汽車熱舒適性評價方法

汽車熱舒適性評價方法

近幾年來,汽車熱舒適性已經成為評價汽車性能的重要指標,良好的熱舒適性已經成為高檔轎車的必備條件,車內熱舒適性的評價也愈來愈受到廣泛重視。

汽車是一個非常複雜的熱環境場,除了空氣溫度外,人的舒適性還受到空氣相對濕度、空氣流速、雙譜熱輻射(陽光、空調)等的影響,這些因素都造成了車內氣候環境的複雜性和不穩定性。另外,汽車內人體的熱舒適性不僅跟所處熱環境有關,還跟人體的主觀感受有關,且人體不同部位對熱環境的敏感程度也不一樣,這為熱舒適性評估增加了複雜性和難度。

一、什麼是熱舒適性?
根據美國供暖製冷空調工程師學會(ASHRAE)的定義,熱舒適性是指人們對熱環境表示滿意的意識狀態。
熱舒適條件:
  1. 必要條件:人體與環境熱交換達到平衡
  2. 充分條件:皮膚平均溫度具有與舒適相適應的水平
  3. 基本條件:在舒適狀態(心理、生理感到滿意)
二、熱舒適性評價方法有哪些?
1. PMV-PPD 指數
1970年,由丹麥應用技術大學的Fanger教授提出,後經美國的堪薩斯州立大學在建築領域得以驗證。
PMV(預測平均投票數指數),PPD(預計不滿意者的百分數)
GB/T 18049-2017 熱環境的人類工效學通過計算PMV和PPD指數與局部熱舒適準則對熱舒適進行分析測定與解釋(ISO 7730: 2005,IDT)。
PMV由空氣溫度、平均輻射溫度、空氣流速和相對濕度環境參數以及代謝率、服裝熱阻計算獲得。由人體熱平衡計算,中等熱環境中,通過調節皮溫和出汗量等維持熱平衡,與受試者群體的人感覺投票的統計結果相關。PMV 的分度,使用從-3(冷感)~0(中間感受)~+3(熱感)共7 個階段的舒適性評價。
7個等級熱感覺量表
PPD與PMV的函數關係
2. EHT(Equivalent Temperature) 等效空間溫度指數
2001年,SAE J2234—2001 中定義了當量溫度評價指標Teq。當量溫度綜合考慮了空氣溫度、空氣流速和輻射影響,將人體分為15 個節段,計算每個節段與周圍環境的熱交換,利用局部熱舒適評價指標代替全身熱舒適評價指標。基於交通工具內熱環境評估標準ISO 14505-2, 2006,Teq(等效空間溫度)是假想人體所處的理想均勻環境的溫度,在該環境中人體與環境的熱交換可用下式表徵,測量或計算Q和hcal, 然後得出等效溫度。
等效空間溫度T_eq

各種氣候因素對人的作用最終都體現為體表散熱,因此需要對這些因素進行綜合測量,只需要討論機體熱交換能量,就能討論體感熱舒適性。空氣溫度、平均輻射溫度和風速,濕度的綜合效應可以用等效溫度Teq來表示,它僅與人體的干熱損失Q和服裝隔熱值(服裝熱阻Clo)有關。
3.熱生理Fiala模型-TS 和DTS 指數
基於整體舒適指數旨在以單一值描述一個人的整體舒適感,這個值可以作為給定情況下舒適度的一般表示,來自Fiala模型(1998):“Dynamic Simulation of Human Heat Transfer and Thermal Comfort”.
模型由受控被動系統和控制主動系統這兩個相互作用的系統組成,越靠近外皮膚層溫度變化越劇烈,節點相應佈置得越密集。被動系統模擬人體內部以及體表與周圍環境之間的熱交換,在模型中考慮了表面對流,定向輻射換熱,皮膚水分蒸發以及服裝熱阻的不均勻性。主動系統通過4種基本的體溫調節反應來模擬複雜的生理現象:血管收縮、血管擴張、顫抖和出汗。
Fiala的TS 指數(熱感覺)和DTS 指數(動態熱感覺)
基於核心溫度、人體表面溫度、人體表面溫度變化率等計算DTS指數。
4. PT TEKNIK 暖體假人模型
為了準確獲得成員艙內人體舒適性,丹麥PT TEKNIK 公司開發了一款用於乘員艙內舒適性測試的暖體假人模型。PT Teknik 的暖體假人模型是一種高度可靠的工具,與人類測試相比,人體模型進行“客觀”的熱舒適性評估,不受情緒、食物/飲料攝入等主觀因素的影響。

A. 自然的體型- 男性或女性,具有經過優化的2.2 毫米密集佈線,可在整個身體上產生均勻的熱量損失。

B. 在不到10分鐘內達到設定值的溫度,並在任何現實的操作環境中保持穩定性。

C. 可根據應用程序進行站立、坐下或躺下放置。機身可在腰部分離,無需工具,便於運輸和安裝。

D. 採用優質玻璃纖維鑄造,頸部﹑肩部﹑肘部﹑髖部和膝蓋具有堅固的鋁製關節,使熱模型能夠承受四處移動、穿衣/脫衣等。

E. 通過直觀的PC軟件Windows 界面進行操作,具有圖形監控和靈活的數據記錄功能。

PT Teknik 暖體假人

暖體假人的體感熱舒適性-熱感覺的評價優勢
  • 不同服裝場景下的分析;
  • 更詳細的身體區域分析;
  • 不同人體活動姿態狀態下(站姿,坐姿,臥姿,行走)的體感熱舒適性分析;
  • 不同活動場景代謝率的選擇(靜態,動態);
  • 建立模擬人體周邊熱羽流層,討論體表散熱對周邊熱環境及熱舒適的影響;
  • 引入空間等效溫度EHT模型測量Teq,直接測試非穩態條件下人體與環境的換熱量,進而預測該環境下人體及各個部位的熱感覺和熱舒適程度,瞬態及非穩態熱環境(非對稱輻射、局部氣流、局部冷卻等)也能得到準確的結論。
三、總結
PT TEKNIK 暖體假人不僅引入PMV模型和標準有效溫度(SET模型)用來評估人體所在空間環境的熱舒適性,更重要的是引入等效空間空間溫度模型(EHT模型)來評估人體不同身體區域的“體感熱舒適”,同時PT TEKNIK 暖體假人測試系統也提供基於DTS-Fiala模型的熱生理舒適性評估的解決方案,在任何環境中模擬真人-服裝-環境之間的熱交換和熱平衡,不同身體區域的皮膚溫度,熱交換能量及體感指標測試數據詳細而精確,能更好地用於分析車輛內熱環境的評估和空調HVAC系統的熱舒適性和效率。

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