轿车空调对人体体表温度影响效果研究

摘 要：当前汽车主要通过空调系统来调节车内的温湿度环境，所以汽车空调系统的性能优劣对乘客的热舒适性具有重要影响。出于空调系统的设计和匹配需要，掌握在汽车空调工作阶段内的汽车环境情况是非常必要的。在本次研究中，首先将轿车放置在阳光照射下，乘员舱内的环境状况将随之发生变化。然后在一个小时的汽车空调工作时间中，舱内的温湿度环境数据也将被详细记录。整个试验过程中，轿车乘员舱不同位置的温度将会被记录下来，同时舱内乘员驱赶表面各个位置的体表温度也将被详细记录，从而达到对车内环境的舒适性和空调效果进行客观评价的目的。

关键词：汽车空调；体感温度；人体工程学；主观评价

一般来讲，人体对温度的感受会受到季节的影响。夏季22～28℃，冬季16～18℃是人w感觉比较舒适的环境。比如冬天，人们在低于14℃的车内，就可以产生较寒冷的感觉，同时在14℃以下的环境中，驾驶员操作汽车的灵活性也将受到很大影响；而在夏天，一般当人们处于高于28℃的环境中，可能会诸如烦躁，眩晕，分神等不利于操纵汽车的感受，严重时甚至会增加发生事故的概率。目前汽车主要通过空调系统调节室乘员舱温度，但在车内外温差较大时，汽车空调系统难以完全保证车内环境的舒适性，从驾驶员进入车内到形成稳定舒适驾驶环境需要一段较长的时间。所以我们掌握在汽车空调工作时对汽车环境的影响情况是非常必要的，对于设计和完善的空调空调系统也有重要意义。

文章主要通过将某品牌家用轿车在炎热外部环境时停放在阳光直接照射下1小时，首先测量此过程中车内人员躯干不同位置的温度。然后再打开汽车空调系统，测量空调制冷工作1小时过程中体表各躯干的温度情况。

1 试验环境

室外环境：夏天气温34℃，相对湿度60%，晴。

试验样车：车内干净整洁，停放在阳光能直射到的场地中。

试验时间：下午13：00～16：00

2 温度传感器布置位置

试验需要测量不同车内和乘员不同位置的温度，温度传感器固定在乘员舱的13个测量位置。这13个测量点可以检测记录乘员舱内温度和汽车内表面温度。乘员舱内的温度用6个温度传感器来检测，前排及后排各3个。温度传感器的测量范围是头部、胸部和脚部。乘员舱内表面的温度用7个温度传感器记录，分别布置于仪表板、顶盖、前风窗玻璃、驾驶员座椅的坐垫和靠背、前排乘员的坐垫和靠背。具体布置方式如图所示。

同时用通过7个温度传感器来测量人体表面温度。分别布置于是驾驶员头、胸、腹、背、胳膊、大腿和小腿。

3 试验过程

将试验轿车放在阳光直射到的场地上，门窗关闭，乘员舱内部与外界无法直接进行热量交换。试验过程按照ISO14505 《热环境的人类工效学、车辆热环境评估标准》进行，整个试验分两个部分：阳光照射升温过程和空调系统开启制冷过程。温度传感器5s采集一次温度数据。试验开始时中，测得乘员舱外环境温度34.3℃，空气湿度52.6%RH。

4 试验数据分析

阳光照射升温过程：乘员舱内表面温度包括仪表板、顶盖、前风窗玻璃、驾驶员座椅的坐垫和靠背、前排乘员的坐垫和靠背，人体体感温度包括驾驶员头、胸、腹、背、胳膊、大腿和小腿。在1小时的阳光照射过程中，各个温度传感器测得的温度变化差距很大。汽车放置于阳光直射下，其乘员舱内表面温度和空气温度均上升。升温过程中，乘员舱外温度一直保持着34.3℃上下，乘员舱表面温度和车内人员身体表面温度最高能够到49℃和44℃。而在开始试验20min时间以内，汽车内表面温度和车内空气温度变化差别很小。

汽车空调系统开始工作阶段：试验车辆经过1h太阳直射升温阶段后，开始空调制冷阶段。在汽车空调工作后，同样记录汽车车内表面温度、车内空气温度及车内乘员身体表面温度。汽车内表面温度和车内空气温度的采集位置与升温过程完全一致，而车内乘员身体表面温度采集位置有：头、胸、腹、背、胳膊、大腿和小腿。随着空调系统开始工作，试验车内表面温度和车内空气温度开始下降。通过观测，内表面温度高于车内空气的温度，空调工作开始阶段，这两者的温差大约为5℃，而在空调工作一定时间以后，这两者的温差大约10℃。开始观测的前10min，试验车内空气温度下降非常迅速，从38℃很快降到21℃，而后温度逐渐趋于稳定。试验车内表面在观测开始10min内，下降速度稍慢，但与自身下降速度而言仍然很快。试验样车内表面温度如车门内版、汽车顶棚等，这些部位相对于车内空气温度有显著的升温速度快、降温速度慢的特点。制冷过程中，车内前排乘员腿部表面温度高于胸部和头部的表面温度，观测前10min前排乘员舱空气温度下降都非常快，头部和胸部尤其明显，主要是因为空调冷风直吹。观测10min以后，前排乘员舱舱温度处于稳定状态，而前排乘员脚部温度为24℃左右，其与表面头部温度相差大约5℃左右；前排乘员胸部和头部温度传感器显示温差很小，头部稍比胸部温度高些。

5 实验结论

通过试验样车1h的阳光照射升温过程和随后1h的汽车空调系统运行试验，结论总结如下：

（1）汽车车内受阳光照射升温时，汽车内表面和车内空气温度同步上升，乘员舱内表面温度上升快。整个观测过程，车内仪表板温度最高，能够达到65℃。

（2）驾驶员座椅靠背和坐垫温度高于前排乘员座椅靠背和坐垫温度，升温速度也更快，这与试验中太阳直射方向有关系。在车内垂直方向，温度差异很大。乘员腿部温度最低，胸和头部温度较高，垂直方向越靠上温度越高。

（3）空调系统开始工作以后，汽车乘员舱内表面温度和空气温度同步下降，但内表面温度要高于车内空气的温度，且车内表面温度降低的更慢。

文章对汽车样车进行了太阳直射升温及汽车空调系统降温试验，并在试验中进行了汽车内表面温度、车内空气温度以及车内乘员身体躯干不同位置体表温度合计20个测量点的数据观测。总结了汽车车内升温及降温两个阶段的温变规律，为轿车热舒适性评价指标提供了试验依据。最后通过总结论述，归纳出汽车乘员舱在太阳照射升温和汽车空调制冷过程中的特征，为今后的研究提供了借鉴。

参考文献

[1]姚仲鹏，王新国.车辆冷却传热[M].北京：北京理工大学出版社，2001：31-32.