轎車(chē)空調(diào)對(duì)人體體表溫度影響效果研究

馬強(qiáng)+++房永劍+++田立然

摘 要：當(dāng)前汽車(chē)主要通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)車(chē)內(nèi)的溫濕度環(huán)境，所以汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的性能優(yōu)劣對(duì)乘客的熱舒適性具有重要影響。出于空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和匹配需要，掌握在汽車(chē)空調(diào)工作階段內(nèi)的汽車(chē)環(huán)境情況是非常必要的。在本次研究中，首先將轎車(chē)放置在陽(yáng)光照射下，乘員艙內(nèi)的環(huán)境狀況將隨之發(fā)生變化。然后在一個(gè)小時(shí)的汽車(chē)空調(diào)工作時(shí)間中，艙內(nèi)的溫濕度環(huán)境數(shù)據(jù)也將被詳細(xì)記錄。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，轎車(chē)乘員艙不同位置的溫度將會(huì)被記錄下來(lái)，同時(shí)艙內(nèi)乘員驅(qū)趕表面各個(gè)位置的體表溫度也將被詳細(xì)記錄，從而達(dá)到對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境的舒適性和空調(diào)效果進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)的目的。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)空調(diào)；體感溫度；人體工程學(xué)；主觀評(píng)價(jià)

一般來(lái)講，人體對(duì)溫度的感受會(huì)受到季節(jié)的影響。夏季22～28℃，冬季16～18℃是人體感覺(jué)比較舒適的環(huán)境。比如冬天，人們?cè)诘陀?4℃的車(chē)內(nèi)，就可以產(chǎn)生較寒冷的感覺(jué)，同時(shí)在14℃以下的環(huán)境中，駕駛員操作汽車(chē)的靈活性也將受到很大影響；而在夏天，一般當(dāng)人們處于高于28℃的環(huán)境中，可能會(huì)諸如煩躁，眩暈，分神等不利于操縱汽車(chē)的感受，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)黾影l(fā)生事故的概率。目前汽車(chē)主要通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)室乘員艙溫度，但在車(chē)內(nèi)外溫差較大時(shí)，汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)難以完全保證車(chē)內(nèi)環(huán)境的舒適性，從駕駛員進(jìn)入車(chē)內(nèi)到形成穩(wěn)定舒適駕駛環(huán)境需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間。所以我們掌握在汽車(chē)空調(diào)工作時(shí)對(duì)汽車(chē)環(huán)境的影響情況是非常必要的，對(duì)于設(shè)計(jì)和完善的空調(diào)空調(diào)系統(tǒng)也有重要意義。

文章主要通過(guò)將某品牌家用轎車(chē)在炎熱外部環(huán)境時(shí)停放在陽(yáng)光直接照射下1小時(shí)，首先測(cè)量此過(guò)程中車(chē)內(nèi)人員軀干不同位置的溫度。然后再打開(kāi)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)，測(cè)量空調(diào)制冷工作1小時(shí)過(guò)程中體表各軀干的溫度情況。

1 試驗(yàn)環(huán)境

室外環(huán)境：夏天氣溫34℃，相對(duì)濕度60%，晴。

試驗(yàn)樣車(chē)：車(chē)內(nèi)干凈整潔，停放在陽(yáng)光能直射到的場(chǎng)地中。

試驗(yàn)時(shí)間：下午13：00～16：00

2 溫度傳感器布置位置

試驗(yàn)需要測(cè)量不同車(chē)內(nèi)和乘員不同位置的溫度，溫度傳感器固定在乘員艙的13個(gè)測(cè)量位置。這13個(gè)測(cè)量點(diǎn)可以檢測(cè)記錄乘員艙內(nèi)溫度和汽車(chē)內(nèi)表面溫度。乘員艙內(nèi)的溫度用6個(gè)溫度傳感器來(lái)檢測(cè)，前排及后排各3個(gè)。溫度傳感器的測(cè)量范圍是頭部、胸部和腳部。乘員艙內(nèi)表面的溫度用7個(gè)溫度傳感器記錄，分別布置于儀表板、頂蓋、前風(fēng)窗玻璃、駕駛員座椅的坐墊和靠背、前排乘員的坐墊和靠背。具體布置方式如圖所示。

同時(shí)用通過(guò)7個(gè)溫度傳感器來(lái)測(cè)量人體表面溫度。分別布置于是駕駛員頭、胸、腹、背、胳膊、大腿和小腿。

3 試驗(yàn)過(guò)程

將試驗(yàn)轎車(chē)放在陽(yáng)光直射到的場(chǎng)地上，門(mén)窗關(guān)閉，乘員艙內(nèi)部與外界無(wú)法直接進(jìn)行熱量交換。試驗(yàn)過(guò)程按照ISO14505 《熱環(huán)境的人類(lèi)工效學(xué)、車(chē)輛熱環(huán)境評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，整個(gè)試驗(yàn)分兩個(gè)部分：陽(yáng)光照射升溫過(guò)程和空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟制冷過(guò)程。溫度傳感器5s采集一次溫度數(shù)據(jù)。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)中，測(cè)得乘員艙外環(huán)境溫度34.3℃，空氣濕度52.6%RH。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

陽(yáng)光照射升溫過(guò)程：乘員艙內(nèi)表面溫度包括儀表板、頂蓋、前風(fēng)窗玻璃、駕駛員座椅的坐墊和靠背、前排乘員的坐墊和靠背，人體體感溫度包括駕駛員頭、胸、腹、背、胳膊、大腿和小腿。在1小時(shí)的陽(yáng)光照射過(guò)程中，各個(gè)溫度傳感器測(cè)得的溫度變化差距很大。汽車(chē)放置于陽(yáng)光直射下，其乘員艙內(nèi)表面溫度和空氣溫度均上升。升溫過(guò)程中，乘員艙外溫度一直保持著34.3℃上下，乘員艙表面溫度和車(chē)內(nèi)人員身體表面溫度最高能夠到49℃和44℃。而在開(kāi)始試驗(yàn)20min時(shí)間以?xún)?nèi)，汽車(chē)內(nèi)表面溫度和車(chē)內(nèi)空氣溫度變化差別很小。

汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)始工作階段：試驗(yàn)車(chē)輛經(jīng)過(guò)1h太陽(yáng)直射升溫階段后，開(kāi)始空調(diào)制冷階段。在汽車(chē)空調(diào)工作后，同樣記錄汽車(chē)車(chē)內(nèi)表面溫度、車(chē)內(nèi)空氣溫度及車(chē)內(nèi)乘員身體表面溫度。汽車(chē)內(nèi)表面溫度和車(chē)內(nèi)空氣溫度的采集位置與升溫過(guò)程完全一致，而車(chē)內(nèi)乘員身體表面溫度采集位置有：頭、胸、腹、背、胳膊、大腿和小腿。隨著空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)始工作，試驗(yàn)車(chē)內(nèi)表面溫度和車(chē)內(nèi)空氣溫度開(kāi)始下降。通過(guò)觀測(cè)，內(nèi)表面溫度高于車(chē)內(nèi)空氣的溫度，空調(diào)工作開(kāi)始階段，這兩者的溫差大約為5℃，而在空調(diào)工作一定時(shí)間以后，這兩者的溫差大約10℃。開(kāi)始觀測(cè)的前10min，試驗(yàn)車(chē)內(nèi)空氣溫度下降非常迅速，從38℃很快降到21℃，而后溫度逐漸趨于穩(wěn)定。試驗(yàn)車(chē)內(nèi)表面在觀測(cè)開(kāi)始10min內(nèi)，下降速度稍慢，但與自身下降速度而言仍然很快。試驗(yàn)樣車(chē)內(nèi)表面溫度如車(chē)門(mén)內(nèi)版、汽車(chē)頂棚等，這些部位相對(duì)于車(chē)內(nèi)空氣溫度有顯著的升溫速度快、降溫速度慢的特點(diǎn)。制冷過(guò)程中，車(chē)內(nèi)前排乘員腿部表面溫度高于胸部和頭部的表面溫度，觀測(cè)前10min前排乘員艙空氣溫度下降都非?？?，頭部和胸部尤其明顯，主要是因?yàn)榭照{(diào)冷風(fēng)直吹。觀測(cè)10min以后，前排乘員艙艙溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)，而前排乘員腳部溫度為24℃左右，其與表面頭部溫度相差大約5℃左右；前排乘員胸部和頭部溫度傳感器顯示溫差很小，頭部稍比胸部溫度高些。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)樣車(chē)1h的陽(yáng)光照射升溫過(guò)程和隨后1h的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行試驗(yàn)，結(jié)論總結(jié)如下：

（1）汽車(chē)車(chē)內(nèi)受陽(yáng)光照射升溫時(shí)，汽車(chē)內(nèi)表面和車(chē)內(nèi)空氣溫度同步上升，乘員艙內(nèi)表面溫度上升快。整個(gè)觀測(cè)過(guò)程，車(chē)內(nèi)儀表板溫度最高，能夠達(dá)到65℃。

（2）駕駛員座椅靠背和坐墊溫度高于前排乘員座椅靠背和坐墊溫度，升溫速度也更快，這與試驗(yàn)中太陽(yáng)直射方向有關(guān)系。在車(chē)內(nèi)垂直方向，溫度差異很大。乘員腿部溫度最低，胸和頭部溫度較高，垂直方向越靠上溫度越高。

（3）空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)始工作以后，汽車(chē)乘員艙內(nèi)表面溫度和空氣溫度同步下降，但內(nèi)表面溫度要高于車(chē)內(nèi)空氣的溫度，且車(chē)內(nèi)表面溫度降低的更慢。

文章對(duì)汽車(chē)樣車(chē)進(jìn)行了太陽(yáng)直射升溫及汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)降溫試驗(yàn)，并在試驗(yàn)中進(jìn)行了汽車(chē)內(nèi)表面溫度、車(chē)內(nèi)空氣溫度以及車(chē)內(nèi)乘員身體軀干不同位置體表溫度合計(jì)20個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)?？偨Y(jié)了汽車(chē)車(chē)內(nèi)升溫及降溫兩個(gè)階段的溫變規(guī)律，為轎車(chē)熱舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)提供了試驗(yàn)依據(jù)。最后通過(guò)總結(jié)論述，歸納出汽車(chē)乘員艙在太陽(yáng)照射升溫和汽車(chē)空調(diào)制冷過(guò)程中的特征，為今后的研究提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]姚仲鵬，王新國(guó).車(chē)輛冷卻傳熱[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2001：31-32.