季節エネルギー効率比

米国では、エアコンの効率は季節エネルギー効率比（SEER）で評価されることが多く、これは業界団体である空調暖房冷凍協会が2008年に制定した規格AHRI 210/240「空調ユニットおよび空気源ヒートポンプ機器の性能評価」で定義されています。^[1]同様の規格に欧州季節エネルギー効率比（ESEER）があります。

ユニットの SEER 定格は、典型的な冷房シーズン中の冷却出力を、同じ期間の総電気エネルギー入力で割ったものです。ユニットの SEER 定格が高いほど、エネルギー効率が高くなります。米国では、SEER は、英国熱量単位(BTU) での冷却とワット時での消費エネルギーの比率です。

例

たとえば、SEER が 10 BTU/(W·h) で、年間の冷房シーズン中に合計 1000 時間稼働する (たとえば、1 日 8 時間、125 日間) 5000 BTU/h (1465 ワットの冷却能力) エアコンユニットを考えます。

年間の総冷却出力は次のようになります。

5000 BTU/時 × 8時間/日 × 125日/年 = 5,000,000 BTU/年

SEER が 10 BTU/(W·h) の場合、年間の電気エネルギー使用量は約次のようになります。

5,000,000 BTU/年 ÷ 10 BTU/(W·h) = 500,000 W·h/年

平均電力使用量は、次のように簡単に計算することもできます。

平均電力 = (BTU/h) ÷ (SEER) = 5000 ÷ 10 = 500 W = 0.5 kW

電気料金が 0.20 ドル/(kW·h) の場合、稼働時間あたりのコストは次のようになります。

0.5 kW × 0.20 ドル/(kW・時) = 0.10 ドル/時

SEER と EER および COP の関係

特定の冷却装置のエネルギー効率比 (EER) は、特定の動作点における出力冷却エネルギー (BTU) と入力電気エネルギー (ワット時) の比率です。EER は通常、外気温 95 °F (35 °C)、内部 (実際には戻り空気) 温度 80 °F (27 °C)、相対湿度 50% を使用して計算されます。

EER は、熱力学で一般的に使用される成績係数 ( COP )に関連していますが、主な違いは、冷却装置の COP は分子と分母が同じ単位で表されるため単位がないことです。EER は混合単位を使用するため、すぐには物理的な意味を持たず、COP に BTU からワット時への変換係数を掛けて算出されます。EER = 3.41214 × COP (英国熱量単位を参照)。

季節エネルギー効率比 (SEER) も COP (または EER) で、BTU/ワット時で表されますが、単一の動作条件で評価されるのではなく、特定の場所の典型的な年間の天候で予想される全体的なパフォーマンスを表します。したがって、SEER は、同じ室内温度で、65 °F (18 °C) から 104 °F (40 °C) までの外気温の範囲で計算され、5 °F (2.8 °C) の範囲の 8 つの範囲のそれぞれに、指定された特定の時間の割合があります。この評価では、さまざまな気候は考慮されていません。これは、冷房シーズン中に外気温の範囲によって EER がどのように影響を受けるかを示すことを目的としています。

住宅用セントラル冷却ユニットの一般的なEER = 0.875 × SEER。SEERは同じ機器のEERよりも高い値です。^[1]

SEER を EER に変換するより詳細な方法では、次の式を使用します。

EER = −0.02 × SEER² + 1.12 × SEER ^[2]この方法はベンチマークモデリングにのみ使用され、すべての気候条件に適しているわけではないことに注意してください。^[2]

SEER 13 は EER 11、COP 3.2 にほぼ相当します。つまり、エアコンを稼働させるのに使用されるエネルギー 1 単位あたり、屋内から 3.2 単位の熱が除去されることを意味します。

理論上の最大値

エアコンの SEER と EER は熱力学の法則によって制限されます。最大限の効率を実現する冷却プロセスはカルノーサイクルです。カルノーサイクルを使用するエアコンの COP は次のようになります。

COP_{カルノー}={\frac {T_{C}}{T_{H}-T_{C}}}

ここで、は室内温度、は屋外温度です。両方の温度は、ケルビンやランキンなどの絶対零度に基づく熱力学的温度スケールを使用して測定する必要があります。EER は、上記のように COP に 3.412 BTU/W⋅h を掛けて計算されます。 $T_{C}$ $T_{H}$

EER_{カルノー}=3.412{\frac {T_{C}}{T_{H}-T_{C}}}

屋外温度が 95 °F (35 °C)、屋内温度が 80 °F (27 °C) であると仮定すると、上記の式では (温度をケルビンまたはランキンスケールに変換すると) COP が 36、EER が 120 になります。これは、現在市販されている一般的な家庭用エアコンの約 10 倍の効率です。

最大 EER は、室内と室外の気温差が大きくなるにつれて低下し、逆もまた同様です。室外気温が 120 °F (49 °C) の砂漠気候では、最大 COP は 13 に低下し、EER は 46 になります (室内気温が 80 °F (27 °C) の場合)。

最大 SEER は、季節の予想気温の範囲にわたって最大 EER を平均することによって計算できます。

米国政府のSEER基準

SEER 評価は季節ごとのシステム全体の効率を反映し、EER は特定の動作条件でのシステムのエネルギー効率を反映します。どちらの評価も製品を選択する際に役立ちますが、比較には同じ評価を使用する必要があります。

より効率的なシステムにより、大幅なエネルギー節約が実現します。たとえば、SEER 9 から SEER 13 にアップグレードすると、消費電力は 30% 削減されます (1 − 9/13 に相当)。

既存のユニットがまだ機能し、メンテナンスが行き届いている場合、お金の時間価値を考慮すると、積極的に交換するのではなく、既存のユニットを維持することが最も費用対効果が高い可能性があります。ただし、エアコンの効率は時間の経過とともに大幅に低下する可能性があります。^[3]

しかし、機器を交換する場合や、新しい設備を指定する場合、さまざまな SEER が利用できます。ほとんどの用途では、最小または最小に近い SEER ユニットが最もコスト効率に優れていますが、冷房シーズンが長くなるほど、電気代が高くなり、購入者がシステムを所有する期間が長くなるため、段階的に SEER が高くなるユニットが正当化されます。現在、SEER 20 以上の住宅用スプリットシステム AC ユニットが利用可能です。SEER が高いユニットには、通常、より大きなコイルと複数のコンプレッサーがあり、冷媒流量と給気流量が可変のものもあります。

1992

1987年に制定された法律では、最低でもSEER評価を10とすることが義務付けられ、1992年に施行されました。 ^[4]米国では、老朽化した既存のユニットが新しい高効率ユニットに交換されているため、SEER 9未満の評価を受けるシステムはほとんど見られません。

2006

2006 年 1 月から、最低 SEER 13 が要求されました。^[5]米国では、2005 年以降に製造された住宅用システムの最低 SEER 評価が 13 であることが義務付けられています。ENERGY STAR 認定のセントラルエアコンは、少なくとも SEER が 14.5 である必要があります。窓用ユニットはこの法律の対象外であるため、その SEER は依然として約 10 です。

2015

2011年に米国エネルギー省（DOE）は、住宅用HVACシステムに対する最低基準と地域基準を引き上げるよう省エネ規則を改訂しました。^[6]地域アプローチは、地域的な気候の違いから生じるコスト最適化の違いを認識しています。たとえば、米国北東部の州であるメイン州では、SEERが非常に高いエアコンユニットを設置してもコストメリットはほとんどありません。

2015 年 1 月 1 日より、アメリカ合衆国南東部地域に設置されるスプリットシステムセントラルエアコンは、最低でも 14 SEER でなければなりません。南東部地域には、アラバマ、アーカンソー、デラウェア、フロリダ、ジョージア、ハワイ、ケンタッキー、ルイジアナ、メリーランド、ミシシッピ、ノースカロライナ、オクラホマ、サウスカロライナ、テネシー、テキサス、バージニアが含まれます。同様に、南西部地域に設置されるスプリットシステムセントラルエアコンは、2015 年 1 月 1 日より最低でも 14 SEER および 12.2 EER でなければなりません。南西部地域は、アリゾナ、カリフォルニア、ネバダ、ニューメキシコで構成されます。南東部および南西部地域以外のすべての州に設置されるスプリットシステムセントラルエアコンは、引き続き、現在の国の要件である最低でも 13 SEER でなければなりません。^[6]

過去 10 年間で効率的な技術が数多く進歩し、メーカーは米国エネルギー省が定める最低基準を上回る SEER 評価を大幅に向上できるようになりました。^{[引用が必要]}

2023

2023年1月1日より、冷却製品は季節エネルギー効率比2（SEER2）に従って地域最低効率の対象となります。新しいM1試験手順^[7]は、現在の現場条件をよりよく反映するように設計されています。DOEは、システムの外部静圧を現在のSEER（0.1インチの水）からSEER2（0.5インチの水）に増加させます。これらの圧力条件は、現場で見られるダクトシステムを考慮して考案されました。この変更により、M1評価（EER2およびHSPF2を含む）を示すために新しい命名法が使用されます。^[8]

エアコンの年間電気代を計算する

電力は通常、キロワット (kW) で測定されます。電気エネルギーは通常、キロワット時 (kW·h) で測定されます。たとえば、1.5 kW の電力を消費する電気負荷が 8 時間稼働すると、12 kW·h の電気エネルギーが使用されます。米国では、住宅の電気顧客は、使用した電気エネルギーの量に基づいて課金されます。顧客請求書には、電力会社が、前回の請求書以降に顧客が使用した電気エネルギーの量 (キロワット時 (kW·h)) と、キロワット時 (kW·h) あたりのエネルギーコストを記載します。

エアコンのサイズは、多くの場合、冷却能力の「トン」で表されます。1 トンの冷却能力は、12,000 BTU/h (3.5 kW) に相当します。1 トンの冷却能力は、1 トンの氷を溶かすために 24 時間にわたって継続的に供給する必要がある電力量に相当します。

エアコンが消費する年間電気エネルギーコストは次のように計算できます。

(コスト、$/年) = (ユニットサイズ、BTU/h ) × (年間時間、h ) × (エネルギーコスト、$/kW·h ) ÷ (SEER、BTU/W·h ) ÷ (1000、W/kW )

例1:

定格出力 72,000 BTU/h (21 kW) (6 トン)、SEER 定格 10 のエアコンユニットは、年間 1,000 時間稼働し、電気エネルギーコストは 1 キロワット時 (kW·h) あたり 0.12 ドルです。このエアコンユニットが消費する電気エネルギーの年間コストはいくらですか。

(72,000 BTU/h) × (1000 h/年) × ($0.12/kW·h) ÷ (10 BTU/W·h) ÷ (1000 W/kW) = $860/年

例2.

シカゴ近郊の住宅には、冷却能力が 4 トンで SEER 評価が 10 のエアコンがあります。このユニットは、年間 120 日、1 日 8 時間 (年間 960 時間) 稼働しており、電気エネルギーコストは 1 キロワット時あたり 0.10 ドルです。電気エネルギーの観点から見た年間の運用コストはいくらでしょうか。まず、冷却トン数を BTU/h に変換します。

(4 トン) × (12,000 (BTU/h)/トン) = 48,000 BTU/h。

年間の電気エネルギーコストは次のとおりです。

(48,000 BTU/h) × (960 h/年) × ($0.10/kW·h) ÷ (10 BTU/W·h) ÷ (1000 W/kW) = $460/年

最大SEER評価

現在、最大SEER定格42のミニスプリット（ダクトレス）エアコンユニットが販売されています。 ^[10]^[11] 2014年のAHR Expoで、三菱はSEER定格30.5の新しいミニスプリットダクトレスACユニットを発表しました。 ^[12] GREEも2015年にSEER定格30.5のミニスプリットをリリースしました。^[13] キャリアは、ラスベガスで開催された2018年のコンシューマーエレクトロニクスショー（CES）で42 SEERのダクトレスエアコンを発表しました。^[14]ダクトを備えた従来のACシステムの最大SEER定格は、これらのレベルをわずかに下回ります。また、実際には、ダクト関連の損失により、中央システムの達成エネルギー効率比は銘板定格よりも10〜20％低くなります。

さらに、SEER 定格が最大 75 の地中熱住宅用エアコンもあります。^[15]ただし、地中熱ヒートポンプの有効効率は、使用する地面または水源の温度に依存します。暑い気候では、寒冷な気候よりも地中または地表水の温度がはるかに高いため、このような効率は達成できません。さらに、地中熱ヒートポンプの ARI 定格方式では、定格で必要なポンプ電力をほとんど無視できるため、達成可能な SEER 値は、特に空冷の場合、最高効率の空気源機器よりも実質的に低くなることがよくあります。近い将来、SEER と EER の定格をさらに高めることができるさまざまなテクノロジーがあります。^{[16]これらのテクノロジーには、ロータリーコンプレッサー、インバーター、DC ブラシレスモーター、可変速ドライブ、}太陽光発電エアコンに見られるような統合システムなどがあります。^[16]

ヒートポンプ

冷凍サイクルはヒートポンプとして動作し、屋外の熱をより暖かい家へ移動させることができます。冷房モードでの SEER 定格が高いヒートポンプは、通常、HSPF を使用して定格された暖房モードでもより効率的です。暖房モードで動作する場合、ヒートポンプは通常、電気抵抗ヒーターよりも効率的です。これは、スペースヒーターは入力された電気エネルギーを直接出力熱エネルギーに変換できるのに対し、ヒートポンプは屋外から熱を移動させるためです。暖房モードでは、性能係数は、ユニットによって使用されるエネルギーに対する提供される熱の比率です。入力された電気の 100% を出力熱に変換する理想的な抵抗ヒーターは、COP = 1 で、3.4 EER に相当します。ヒートポンプは外気温が下がると効率が低下し、その性能は抵抗ヒーターと同等になる場合があります。最低 13 SEER の冷房効率を持つヒートポンプの場合、これは通常、-10 °F (-23 °C) 未満です。^[17]

気温が低いと、ヒートポンプが抵抗ヒーターの効率を下回る動作をする可能性があるため、従来のヒートポンプには、冷凍サイクルの低効率動作を防ぐために、ヒーターコイルや LP または天然ガスからの補助加熱が含まれることがよくあります。「寒冷気候」ヒートポンプは、0 °F (-18 °C) 未満で効率を最適化するように設計されています。2023 年現在、-40 °F (-40 °C) という低い屋外温度から熱を抽出するヒートポンプが販売されています。寒冷気候の場合、水熱または地中熱ヒートポンプが最も効率的なソリューションであることがよくあります。これらは、地下水または大きな埋設ループ内の水の比較的一定した温度を使用して、夏と冬の温度差を緩和し、年間を通じてパフォーマンスを向上させます。ヒートポンプサイクルは夏に逆転し、エアコンとして機能します。

参照

参考文献

^ ab 「ANSI/AHRI 210/240-2008: 2008 Standard for Performance Rating of Unitary Air-Conditioning & Air-Source Heat Pump Equipment」。Air Conditioning, Heating and Refrigeration Institute 。2008年。 2018年3月29日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2014年5月22日閲覧。
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^ ab 「SEER はどこまで上昇するのか?」 2006 年。
^ グッドマン GSH13 製品仕様

外部リンク

冷暖房機器のエネルギー効率の新しい指標 - ダイキンの季節効率に関する情報
空気熱源ヒートポンプの季節暖房性能係数 (HSPF) と季節エネルギー効率比 (SEER) に対する気候の影響
HVACにおけるSEER2評価とは

[ahri210/240-1] 「ANSI/AHRI 210/240-2008: 2008 Standard for Performance Rating of Unitary Air-Conditioning & Air-Source Heat Pump Equipment」。Air Conditioning, Heating and Refrigeration Institute 。2008年。 2018年3月29日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2014年5月22日閲覧。

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[3] 米国エネルギー省の住宅用セントラルエアコンとヒートポンプに関する公開会議（2008年6月12日）35-36ページ（トランスクリプト）[1]。

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[how_high-16] 「SEER はどこまで上昇するのか?」 2006 年。

[17] グッドマン GSH13 製品仕様

例