轎車空調對人體體表溫度影響效果研究

馬強+++房永劍+++田立然

摘 要：當前汽車主要通過空調系統來調節車內的溫濕度環境，所以汽車空調系統的性能優劣對乘客的熱舒適性具有重要影響。出于空調系統的設計和匹配需要，掌握在汽車空調工作階段內的汽車環境情況是非常必要的。在本次研究中，首先將轎車放置在陽光照射下，乘員艙內的環境狀況將隨之發生變化。然后在一個小時的汽車空調工作時間中，艙內的溫濕度環境數據也將被詳細記錄。整個試驗過程中，轎車乘員艙不同位置的溫度將會被記錄下來，同時艙內乘員驅趕表面各個位置的體表溫度也將被詳細記錄，從而達到對車內環境的舒適性和空調效果進行客觀評價的目的。

關鍵詞：汽車空調；體感溫度；人體工程學；主觀評價

一般來講，人體對溫度的感受會受到季節的影響。夏季22～28℃，冬季16～18℃是人體感覺比較舒適的環境。比如冬天，人們在低于14℃的車內，就可以產生較寒冷的感覺，同時在14℃以下的環境中，駕駛員操作汽車的靈活性也將受到很大影響；而在夏天，一般當人們處于高于28℃的環境中，可能會諸如煩躁，眩暈，分神等不利于操縱汽車的感受，嚴重時甚至會增加發生事故的概率。目前汽車主要通過空調系統調節室乘員艙溫度，但在車內外溫差較大時，汽車空調系統難以完全保證車內環境的舒適性，從駕駛員進入車內到形成穩定舒適駕駛環境需要一段較長的時間。所以我們掌握在汽車空調工作時對汽車環境的影響情況是非常必要的，對于設計和完善的空調空調系統也有重要意義。

文章主要通過將某品牌家用轎車在炎熱外部環境時停放在陽光直接照射下1小時，首先測量此過程中車內人員軀干不同位置的溫度。然后再打開汽車空調系統，測量空調制冷工作1小時過程中體表各軀干的溫度情況。

1 試驗環境

室外環境：夏天氣溫34℃，相對濕度60%，晴。

試驗樣車：車內干凈整潔，停放在陽光能直射到的場地中。

試驗時間：下午13：00～16：00

2 溫度傳感器布置位置

試驗需要測量不同車內和乘員不同位置的溫度，溫度傳感器固定在乘員艙的13個測量位置。這13個測量點可以檢測記錄乘員艙內溫度和汽車內表面溫度。乘員艙內的溫度用6個溫度傳感器來檢測，前排及后排各3個。溫度傳感器的測量范圍是頭部、胸部和腳部。乘員艙內表面的溫度用7個溫度傳感器記錄，分別布置于儀表板、頂蓋、前風窗玻璃、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。

同時用通過7個溫度傳感器來測量人體表面溫度。分別布置于是駕駛員頭、胸、腹、背、胳膊、大腿和小腿。

3 試驗過程

將試驗轎車放在陽光直射到的場地上，門窗關閉，乘員艙內部與外界無法直接進行熱量交換。試驗過程按照ISO14505 《熱環境的人類工效學、車輛熱環境評估標準》進行，整個試驗分兩個部分：陽光照射升溫過程和空調系統開啟制冷過程。溫度傳感器5s采集一次溫度數據。試驗開始時中，測得乘員艙外環境溫度34.3℃，空氣濕度52.6%RH。

4 試驗數據分析

陽光照射升溫過程：乘員艙內表面溫度包括儀表板、頂蓋、前風窗玻璃、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小時的陽光照射過程中，各個溫度傳感器測得的溫度變化差距很大。汽車放置于陽光直射下，其乘員艙內表面溫度和空氣溫度均上升。升溫過程中，乘員艙外溫度一直保持著34.3℃上下，乘員艙表面溫度和車內人員身體表面溫度最高能夠到49℃和44℃。而在開始試驗20min時間以內，汽車內表面溫度和車內空氣溫度變化差別很小。

汽車空調系統開始工作階段：試驗車輛經過1h太陽直射升溫階段后，開始空調制冷階段。在汽車空調工作后，同樣記錄汽車車內表面溫度、車內空氣溫度及車內乘員身體表面溫度。汽車內表面溫度和車內空氣溫度的采集位置與升溫過程完全一致，而車內乘員身體表面溫度采集位置有：頭、胸、腹、背、胳膊、大腿和小腿。隨著空調系統開始工作，試驗車內表面溫度和車內空氣溫度開始下降。通過觀測，內表面溫度高于車內空氣的溫度，空調工作開始階段，這兩者的溫差大約為5℃，而在空調工作一定時間以后，這兩者的溫差大約10℃。開始觀測的前10min，試驗車內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定。試驗車內表面在觀測開始10min內，下降速度稍慢，但與自身下降速度而言仍然很快。試驗樣車內表面溫度如車門內版、汽車頂棚等，這些部位相對于車內空氣溫度有顯著的升溫速度快、降溫速度慢的特點。制冷過程中，車內前排乘員腿部表面溫度高于胸部和頭部的表面溫度，觀測前10min前排乘員艙空氣溫度下降都非常快，頭部和胸部尤其明顯，主要是因為空調冷風直吹。觀測10min以后，前排乘員艙艙溫度處于穩定狀態，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 實驗結論

通過試驗樣車1h的陽光照射升溫過程和隨后1h的汽車空調系統運行試驗，結論總結如下：

（1）汽車車內受陽光照射升溫時，汽車內表面和車內空氣溫度同步上升，乘員艙內表面溫度上升快。整個觀測過程，車內儀表板溫度最高，能夠達到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，這與試驗中太陽直射方向有關系。在車內垂直方向，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）空調系統開始工作以后，汽車乘員艙內表面溫度和空氣溫度同步下降，但內表面溫度要高于車內空氣的溫度，且車內表面溫度降低的更慢。

文章對汽車樣車進行了太陽直射升溫及汽車空調系統降溫試驗，并在試驗中進行了汽車內表面溫度、車內空氣溫度以及車內乘員身體軀干不同位置體表溫度合計20個測量點的數據觀測。總結了汽車車內升溫及降溫兩個階段的溫變規律，為轎車熱舒適性評價指標提供了試驗依據。最后通過總結論述，歸納出汽車乘員艙在太陽照射升溫和汽車空調制冷過程中的特征，為今后的研究提供了借鑒。

參考文獻

[1]姚仲鵬，王新國.車輛冷卻傳熱[M].北京：北京理工大學出版社，2001：31-32.