー獲得回数12004/12/16 13:28:19

ポイント20pt

http://www.daikinaircon.com/catalog/ecocute/02/index.html

ダイキンエコキュート|ダイキン工業株式会社

COP=3.0は本当です。電気エネルギーを熱エネルギーに変える訳ではないところがポイントです。

仕組みとしては、膨張弁で空気を膨張させ大気温より低くします。低い温度と大気温を熱交換して空気から熱を取り込み、これを更に圧縮して高温を作り出し、この高温と熱交換することでお湯を沸かします。

電気は圧縮機の動力として利用されるだけで、電気利用については、熱力学は全く関係ないのです。

簡単に言うとこんな感じです。

仕組みはHPを見て下さい。

id:toshi_nishida

熱力学の第一法則、第二法則はエネルギ全般について言っていると思っていました。

2004/12/16 14:16:49
id:nankichi No.4

nankichi回答回数562ベストアンサー獲得回数22004/12/16 13:36:00

ポイント20pt

気化熱を使うから。

広辞苑より。

【気化熱】

液体が気化するのに要する熱量。昇華熱をふくめることもある。通常は液体1グラムまたは1モルが気化する熱量をいい、セ氏100度の水では1グラム当り539カロリーに等しい。蒸発熱。

例え電力を作るときのロスが大きくても、ヒートポンプのほうが有利な場合もある、とのことです。

id:toshi_nishida

気化に要するエネルギと凝固で得られるエネルギの収支はゼロではないのですか? 真ん中のurlは、数字を見せられると結論については納得してしまいます。しかし、なぜ、と言う点が未だに分かりません。ヒートポンプが汲み上げる熱量の式があればいいのかな? 本当に、外気温-20℃で完全に断熱された屋内の暖房で、電熱器よりもヒートポンプの方が能率がよいのでしょうか?

2004/12/16 14:31:29
id:asakura-t No.5

浅倉卓司回答回数151ベストアンサー獲得回数22004/12/16 14:44:51

ポイント20pt

http://www.hatena.ne.jp/1103169923#

人力検索はてな - 『ヒートポンプは電熱器よりもエネルギ効率がよい』という暖房器具の広告が理解できません。熱力学の第一法則、第二法則は理解しているつもりです。どなたか家電メーカーが..

 外気が-20℃として、ヒートポンプの外気側の熱を奪ったとしますよね。

 そうすると外気よりヒートポンプの外気側の温度が下がりますが(例えば-30℃)、その部分は外気から温度を奪って外気と平衡になるようになるはずです。この時外気の体積は非常に大きいので、ほぼ-20℃で平衡するってことじゃないでしょうか。

 ……まあ要するに、外気の体積が非常に大きいので、小さい体積の熱量を上げるために熱を奪っても、そこに与える影響がほとんどないように見える、ってことじゃないでしょうか。

id:toshi_nishida

はい。外気がもっと寒くなる心配をしている訳ではありませんで、暖房の効率について知りたいのです。ヒートポンプが熱を汲み上げる器具である以上、汲み上げる元である外気温に暖房器具としての効率が左右されるのではないでしょうか。それが常に電熱器よりも効率が良いというのは、どのような理屈か、ということです。だんだんと、私が欲しい物が、ヒートポンプが汲み上げる熱量についての式だと言うことが分かってきました。言葉で表した物でも良いです。

2004/12/16 14:58:50
id:blizzard197101 No.6

blizzard197101回答回数149ベストアンサー獲得回数02004/12/16 14:53:47

ポイント20pt

直接の回答になっていないと思うので、ポイントは要りません。

まず、熱力学上の運動エネルギーを取り扱う際は、摂氏温度ではなく絶対温度で考えないと意味がありません。絶対温度は、分子・原子の運動エネルギーに(だいたい)比例していると考えていいです。ですから、-20℃の大気から熱を吸い上げてから20℃にするために流れていった熱量は、0℃の大気から熱を吸い上げて20℃にするために流れていった熱量の2倍にはなりません。

あとこれはまた別の問題なのですが、ヒートポンプで暖房を行う際にも、当然ながら外気温はある程度高いほうが有利なようです。

一般的な電熱器具の場合、空気を暖めるために有効な赤外線だけではなく、可視光を発したりして余計なエネルギーを使うので、その意味では、純粋に熱を移動させるヒートポンプのほうが効率がいいのかもしれませんね。

id:toshi_nishida

 絶対温度ではなく温度差が問題になるのではないでしょうか? -20℃の固体を20℃まで加熱する熱量と、0℃の固体を20℃まで加熱する熱量は2:1の関係になりますよね。また、-20℃の固体を0℃まで加熱する熱量と0℃の固体を20℃まで加熱する熱量は等しいと思います。いずれも外部と断熱されている条件下です。ヒートポンプなど熱機関の運転に関しても同様と思うのですが、もし勘違いでしたらお手数ですがもう一度教えてください。

位置エネルギのたとえ話が常に合理的とは言えないと思いますが、重量物を海抜100mの位置から海抜110mの位置に持ち上げた場合の位置エネルギの増加と、海抜105mの位置から海抜110mの位置に持ち上げた場合の位置エネルギの増加の比率は、単に2:1で海抜と関係がありませんよね。

 室外機の温度がヒートポンプの暖房の効率に影響することは承知していますが、一般には冷房能力を重視して陽の当たらない涼しい場所に設置してあり、冬季は逆効果です。また二番目の回答者の方から、装置の消費電力が暖房に寄与すると頂きましたが、これもコンプレッサーは室外機側に設置されているので冬季は熱が無駄に棄てられてしまいますね。

 電熱器の可視光などについてですが、熱エネルギはエネルギとして最もエントロピの大きい状態なので、可視光、騒音などに消費されたエネルギも最終的に室内の壁に吸収された後、熱エネルギとなって暖房に寄与するのではないでしょうか?

 えー、皆様大変お世話になりました。

http://www.eccj.or.jp/qanda/he_qa/heat/n0409.html

 こういうのを見つけまして、これから勉強してみます。お話を伺って少し考えが進みました。ありがとうございました。

2004/12/16 19:08:11
  • id:samejima
    問われているのは熱力学の法則解説ではなく、効率

    根拠は示せませんが、私の見解を。
    効率は外気温により変動します。
    何故なら、熱移動の結果エアコンの室外機の温度が下がると
    それが凍りつくから。
    計算条件に地域:東京が含まれていることも、それを裏付けます。
    北海道で一回計算してもらいたいですね。

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