「ヒートポンプ」導入は今がチャンス！ 検討ポイント・事例・コスト分析・補助金「ヒートポンプ」導入は今がチャンス！
検討ポイント・事例・コスト分析・補助金
ほっとコンサルティング株式会社 代表取締役社長

深澤 篤志
2023 年改正省エネ法において，日本政府はヒートポンプでの電化は，熱の脱炭素化の切り

2

札的な対策であるが，導入にはポイントを押さ

2023 年 4 月に施行された改正省エネ法は，えた検討が必要である．また，昨今のエネルギーエネルギーの捉え方を大きく改正するものであ費の高騰はヒートポンプ導入効果を一層高めてり，対象とするエネルギー範囲が化石燃料のみおり，各種補助金の充実により導入ハードルはから再エネ等も含む全てのエネルギーへの変更低下している．検討のポイントや最新の導入事となった．まさに 2050 年カーボンニュートラ

例も含めて解説する．

ルを強く意識した改正であり，その中でもヒー再エネ導入拡大と併せて電化・水素化を推奨．

1

改正省エネ法でのヒートポンプ役割トポンプ（電化）への大きな期待が感じられる．

はじめに

⑴

改正省エネ法が示す脱炭素の方向性
改正省エネ法を理解することで，日本の脱炭世界的な脱炭素への波は，大企業の TCFD素への方向性が見えてくる．

（ Task Force on Climate-related Financial

非化石エネルギーへの転換の促進が改正の趣

Disclosures： 気 候 関 連 財 務 情 報 開 示 タ ス ク

旨であり，需要側の改正内容としては，①太陽光

フ ォ ー ス ） や SBT（Science Based Targets）発電等の再エネの導入と蓄電池での電力需要の参加で大きさ・速度を増し続けている．

最適化，②製造プロセスの電化・水素化，である．

エネルギーの脱炭素を考える場合，電力と熱現在技術が確立されている太陽光発電やヒーに分けて考える必要がある．電力については太トポンプを最大限導入することで，電力・熱の陽光発電等の再生可能エネルギー（再エネ）を脱炭素化を最大限促進し，それでも削減するこ導入し，グリーン電力を購入すれば対応が可能とのできない部分については，電力であればであるが，熱に関しては課題が多い．熱，すな

CO2 クレジット等の環境価値を購入し，熱でわち燃料（ガスや油）は燃焼に伴い CO2 を排あれば将来的に再エネ由来の水素を使用するこ出する．燃焼における CO2 を削減することはとが，日本の脱炭素の方向性であろう．

非常に困難であるが，熱を電力でつくることが第1図できれば，電力の脱炭素化を進めることで熱も改正省エネ法が示す日本の脱炭素化

残りは 今すぐ，最大限！ 残りは水素
環境価値購入（ピーク・高温）

脱炭素化が可能である．

100 C 以下の熱を電力で効率良く製造する

太陽光を最大限導入

ヒートポンプ．ヒートポンプの導入がカーボン+蓄電池（ベース）

電化（ベース）

電力

熱

ニュートラルな世界実現のカギを握っているといっても過言ではないのである．

⑵

ヒートポンプを最大限導入

脱炭素の正しい順番
環境省の「長期低炭素ビジョン」にもあるよ電気計算

2023.1131

ヒートポンプ
うに，日本の CO2 削減の方向性は以下の三つ

例①
廃熱源：冷水 7 C 加熱：殺菌温水 90 Cの行動である．

温度差：83 C

一つは「エネルギー消費量の削減」すなわち省エネであり，徹底した省エネが前提となる．
二つは「エネルギーの低炭素化」であり，電特集名
力では太陽光発電等の再エネ導入，熱では燃料転換や水素化である．

大きな温度差効率×

例②
廃熱源：冷却水 30 C 加熱：洗浄温水 60 ℃
小さい温度差

温度差：30 C⑵

効率〇

距離が近いか

三つは「利用エネルギーの転換」であり，自廃熱源から熱回収し加熱を行うため，廃熱源動車であればガソリン車から電気自動車にシフと加熱先を配管で接続する．単純に距離が近い

ト，熱であればボイラからヒートポンプにシフほうが工事費を小さくすることができるため，極トである．ガスや油等の化石燃料は脱炭素の手力コンパクトな配置設計を心がけたい．距離の段がほぼない．ヒートポンプで熱を製造すれ目安としては 100 m 以内が一つの基準となろう．

ば，ボイラで使用する化石燃料は削減され，さ⑶熱量と熱バランスが整合しているからにヒートポンプで使用する電力を再エネ等のヒートポンプは廃熱源からの熱回収と加熱をCO2 ゼロ電力にすれば，ヒートポンプがつく同時に行う．よって，時間帯や季節等で廃熱源る熱も CO2 ゼロとなる．と加熱のタイミングが一致しないとヒートポン

3

ヒートポンプ導入検討の三つのポイント

ヒートポンプは大きな CO2 削減効果が見込

プの運転ができない．また，「廃熱回収量 + ヒートポンプ消費電力 = 加熱量」の関係となるため，加熱量のほうが若干大きい程度でほぼ同量の廃熱量・加熱量が好ましい．

める設備だが，最適なシステム設計を行わないタイミングや熱量バランスについてはヒートと性能を発揮することができない．ヒートポン

ポンプに適さない既存設備状況であることも多プ導入検討に必要な三つのポイントについて説い．その場合は，複数の廃熱源や加熱先を組明する．

み合わせバッファタンクを設置するなどして，第2図

ヒートポンプ検討三つのポイント

廃熱回収システムの例
ポイント3 | 熱量と熱バランスが整合しているか
廃気
ポイント1 | 温度差が小さいか
冷却塔

廃熱源コンプレッサ

⑴

バッファ
タンク
加熱
プロセス

ポイント2 | 距離が近いか温度差が小さいか
ヒートポンプは廃熱源から熱を奪い加熱する．この廃熱源と加熱の温度差が小さいほど効率が高くなる．以下，例を記載する．
32

可能である．
⑷

ハイブリッド化
ヒートポンプは強み（高い環境性）と弱み（熱バランス・高価）があるため，既存設備の代替として導入するよりも既存設備とのハイブリッ

加熱機器 ヒートポンプ
冷却水

ヒートポンプを安定稼働させるシステム構築もド設置したほうが費用対効果が良くなる場合が第3図

ハイブリッド「並列方式」【並列方式】
負荷変動が大きい場合，容量が予測できない場合など
80 °C
ヒートポンプ
加熱プロセス
他の加熱方式

80 °C

負荷変動を吸収電気計算

2023.11

「ヒートポンプ」導入は今がチャンス！

検討ポイント・事例・コスト分析・補助金ある．

ものである．ヒートポンプが得意な温度域のみを「並列方式」は既存設備とヒートポンプを並担当するので，高い効率での運用が可能となる．

列設置する．ベース負荷をヒートポンプが担当し，ピーク負荷をボイラ等の既存設備が処理する．これにより，ヒートポンプの能力を小さく抑え，運転時間を長くすることが可能となり，

4

ヒートポンプ導入コスト分析

省エネ設備の導入可否判断について，従来は投資回収年数で判断する企業が大半であり，企投資回収年数を短くすることができる．
例としては，定常負荷（ベース負荷）分の能力

業により違いはあるもののおおむね 3 〜 7 年でヒートポンプを選定し，立ち上げ負荷（ピークを下回れば導入するというものであった．2 年負荷）を既存の蒸気ボイラで処理するものである．

前のエネルギー価格が安定していたころのヒー

さらに，冷温同時ヒートポンプをベース機とトポンプの投資回収年数は 5 〜 8 年程度であして，冷水製造とボイラ給水予熱を行い，汎用り，企業の投資判断基準をクリアできない場合チラーでピーク負荷を処理するのも並列方式でも多かった．
しかし，昨今のエネルギー価格高騰はヒートある．
第4図

ポンプ導入に追い風となっている．電力は増え

ハイブリッド「直列方式」【直列方式】
ヒートポンプでは加熱温度が不足する場合など
80 °C
ヒートポンプるものの化石燃料を大きく削減するヒートポン
プは，投資回収年数が 2 年前と比べて減少して120 °C

他の加熱方式

加熱プロセスいる．2 年前と現在を比較すると，ヒートポン
プの投資回収年数は 7.9 年から 2.2 年に改善している（都市ガスおよび高圧電力の場合）．

温度をプラス

化石燃料は 2028 年からの炭素税導入も決定「直列方式」は，得意とする 100 C 以下の温しているため，今後もこの傾向は続いていくと度域のみをヒートポンプが加熱（予熱）し，不足見込まれる．

分の温度をボイラ等の既存設備が追い焚きする
第1表

ヒートポンプ導入コストの変化

2020.112022.9

備考

13.6

24.19

高騰率178 %

ガス単価 [ 円 /m3]

44.16

113.07

高騰率256 %導入前ガス代 [ 百万円 ]

14.9

38.2

導入後電気代 [ 百万円 ]

8.1

15.2

削減コスト[ 百万円 ]

6.3

22.9

エネルギー削減量 [kL]

233.2

233.2

変化なし

CO2削減量 [t]

495.2

495.2

変化なし

7.92.2

電力単価 [ 円 /(kW⋅h)]

参考投資回収年 [ 年 ]試算条件（温水55〜65 °C，熱源水温度30〜25 °C）
ヒートポンプ能力
加熱能力

564.5 kW

冷却能力453.8 kW

HP 消費電力

110.7 kW

運転時間18 h/ 日エネルギー高騰の影響で，ヒートポンプの投資回収は大幅に改善！

原油換算係数（都市ガス）

1.161 kL/( 千 N⋅m3)
0.252 kL/ 千 kW

300日 / 年

原油換算係数（電力）

補機消費電力6.3 kW/ 台

都市ガス熱量40.6 MJ/(N⋅m3)

CO2換算係数（都市ガス） 2.277 t/( 千 N⋅m3)

台数

1

蒸気システム効率

80 %CO2換算係数（電力）

電気計算

2023.110.434 t/( 千 kW⋅h)33

ヒートポンプある．

5導入事例

温水と冷水の同時製造を行う場合，廃熱源（冷水）と加熱先（温水）の温度差が大きくなり，最新のヒートポンプ導入提案事例を 6 件ご紹介する．
特集名⑴
温水・冷水の同時製造

3 ⑴の記載と反することになる．しかし，既存冷水チラーの省エネ効果も発生するため，CO2削減やコストメリットが大きくなる場合もある．

麺や豆腐製造のように「茹で」と「冷却」を食品のように製品の汚染防止が必要な場合や連続で行う工程はヒートポンプの導入が可能で製品破損での水質悪化が予想される場合は，熱

第5図

導入事例

温水・冷水の同時製造

蒸気ガス削減

蒸気ボイラ

クール槽

給気ファン

85 °C
80 °C
熱交換器

90 °C

15 °C

20 °C

80 °C

25 °C

30 °C

廃熱回収ヒートポンプ

熱風80 °C蒸気ヒータ

60 °C
印刷機
（グラビア・フレキソ）

熱風ヒートポンプ
熱交換器
蒸気ヒータ

60 °C

ドライラミネーター
・コーター
乾燥エネルギー削減
ヒートポンプ性能㈱前川製作所
ポイント!
エコシロッコ
熱源不足を冷却水等で加熱能力105 kWバックアップします！
冷却能力85 kW
消費電力25.5 kW
生産機へ廃熱の有効利用

参考年間省エネ効果

34

CO2削減量：約300 t

乾燥（水熱源式）

水冷式
コンプレッサ

生産冷却用
空冷チラー

熱交換器

エネルギー削減量：約150 kL
コストメリット：約900万円

外気20 °C

冷水15 °C

30 °C

電力

参考年間省エネ効果

導入事例

20 °C

85 °C

80 °C

第6図

削減
電力

既存チラー

ボイル槽

ヒートポンプ性能
コベルコ・コンプレッサ
HEM-HR90
加熱能力316.3 kW
冷却能力210.5 kW
消費電力105.8 kW
COPh：2.99
COPc：1.99
COPt：4.98

既設新設ポイント①
ポイント②
高温水を供給冷水の同時製造（蒸気低減）（チラー負荷低減）
削減

原油換算削減量：約50 kL

CO2排出削減量：約100 t
電気計算

2023.11

「ヒートポンプ」導入は今がチャンス！
交換器を挿入し，間接加熱・冷却を行う．
⑵

検討ポイント・事例・コスト分析・補助金を与えにくい安心なシステム構成である．
室外機での周辺空気熱回収という特徴を生か乾燥（水熱源式）
印刷機，ラミネーター・コーター，スプレーし，年間暑い生産室やコンプレッサ室に設置すドライヤー等の乾燥機は，熱風で製品を乾燥されば，室外機が周辺空気熱回収すなわち冷房機せている．ヒートポンプで 120 °C までの熱風として使用することができる．室内の冷房と乾を製造することができ，特に吸気外気予熱への燥加熱の冷温同時使用も可能なのである．その導入が有効である．

冷房効果は一般的なスポットエアコン 10 台程水熱源式の場合，2 種類の熱源が使用できる．
一つはチラー冷水からの熱回収であり冷温同時度に相当する．
⑷

クリーンルーム製造となり，省エネメリットを大きくすること

クリーンルームは一定の温湿度を維持するたが可能である．もう一つは水冷コンプレッサ等

めに，冷水で除湿，温水で加熱を行い，常時冷の冷却水からの熱回収であり，加熱側の効率を水温水を同時使用し大量のエネルギーを消費し高く運用することができる．ている．

ヒートポンプで製造した熱風は既存の蒸気

ヒートポンプは，冷水の還り水から熱回収すヒータの上流に供給することで不足する温度をるためチラーの負荷が低下しエネルギー使用量既存設備で追い焚きする．万が一のヒートポンが減少する．回収熱を利用し，温水の還り水にプ故障時は既存蒸気ヒータによる即時バック必要なだけ温度を加えることで，ボイラのエネアップが可能で，安心なシステム構成となる．

ルギー使用量も減少させる．

⑶

某医薬品製造企業では，ヒートポンプ導入後乾燥（空気熱源式）
空気熱源式は周辺空気から熱を回収するヒーの優れた省エネ効果を認めていただき 2 台目のトポンプで，シンプルな構成のため比較的計画導入も実施いただいた．現在，3 台目導入の検が容易である．

討中である．

室外機で熱回収，室内機で 60 〜 90 °C の熱⑸給湯風を供給し，乾燥プロセスの省エネが可能であ

宿泊施設，温浴施設，介護老人保健施設，工る．既存外気ダクトにバイパスする形で設置を場等の給湯を行う施設は，ガス・油等の化石燃行うため，万が一の故障の場合でも生産に影響料をボイラで燃焼して湯を製造している．

第7図

導入事例
省エネ

乾燥（空気熱源式）
ポイント②
外気 高効率熱風で省エネ 冷却された（蒸気・化石燃料の削減） 空気

蒸気ヒータ

外気大量の廃熱

熱風60 °C

コーター
オペレータ操作部にリモコン設置
遠隔運転信号で発停

室内機
ヒートポンプ性能
冷媒配管
外気ファン 三菱重工サーマルシステムズ㈱熱Pu-ton
加熱能力30.0 kW
消費電力7.24 kW，COP4.1（@30 °C，吹出60 °C）
室内機風量：36 m3/min

参考年間省エネ効果
電気計算

2023.11

原油換算削減量：約18 kL

生産機の廃熱を回収

生産機
室外機

ポイント①
廃熱の回収（未利用熱の利用）

CO2排出削減量：約38 t

35ヒートポンプ
第8図

導入事例
削減

クリーンルーム
熱交換器

廃熱
蒸気

都市ガス

削減

蒸気ボイラ

ヒートポンプ性能
特集名

コベルコ・コンプレッサ
HEM2-HR
加熱能力375.3 kW
冷却能力290.0 kW
消費電力85.3 kW
削減
削減

ドレン

***L/min

12 °C
ポイント②
未利用廃熱を回収（冷凍機の負荷定減）

廃熱回収型
ヒートポンプ

給気

クリーン空調機***L/min

原油換算削減量：約200 kL

排気外気***L/min

12 °C
7 °C

空調機へ

クリーンルーム空調は一定の温湿度維持のため，冷却と加熱を同時に行うため，エネルギー使用量が多い***L/min

参考年間省エネ効果

温水50 °C
温水45 °C

50 °C
45 °C

7 °C

冷水導入事例

温水ポイント①
加熱エネルギー削減（蒸気使用量の削減）

廃熱 都市ガス

第9図

50 °C
45 °C

還気 ルーム
冷水12 °C
冷水7 °C

空調機へ

CO2排出削減量：約400 t

給湯のヒートポンプ化
ヒートポンプ性能 ヒートポンプ性能
日本イトミック
日本イトミック（エコキュート） （循環加温HP）
CHP-15H2
FHP-H1401HL
加熱能力15.0 kW 加熱能力14.0 kW
消費電力3.6 kW 消費電力4.41 kW
COPave：4.17
COPh：3.17（外気温16 °C） （外気温16 °C）
1台に三つの貯蔵タンク×3セット削減

給湯（往）50 °C
加熱エネルギー削減
給湯65 °C
都市ガスの削減
貯湯65 °C

蒸気エコキュート×3セット
15 t/日給水17 °C
給湯使用 給水加温と循環加温を分離⇒高効率
循環加温

給湯（還）45 °C ヒートポンプ

ドレン温水製造器
15 t/日

50 °C

蒸気ボイラ

完全中止の場合，放熱ロス等の削減も発生!

参考年間省エネ効果 原油換算削減量：約20 kL CO2排出削減量：約45 t コストメリット約260万円

昨今のエネルギー価格高騰や脱炭素の対策に，給湯のヒートポンプ化は有効である．
エコキュート式のヒートポンプで 65 °C 貯湯・供給する．給湯還り管は放熱ロスにより温度低下するため，循環式のヒートポンプで保温を行う．二つの方式のヒートポンプを活用することで，効率の高いシステム構築が可能である．
⑹

塗装前処理
金属製品は塗装前に表面処理を行い，塗装品質を向上させている．表面処理は複数の水槽に36て洗浄・脱脂・化成処理等を液温 50 〜 70 °C程度で行う．液の加熱は蒸気で行うが，この温度域の場合ヒートポンプで十分加熱が可能である．
循環式ヒートポンプで温水を製造し，水槽ごとの熱交換器と温調設備で加熱を行う．
ヒートポンプで蒸気使用を完全に中止することができると，蒸気配管からの放熱ロスやドレンロスをなくすことが可能なため，大きなCO2 削減効果が見込める．
電気計算

2023.11

「ヒートポンプ」導入は今がチャンス！
第 10 図

導入事例

検討ポイント・事例・コスト分析・補助金

塗装前処理
80 °C
73 °C

蒸気主管

※365 °C※275 °C

55 °C

65 °C

40 °C

スパイラル
熱交換器

スパイラル
熱交換器

放熱ロス分削減

スパイラル
熱交換器
使用分削減

蒸気枝管
WORK

ポイント①
加熱エネルギー削減（蒸気使用量の削減）

※1

50 °C

80 °C
73 °C
クッションタンク 高温水ヒートポンプ
2 m3×5モジュール（1台予備機）※365 °C※275 °C※150 °C

55 °C

65 °C

40 °C

パーカー
湯洗槽
容量：**t
温度：60 °C

パーカー槽
容量：**t
温度：70 °C

アルカリ
脱脂槽
容量：**t
温度：45 °C

熱交換器

熱交換器

熱交換器

ドレン

WORK
ヒートポンプ性能
東芝キヤリアCAONS700
加熱能力70 kW
消費電力28.5 kW
COP2.5

参考年間省エネ効果 原油換算削減量：92 kL CO2排出削減量：194 t

6

第 11 図ほっとコンサルティング事業案内

補助金の活用

ヒートポンプ導入には各種省エネ補助金の活用が可能である．主な補助金をご紹介する．
「省エネルギー投資促進支援事業」経産省
概要：省エネ設備導入費用への補助，多様なた申請が可能．2023 年春より予算規8模拡大で活用が容易になった．

熱の脱炭素で注目のヒートポンプ．エネル（企業規模や枠組みによる）補助率：1/2 〜 1/3

ギー価格高騰や法改正などを追い風にし，本格「SHIFT 事業（工場・事業場における先導的な的な導入フェーズ入った．導入検討の一助にな脱炭素化取組推進事業）」環境省

れば幸いである．

申請枠組みがあり，企業・設備に応じ

概要：CO2 削減のための設備導入費用への補助

おわりに本記事は一般社団法人日本エレクトロヒートセンター『エレクトロヒート NO.249』（令和補助率：1/3（設備更新補助）5 年 5 月発行）に掲載されたものに，最近の動7向を踏まえて若干修正を加えた．

ほっとコンサルティングの取組み削減計画策定，設備導入，CO2 算定等の脱炭素経営導入を支援．脱炭素エンジニア・経営コンサルとして，実現可能な伴走支援をモットーとしている．
電気計算

2023.11

転載元：一般社団法人日本エレクトロヒートセンター（URL: https://www.jeh-center.org/）〔参考文献〕
一般社団法人日本エレクトロヒートセンター『産業用ヒートポンプ活用ガイド』2022 年 3 月37