ミネラルウォーターのボトルを扇風機の前に置くと、本当に数秒で「エアコン」に変わるのでしょうか?

暑くなるとすぐに、オフィスのエアコンをめぐる戦いが始まります。寒さのあまり毛布をかぶらなければならなかった人もいれば、暑さのあまり急遽冷却装置を購入した人もいた。私は暑さが苦手なので、手元にある小型扇風機を見て、どれだけ強く風を当てても足りないと感じました。小型ファンをもっと強力にする方法はありますか？

少し前に、ある短いビデオがインターネット上で話題になりました。男子寮では、扇風機の前にミネラルウォーターのボトル群を設置し（ボトルの底を切り落とし、扇風機の前面カバーにきちんと取り付けて、ボトルの口を前に向け送風する）、廉価版エアコン並みの冷却効果があったという。

数本の水のボトルを使って扇風機を「エアコン」に変えることはできますか?画像出典：人民日報動画アカウント

多くのネットユーザーが試してみたところ、さまざまな意見が出た。これをシンプルで効果的な方法だと賞賛する人もいれば、機器を使ってテストした後、まったく実行不可能だと感じる人もいました。なぜ両党の間には意見の大きな違いがあるのでしょうか?今日は、それぞれの考えられる理由を分析してみましょう。

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体感温度と実際の温度には差がある

まずは反対側を見てみましょう。常識的に考えれば、気温が低いほど涼しいので、相手は涼しいかどうかを判断する基準として風の温度を測定したのです。比較すると、ウォーターボトルを取り付けた後は風の温度は下がらず、通常の扇風機よりもわずかに高いことがわかりました。これらの測定値が真実であれば、この観点からすると、水のボトルを追加しても涼しく感じるわけではなく、むしろ暑く感じるかもしれません。

ネットユーザーが測定したところ、ボトルの口の温度は下がるどころか上昇していた。ファンに水の入ったボトルを追加しても、涼しくなるようには思えません。画像出典：bilibili@哏工坎智能

しかし実際には、私たちの体は常に熱を発生し、同時に熱を発散しているため、私たちが感じる温度と実際の気温の間には差が生じます。この区別をするために、人々はしばしば知覚温度の概念を使用します。同じ温度でも、体が熱を放散しにくくなると、体感温度は高くなります。逆に、熱を放散しやすくなると、体感温度は低くなり、涼しく感じます。言い換えれば、熱放散は私たちの体感体温に影響を与えるということです。

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熱放散は体感温度にどのように影響しますか?

人体は、放射、対流、伝導、蒸発という 4 つの方法で熱を放散します。

人体における熱放散の4つの方法：放射、対流、伝導、蒸発。出典：参考文献[1]

放射冷却

熱は電磁放射の形で周囲の環境に伝達されます。体と環境の温度差が大きいほど、露出する体の面積が大きくなり、放射によって放散される熱も大きくなります。 -

対流冷却

熱は空気の動きによって体から周囲の環境に伝達されます。風速が速いほど、対流による熱放散が大きくなります。 -

伝導冷却

熱は体に直接接触する物体を通じて伝達されます。接触する物体の熱伝導率が高ければ高いほど、伝導によって放散される熱量が多くなります。

蒸発冷却

暑い夏には、体温を調節するためには基本的に蒸発熱放散に頼るしかなく、蒸発熱放散の最も明白な方法は発汗です。汗をかかなくても、体液は皮膚や粘膜の表面から絶えず蒸発しています。蒸発の過程で熱が吸収され、体温が高くなりすぎないようにします。風速が速く、空気が乾燥しているほど、蒸発率が上がり、放散される熱量が多くなります。

気温が体温よりも高い場合、体は汗の蒸発によって熱を放散します。画像出典：Sina Sports そのため、根本的に、温度に加えて、風速、湿度、気圧、着ている衣服の量などの要因が体の熱放散に影響を与え、それによって体感温度が変化することがわかります。たとえば、同じ気温でも、南部の湿気の多い冬は北部の乾燥した冬よりも寒く感じられ、沿岸部の湿気が多く暑い夏は内陸部の乾燥して暑い夏よりも耐え難いものになります。

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扇風機はどうやって「エアコン」になるのでしょうか?

ネット上に出回っているファン改造案を改めて見ると、ウォーターボトルを追加した後、ファンの気流はボトルの広い底から入り、細いボトル口から流れ出ることがわかります。流体の流れは質量保存の原理に従います。空間が狭いほど、流速は速くなります。したがって、理論的には、ボトルの口から出る風の速度は通常の扇風機で吹き出す風の速度よりも速くなります。

前回の紹介から、風速が速いほど、対流と蒸発によって体の熱がよりよく放散され、涼しく感じることがわかります。この観点から、この計画を支持するネットユーザーも科学的根拠を見つけることができる。

画像出典: Photo Network

それで、この計画は確実に成功するのでしょうか?もしそれが機能するなら、なぜメーカーはこのような扇風機を設計しないのでしょうか?実際のところ、体感温度に影響を与える要因が多すぎて、これらの要因は相互に関連しているために、結論を出すのは困難です。理論的な分析を行う場合、すべての要素を加算した結果を十分に考慮することは困難です。例えば、ボトルの口から風が完全に出ない場合があります。覆われていない部分から横にずれて、体に当たる風が少なくなる場合があります。たとえボトルの口から少量の高速気流が私たちのほうに向かって吹き付けても、体の狭い範囲に集中するだけで、体全体を冷やすことはできません。

扇風機の風をより冷たくしたい場合は、氷を用意して扇風機の前に置くか、水に浸したペーパータオルや綿を使うとよいでしょう。この原理は、実際には体外蒸発熱放散の強化版です。氷が溶けて水が蒸発すると熱を吸収し、周囲の空気の温度が下がります。扇風機が回ると冷たい空気が体に届き、涼しさを感じられます。ファンに近づくと、その感覚はより顕著になります。

このように扇風機の前に濡れたペーパータオルを何枚か置いておくといいでしょう。画像出典: 機知に富んだネットユーザーは、結局のところ、練習すれば完璧になる、と発言しました。実際に試してみて、どの方法がより効果的かを確認できます。コメント欄であなたの気持ちを共有してください〜

参考文献

[1] Peng Y、Cui Y.（2020）。個人の熱管理とエネルギーのための先進的な繊維。ジュール4(4),724-742.

著者: Wei Anran、アプリケーション エンジニア、上海交通大学、力学博士

企画・編集：ディン・ドン

タイトル画像出典：人民日報動画アカウント