水槽の周りに断熱材を貼って断熱【ヒーターの電気代の削減】

今回は水槽の周りに断熱材を貼って冬場のヒーターの電気代を削減しようという内容で解説します。

冬のヒーターの電気代

ヒーターの電気代は以下の式で計算できます。

ヒーターワット数(W)✕稼働時間(h)÷1000✕電気料金(円/kWh)

様々なサイトでこの式が使われていますが、「稼働時間」に関してはまちまちです。

これはヒーターの稼働時間が室温や水槽サイズ、ヒーターのワット数などの影響を受けて簡単に求められないことに起因します。

一般には8時間から12時間というシナリオが多いです。ヒーターはある程度の温度まで水温が下がったら稼働する、水温が指定温度まで上がったらしばらく稼働を止めるという仕組みになっており、24時間ずっと稼働しているわけではありません。

ちなみに伝熱学的に計算してみると

当サイトの過去記事で凍らせたペットボトルによる水槽の冷却を解説したときに水槽の伝熱について取り上げました。

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今回の式などは以下となります。

ここで

$a_h$：高温流体と壁との熱伝達率

$a_c$：低温流体と壁との熱伝達率

$k$：壁の熱伝導率

$T_h$：高温流体の温度

$T_c$：低温流体の温度

$A$：壁の面積

$\delta$：壁の厚み

そして各種定数の値は以下となります。

$a_h$：405[W/m²・℃]　（参考：日阪製作所, 伝熱促進について（自然対流、蒸発熱伝達、凝縮熱伝達））

$a_c$：4.65 [W/m²・K]（参考：オリエンタルモーター, 熱通過率、熱伝達率、熱伝導率について）

$k$：1.6[W/m・K]　（参考：創建ペイント, ガラスの熱伝導率とは？結露の原因？納得解説と対処法まとめ）

$T_h$：27[℃]

$T_c$：18[℃]（参考：＆あんふぁん, 真冬に暖房を切ると室温はどれほど下がる？暖房、換気、加湿効果を検証）

$A$：30cm×30cm×6枚で0.54[m²]　ガラスの上下の伝熱は簡単のためガラスと仮定、30cmキューブ水槽を想定

$\delta$：5[mm]=0.005[m]

ここから熱流量Q[W]は

Q=Q=0.54✕(28-18)÷((1÷405)+(0.005/1.6)+(1÷4.65))=24.5[W]=24.5[J/s]

例えばヒーターが水温24℃で稼働して、27℃で停止すると仮定してみます。

水の比熱が4186［J/kg・K］、30cmキューブ水槽の水量が23[L]（23[kg]）としてみると27℃の水槽が24℃まで冷える時間は以下となります。

4186[J/kg・K]✕3[K]✕23[kg]÷24.5[J/s]≒11789[s]≒3[時間]

今度は逆にヒーターが80Wのヒーターで飼育水を24℃から27℃に上昇させることを考えます。

4186[J/kg・K]✕3[K]✕23[kg]÷80[J/s]≒3611[s]≒1[時間]

つまり水槽は3時間かけて水温がヒーター稼働水温まで下がり、1時間かけてヒーター設定温度まで上昇すると大雑把に考えられます。

このことからヒーター稼働時間は4時間のサイクルで回るので、24時間ではサイクルが6回ほど回ることになり、ヒーター稼働時間は6時間程度と見積もることが可能です。

実際は室温がもっと下がることもあるので8時間程度という仮定がある程度関東などの比較的冬が温かい地域での推定値となります。

東北だと10時間くらいではないでしょうか。

このことからヒーターの電気代は電気料金を300kWh超過時の40円49銭/kWhと仮定してみると以下のようになります。（参考：東京電力エナジーパートナー, 従量電灯B・C）

毎日32円くらいかかると想定できます。一月では960円程度です。結構かかりますね。30cmキューブ水槽一つでこれですからたくさん水槽が稼働していればそれだけ掛け算で電気代が増えていきます。

ヒーターの電気代を削減するために断熱を行う

上の電気代が毎月3割減るとしたらどう思いますか？

960円の3割減だと288円減で672円です。水槽がたくさん増えればよりそのメリットは大きいですよね。

そんなヒーターの電気代を削減する方法というのが「水槽に断熱材を貼る」という手法です。

断熱材によって水槽のガラス面からの伝熱が抑えられ、結果として水温がゆっくり低下するのでヒーターが稼働するまでの時間が長くなり、電気代が下がります。

これは我が家の45cm水槽の側面に包装用のスポンジ型緩衝材を貼った写真です。

薄いですが電気代は多少下がりました。

断熱材のコストを下げたかったので薄い緩衝材で妥協しましたが、GEXの以下の製品だと効果も実験で確かめられており電気代を約30%削減する効果があります。