実使用を考慮したエアコンのCOP変動特性

１５
実使用を考慮したエアコンの COP 変動特性
～異なる機種の比較と COP の基準化～
０４４２０１５
小濱
美奈子
1. はじめに
既報１）においてエアコンの運転効率を表す COP は、様々
ほど、暖房では外気温度が高いほど処理熱量が大きくなる
な要因によって変動し、実使用時の COP はカタログに表記
4. 外気温度が COP に与える影響
4.1 冷房モード
傾向が確認できる。
される定格値と大きく異なる事を明らかにした。本研究で
は、まず昨年と異なる機種の計測結果をもとに、外気温度
図２，３に示す外気温度別の処理熱と消費電力の近似式
や負荷率に対する COP の変動特性を検証する。次に負荷か
を f(E)とする。f(E)により任意の消費電力に対する負荷率と
らエネルギー消費を算出するための COP 変動特性の基準化
COP を算出することができる。このとき，処理熱を La
を試みる。
〔kW〕
，消費電力を Ea〔kW〕
，定格能力を Lc〔kW〕
，とす
2. 測定概要
測定は熊本県立大学の人工気候室で行った。測定状況を
ると，任意の Ea に対する負荷率 RL〔％〕は，
RL =
図 1 に、測定条件を表 1 に示す。室外側を再現するＡ室と
室内側を再現するＢ室を、それぞれ表１（斜体は JIS
B8615-1 の測定条件に基づく実験条件）に設定し、温湿度
100 ⋅ La 100 ⋅ f ( Ea )
=
Lc
Lc
（1）
本方法による COP，COP’ は，
が安定した後にエアコンの運転を開始した。エアコンの仕
表1 測定条件
室外機
・吸込/吹出温湿度
・送風ファン回転数
・消費電力
・室内温湿度
室外側(A室)室内側(B室)
温度 湿度 温度 湿度
(℃) (％) (℃) (％)
・室内温湿度
・冷媒温度
B室(室内側)
A室(室外側)
冷房
条件1 25
条件2 30
40
40
27
27
50
50
条件3 35
40
27
50
暖房
条件4 -3
条件5 2
50
50
20
20
60
60
条件6
50
20
60
50
20
60
図1 測定状況
表2 エアコンの仕様
7
条件7 12
冷房
暖房
定格能力
2.2ｋW 2.5ｋW
定格COP
5.57
6.17
定格消費電力 0.395ｋW 0.405ｋW
ＣＯＰ（－）
室内機
※１ 温度は±0.5℃、湿度は
±10%の変動を許容した
y = 2074.5Ln(x) - 8744.1
4000
y = 1580.4Ln(x) - 6871.6
3000
2000
y = 1148.3Ln(x) - 4738.7
1000
0
0
200
400
600
消費電力（W）
800
3. 外気温度別の処理
熱と消費電力の関
係
外気温度別の処理熱
と消費電力の関係を図
２、図３に示す。消費
電力の増加に伴い処理
図2 冷房消費電力と処理熱の関係
熱は増加するが、正比
COP(－)
5000
5000
=
=
=
=
2428.1Ln(x) - 12140
2441.2Ln(x) - 12623
2236.9Ln(x) - 11689
2218Ln(x) - 11909
加率が徐々に減少して
いる。これは高負荷領
4000
3000
室外側１２℃
室外側７℃
室外側２℃
室外側－３℃
2000
1000
0
0
200
400 600 800 1000 1200 1400
消費電力（W）
図3 暖房消費電力と処理熱の関係
8
6
4
2
0
35℃COP
35℃断続
30℃COP
30℃断続
25℃COP
25℃断続
COP′ =
La
f ( Ea )
=
Ea
Ea
（2）
定格
冷房運転時の実測 COP
を図４に示す。図には
(２)式による COP’を併
図4 冷房実測ＣＯＰ
記する。実測 COP は処理
熱と消費電力の 10 分平均から算出した値である。断続運転
時注 1）は区別して表記する。
図４より、室外機側室内温度すなわち外気温度が低いほ
ど COP は高くなり、負荷率 100％近傍で外気温度 35℃と
25℃を比較すると最大６の差が生じた。これを１℃あたり
に換算すると外気温度１℃の低下に対し、COP が 0.7 向上
する。一方、50％以下の低負荷領域では外気温度に対する
COP の差が減少する傾向があった。これは低負荷領域では
処理熱に対するベース消費電力注 2）の割合が相対的に大きく
-3℃断続
定格
なり、処理熱の差が COP の差
7
12℃COP
7℃COP
6
に反映されないためである 1）。
7℃断続
5
2℃COP
4
2℃断続
4.2 暖房モード
-3℃COP
例はせずに処理熱の増
y
y
y
y
6000
処理熱（W）
処理熱（W）
室外側３５℃
室外側３０℃
室外側２５℃
近似式‐(２)
0
様を表２に示す。
6000
16
14
12
10
域で COP が悪化する事
を示している。外気温
度の影響に着目すると
同じ消費電力に対し冷
房では外気温度が低い
- 31 -
3
2
1
0
50
100
150
200
負荷率(%)
250
300
暖房時の実測 COP 並びに
近似結果を図５に示す。図
0
50
100
150
200
250
負荷率（%）
より、暖房の場合は外気温
図5 暖房実測ＣＯＰ
度の低下と共に COP は減少
し、最大３の差が生じる。これを冷房と同様に１℃あたり
に換算すると、外気温度
表3 温度補正係数の比較
１℃の上昇に対し、COP が
Ａ社
Ｂ社
冷房 0.5/℃ 0.6/℃
0.2 向上する。昨年の機種
暖房 0.3/℃ 0.2/℃
の結果との比較を表３に示
す。両機種ともほぼ同じ値となった。
近似式‐(２)
8
Ａ社(定格ＣＯＰ：5.37)
Ａ社(定格ＣＯＰ：5.81)
Ｂ社(定格ＣＯＰ：6.17)
Ｂ社(定格ＣＯＰ：5.57)
温 度 （℃ ）
処 理 熱 /消 費 電 力 （W）
温 度 （℃ ）
処 理 熱 /消 費 電 力 （W）
吹き出し温度の関係
- 32 -
ＣＯＰ（-）
COP（-）
熱負荷（ＭＪ）
熱負荷(MJ)
COP（-）
COP（-）
分減少量は約 480ｇ、 図８のＢ社では 145ｇであった。室
内環境に応じて除湿量が自動制御されることが望ましいが、
7
6
現段階では負荷率に対する COP 変動係数としてはＡ社の値
5
4
4
3
3
を採用すべきであろう。
2
近似式‐(２)
近似式‐(２)
2
1
1
5.2 暖房モード
0
0
0
30
60
90
120
150
180
0
50
100
150
200
250
暖房時のエアコン定格能力試験に準ずる外気温度 7℃に
負荷率（%）
負荷率（%）
図6 異なる機種の冷房ＣＯＰ比較
図9 異なる機種の暖房ＣＯＰ比較
おける、異なるメーカーの実測結果を図９に示す。図９と
表５の 100％基準 COP 比より、暖房時は２社の COP 変動傾
表4 負荷率別冷房ＣＯＰの比
負荷率 40
60
80
100
120
140
160
向が一致していることがわかる。暖房に関しては機種によ
A社
0.7
0.8
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6
定格基準
B社
1.2
1.2
1.1
0.9
0.8
0.6
0.5
らず負荷率に対する COP の変動係数を基準化できる可能性
A社
0.9
1.0
1.0
1.0
0.9
0.8
0.7
100％基準
B社
1.3
1.3
1.2
1.0
0.8
0.7
0.5
が示唆される。
表5 負荷率別暖房ＣＯＰの比
6. 年間エネルギー消費量の試算
負荷率 40
60
80
100 120 140 160 180 200
A社 0.8
0.9
1.0
1.0
1.0
1.0
0.9
0.8
0.8
定格基準
B社 0.6
0.7
0.8
0.8
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6
今回実測した COP(基準 COP)を用い、九州地域の６畳間に
A社 0.7
0.9
1.0
1.0
1.0
0.9
0.9
0.8
0.7
100％基準
B社 0.7
0.9
1.0
1.0
1.0
0.9
0.9
0.8
0.7
対する年間暖冷房エネルギー消費量の試算を行った。結果
5. 負荷率が COP に与える影響
を表６に示す。冷房では期間エネルギー消費量の推定結果
5.1 冷房モード
に大きな差はないが、暖房では基準 COP による方法は定格
エアコン定格能力試験に準ずる外気温度 35℃における、
COP による方法の約 2 倍の値となった。
異なるメーカーの COP 実測結果を図６に示す。図より、Ａ
一方、図１０、１１には住宅の居間の熱負荷と COP の、
社は 100％近傍で COP は最大となり、それ以下では低下し
負荷率に対する分布を示す。冷房時は COP が高くなる負荷
ている。一方、Ｂ社は 50％近傍で COP は最大となっている。 率と熱負荷の山が近似するが、暖房では COP が悪化する領
また最大能力付近の COP は同程度であるが 75％近傍で約
域の熱負荷が多い。熱負荷と COP 変動特性の不一致が期間
2.8 の差がある。表４は各負荷率の COP を定格 COP(上段)お
COP を低下させる要因といえる。
表6 年間冷暖房エネルギー消費量
よび 100％の COP(下段)で基準化した値である。負荷率に対
エネルギー消費量(ＭＪ)
期間ＣＯＰ(－)
する COP 変動を標準化して利用するためには、機種によら
冷房
暖房
冷房
暖房
定格ＣＯＰによる場合 230.3
787.7
5.57
6.17
ず表の数値がほぼ一致する事が望ましいが、実際の機種で
基準ＣＯＰによる場合 211.9
1478.2
6.06
3.29
は差が見られる。
20
10
6
16
熱負荷
熱負荷
14
5
ＣＯＰ
8
ＣＯＰ
15
一方、図７、８に外気温度 35℃条件の消費電力と処理熱、
12
4
6
10
10
3
8
吹き出し温度を示す。図７より、Ａ社の吹き出し温度はほ
4
6
2
5
4
2
1
ぼ一定で 15℃以下を保っているが、図８のＢ社は運転開始
2
0
0
0
0
0
50
100
150
200
250
から一時間程度は 15℃以下となり、それ以後はＡ社の吹き
0
50
100
150
200
250
負荷率（%）
負荷率（%）
出し温度より約 3℃高い状態で運転している。室内機側の
図10 冷房時の住宅熱負荷と
図11 暖房時の住宅熱負荷と
部分負荷を考慮したＣＯＰ
部分負荷を考慮したＣＯＰ
測定条件において、除湿可能な露点温度は 15℃であり，吹
き出し温度が 15℃を上回る間、Ｂ社のエアコンは除湿を行
7. まとめ
っていないことになる。吹き出し温度を高めに制御すると
・ 外気温度に対する COP 補正係数は機種によらずほぼ一
蒸発温度を高く設定できるので、COP は向上する。
定であった。
このような制御の差が
消費電力
・ 負荷率に対する変動系数は暖房でほぼ一致し、冷房で
3500
30
処理熱
COP に影響を及ぼしてい
吹出口
3000
25
は低負荷領域で大きく異なった。これは吹き出し温度
2500
るのだが、Ｂ社の場合は
20
2000
の制御が原因であり、除湿能力を考慮すればＡ社を基
15
除湿能力を低下させて
1500
10
1000
準とすべきと考えられる。
COP を向上しており、冷
5
500
・ エネルギー消費量の試算の結果、定格 COP による方法
0
0
房として望ましいかは疑
0:00
0:30
1:00
1:30
2:00
経過時間（ｈ）
では暖房時の推定量がかなり小さくなり、COP の変動
問が残る。実使用を想定
図7 Ａ社の消費電力,処理熱,
特性を考慮する必要性が示された。
すると、一時間当たり、
吹き出し温度の関係
注釈
人 間 １ 人 50 ｇ 、 外 気
消費電力
4000
30
処理熱
注１）断続運転とは、エアコンのインバータの能力絞り限界以下の低負荷領域に
3500
吹出口
25
170g、さらに調理を行っ
3000
おいて、コンプレッサーのＯＮ/ＯＦＦを繰り返す運転である。
20
2500
注２）ベース消費電力とは、ファンや制御のために使用される電力である。
た場合、料理は 100g、
2000
15
1500
10
レンジフードの換気で
1000
参考文献
5
500
1)吉田光子 実使用を考慮したエアコンの COP 変動特性，平成 18 年度熊本県立大
0
0
5630g の水分を除湿する
0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00
学卒業論文
必要がある。図７におけ
2) 細井昭憲ら 他 2 名，人工気候室における測定結果に基づく冷暖房 COP の部分
経過時間（ｈ）
負荷，日本建築学会環境系論文集，2007
図8 Ｂ社の消費電力,処理熱,
るＡ社 1 時間あたりの水
8
7
6
5