林虹霞，武金模*，宋輿涵,3，劉小勇，周 帆，紀孝博

（1.清華大學(xué) 合肥公共安全研究院，災(zāi)害環(huán)境人員安全安徽省重點實驗室，合肥 230601，中國；2.上海踏石貿(mào)易有限公司，上海 200020，中國；3.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室，合肥 230022，中國）

暴雪是中國重大災(zāi)害天氣之一[1-3]，持續(xù)降雪引起的車輛滯留會導(dǎo)致公路堵塞，造成大面積交通癱瘓和人民財產(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[4-6]。因此，低溫環(huán)境下車輛空調(diào)制熱性能對于交通安全有重要意義。

車內(nèi)熱環(huán)境舒適性評價與乘員的熱感覺息息相關(guān)[7]。汽車行駛的路況和外界環(huán)境條件差異較大，而個體的熱環(huán)境舒適性對應(yīng)的溫度范圍有限。身體局部的皮膚溫度除溫度外，個體舒適性還受到濕度、風(fēng)速、熱輻射（陽光、空調(diào)）的影響，不對稱環(huán)境中的舒適度難以量化[8-9]。對于穩(wěn)態(tài)、均勻的熱環(huán)境最常見的熱感覺和熱舒適性模型是表征人體熱反應(yīng)的評價指標（predicted mean vote，PMV）和預(yù)測不滿意百分率（predicted percentage dissatisfied，PPD）模型[10-11]。這2種模型基于均勻的穩(wěn)態(tài)環(huán)境下測試的數(shù)據(jù)，通過生理模型預(yù)測整個身體的熱感覺從而間接預(yù)測全身舒適度，熱感覺和舒適度有良好的相關(guān)性[12]。局部舒適度可以通過等效均值溫度（equivalent homogenous temperature，EHT）進行預(yù)測[15]。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[28]基于暖體假人測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，在相同運行工況下，通過被試者主觀體驗驗證假人局部和整體的熱感覺。吳清清等[8]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準，對非對稱熱環(huán)境下人體熱舒適度研究進行評價。

現(xiàn)有的熱感覺和熱舒適性預(yù)測模型僅適用于穩(wěn)態(tài)、均勻的熱環(huán)境，但對于瞬態(tài)和非均勻空間環(huán)境的預(yù)測存在局限性。在不均勻和瞬態(tài)環(huán)境中，個體局部身體部位的熱感覺和舒適度權(quán)重占比更大[13]，熱感覺和舒適度之間的關(guān)系較為復(fù)雜[14]。空調(diào)假人是用于非均勻空間汽車熱舒適性評價的重要工具，適用于動態(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)、熱對流和熱輻射問題的研究；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、太陽光負荷及人體活動程度等相關(guān)因素，可以精準預(yù)測非均勻、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)境條件下的熱感覺并評價其熱舒適性。通過空調(diào)假人采集熱環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合Berkeley 模型對非均勻、瞬態(tài)條件下的座艙內(nèi)乘員局部和整體熱舒適性進行評價。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。

1 試驗

1.1 試驗裝置

整個試驗裝置包括定多災(zāi)耦合實驗平臺（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)種耦合作用實驗平臺具備規(guī)模尺寸大、可災(zāi)種模擬數(shù)量多的特點，試驗段可對3 000 m3的超大空間精準控溫，模擬實現(xiàn)高低溫、濕熱、強風(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)洞實驗參數(shù)見圖1 中所示。

圖1 多災(zāi)耦合大型環(huán)境風(fēng)洞實驗平臺

實驗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。汽車座艙內(nèi)環(huán)境劃分12 個出風(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，每個分區(qū)對應(yīng)獨立的空調(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，實現(xiàn)座艙內(nèi)非均勻溫度環(huán)境的測試和客觀評價。

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)，方便移動以模擬人體身姿，可分析非穩(wěn)態(tài)、非對稱、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（含輻射熱和太陽光）以及4 組濕度傳感器，在全身的配置情況見表1[10-15]；軟件部分采用Manikin PC 來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、太陽光負荷、相對濕度、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)測非均勻、瞬態(tài)條件下的熱舒適程度。

圖2 HVAC 空調(diào)假人測試系統(tǒng)

表1 空調(diào)假人各部位傳感器配置情況

HVAC 空調(diào)假人評價依據(jù)Berkeley 評價模型將熱環(huán)境的熱感覺和舒適性評價劃分各為9 個等級：2 種感覺都以0 值作為中性適中感覺分界，上（好）下（不好）又各分為4 個等級，具體見表2 中所示[10-15]。

表2 熱感覺和舒適性評分

1.2 實驗方法

測試系統(tǒng)利用大型氣候災(zāi)害環(huán)境風(fēng)洞（多災(zāi)耦合實驗平臺）搭建穩(wěn)態(tài)測試環(huán)境，通過吹風(fēng)模擬行駛狀態(tài)中新能源汽車的相對運動，構(gòu)建低溫、降雪及其耦合環(huán)境，設(shè)定環(huán)境溫度（-7±2）℃，降雪強度60 mm/h，通過吹風(fēng)模擬實現(xiàn)車速40 km/h，具體實驗條件及過程如下所述。

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

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

行駛階段2，即低溫+強風(fēng)+暴雪階段：行駛階段1 后，外加降雪條件，降雪強度為60 mm/h，其他條件不變，運行20 min。

通過以上3 階段100 min 的實驗過程，觀察座艙內(nèi)熱環(huán)境分布特征，并通過多災(zāi)耦合實驗平臺主控軟件實時采集風(fēng)速和溫度數(shù)據(jù)并作為測試溫度平行樣。

為了測試汽車座艙內(nèi)的熱環(huán)境分布，對座艙內(nèi)環(huán)境進行出風(fēng)分區(qū)并分別在12 個獨立區(qū)域布置溫度傳感器測量空氣溫度。測試時，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，開啟最大制熱，4 檔風(fēng)速，在大型氣候災(zāi)害環(huán)境風(fēng)洞的穩(wěn)態(tài)環(huán)境中，測試并分析汽車座艙空間非均勻熱環(huán)境分布特征。

為了準確評價座艙內(nèi)乘員熱舒適性，利用空調(diào)假人測試相同工況下副駕駛的乘坐熱舒適性。測試時，空調(diào)假人置于副駕駛座位，待車內(nèi)熱環(huán)境穩(wěn)定后開始測試，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間上溫度瞬間變化，結(jié)合舒適度模型和生理模型精準評價非均勻和瞬態(tài)熱環(huán)境內(nèi)乘員熱舒適性。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 汽車座艙內(nèi)熱環(huán)境分布特征

2.1.1 汽車座艙內(nèi)2 個實驗階段的溫度分布特征

汽車空調(diào)系統(tǒng)是實現(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 個實驗階段汽車座艙熱環(huán)境中12 個獨立區(qū)域的溫度分布及變化。

圖3 實驗全工況下座艙內(nèi)12 個分區(qū)熱環(huán)境分布特征

分析行駛階段1 和行駛階段2 的數(shù)據(jù)，對比2 種工況下溫度分布可知: 氣流從風(fēng)道入口進入分流吹入座艙，入口溫度越高，出風(fēng)口送風(fēng)溫度越高，但經(jīng)過風(fēng)道與座艙內(nèi)空氣進行熱交換會產(chǎn)生一定的熱量損失。實驗開始20 min，隨著空調(diào)出風(fēng)口送風(fēng)溫度的提高，座艙內(nèi)溫度場整體溫度快速升高；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工程要求。20～40 min，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，致使熱量聚集[16]；中左邊出風(fēng)口和二排左頭出風(fēng)口溫度升溫趨勢緩慢，可能是左邊出風(fēng)口送風(fēng)流量偏低。后20 min，出風(fēng)口溫度整體提升；可能原因為降雪產(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，空氣經(jīng)過風(fēng)道與座艙進行熱交換產(chǎn)生的熱損失較小，制熱效果明顯。

依據(jù)GB/T 12782-2007《汽車采暖性能要求和試驗方法》 標準要求，汽車空調(diào)系統(tǒng)制熱性能指標規(guī)定，溫度場垂直分布頭部應(yīng)比腳部低2～5 ℃[17-18]。在低溫環(huán)境下開展空調(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)傳熱過程；經(jīng)過一段時間升溫，車內(nèi)外溫差逐漸變大，散熱量逐漸增加，傳熱過程趨于穩(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，隨后趨于穩(wěn)定。

2.1.2 低溫+強風(fēng)工況下汽車座艙內(nèi)溫度分布特征

圖4 是低溫+強風(fēng)工況下座艙內(nèi)12 個分區(qū)熱環(huán)境分布曲線。分析行駛階段1 時的數(shù)據(jù)可知（見圖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。說明較大的送風(fēng)速度和送風(fēng)溫度對溫度場影響較明顯[19]。應(yīng)提高局部出風(fēng)口送風(fēng)流量，單位時間內(nèi)送入座艙的熱量增加，座艙內(nèi)空氣流速增加，空氣對流散熱能力增強，但無風(fēng)背風(fēng)區(qū)域的低溫效應(yīng)也會更加明顯[16]。

圖4 低溫+強風(fēng)工況下座艙內(nèi)12 個分區(qū)熱環(huán)境分布特征

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

圖5 是低溫+強風(fēng)+暴雪工況下座艙內(nèi)12 個分區(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，說明較大的送風(fēng)速度和送風(fēng)溫度對溫度場影響較明顯，風(fēng)速小的腳部低溫效應(yīng)更加明顯[20]。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[21,16]。

圖5 低溫+強風(fēng)+暴雪工況下座艙內(nèi)12 個分區(qū)熱環(huán)境分布特征

通過對行駛階段1 和行駛過程2 全過程數(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)口流量過大、溫度過高或過低[16]。建議調(diào)整出風(fēng)口位置分布，優(yōu)化風(fēng)道結(jié)構(gòu)并對出風(fēng)口流量進行重新分配，使得座艙內(nèi)循環(huán)氣流合理，改善空調(diào)采暖熱舒適性。

2.2 座艙內(nèi)空調(diào)熱舒適性評價

HVAC 假人通過溫度傳感器來感知環(huán)境的溫暖和寒冷，即熱感覺。整體熱感覺評價有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，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[15]。2 種情況下，個體不同部位在溫暖/涼爽感覺方面占有不同的權(quán)重，并且強烈的局部熱感覺主導(dǎo)整體熱感覺。如果所有身體部位的感覺都接近中性，則整體的熱感覺接近身體所有部位熱感覺的平均值[22-23]。整體舒適度評價也有2 種[22-23]。在穩(wěn)定的環(huán)境條件下，當(dāng)2 個身體部位非常不舒服時，無論其他身體部位有多舒適，整體舒適度都會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，整體舒適度要優(yōu)于2 個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[12,14]。

2.2.1 低溫+強風(fēng)工況下空調(diào)熱舒適性評價

在行駛階段1 后，HVAC 空調(diào)假人整體熱感覺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 個局部位置的冷/熱敏感性不同，對應(yīng)每個局部位置的熱感覺和熱舒適性差異較大。以左右來分，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15.1 ℃，局部熱舒適性差異較大。可能原因為，空調(diào)模式為吹面吹腳模式，且胸部、上臂和面部空間較大，有較強吹風(fēng)感導(dǎo)致空氣循環(huán)較好，故溫度較高[24]。假人背部、腹部和大腿后側(cè)與座椅相連，空氣流速過小接近無風(fēng)，降低局部對流散熱能力，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[25-26]。

表3 低溫+強風(fēng)工況下HVAC 熱感覺和熱舒適性數(shù)據(jù)

圖6 低溫+強風(fēng)工況下HVAC 空調(diào)假人溫度及舒適度變化

座艙內(nèi)空調(diào)吹面吹腳最大制熱、4 擋風(fēng)速運行40 min 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）舒適性評分都為正（0～3.5），但腳部位置熱舒適性評分為-0.9，手部輕微不舒適（舒適性評分-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)境手部和腳部會較大影響整體舒適度[22-23,27]。

2.2.2 低溫+強風(fēng)+暴雪工況下空調(diào)熱舒適性評價

圖7 為實驗階段2 低溫+強風(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，假人身體左右兩側(cè)對稱部位溫度基本一致（見表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。這是因為：吹面吹腳模式下，胸部、上臂和面部空間較大，有較強吹風(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，空氣流速過小接近無風(fēng)，降低局部對流散熱能力，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，手部和大腿前側(cè)溫度相同（25.7 ℃），大腿前側(cè)舒適性評分為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；手部位置熱感覺與溫暖的全身熱狀態(tài)明顯分離，表明局部熱感覺不僅受局部皮膚區(qū)域溫度的影響，還受整體熱狀態(tài)的影響。對于相同皮膚溫度的身體部位，當(dāng)全寒冷時局部感覺要暖和的多，當(dāng)全身暖和時局部感覺要冷的多[12,14]。

圖7 低溫+強風(fēng)+暴雪工況下HVAC 空調(diào)假人溫度及舒適度變化

表4 低溫+強風(fēng)+暴雪工況下HVAC 熱感覺和熱舒適性數(shù)據(jù)

座艙內(nèi)空調(diào)吹面吹腳最大制熱、4 擋風(fēng)速運行60 min 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）舒適性評分都為正（0～2.3），只有手部舒適性評分為負（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，進一步證實寒冷環(huán)境手部位位置保暖會更大影響整體舒適度。

對比低溫及低溫耦合降雪2 種工況下身體各部位溫度（見圖8-圖10）可知，腳部溫度由15.2 ℃上升至29.7℃，熱舒適性評分從-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)運行60 min 后，腳部位置空氣循環(huán)較好，熱對流交換充分，舒適性明顯提高。在初始40 min 階段，由于假人整體感覺較冷，環(huán)境變暖，局部（胸部、小腿）溫暖感越來越舒適，手部舒適度適中（左手0.6，右手-0.1），整體舒適性評分適中（0.1）；相反，在后20 min 隨著局部（胸部、小腿）舒適度提高，手部感覺由適中降低為不舒適（左手-0.9，右手-1.9），整體舒適性評分不變（0.1），表明寒冷環(huán)境手部位位置保暖會更較大影響整體舒適度。當(dāng)座艙內(nèi)環(huán)境溫度升高時，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，對整體熱感覺有很大影響[22-23]。

圖8 2 種工況下HVAC 空調(diào)假人局部位置溫度變化

圖9 2 種工況下HVAC 空調(diào)假人局部熱感覺變化

圖10 2 種工況下HVAC 空調(diào)假人局部舒適性變化

整體溫度升高而手部溫度偏低，可能原因為空調(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)致空氣流速過小，局部對流交換差引起空氣中溫度冷熱交換不均，手部熱交換過小且局部無風(fēng)感，對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[16,25]。

3 結(jié)論

利用環(huán)境風(fēng)洞模擬真實低溫及低溫耦合風(fēng)雪環(huán)境，搭載 HVAC 空調(diào)假人開展低溫下車輛座艙熱環(huán)境研究，評價非均勻、瞬態(tài)熱環(huán)境中的乘員舒適性，分析對比實驗結(jié)果得出如下結(jié)論：

1）低溫環(huán)境吹面吹腳模式，空調(diào)最大制熱工況下運行60 min，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）舒適性評分都為正而手部位置表現(xiàn)為不舒適（舒適性評分-1.9），整體舒適性評分為0.1，表明寒冷環(huán)境手部位位置保暖會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)速運行60 min 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，短時間內(nèi)快速輸送熱空氣使座艙內(nèi)環(huán)境達到理想溫度。

3）汽車座艙內(nèi)熱環(huán)境是不對稱的瞬態(tài)條件，通過優(yōu)化空調(diào)出風(fēng)設(shè)計改善座艙熱環(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提高駕乘人員整體舒適性有重要意義。