低辐射玻璃对冬季车辆舱内局部皮肤温度与热感觉的影响及其节能潜力研究

为解决电动汽车(EV)在寒冷冬季因HVAC系统高能耗导致的续航焦虑问题，日本早稻田大学团队开展了Low-E玻璃对车辆舱内热环境及乘员热舒适性影响的研究。通过人体实验对比Low-E(ε=0.14)与普通玻璃(ε=0.84)的性能差异，发现Low-E玻璃使平面辐射温度提升11.0°C，等效温度提高4.5°C，显著改善局部热感觉(p<0.05)，女性受试者对辐射改善更敏感。该研究为电动汽车节能设计提供了重要依据。

　　

在电动汽车(EV)快速发展的背景下，HVAC(Heating, Ventilation, and Air Conditioning)系统作为第二大能耗单元，其冬季制暖能耗直接影响车辆续航里程。传统车辆玻璃的高红外发射率(ε=0.84)导致舱内热量大量散失，而建筑领域广泛应用的Low-E(Low-Emissivity)玻璃虽能有效调节热辐射，却因汽车玻璃的曲面特性长期难以产业化。这一矛盾促使日本早稻田大学联合玻璃制造企业开展创新研究，探索单层曲面Low-E玻璃在改善车辆热环境方面的潜力。

研究团队在-10°C环境舱内，采用三菱欧蓝德PHEV作为实验平台，配置左侧Low-E玻璃(ε=0.14)与右侧普通玻璃形成对照。12名健康受试者(6男6女)分别暴露于两种玻璃环境，测量了脸颊、前臂和手部(8cm/16cm距离)等部位的皮肤温度变化，并通过7级量表评估局部与全身热感觉。

关键技术包括：1)使用CNR4辐射计精确测量长波(4.5-42μm)辐射通量；2)通过热舒适传感器(HD32.3)监测舱内t_a(空气温度)、t_g(黑球温度)等参数；3)采用ITP082-24热敏电阻以1秒间隔记录14个皮肤位点温度；4)基于ISO 9920标准计算1.0 clo(服装热阻单位)着装条件下的热平衡；5)运用Madsen模型计算等效温度(t_eq,w)。

3.1 环境热参数
实验保持舱外-10°C恒定温度，舱内平均温度23.1°C(Low-E侧)与22.8°C(Normal侧)。理论计算显示Low-E玻璃内外表面温度(0.4°C/0.1°C)显著低于普通玻璃(4.5°C/4.1°C)，这源于其高红外反射特性减少了热传导。

3.2 辐射环境
热平衡分析表明，Low-E玻璃使辐射热传递降至22.7 W/m²(普通玻璃91.3 W/m²)，总热通量减少38%。其平面辐射温度(t_pr,w)达20.6°C，较普通玻璃高11.0°C；等效温度(t_eq,w)差异达4.5°C，优于建筑用Low-E中空玻璃。

3.3 皮肤温度
所有测试部位在Low-E条件下的皮肤温度降幅减少0.6-0.8°C，其中前臂降温最显著。手部8cm距离(Hand 1)比16cm(Hand 2)表现出更大温差，证实辐射影响随距离衰减。

3.4 热感觉评估
Low-E使脸颊和手部的局部热感觉评分提高0.5分(p<0.05)，5分钟后全身热感觉仍保持0.4-0.5分优势。女性对玻璃类型的敏感度更高，手部温差感知达0.59分(男性0.25分)。

4.2 视窗因子影响
Hand 1与Hand 2结果的差异揭示：当身体部位与玻璃距离超过16cm时，Low-E的改善效果减弱，这对敞篷车和全景天窗车型的设计具有指导价值。

该研究首次量化了汽车用单层Low-E玻璃的冬季性能，证实其可创造优于建筑中空玻璃的辐射环境。通过降低38%的玻璃热损失，不仅提升乘员(尤其女性)舒适性，更为EV节能设计开辟新路径。研究结果对开发大玻璃面积的新型车体结构，平衡美学与能效具有重要实践意义。