新技術調査レポート

ヒートポンプ給湯器を使用した『温泉ハイブリッド省エネシステム』

1㈶建築コスト管理システム研究所
新技術調査検討会

はじめに

2007年夏号の新技術調査レポートにおいて「ヒートポンプ給湯器」は，その高い効率性からＡ重油ボイラーに比べ，一次エネルギーで約50％，CO 排出量で約55％削減の可能性があると紹介されました。以来２年が経過した現在では，一般家庭用には「エコキュート」に代表されるヒートポンプ給湯器が「オール電化」の普及と共に年々増加しており，また多量の給湯を必要とする事業所においても，業務用ヒートポンプ給湯器が徐々に普及されつつあります。しかし，多くの事業所においては，油・ガスを燃料とする燃焼式温水器を既存の設備として使用しているのが実情です。なかでも改正「省エネルギー法」が適用される事業者等にとっては，CO 排出量の削減とともに燃料費等のコスト削減は大きな負担となっており，2008年夏頃からの原油価格高騰の影響は事業を継続するうえで追い打ち的な死活問題にもなりました。このような問題を背景に，より効率的な業務用ヒートポンプ給湯器と共に，ヒートポンプ給湯器を使用した給湯システムで，『ハイブリッド給湯システム』が注目されています。これは高い加熱能力を持つ燃焼機器（主にボイラーや温水器）と，電気を熱源とし環境性・経済性に優れたヒートポンプ給湯器を同じ給湯システムに併用することによって，それぞれの利点を最大限に活かしたシステムであり，より効率的なコスト削減及び CO排出量の削減を図るものとして期待されています。
この『ハイブリッド給湯システム』については，既に設備関連雑誌やボイラーメーカーをはじめ，数社からその省エネ効果や CO 排出量削減効果の事例等が報告されているところです。
本号では，給湯を目的とした『ハイブリッド給湯システム』ではなく，温泉施設において，源泉の加温と浴槽の温度維持用として，従来の重油焚きボイラーに加え，ヒートポンプ給湯器と熱交換器によるシステムを採用し，光熱費及び CO 排出量を約50％削減することに成功した事例として『温泉ハイブリッド省エネシステム』を紹介します。

2『温泉ハイブリッド省エネシステム』の基本的な考え方

日本には温泉やスーパー銭湯等の浴場施設はもとより，町立○○センターといった公営施設などを含めると，様々な形態で運営される温浴施設が数多くあります。秘湯ブームによって「源泉かけ流し100%」の温泉人気が高いところですが，多くの温浴施設では源泉の湧出量と温度の関係により，約９割の施設においてボイラー等による加温が必要とされているのが実態です。特に最近では
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露天風呂を常設することが一般的であり，また施設によっては24時間入浴可能を謳い文句にすることもあるため，浴槽の温度管理に係るコストは経営者にとって大きな負担となっています。そのような施設において，通常行われている一般的な温浴槽の加熱方式である浴槽ろ過循環回路の概略を図１に示します。これは浴槽の湯を循環し，燃焼機器（主にボイラーや温水器）からの温水熱により熱交換器において伝熱加熱する方法です。
これに対し，『温泉ハイブリッド省エネシステム』では，従来の熱交換回路に追加熱源用の熱交換回路を増設したシステムです。その概略を図２に示します。
『温泉ハイブリッド省エネシステム』では，既設ボイラー等による熱交換の前にヒートポンプ給湯器による温水回路を設け，このヒートポンプ給湯器による効率的な加熱を優先することにより，ボイラーの運転負荷を低減しています。

図１

一般的な循環ろ過・加温方式

図２

ヒートポンプ給湯器を組み込んだ加温方式

ここでヒートポンプ給湯器の能力や設置台数が問題となりますが，ボイラーとヒートポンプ給湯器の価格は同一熱量で比すると，ヒートポンプ給湯器は約10倍高額であるため，設置台数はできるかぎり少なくし，イニシャルコストの低減を図ります。露天浴槽では特に冬季や夜間の放熱量が大きいので，夏季の最低負荷熱量をまかなえるだけの必要最低限のものとしています。この負荷を超える冬季などには不足する加熱を従来のボイラー等で補います。つまり，夏季や負荷の少ない昼間にはボイラー無し運転を可能とし，燃料費の低減を図ります。
以上は『温泉ハイブリッド省エネシステム』の基本的な考え方ですが，これは従来の設備を活かしたうえに新たな設備を増設する「改修工事」を前提としたものであり，新設時から『温泉ハイブリッド省エネシステム』を考慮する場合には，当然ながら別の回路も考えられます。

3⑴『温泉ハイブリッド省エネシステム』の特徴

ヒートポンプ給湯器

ヒートポンプ給湯器は特殊なものではなく，汎用品を使用します。ただし，消費されるための給湯は73新技術調査レポート

必要とせず，熱交換による加温を目的としているため，循環回路で再加熱可能なヒートポンプ給湯器を使用しています。従って製造会社については制約があります。また，循環回路での熱交換であり高温水は必要としないため，機器の冷媒は代替フロンである R407C（HFC−32／125／134a）を使用した，出口温水温度55℃の機器を選定しています。この機種は近年成績係数（COP：Coefficient Of Performance の略， エネルギー消費効率ともよばれる）が ６ ま で 向 上 し た CO 冷 媒 の 給 湯 器 に 比 べ，COP3.2と低い値ではあります。また，この代替フロンである R407C 冷媒の地球温暖化係数は1,500であり，自然冷媒の CO の地球温暖化係数１と，単純比

では，CO 冷媒のほうが環境に優しいところですが，システムでの効率やコストを考慮した結果，この機種を採用しています。
⑵

熱交換器

熱交換器もまた特殊なものではなく，汎用品のプレート型 SUS 製の水−水熱交換器を使用します。
事例では SUS 製を使用していますが，温泉水の泉質よっては腐食やスケールの対策も必要であるかもしれません。
⑶

貯湯槽（ヒートポンプ給湯器系）

これもこの『温泉ハイブリッド省エネシステム』の特徴の一つですが，ヒートポンプ給湯器からの温水を加熱専用の循環方式として使用しているため，ヒートポンプ給湯器系回路には貯湯槽を設ける必要がないので，イニシャルコストが低減されます。

4

N 温泉施設での場合

さて，実際に設置された事例を紹介します。都心に近い神奈川県にある温泉施設で，男女別の露天風呂を主として，男女別内風呂と家族用内風呂を備えています。源泉はアルカリ性単純温泉で27.7℃，各浴槽へ送る前の源泉槽では約22℃のため，Ａ重油燃料によるボイラーで加温しています。また，露天風呂は屋内風呂に比べて約3.5倍の放熱があることと，24時間入浴を行っているため，夏季においても循環加熱用ボイラーで，浴槽内温度を一定に保っていました。
Ｎ温泉施設では2008年９月から，この『温泉ハイブリッド省エネシステム』を採用し，燃料費がおよそ半額になっています。本施設の場合には，源泉の加温用にも熱交換器による回路を設けており，機器の能力は熱量＋浴槽放熱による加熱量

源泉加の最低負荷時の値で選定しています（図３参照）。
設備の簡略なフローを図４に，また主な機器の仕様を表１に示します。
点線で描かれた既存の設備である機器・配図３

機器の選定能力

管に，主たるヒートポンプ給湯器，熱交換器

１）IPPC 4 次レポートでは R407C の地球温暖化係数は1,770とあります。
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図４

設備のフローと機器の外観

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表１
記号主要機器仕様

機器名称

機器

仕様

空冷式屋外型HP‑1〜3ヒートポンプ給湯器

P‑1

温水循環ポンプ

P‑2

温水循環ポンプ

HEX‑1

HEX‑2

熱交換器
(源泉系統)

熱交換器(浴槽系統)

加熱能力

50.3

温水量

200L/

温水出口温度55℃（外気温度7℃DB，6℃WB）

圧縮機

3Φ×200V×7.5 ×2

送風機

3Φ×200V×0.38 ×2

屋外渦巻型

65×50×600L/ ×15ⅿ

電動機

3Φ×200V×3.7

ラインポンプ

65×400L/ ×28ⅿ

電動機

3Φ×200V×3.7

プレート型

SUS 製

交換熱量

115,200kcal/h

HP 側温水量

320L/ (55℃→49℃)

源泉側温水量

100L/ (22℃→41℃)

プレート型

SUS 製

交換熱量

114,720kcal/h

HP 側温水量344L/ (55℃→48℃)

浴槽側温水量400L/ (39℃→45℃)

及び温水循環ポンプを増設したシステムです。図ではバイパス回路や補給水及び膨張管等は省略してあります。

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熱源でのコスト比較と省エネ効果

既設ボイラーの燃料である A 重油と，ヒートポンプ給湯器の動力源である電気との単純なランニングコストの比を試算してみます。使用している表１の機器仕様から，ヒートポンプ給湯器の「エネル

ギー消費効率＝COP」は，（加熱能力）÷（圧縮機及び送風機の消費電力）ですので，50.3 ÷（7.5 ×2＋0.38 ×2）＝3.19≒3.2 となります。
COP 約0.8のボイラーでＡ重油１リットルから得られる発熱量は，単位発熱量39.1Mj/リットル×0.8＝31.28M jとなります。これをヒートポンプ給湯器の COP≒3.2で除した値9.775Mjが同等分の消費電力とすると，電気の単位熱量3.6M j/ h で除した値は約2.7 h となります。
Ａ重油単価80円/リットル，業務用電力料金11円/ h と仮定すると，2.7 h×11円/ h＝29.7円がヒートポンプ給湯器での金額であり，電気とＡ重油の比は29.7円/80円＝0.37となります。同じ熱量を得るのに，Ａ重油燃料を電力に替えることにより，従来の約４割で済むことになります。これはあくまでも単純な単価比であり，実際のコスト比ではありません。電気料金には基本料金もあれば，時間帯別及び季節別料金等の考慮も必要ですし，ヒートポンプ給湯器の COP も外気温度や水温等の条件によ76 建築コスト研究

2009 AUTUM N新技術調査レポートって変わります。
Ｎ温泉施設でのランニングコストと CO 排出量の比を表２に示します。Ｎ温泉施設でのハイブリ

ッド運転実績はまだ１年を経過していませんので，あくまでもこれまでの実績値と今後の予想値で出した単純な試算ですが，年間49%，ほぼ半分のランニングコスト削減が可能となっています（図５参照）。
表２項

ランニングコストと C O 排出量の比較

目

単位

ボイラーのみハイブリッド運転

Ａ重油消費量（年）リットル294,224

82,222

削減量（年）

リットル

212,002

電気増加量（年）

484,840

Ａ重油のコスト（年）円

増加分電気のコスト（年）円

トータルコスト（年）円

23,537,920

11,911,000

CO 排出量（年）㎏

797,347

428,879

CO 排出削減量（年）㎏

図５6

23,537,920

6,577,760
5,333,240

368,468

ランニングコストの比較

C O 排出量の削減効果

CO 排出量についても，年間350トン以上削減が可能であり，従来のシステムから46%の CO を削減した結果となりました（図６参照）。なお，CO 排出量の考え方については種々あるところですが，例77

新技術調査レポート

えば電力を１次エネルギー効率で評価した場合，使用場所に届くまでに発電時の排熱ロスや送電ロスにより約６割以上のエネルギーロスが生じており，実際に給湯器で利用される１次エネルギー効率は下がるのではないか，従って CO 排出量の実情はもっと多いのではないか，等です。これらの考え方は電気式ヒートポンプと高効率ガス給湯器とを比した記事等にありますが，本調査においては一般的に事業者が排出量の算定に用いる数値で試算しています。また，電気の二酸化炭素排出係数についても，今回は電気事業者の公表値で試算しましたが，デフォルト値 である0.555㎏‑CO / h で試算した場合でも年間約305トン，約38%の削減率となります。

図６7C O 排出量の比較

おわりにＮ温泉施設における『温泉ハイブリッド省エネシステム』の実例から，ランニングコストと CO 排出量について述べましたが，最後にイニシャルコストについて紹介します。N 温泉施設の場合，光熱費のみのランニングコスト削減金額での試算では，ほぼ２年半分が設備工事にかかった経費に相当するとのことでした。これは設備機器の耐用年数をおよそ15年と想定しても，かなり短期間でイニシャルコストを回収できたことになり，さらに営業利益の増収が期待できるものと言えます（図７参照）。
ハイブリッド給湯については既にシステムではなく，ヒートポンプとガス燃焼式の一体型給湯器が開発され，運転制御方式が簡略化された新商品が市場に出るとの情報もあります。それから比合，今回紹介した事例はもはや新技術した場と言えるものではないのかもしれません。しかし，給湯を目的としない方式である『温泉ハイブリッド省エネシステム』は，決して古い技術ではなく，既存設備をかかえる事業者にとっては，部分改修工事として対応できるうえ，コスト削減と環境負荷低減のみならず，収益増も大いに期待できると思われることから， 新技術として紹介しました。

昨年夏の原油価格の高騰は一旦治まりの様相を呈しましたが，図８に示すように上昇の動きが見え，

２）平成18年経済産業省・環境省令第３号に定められた係数であり，電気事業者別排出係数がこの値を下回るものについては公表されており，その数値を用いることができます。
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図７

コスト回収のイメージ

図８

原油価格（C IF ）の推移

いつまた昨夏のような騒動が起こらないとは言えません。地球温暖化の問題は異常気象を実感するほどに年々深刻な問題となっています。温室効果ガスの削減も目標とはうらはらに年々増加するなど，事業と環境との関係は益々重要な課題となっており，今回紹介した『温泉ハイブリッド省エネシステム』が，環境負荷低減の促進に貢献されることを期待するものです。
最後に，本調査にあたり，㈱エコロツールより提供を受けました技術資料及び画像データの一部を引用させていただきましたことに感謝いたします。

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