エアコンによる冷房

エアコンは英語ではair conditionerを略したものです。夏の暑い日に冷房の効いた部屋に入るとホットします。このエアコンがどうして冷たい風を出しているのだろうか…?

エアコンの構造は一体型の場合圧縮機(コンプレッサ)、キャピラリーチューブ、蒸発器、モーター、送風機がケーシングの中に収められていて、パイプの中をフロン冷媒が巡回しています。

冷媒は非常に蒸発しやすい物質です。この冷媒は圧力を下げると温度は下がります。反対に圧力を上げると温度は上がります。

エアコンの仕組み

凝縮機

圧縮機・・・コンプレッサーとも言い蒸発器(室内機)から出た冷たいガス(15℃)を圧縮して高温高圧のガス(80℃)にします。

凝縮器・・・コンデンサーとも言い圧縮機で圧縮した高温のガスを空気(外気)で冷やすとフロンガスは凝縮(液化)して40℃の液になります。凝縮機は室外機の中にあります。

キャピラリーチューブ・・・内径1mmの細管で、個の中を40℃のフロン液が流れると圧力が下がり5℃の冷たい液になります。

蒸発器・・・エバポレーターとも言います。室内機の中にある蒸発器の中を5℃の冷たいフロン液を流して、これに室内空気を接触させるとフロンは空気の熱を奪って蒸発し気体となります。一方、空気は冷やされて15℃の冷風となって室内に噴出され室内を冷房します。

私たちは良く不快指数という言葉を耳にしますが、不快指数が大きい我々人間は不快に感じるようになります。

不快指数

不快指数を求める計算式は次式を用います。

DI=(DB+WB)×0.72+40.6

ここに、DI:不快指数

DB:空気の乾球温度(℃)

WB:空気の湿球温度(℃)

したがって、室内を快適にするためには温度と湿度を下げてやればよい。たとえば、DB=33℃、WB=27℃とすると

DI=(33+27)×0.72+40.6≒84

引用:小型エアコンの取り扱いと修理 オーム社編

DIが70を超えると不快に感じます。空気調和の4法則というのは、空気の温度、空気の湿度、空気の流れ、空気の新鮮度です。要約すれば、室内を快適な状態にするには次の点に注意しなければならない。

快適な冷房

  • 窓から入る太陽の熱を取る
  • 壁から入る熱を取る
  • 屋根や天井から入る熱を取る
  • 窓から入る太陽の熱を取る
  • 床から入る熱を取る
  • すきま風や換気用空気を冷やす
  • フィルターで埃を取る
  • 電灯や人間の発熱量をとる

すなわち室内を26℃、湿度50%前後が快適と感じる値です。

エアコンによる暖房

我々人間は、寒さには非常に弱い。だから昔は薪を炊いて暖を取ったり、炭火の火鉢で手をあぶったりしたものです。いまでも灯油炊きのファンヒーターを使用していますが、最近はエアコンで簡単に暖房ができます。スイッチ一つで手軽にON/OFFが出来、火を使わないので火災の心配もありません。

暖房用のエアコンはリモコンを暖房にセットすれば温風が出ます。それは冷房とは逆にフロンガスの流れを四方弁で切り替えてやれば温風が出るしくみです。 冬になると室内の熱は外に逃げていく、また、すきま風や窓の開閉時に外の冷たい空気が部屋に入ってきますのでそれを温めなければなりません。したがって、暖房は次のように損失熱量を補ってやる必要があります。

四方弁 エアコンの冷暖房切り替え運転

快適な暖房

  • 壁から逃げる熱量
  • 窓から逃げる熱量
  • 屋根や天井から逃げる熱量
  • 床から逃げる熱量
  • 侵入外気を温める熱量

温風は軽いので天井の方へ流れます。よって風向版(ルーバ)は下に向けます。足元が冷える場合は電気カーペットなど併用すると快適に過ごせます。

エアコンによる除湿

室内の湿度が高いとムシムシして気持ちが悪いものです。特に梅雨時はジメジメして不快です。そこでエアコンを運転して室内の水分を外に追い出して室内を”カラッ”とした状態にするのが除湿、すなわちドライ運転です。エアコンで室内空気を冷やしてやると室内空気中に含まれている水分がドレンとなってドレンパイプの中を流れて室外へ排出されます。室外機のそばにあるドレンホースを見るとかなりの量の水分が排出されているのが解ります。

ドライ運転

ドライ運転は本格的に冷却運転して、どんどん室内の水分を取る運転です。部屋の温度も冷えすぎないように温風を出します。梅雨時の温度はあまり下げないで、湿度だけを下げるときに適しています。

インバータエアコンとは室外機内部の周波数変換装置で設定温度と室温の差を取る感知し、その差を信号化し、室外機のモーターの回転数を変えることで冷暖房能力が調節される空調機のことです。

インバータエアコンのメリット

外気温が下がっても暖房ができる
一般のエアコンは外気温が0℃になると暖房能力は70%に低下するが、インバータエアコンは回転数を上げて100%暖房能力が出る。

急速冷暖房ができる
エアコンを運転した直後は冷房、暖房がすぐに効いてこないが、インバータエアコンは冷暖房とも効きが早い。

快適運転ができる
一般のエアコンは室温によってON OFFを繰り返すので、一定の室温が得られない。インバータエアコンは停止することなく、室温を一定にして快適な状態にしてくれる。

経済的である
冷暖房負荷の大きいときは十分に能力を発揮して快適な室温にしてくれる。冷暖房負荷が小さくなったときは回転数を下げて運転するので非常に経済的である。

インバータとは「直流を交流に変換するための電気回路(装置)」のことです。私たちが使用する電気は交流ですが、交流では電圧と周波数は一定です。このままでは使いづらいので、インバータで直流に変換し電圧と周波数を自在に調節することが可能になります。

寒い時期はモーターの回転数を上げ急速暖房したり、逆に暑い時期の急速冷房が可能になる訳です。

初めてのインバータエアコンは1982年で東芝製だそうです。インバータ回路が普通に使われるようになったのは、20年か25年位前だそうです。ダイキンはじめ各社 改良を重ねリモコンがアナログ式のものを見ることは稀ですが、2005年以前のエアコンとの買い替えで、15%の節電になるそうです。電気代に換算すると、1991年では年間7万4,668円かかっていたものが、2011年モデルなら年間2万7,544円まで安くなるということだそうです。また一番電気を消費するコンプレッサーの改良も進んでおりある程度のサイクルで買い替えるのもメリットがあります。