為研究汽車座艙不對(duì)稱環(huán)境條件下空調(diào)熱舒適性,提出基于空調(diào)假人的乘員熱舒適性評(píng)價(jià)方法?采用大型氣候環(huán)境風(fēng)洞搭建低溫耦合暴雪環(huán)境,基于供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)(HVAC)空調(diào)假人開(kāi)展非均勻?瞬態(tài)條件下乘員局部和整體的熱感覺(jué)及熱舒適性研究?結(jié)果表明:低溫暴雪條件下,汽車座艙內(nèi)空調(diào)吹面吹腳模式最大制熱運(yùn)行60min后,假人頭部和腿部最大溫差為10.8℃,局部熱舒適性差異較大;HVAC假人身體14個(gè)局部舒適性評(píng)分都>0.1(手部除外),整體舒適性評(píng)分為0.1,表明手部舒適度會(huì)較大影響整體舒適度?該研究結(jié)果能夠?yàn)閮?yōu)化汽車座艙熱環(huán)境分布的空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)以提高乘員乘坐舒適性?

暴雪是中國(guó)重大災(zāi)害天氣之一,持續(xù)降雪引起的車輛滯留會(huì)導(dǎo)致公路堵塞,造成大面積交通癱瘓和人民財(cái)產(chǎn)損失?突發(fā)情況下,車艙內(nèi)環(huán)境由空調(diào)系統(tǒng)維持,座艙內(nèi)空氣品質(zhì)和熱環(huán)境也成為衡量汽車乘坐舒適性的重要指標(biāo)?因此,低溫環(huán)境下車輛空調(diào)制熱性能對(duì)于交通安全有重要意義?

車內(nèi)熱環(huán)境舒適性評(píng)價(jià)與乘員的熱感覺(jué)息息相關(guān)汽車行駛的路況和外界環(huán)境條件差異較大,而個(gè)體的熱環(huán)境舒適性對(duì)應(yīng)的溫度范圍有限?身體局部的皮膚溫度除溫度外,個(gè)體舒適性還受到濕度?風(fēng)速?熱輻射(陽(yáng)光?空調(diào))的影響,不對(duì)稱環(huán)境中的舒適度難以量化?對(duì)于穩(wěn)態(tài)?均勻的熱環(huán)境最常見(jiàn)的熱感覺(jué)和熱舒適性模型是表征人體熱反應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)(predictedmeanvote,PMV)和預(yù)測(cè)不滿意百分率(predictedpercentagedissatisfied,PPD)模型?這2種模型基于均勻的穩(wěn)態(tài)環(huán)境下測(cè)試的數(shù)據(jù),通過(guò)生理模型預(yù)測(cè)整個(gè)身體的熱感覺(jué)從而間接預(yù)測(cè)全身舒適度,熱感覺(jué)和舒適度有良好的相關(guān)性?局部舒適度可以通過(guò)等效均值溫度(equivalenthomogenoustemperature,EHT)進(jìn)行預(yù)測(cè)?EHT范圍僅適用于新陳代謝和服裝水平的特定組合且精度較低?王瑞等基于暖體假人測(cè)試了某制冷工況下車內(nèi)假人局部和全身的等效空間溫度,在相同運(yùn)行工況下,通過(guò)被試者主觀體驗(yàn)驗(yàn)證假人局部和整體的熱感覺(jué)?吳清清等依據(jù)熱空間模型?人體熱生理模型和人體熱心理模型的分類標(biāo)準(zhǔn),對(duì)非對(duì)稱熱環(huán)境下人體熱舒適度研究進(jìn)行評(píng)價(jià)?

現(xiàn)有的熱感覺(jué)和熱舒適性預(yù)測(cè)模型僅適用于穩(wěn)態(tài)?均勻的熱環(huán)境,但對(duì)于瞬態(tài)和非均勻空間環(huán)境的預(yù)測(cè)存在局限性?在不均勻和瞬態(tài)環(huán)境中,個(gè)體局部身體部位的熱感覺(jué)和舒適度權(quán)重占比更大,熱感覺(jué)和舒適度之間的關(guān)系較為復(fù)雜?空調(diào)假人是用于非均勻空間汽車熱舒適性評(píng)價(jià)的重要工具,適用于動(dòng)態(tài)環(huán)境中熱濕傳遞的變化,可應(yīng)用于理論模擬熱傳導(dǎo)?熱對(duì)流和熱輻射問(wèn)題的研究;一般所采用的Berkeley熱舒適模型耦合熱生理及熱心理模型,在PMV?PPD模型的理論研究基礎(chǔ)上,優(yōu)化溫度?濕度?風(fēng)速?平均輻射溫度?太陽(yáng)光負(fù)荷及人體活動(dòng)程度等相關(guān)因素,可以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)非均勻?瞬態(tài)條件下的熱舒適程度?

本文描述基于空調(diào)假人在座艙非均勻瞬態(tài)環(huán)境條件下的熱感覺(jué)并評(píng)價(jià)其熱舒適性?通過(guò)空調(diào)假人采集熱環(huán)境數(shù)據(jù),結(jié)合Berkeley模型對(duì)非均勻?瞬態(tài)條件下的座艙內(nèi)乘員局部和整體熱舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)?研究結(jié)果為消除座艙內(nèi)不舒適的局部熱環(huán)境,優(yōu)化乘坐舒適性,合理設(shè)計(jì)空調(diào)管道及出風(fēng)口位置,提高整體舒適性提供理論支撐?

01、試驗(yàn)1.1 試驗(yàn)裝置

整個(gè)試驗(yàn)裝置包括定多災(zāi)耦合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（大型環(huán)境風(fēng)洞）、新能源汽車及供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)（heating,ventilation and conditioning, HVAC）空調(diào)假人。

該多災(zāi)種耦合作用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具備規(guī)模尺寸大、可災(zāi)種模擬數(shù)量多的特點(diǎn)，試驗(yàn)段可對(duì)3000 m3 的超大空間精準(zhǔn)控溫，模擬實(shí)現(xiàn)高低溫、濕熱、強(qiáng)風(fēng)、暴雨、暴雪、冰凍、日照等單災(zāi)及多災(zāi)耦合環(huán)境，具體風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)圖 1中所示。

實(shí)驗(yàn)車輛樣品為一款純電SUV車?汽車座艙具有空間不規(guī)則?出風(fēng)氣流大小差異?冷熱氣流分布不均和環(huán)境溫度不均勻等特點(diǎn)?汽車座艙內(nèi)環(huán)境劃分12個(gè)出風(fēng)分區(qū),分別為左面風(fēng)口?中左風(fēng)口?中右風(fēng)口?右面風(fēng)口?主駕頭?二排左頭?二排右頭?主駕腳?二排左腳?二排右腳?主駕腳風(fēng)口及副駕腳風(fēng)口,每個(gè)分區(qū)對(duì)應(yīng)獨(dú)立的空調(diào)或通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道,在出風(fēng)位置分別布置溫度傳感器,實(shí)現(xiàn)座艙內(nèi)非均勻溫度環(huán)境的測(cè)試和客觀評(píng)價(jià)?

HVAC空調(diào)假人由上海踏石貿(mào)易有限公司提供,該假人關(guān)節(jié)可調(diào),方便移動(dòng)以模擬人體身姿,可分析非穩(wěn)態(tài)?非對(duì)稱?不均勻環(huán)境條件下熱感和舒適性?假人系統(tǒng)分為硬件部分(熱能人體模型)和軟件部分,其中硬件部分為假人身上傳感器配置(見(jiàn)圖2),包括46組溫度&風(fēng)速傳感器(組合)?46組熱輻射傳感器(含輻射熱和太陽(yáng)光)以及4組濕度傳感器,在全身的配置情況見(jiàn)表1；軟件部分采用ManikinPC來(lái)控制生理舒適性并與Berkeley模型結(jié)合,輸出空氣溫度?空氣流速?平均輻射溫度?太陽(yáng)光負(fù)荷?相對(duì)濕度?整體/局部PMV或PPD參數(shù)?整體/局部EHT?整體熱感及整體熱舒適度,能夠預(yù)測(cè)非均勻?瞬態(tài)條件下的熱舒適程度?

HVAC空調(diào)假人評(píng)價(jià)依據(jù)Berkeley評(píng)價(jià)模型將熱環(huán)境的熱感覺(jué)和舒適性評(píng)價(jià)劃分各為9個(gè)等級(jí)：2種感覺(jué)都以0值作為中性適中感覺(jué)分界，上（好）下（不好）又各分為4個(gè)等級(jí)，具體見(jiàn)表2中所示[10-15]。

實(shí)驗(yàn)方法

測(cè)試系統(tǒng)利用大型氣候?yàn)?zāi)害環(huán)境風(fēng)洞（多災(zāi)耦合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）搭建穩(wěn)態(tài)測(cè)試環(huán)境，通過(guò)吹風(fēng)模擬行駛狀態(tài)中新能源汽車的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)建低溫、降雪及其耦合環(huán)境，設(shè)定環(huán)境溫度（-7±2）℃，降雪強(qiáng)度60mm/h，通過(guò)吹風(fēng)模擬實(shí)現(xiàn)車速40km/h，具體實(shí)驗(yàn)條件及過(guò)程如下所述。

試驗(yàn)凍車階段：環(huán)境溫度（-7±2）℃、風(fēng)速40km/s，車輛斷電，門全開(kāi)，假人放置副駕駛位，凍車階段保持40min；

行駛階段1，即低溫+強(qiáng)風(fēng)階段：凍車階段后，環(huán)境溫度（-7±2）℃，風(fēng)速40km/s下，車輛啟動(dòng)并開(kāi)啟空調(diào)，設(shè)定為吹面吹腳模式、最大制熱、4擋風(fēng)速，并運(yùn)行40min；

行駛階段2，即低溫+強(qiáng)風(fēng)+暴雪階段：行駛階段1后，外加降雪條件，降雪強(qiáng)度為60mm/h，其他條件不變，運(yùn)行20min。

通過(guò)以上3階段100min的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，觀察座艙內(nèi)熱環(huán)境分布特征，并通過(guò)多災(zāi)耦合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主控軟件實(shí)時(shí)采集風(fēng)速和溫度數(shù)據(jù)并作為測(cè)試溫度平行樣。

為了測(cè)試汽車座艙內(nèi)的熱環(huán)境分布，對(duì)座艙內(nèi)環(huán)境進(jìn)行出風(fēng)分區(qū)并分別在12個(gè)獨(dú)立區(qū)域布置溫度傳感器測(cè)量空氣溫度。測(cè)試時(shí)，車輛行駛狀態(tài)下除空調(diào)外其他用電器關(guān)閉，空調(diào)設(shè)定吹面吹腳模式，開(kāi)啟最大制熱，4檔風(fēng)速，在大型氣候?yàn)?zāi)害環(huán)境風(fēng)洞的穩(wěn)態(tài)環(huán)境中，測(cè)試并分析汽車座艙空間非均勻熱環(huán)境分布特征。

為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)座艙內(nèi)乘員熱舒適性，利用空調(diào)假人測(cè)試相同工況下副駕駛的乘坐熱舒適性。測(cè)試時(shí)，空調(diào)假人置于副駕駛座位，待車內(nèi)熱環(huán)境穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)試，利用46組溫度和風(fēng)速傳感器（組合）、46組熱輻射傳感器（含輻射熱和太陽(yáng)光）以及4組濕度傳感器采集數(shù)據(jù)，綜合空間上溫度分布不均勻和時(shí)間上溫度瞬間變化，結(jié)合舒適度模型和生理模型精準(zhǔn)評(píng)價(jià)非均勻和瞬態(tài)熱環(huán)境內(nèi)乘員熱舒適性。

02、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

汽車座艙內(nèi)熱環(huán)境分布特征

汽車座艙內(nèi) 2 個(gè)實(shí)驗(yàn)階段的溫度分布特征

汽車空調(diào)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)乘員熱舒適性的重要手段。圖 3 呈現(xiàn)了 HVAC 空調(diào)假人所在的 2 個(gè)實(shí)驗(yàn)階段汽車座艙熱環(huán)境中 12 個(gè)獨(dú)立區(qū)域的溫度分布及變化。

分析行駛階段1和行駛階段2的數(shù)據(jù),對(duì)比2種工況下溫度分布可知:氣流從風(fēng)道入口進(jìn)入分流吹入座艙,入口溫度越高,出風(fēng)口送風(fēng)溫度越高,但經(jīng)過(guò)風(fēng)道與座艙內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換會(huì)產(chǎn)生一定的熱量損失?實(shí)驗(yàn)開(kāi)始20min,隨著空調(diào)出風(fēng)口送風(fēng)溫度的提高,座艙內(nèi)溫度場(chǎng)整體溫度快速升高;前排頭部溫度高于腳部溫度,二排頭部和腳部溫度相近,頭部溫度高于腳部不符合人機(jī)工程要求?20~40min,前排頭部和腳部溫度相近,可能是出風(fēng)溫度趨于穩(wěn)定,腳部位置空間較小,空氣不易流動(dòng),致使熱量聚集[16];中左邊出風(fēng)口和二排左頭出風(fēng)口溫度升溫趨勢(shì)緩慢,可能是左邊出風(fēng)口送風(fēng)流量偏低?后20min,出風(fēng)口溫度整體提升;可能原因?yàn)榻笛┊a(chǎn)生的相變(水霧由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài))釋放大量熱量,環(huán)境溫度升高,空氣經(jīng)過(guò)風(fēng)道與座艙進(jìn)行熱交換產(chǎn)生的熱損失較小,制熱效果明顯?

依據(jù)GB/T12782-2007《汽車采暖性能要求和試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)要求,汽車空調(diào)系統(tǒng)制熱性能指標(biāo)規(guī)定,溫度場(chǎng)垂直分布頭部應(yīng)比腳部低2~5℃[17-18]?在低溫環(huán)境下開(kāi)展空調(diào)采暖性能研究,空調(diào)采用最大制熱模式且制熱量一定,初始階段車內(nèi)外溫差小,散熱量小,車內(nèi)溫升快,屬于瞬態(tài)傳熱過(guò)程;經(jīng)過(guò)一段時(shí)間升溫,車內(nèi)外溫差逐漸變大,散熱量逐漸增加,傳熱過(guò)程趨于穩(wěn)定,溫度增加變緩;增加降雪后,降雪產(chǎn)生的相變(水霧由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài))釋放大量熱量,環(huán)境溫度升高,出風(fēng)口溫度出現(xiàn)短暫波動(dòng),隨后趨于穩(wěn)定?

低溫 + 強(qiáng)風(fēng)工況下汽車座艙內(nèi)溫度分布特征

圖4是低溫+強(qiáng)風(fēng)工況下座艙內(nèi)12個(gè)分區(qū)熱環(huán)境分布曲線。分析行駛階段1時(shí)的數(shù)據(jù)可知（見(jiàn)圖4），汽車座艙內(nèi)溫度分布為右面風(fēng)口>主駕腳風(fēng)口>中右風(fēng)口>中左風(fēng)口>左面風(fēng)口>副駕腳風(fēng)口>主駕腳>主駕頭>二排右頭>二排左頭>二排左腳>二排右腳。按方向分，座艙內(nèi)右側(cè)溫度高于左側(cè)，前排溫度高于后側(cè)，副駕頭部（中右風(fēng)口）溫度明顯高于副駕腳部，座艙內(nèi)氣流分布不均勻。說(shuō)明較大的送風(fēng)速度和送風(fēng)溫度對(duì)溫度場(chǎng)影響較明顯。應(yīng)提高局部出風(fēng)口送風(fēng)流量，單位時(shí)間內(nèi)送入座艙的熱量增加，座艙內(nèi)空氣流速增加，空氣對(duì)流散熱能力增強(qiáng)，但無(wú)風(fēng)背風(fēng)區(qū)域的低溫效應(yīng)也會(huì)更加明顯。

低溫 + 強(qiáng)風(fēng) +暴雪工況下汽車座艙內(nèi)溫度分布特征

圖5是低溫+強(qiáng)風(fēng)+暴雪工況下座艙內(nèi)12個(gè)分區(qū)溫度分布曲線。分析行駛階段2的數(shù)據(jù)可知，溫度分布為右面風(fēng)口=中右風(fēng)口>主駕腳風(fēng)口>中左面風(fēng)口>左面風(fēng)口>副駕腳風(fēng)口=主駕腳=二排右頭>主駕頭=二排左頭>二排左腳>二排右腳，假人熱舒適系數(shù)0.1保持不變。按方向分，座艙內(nèi)右側(cè)溫度高于左側(cè)，前排溫度高于后側(cè)，頭部溫度高于腳部，座艙內(nèi)氣流分布不均勻，說(shuō)明較大的送風(fēng)速度和送風(fēng)溫度對(duì)溫度場(chǎng)影響較明顯，風(fēng)速小的腳部低溫效應(yīng)更加明顯。應(yīng)加大左側(cè)和腳部空調(diào)出風(fēng)口速度，在二排位置增加出風(fēng)口，使得座艙內(nèi)風(fēng)量分配及氣流循環(huán)更合理。

通過(guò)對(duì)行駛階段1和行駛過(guò)程2全過(guò)程數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，車輛的空調(diào)風(fēng)道結(jié)構(gòu)及出風(fēng)口送風(fēng)比例不合理。前排中有出風(fēng)口和二排右腳出風(fēng)口溫度相差20℃，可能后排風(fēng)道受長(zhǎng)度及走向影響，且前后排出風(fēng)口送風(fēng)比例不合理，導(dǎo)致局部出風(fēng)口流量過(guò)大、溫度過(guò)高或過(guò)低。建議調(diào)整出風(fēng)口位置分布，優(yōu)化風(fēng)道結(jié)構(gòu)并對(duì)出風(fēng)口流量進(jìn)行重新分配，使得座艙內(nèi)循環(huán)氣流合理，改善空調(diào)采暖熱舒適性。

座艙內(nèi)空調(diào)熱舒適性評(píng)價(jià)

HVAC假人通過(guò)溫度傳感器來(lái)感知環(huán)境的溫暖和寒冷，即熱感覺(jué)。整體熱感覺(jué)評(píng)價(jià)有2種，取決于身體的所有部分是否在同一方向（溫暖或涼爽）具有有效的感覺(jué)，或者取決于局部身體部位是否和其余部位具有相反的熱感覺(jué)。2種情況下，個(gè)體不同部位在溫暖/涼爽感覺(jué)方面占有不同的權(quán)重，并且強(qiáng)烈的局部熱感覺(jué)主導(dǎo)整體熱感覺(jué)。如果所有身體部位的感覺(jué)都接近中性，則整體的熱感覺(jué)接近身體所有部位熱感覺(jué)的平均值。整體舒適度評(píng)價(jià)也有2種。在穩(wěn)定的環(huán)境條件下，當(dāng)2個(gè)身體部位非常不舒服時(shí)，無(wú)論其他身體部位有多舒適，整體舒適度都會(huì)接近兩者中最不舒服的程度。當(dāng)環(huán)境條件是瞬態(tài)或者環(huán)境可控制時(shí)，整體舒適度要優(yōu)于2個(gè)最不舒服的身體部位，表明非均勻和瞬態(tài)環(huán)境可能比均勻中性環(huán)境產(chǎn)生更好的舒適度。

低溫 + 強(qiáng)風(fēng)工況下空調(diào)熱舒適性評(píng)價(jià)

在行駛階段1后,HVAC空調(diào)假人整體熱感覺(jué)及整體舒適度變化如圖6所示,圖中冷暖色調(diào)可直觀展示溫度高低,由冷色調(diào)轉(zhuǎn)向暖色調(diào),代表溫度由低到高轉(zhuǎn)變;熱舒適性分值隨顏色加深而增大?可以看出,空調(diào)假人身體的46個(gè)局部位置的冷/熱敏感性不同,對(duì)應(yīng)每個(gè)局部位置的熱感覺(jué)和熱舒適性差異較大?以左右來(lái)分,假人身體右側(cè)(表3,臉部?胸部?腹部手臂?手?大腿?小腿?腳部)溫度要高于左側(cè),而座艙內(nèi)溫度分布為右面風(fēng)口>中右風(fēng)口>中左面風(fēng)口>左面風(fēng)口,和空調(diào)出風(fēng)口溫度分布一致?以上下來(lái)分,假人頭部?上臂和胸部溫度最高(θmax=25.2℃,θmin=21.6℃),腹部?背部?大腿后側(cè)溫度一致(θmax=18.7℃,θmin=18.3℃),小臂和腳部溫度次之(θmax=18.7℃,θmin=14.6℃),手部?大腿和小腿溫度一致(θmax=16.2℃,θmin=13.4℃),小腿后側(cè)最低(θmax=12.6℃,θmin=10.1℃)?假人頭部和腿部最大溫差可達(dá)15.1℃,局部熱舒適性差異較大?可能原因?yàn)?空調(diào)模式為吹面吹腳模式,且胸部?上臂和面部空間較大,有較強(qiáng)吹風(fēng)感導(dǎo)致空氣循環(huán)較好,故溫度較高?假人背部?腹部和大腿后側(cè)與座椅相連,空氣流速過(guò)小接近無(wú)風(fēng),降低局部對(duì)流散熱能力,容易產(chǎn)生悶熱感?小腿后側(cè)與腳部出風(fēng)口方向相反,接近無(wú)風(fēng),空氣循環(huán)能力弱,氣流分布和風(fēng)速不均衡,主觀感受小腿后側(cè)溫度低?

座艙內(nèi)空調(diào)吹面吹腳最大制熱?4擋風(fēng)速運(yùn)行40min后,假人整體等效均勻溫度為18.3℃,身體局部位置(胸部?腹部?背部?左/右上臂?左/右前臂?左/右大腿?左/右小腿)舒適性評(píng)分都為正(0~3.5),但腳部位置熱舒適性評(píng)分為-0.9,手部輕微不舒適(舒適性評(píng)分-0.1),局部舒適性差異較大,整體舒適性系數(shù)為0.1,表明寒冷環(huán)境手部和腳部會(huì)較大影響整體舒適度?

低溫 + 強(qiáng)風(fēng) + 暴雪工況下空調(diào)熱舒適性評(píng)價(jià)

圖7為實(shí)驗(yàn)階段2低溫+強(qiáng)風(fēng)+暴雪工況下HVAC空調(diào)假人溫度及舒適度變化情況?圖中冷暖色調(diào)可直觀展示溫度高低,由冷色調(diào)轉(zhuǎn)向暖色調(diào),代表溫度由低到高轉(zhuǎn)變?熱舒適性分值隨顏色加深而增大?從圖7可見(jiàn),假人身體左右兩側(cè)對(duì)稱部位溫度基本一致(見(jiàn)表6,頭部?胸部?背部?左/右大臂?左/右小臂?左/右大腿?左/右小腿前側(cè)?左/右腳?左/右手),腹部和小腿后側(cè)左右兩側(cè)溫度稍有差異,而座艙內(nèi)溫度分布為右面風(fēng)口=中右風(fēng)口>中左面風(fēng)口>左面風(fēng)口,和空調(diào)出風(fēng)口溫度分布一致?以上下來(lái)分,假人頭部溫度最高(θmax=34.4℃,θmin=32.1℃),上臂和胸部次之(θmax=31.3℃,θmin=27.9℃),背部和大腿后側(cè)溫度一致(θmax=θmin=28.8℃),小臂和小腿前側(cè)溫度趨于平穩(wěn)(θmax=27.7℃,θmin=26.1℃),腳部溫度明顯升高(θmax=31.2℃,θmin=28.2℃),手部溫度較低(θmax=25.9℃,θmin=25.3℃),大腿前側(cè)和小腿后側(cè)最低(θmax=25.3℃,θmin=23.6℃)?假人頭部和腿部最大溫差為10.8℃,且局部熱舒適性差異較大?這是因?yàn)?吹面吹腳模式下,胸部?上臂和面部空間較大,有較強(qiáng)吹風(fēng)感導(dǎo)致空氣循環(huán)較好,故溫度較高;假人背部?腹部和大腿后側(cè)與座椅相連,空氣流速過(guò)小接近無(wú)風(fēng),降低局部對(duì)流散熱能力,容易產(chǎn)生悶熱感;小腿后側(cè)與腳部出風(fēng)口方向相反,接近無(wú)風(fēng),空氣循環(huán)能力弱,氣流分布和風(fēng)速不均衡,主觀感受小腿后側(cè)溫度低,此時(shí),手部和大腿前側(cè)溫度相同(25.7℃),大腿前側(cè)舒適性評(píng)分為1.6~1.8,而手部不舒適(左手-0.9,右手-1.9),手部和大腿前側(cè)舒適性完全相反;手部位置熱感覺(jué)與溫暖的全身熱狀態(tài)明顯分離,表明局部熱感覺(jué)不僅受局部皮膚區(qū)域溫度的影響,還受整體熱狀態(tài)的影響?對(duì)于相同皮膚溫度的身體部位,當(dāng)全寒冷時(shí)局部感覺(jué)要暖和的多,當(dāng)全身暖和時(shí)局部感覺(jué)要冷的?

座艙內(nèi)空調(diào)吹面吹腳最大制熱?4擋風(fēng)速運(yùn)行60min后,假人整體等效均勻溫度為18.3℃,身體局部位置(胸部?腹部?背部?左/右大臂?左/右小臂?左/右大腿?左/右小腿?左/右腳)舒適性評(píng)分都為正(0~2.3),只有手部舒適性評(píng)分為負(fù)(左手-0.9,右手-1.9),局部舒適性差異較大,整體熱舒適性系數(shù)仍為0.1,和低溫情況下整體舒適性一致,進(jìn)一步證實(shí)寒冷環(huán)境手部位位置保暖會(huì)更大影響整體舒適度?

對(duì)比低溫及低溫耦合降雪2種工況下身體各部位溫度(見(jiàn)圖8圖10)可知,腳部溫度由15.2℃上升至29.7℃,熱舒適性評(píng)分從-0.9增加值至1.8,腳部舒適型從輕微不舒適改善至舒適,且左右腳溫度從差異較大調(diào)整至接近,表明空調(diào)運(yùn)行60min后,腳部位置空氣循環(huán)較好,熱對(duì)流交換充分,舒適性明顯提高?在初始40min階段,由于假人整體感覺(jué)較冷,環(huán)境變暖,局部(胸部?小腿)溫暖感越來(lái)越舒適,手部舒適度適中(左手0.6,右手-0.1),整體舒適性評(píng)分適中(0.1);相反,在后20min隨著局部(胸部?小腿)舒適度提高,手部感覺(jué)由適中降低為不舒適(左手-0.9,右手-1.9),整體舒適性評(píng)分不變(0.1),表明寒冷環(huán)境手部位位置保暖會(huì)更較大影響整體舒適度?當(dāng)座艙內(nèi)環(huán)境溫度升高時(shí),雖然手部和腳部溫度在升溫期間也發(fā)生了明顯變暖,但遠(yuǎn)小于胸部?頭部?腿部變暖程度?由此可知,手部溫度變化率最低,局部舒適性改善程度最小,對(duì)整體熱感覺(jué)有很大影響?

整體溫度升高而手部溫度偏低，可能原因?yàn)榭照{(diào)模式為吹面吹腳模式，手部位置不在迎風(fēng)面位置，送風(fēng)量低導(dǎo)致空氣流速過(guò)小，局部對(duì)流交換差引起空氣中溫度冷熱交換不均，手部熱交換過(guò)小且局部無(wú)風(fēng)感，對(duì)手部位置舒適性造成較大影響[28]。假人頭部和腿部最大溫差從15.1℃降低至10.8℃，局部溫差仍較大，建議吹面吹腳模式下，可提高腳部出風(fēng)口風(fēng)速，增加腿部/頂部送風(fēng)口，優(yōu)化出風(fēng)口位置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

03、結(jié)論

利用環(huán)境風(fēng)洞模擬真實(shí)低溫及低溫耦合風(fēng)雪環(huán)境,搭載HVAC空調(diào)假人開(kāi)展低溫下車輛座艙熱環(huán)境研究,評(píng)價(jià)非均勻?瞬態(tài)熱環(huán)境中的乘員舒適性,分析對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出如下結(jié)論:

1)低溫環(huán)境吹面吹腳模式,空調(diào)最大制熱工況下運(yùn)行60min,HVAC假人身體局部位置(胸部?腹部?背部?左/右大臂?左/右小臂?左/右大腿?左/右小腿?左/右腳)舒適性評(píng)分都為正而手部位置表現(xiàn)為不舒適(舒適性評(píng)分-1.9),整體舒適性評(píng)分為0.1,表明寒冷環(huán)境手部位位置保暖會(huì)較大影響整體舒適度?

2)座艙內(nèi)空調(diào)吹面吹腳最大制熱?4擋風(fēng)速運(yùn)行60min后,假人頭部(θmax=34.4℃)和腿部(θmin=23.6℃)最大溫差為10.8℃,且局部熱舒適性差異較大?建議吹面吹腳模式下,可提高腳部出風(fēng)口風(fēng)速,增加腿部/頂部送風(fēng)口,采取混合送風(fēng)的方式,短時(shí)間內(nèi)快速輸送熱空氣使座艙內(nèi)環(huán)境達(dá)到理想溫度?

3)汽車座艙內(nèi)熱環(huán)境是不對(duì)稱的瞬態(tài)條件,通過(guò)優(yōu)化空調(diào)出風(fēng)設(shè)計(jì)改善座艙熱環(huán)境分布,提高空調(diào)舒適度的自調(diào)節(jié)和維持能力,消除最不舒適的局部位置對(duì)提高駕乘人員整體舒適性有重要意義?