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■どれだけ「蒸し暑い」のか２４時間計ってみよう!?　

　首都圏で電車に乗ると、節電が行われていて、エアコンの出力を絞り、その代わりに窓が開けられている電車を多く見かけます。窓が開いていても、梅雨時のせいか、ラッシュアワーにはとても蒸し暑くなります。

　あまりに電車の中が蒸し暑かったので、「一体どのくらい蒸し暑いのだろうか」「この蒸し暑さを定量化したいぞ」と思い、秋月電子通商で「温湿度ロガー　EL-USB-2-LCD」を購入してしまいました。温湿度ロガーというのは、温度や湿度を測り記録し続けてくれる機械です。

　そして、購入した温湿度ロガーを普段持ち歩く鞄にくくりつけてみました。つまり、これで２４時間自分が感じる「暑さ」や「涼しさ」、「蒸し暑さ」や「不快さ」を数字にし、その数字を眺めて遊んでみよう！というわけです。ジャック・バウアーは、犯人と２４時間戦い続けていますが、こちらは、温度・湿度と２４時間、戦い続けてみよう…というわけです。

　そんな具合に温湿度ロガーを身につけて、生活空間の温度・湿度を１０秒おきに計り続け、はや数日経ちました。過ごしやすい週末・平日の首都圏の交通網・街の居酒屋…その日常空間の「蒸し暑さ」がどんな具合だったか…というあたりは、また明日書くことにしましょう。

■都内近郊で24時間「不快指数」を追いかける!?　

　温度や湿度を測り記録し続けてくれる「温湿度ロガー　EL-USB-2-LCD」を買いました。そこで、早速、日曜夕方から月曜夜まで日常生活を送りつつ、温度と湿度を計り続けてみました。トイレと風呂に入るとき以外は、いつも温湿度ロガーを持ち歩いてみたのです。

　まずは、温度・湿度から、体感の「暑さ・寒さ」に近い「不快指数」を算出し、その時何をしていたかを簡単に記入してみたのが下のグラフです。

　「暑くないけど、やや暑い」という辺りをウロウロする２４時間でした。たとえば、早朝の東横線は空いているけれど、亜熱帯の空気の中を窓を開けて電車が走る状態で、京浜東北線はエアコンが動いているけれど混雑した状態で、どちらも蒸し暑い日本の梅雨時の都会です。

　この２４時間で一番心地良かったのは、首都圏近郊の街にある、駅前の「庄や」の座敷の２時間でした。不快指数７０強に冷たいビールが注がれたグラス、それが「不快指数ゼロパーセント」の空気です。ヨーロッパ・ミュンヘンの空気を想像しながら、亜熱帯の日本で飲んだ２時間でした。

　温度や相対湿度、絶対水分量や不快指数…そんなデータを色々な場所で２４時間・Seven Days A Week計り続けるとどうなるか…ということを今夏は眺めてみようかと思います。

■温度が高くなると…暑くなる？涼しくなる？　

　「空気中の水分量を変えずに、温度を上げたり・下げたり」すると、私たちは暑く感じるのでしょうか？それとも、涼しいと感じるるでしょうか？　暑い日が続いているせいか、あまりの熱さ…じゃなかった暑さで熱暴走した頭はそんな「しょうもないこと」を考え出したりします。

　エアコンで冷房を掛けたり、灯油ヒーターで暖房を掛けたりすると、空気中に含まれている水分量は変わってしまいます。それどころか、満員電車などでは、暑くなるとみんな汗をかき始め・さらにジトっと湿度までトコトン高くなる…という悪夢のフィードバックまで働いていたりします…。

　けれど、そんなこんなのことがらを（その他の複雑なことも）すべて無視して、とりあえず「もしも空気に含まれている水の量を変えずに、温度を上下させたらどうなるか」を考えてみたのです。

　…もっと端的に言うと「気温が下がると（空気中の水分量が変わらなければ）湿度は高く（つまり）ちょっとジメッとなるけれど、その時は一体涼しいのだろうか？それとも暑いのだろうか？」という疑問であり、あるいは、その逆に「気温が高くなると、湿度は下がりカラッとするけれど、一体暑いのだろうか？それとも涼しいのだろうか？」という疑問です。

　上のような単純な条件で「気温が変わったときの湿度を計算し、（また単純のために）不快指数 = Discomfort Index で評価すると、こんな結果が出てきます。「気温が高くなると、湿度が下がって、ちょっとカラッとなるけれど、やはり暑いものは暑い！」「気温が下がると、ちょっとジメッとしているのかもしれないけれど、涼しい！」

　なぜかというと、不快指数の計算結果に対しては、（端的に言ってしまえば）「気温（℃）」の方が「湿度（％　rh）」よりも１０倍弱ほども影響力があります（効きます）。それに対して、気温が１℃上下しても、湿度は３〜４％しか変わらないのです。たとえば、「初期気温＝X℃、初期（相対）湿度=Y%」の状態から温度を変化させた場合に、湿度がどのように変化するかを計算してみた結果のグラフです。

　…ということは、温度上下にともなう湿度の低下・上昇を考えてみても、不快指数の値は温度の上下を主に反映した結果になってしまう、というわけです。それが、下のグラフです。「初期気温＝X℃、初期（相対）湿度=Y%」の状態から温度を変化させると、不快指数がどう変化するか？というグラフです。

　「気温が高くなると暑くて不快になる」「気温が下がると、涼しく快適に鳴る」…という当たり前の結果、そんな残念な結果が出てくるのも、すべて暑い灼熱の真っ赤な太陽のせい…ということで、ガマガエルのように汗をダラダラを出しつつ、しょうもないことを考える毎日が続きます。

■京町家模型で確かめる打ち水の科学　

水の力と風の力で暑さの夏を吹き飛ばせ!?

　暑い毎日が続いています。その暑さを和らげて、ほんの少しでも快適に過ごすために、打ち水をして涼をとりたくなります。地面に水を撒（ま）き、暑さを和らげたくなります。

　ところで、打ち水をするとなぜ涼しく感じられるのでしょうか？　まず一番最初に思いつくメカニズムが「熱せられた地面の上で撒いた水が気化する際に、周囲などから熱を奪い（気化熱）温度を下げる」というものです。しかし、この説明だけでは不十分で・いかにも（限られた範囲のことだけを考え・結論を出してしまう）視野が狭い考え方・発想であるようだ…と感じさせられたのが、次の文章です。

　京町家では居室空間の両側に庭がある。そのことが打ち水には大切な要件だと、ご夫妻（西陣帯地「渡文」当主渡邉夫妻のこと）にお教え頂いた。
　まず、その片方の庭にたっぷりと水を打つ。そうすると、そちら側だけが冷やされ、もう片方は暑いままなので、暑い方に上昇気流が発生し、結果的に、水を打った冷やされた庭から、座敷を貫通して、暑い庭へと風が流れるのだそうである。
　しばらくして水が乾いたら、こんどは反対側の庭にだけ打ち水をする。するとさっきとは反対方向の風が家の中を通っていく…その風は、どちらから吹くにしても、つねに打ち水の気化熱で冷却された空気が風となって通るので、結果的に、堪え難い暑さが、いくらか涼しく感じられるということなのだそうである。

　これは、「ひととき　2011年8号」に掲載されていたリンボウ先生小旅行記「涼をたずねて、いざ京都へ」中に書かれていた一節です。 　古くから続く京都の町家は、まさにウナギの寝床のようで、入り口から最奥部の坪庭まで部屋と通路が真っ直ぐ続きます。居住空間を囲む両側に、交互に水を撒くことで（水を撒いた側の）地面とその上にある空気を冷やすだけでなく、温度差を作り・空気の密度差を作り、結果として、家の中を心地良く吹く風の流れを作る…というのです。京都の夏は風がほとんど吹きませんから、ほんの少しでも空気の流れができるだけで、夏の暑さが大きく和らぐように思われます。

　（坪庭が）果たす役割は実に多く、たとえば玄関庭の場合はお客さまを迎える場としての趣きに加え、夏場には打ち水をすることで表通りとの温度差をつくり、屋内に風を呼び込む機能もあります。

京都新聞「京都町家資料館」

　打ち水のメカニズム、水の気化熱で水を撒いた場所の冷却を行うだけでなく、打ち水を行わない場所との圧力差を作ることで風を吹かせる…という科学・工学的な仕組みは、とても素晴らしく魅力的です。というわけで、打ち水効果を実感するべく、１００円ショップに行き、温度計を２個、A4サイズの透明プラスチックを２枚、セロハンテープを１個買い、総額５００円ナリで「夏休みの実験工作」をしてみることにしました。「左右の”庭”に温度差を作ることで果たして風は流れるか!?」を実験し、打ち水のメカニズムを体感してみよう！というわけです。

　作ったのは、「透明な京町家模型」です。四角い筒状に透明プラスチックを組み立てて、その内部に温度計を貼り付け、さらに中を流れる風の動きがわかるように、中央部に（風鈴ならぬ）軽い発砲スチロール製の振り子をぶら下げてみました。この「透明な京町家模型」を、夕方過ぎの屋上に置いて、その片側にだけ水鉄砲で水を撒き、打ち水モデル実験をしてみたのです。

　35℃くらいに熱せられた屋上に水を蒔き観察すること１０分あまり、…中に風が吹いているような気もしますが、「屋上を心地良く吹く（自然の）風」もあり、打ち水が作り出した風ではなくて、単なる実験ノイズ（自然の風）なのかもしれません（そんな屋上実験の過程を撮影したのが下に貼り付けたタイムラプス動画です）。

　そこで、実験の精度を高めるべく屋内に事件場所を移動しました。また、「透明な京町家模型」も、左右の”庭”部分に囲いを付け、周囲の風の影響を低減するように改造した上で（こうすると、まさに京町家のような構造になります）、おちょこに入れて「氷」と「沸騰させたお湯」を「左右の”庭”」に置いて、京町家模型の中に流れる風を観察してみました（下の写真）。

　実験をした結果、お湯を入れたおちょこが置かれた”庭”側からは湯気が上方に立ち上っていましたから、”庭”が（上部以外は）壁に囲まれていることを考えれば、もう片方の”庭”側から”町家内の部屋や通路”を通じて風が吹き込んでいるのだろうと判断されました（その他に風が吹き込む箇所はありませんから）。しかし、（風鈴モドキ）の発砲スチロール振り子を揺らすほどの”わかりやすく目に見える”風の動きは、残念ながら発生しませんでした*。

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*『打ち水の「涼しい風」は床すれすれを這い流れると思われますので、振り子を床すれすれにおいて再挑戦してみるのはいかがでしょう？』というアドバイスを頂いています。

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　もうすぐ８月が終わり、こどもたちの夏休みも終わります。けれど、残暑はまだまだ続くことでしょう。そんな残暑を気化熱で作り出した風の力で吹き飛ばす「京町家模型で確かめる打ち水の科学」を、こどもの「夏休みの実験工作」課題の題材にしてみるのはいかがでしょうか？　打ち水効果で吹く風を”目に見える”ようにする実験結果・研究結果が、将来の日本の夏を支えているかもしれません。

■「入道雲が空高く届くためのエネルギー」はどこから来るか!?　

　夏の終わり、青い空に白い入道雲が立ち上り、色のコントラストがとても綺麗です。地表近くで暖められた空気が上昇気流を作り、ある程度の高度で雲を作り出して…といっても、どうして、あんなに空高くまで上昇していくことができるなんて不思議だ、とも思えます。

　上空で入道雲が生まれると、その入道雲が生まれたことでさらに上昇気流を生み、その上昇気流がさらに雲を作り、その雲がさらに上昇気流を…という具合に、入道雲は「大きく育ち・成長する」運命を持っています。

　上昇気流ができ・空気が上に上がっていくと、高度が上がるに連れ気圧が低くなるため、その空気は膨張するとともに温度が下がっていきます（100ｍ上昇するごとに約１℃）。そして、空気の温度が下がり・空気の中に含まれていた水蒸気が水滴に変わる高度まで（もしも）辿り着くことができたなら、空気中の水蒸気が水滴に変わるにともなって熱が放出され、その水滴＝雲を生み出した（水蒸気を含んでいた）空気を暖めます。

　そんな、空気が雲が生み出しつつ上昇しているような状態では、高度が１００m上がるごとの温度低下は0.5℃程度になりますが、その一方で周りの空気は高度１００ｍごとに約0.65℃温度が低下していくので、相対的に、周囲の空気の高度に対して温度がどんどん高くなり、さらに上昇気流を生む、というわけです。

　蒸し暑い中、空高く伸びる入道雲を眺めつつ、「地表近く、自分の周りを取りまく暑い湿気た空気が上昇していったとき、どの程度の高度まで届くことができるだろう？」と感じたので、それを非常に大雑把な計算で見積もってみることにしました。

　まず、地表の温度が３０℃で湿度５０％だとして、周りより２℃ほど暖かい空気の塊が生まれ上昇していくことを考えます。計算を簡単にするために、空気塊に含まれている水蒸気が雲に変わるときに発生させる熱エネルギーを（いきなり地表で）空気に対して与えてしまうことにします。…すると、空気塊は３０＋２＋３０＝６２℃相当になります。そして、高度１００ｍ上昇するごとに１℃づつ断熱膨張で温度を低下させ、周囲の空気（１００ｍごとに約0.5℃づつ温度が低下する）と温度が一致する高度を求めてみましょう（右図）。

　すると、地表から高度にして９ｋｍほどの上空で「入道雲」の温度と周りの空気の温度が一致することになります。つまり、気温30℃・湿度５０％程度で、周りより２℃暖かいくらいの上昇気流は、（とても大雑把な見積もり方をすると）入道雲になって10km程度の高さまでモクモクと立ち上っていくことができそうだ、というわけです。

　上昇気流が入道雲を生み、その入道雲が生まれることで上昇気流をさらに作り出す、雲を生み出す水分がある限りモクモクと上昇し続ける…入道雲のポジティブ・フィードバック・ループ・システムは安定からはかけ離れた限りなく不安定なシステムです。けれど、それも何だか「夏」らしくて気持ち良く思えます