暖房：赤外線暖房とヒートポンプの組み合わせ

赤外線暖房とヒートポンプを組み合わせることは可能であり、場合によっては有利になることもあります。その重要な情報を以下に示します。

赤外線加熱の仕組み

赤外線ヒーターは、赤外線を放射することで物体や人を直接温めます。空気を暖める従来のヒーターとは異なり、赤外線ヒーターは室内の表面を温め、そこから周囲の空気に熱を放射します。

ヒートポンプの仕組み

ヒートポンプは、空気、水、地面などの環境エネルギーを熱に変換し、建物を暖房します。熱交換の原理に基づいており、冷房にも使用できます。

組み合わせの利点

赤外線ヒーターとヒートポンプを組み合わせることで、いくつかのメリットが得られます。赤外線ヒーターは直接熱を放射するため、快適な暖かさを素早く提供できます。一方、ヒートポンプは効率的に動作し、再生可能エネルギー源から熱を生成します。これらを組み合わせることで、エネルギー効率が高く快適な暖房ソリューションを実現できます。

ヒートポンプを主な暖房源として使用する

多くの場合、ヒートポンプはエネルギー効率に優れているため、主暖房源として使用されます。赤外線暖房は補助暖房源として使用でき、特に使用頻度の低い部屋では、より迅速かつ正確に暖房を供給できます。

管理と規制

2つのシステムを効果的に組み合わせるには、綿密な制御と調整が不可欠です。ヒートポンプと赤外線暖房システムの両方を管理し、最適な室温を実現してエネルギーを節約できるインテリジェントな制御システムが存在します。

ただし、赤外線暖房とヒートポンプの組み合わせは、建物の断熱性、部屋の広さ、個々の暖房ニーズなど、さまざまな要因によって異なることにご注意ください。お客様の状況に最適なソリューションを見つけるには、専門家のアドバイスを受けることをお勧めします。

ドレスデン工科大学による研究「ピーク負荷対応のための赤外線暖房システムの潜在的評価」は、赤外線暖房が既存の住宅における化石燃料消費を短期的に削減し、同時に建物をヒートポンプ対応にするための解決策となることを確認しました。この研究結果は、「住宅建設における赤外線暖房」会議で発表されます。

供給の問題、高額な投資コスト、設置業者の時間不足などの理由で、既存の住宅ですぐにヒートポンプに切り替えることができない住宅所有者は、最初は赤外線暖房を使用して化石燃料を短期的に節約することができます。その後、住宅所有者は古い水ベースの暖房システムを小容量のヒートポンプに交換し、赤外線暖房システムと連動して動作させることができます。ドレスデン工科大学の研究によると、このアプローチは技術的に実現可能です。住宅所有者はまず、既存のガス暖房システムのシステム温度（流量温度）を下げて、家のベース負荷のみをカバーします。より高い暖房需要、いわゆるピーク負荷には、速効性赤外線ヒーターで対応できます。これにより、新しいラジエーター、窓、外壁断熱などの高価で複雑な改修を行わなくても、家の中を常に快適な温度に保ちながら化石燃料の消費を削減できます。

このアプローチとそれに伴うエネルギー需要は、ドレスデン工科大学における研究「ピーク負荷対応のための赤外線暖房システムの潜在的評価」において、代表的な戸建て住宅を例に調査されました。この結果は、ドレスデン工科大学エネルギー技術研究所建築エネルギー技術部門長のヨアヒム・ザイフェルト教授（工学博士）によって、2023年5月11日にヴュルツブルクで開催された会議「住宅建設における赤外線暖房」において初めて発表されました。ザイフェルト教授は、「ヒートポンプシステムと電気式赤外線ヒーターを組み合わせることで、既存の建物に対する技術的な選択肢が生まれます。このシステムの組み合わせにより、暖房需要と温熱的快適性の両方を確保できます」と結論付けました。

赤外線暖房とヒートポンプの組み合わせ

業界団体IGインフラロットの委託を受けた研究で、ドレスデン工科大学の科学者らは、既存の高流量水加熱システムを赤外線ヒーターと組み合わせることで低温ヒートポンプによる運転に適したものにできるかどうかを調査した。

ドイツの建築ストックを代表的に表すために、チームは、暖房使用可能面積が 160 平方メートルで、断熱条例 95 に準拠した断熱基準を備えた一戸建て住宅を選択しました。

標準暖房負荷は9.2キロワット、比暖房負荷は1平方メートルあたり57.20ワットです。シミュレーションは、建物とプラントの連成シミュレーションソフトウェアTRNSYS-TUDを使用して実施しました。

シミュレーションでは、既存の建物に低温ガスボイラーが設置されており、熱はラジエーターを介して伝達されます。これに基づき、研究者らは、既存のガスボイラーまたはラジエーターを用いて基礎温度を維持するための赤外線加熱の可能性を実証するために、流動温度を下げました。

非制御基礎加熱と制御赤外線加熱の組み合わせ

解析は、住宅所有者の実務手順を反映した手順で実施されました。まず、ガス暖房システムを用いて建物を基本温度まで加熱しました。暖房システムは、流入温度70℃、戻り温度55℃（ϑV/ϑR = 70℃/55℃）で運転され、加熱曲線の最高温度は流入温度（ϑV）40℃まで下げられ、ϑV/ϑR = 40/30の加熱曲線が設定されました。10室中7室では、制御されていないラジエーターに赤外線ヒーターが追加されました。

次のステップでは、低温ボイラーを空気水熱交換型ヒートポンプに置き換えました。研究者は、熱伝達システム（ラジエーター）の寸法や断熱基準に変更を加えませんでした。これに基づいて2つの選択肢を比較し、必要な最終エネルギー需要を決定しました。常に、運転時間中の温熱快適性の基準が満たされることが前提条件でした。選択されたパラメータでは、赤外線暖房システムは必要なエネルギーの26～38%をカバーします。

パフォーマンスの不足は赤外線加熱によって補うことができます。

「結果は、結果として生じる性能不足を赤外線加熱によって補えることを示している」と、ドレスデン工科大学の科学者たちは研究の結論に記し、次のように付け加えている。「全体として、この研究は、水ベースの暖房システムに赤外線加熱を補完することで、高温用に設計された既存の暖房システムを、加熱面を交換することなく低いシステム温度で使用できることを示している。したがって、このシステムはヒートポンプとの組み合わせに適している。分析の結果、この併用により、基本バージョンと比較して、最終的なエネルギー消費量を最大62%削減できることが示された。」低いベース温度におけるピーク負荷は様々なシステムでカバーできるが、「赤外線加熱は応答時間が短いため、この目的に特に適している」。

節約したお金を太陽光発電システムに使う

「赤外線ヒーターは安価で入手しやすく、わずか数時間で設置できるため、住宅所有者は短期間で、低い投資コストでこのアプローチを実装できます」と、IGインフラレッド・ドイツの会長、ラース・ヘンリック・フォスは述べています。

この調査では、建物外壁の全面改修と水熱交換システムの改修を回避できることが示されています。これにより投資コストが大幅に削減され、住宅所有者の経済的負担が軽減されるだけでなく、補助金が不要となるため国民経済にも恩恵がもたらされます。「こうして節約された資金は、より気候に優しい太陽光発電システムの構築に有効活用できます。暖房だけでなく、利用者への電力供給、給湯、そして電動モビリティにも活用できます」と、IGインフラレッド会長のディルク・ボーンホルスト氏は付け加えています。

出典：プレスリリース「赤外線暖房がヒートポンプへの切り替えを加速」

一般的に、制御されていない基礎暖房システムと制御された赤外線暖房システムを組み合わせることが可能です。これについては、以下の情報をご参照ください。

規制されていない基礎暖房

非制御型の基本暖房システムとは、通常、ラジエーターや床暖房を介して熱を分配する従来のセントラルヒーティングシステムを指します。このタイプの暖房は、室温を測定し、それに応じて暖房のオン/オフを切り替えるサーモスタットによって制御されることが多いです。

制御された赤外線加熱

制御されていない通常の暖房とは異なり、赤外線暖房は通常、個別に正確に制御できます。現代の赤外線ヒーターには、サーモスタットとプログラム可能な制御装置が組み込まれており、室温と加熱時間を正確に設定できます。

暖房システムの組み合わせ

制御されていないメイン暖房システムと制御された赤外線ヒーターを組み合わせると、特定の状況でメリットが得られます。例えば、メイン暖房システムを主熱源として利用し、室内を特定の最低温度まで上げることができます。その後、赤外線ヒーターを補助熱源として利用し、室内の特定のエリアにさらなる快適さと暖かさを提供することができます。

組み合わせの利点

標準的な暖房システムと赤外線暖房を組み合わせることで、両方のメリットを享受できます。標準的な暖房システムは部屋全体を均一に暖め、赤外線暖房は反応が速く、対象を集中的に暖めます。これは、たまにしか使わない部屋や、暖房の好みが人それぞれ異なる場合に特に便利です。

管理と規制

2つの暖房システムを効果的に組み合わせるには、適切な制御が重要です。理想的には、赤外線ヒーターにはメインの暖房システムとは独立して設定できる独立した制御ユニットが必要です。これにより、赤外線ヒーターの熱出力を個々のニーズに合わせて調整し、エネルギーを節約できます。

建物や暖房システムの具体的な要件については、専門家による専門的なアドバイスを受けることをお勧めします。専門家は、個々の状況に最適な組み合わせと制御オプションを見つけるお手伝いをいたします。