電風扇風力測量及體感舒適度評價

沈 艷 宋禹辰

（1.江蘇聯合職業技術學院無錫旅商分院，江蘇 無錫 214000；2.江蘇省無錫市第一中學，江蘇 無錫 214031）

0 引言

電風扇簡稱電扇，也稱風扇、扇風機，是利用電機驅動扇葉高速旋轉，來達到空氣加速流通的家用電器，用于清涼解暑和流通空氣，在家庭、教室、辦公室、商店、醫院和賓館等場所廣泛應用，是經濟實惠改善空氣和降溫的有效方法，也是人們生活中常用的家用電器。

隨著我國經濟的高速發展，人們的消費觀念和理念悄然發生改變，電風扇消費者的需求也在變化。中怡康時代推總數據顯示，2018年電風扇市場零售量為4 162.8萬臺，同比下降14.8%，銷售額116.8億元，同比增長2.3%，出現量降額增現象，其背后的原因主要是經濟發展，人們對高質量、美好生活的追求所致[1]。

1 我國經濟的高速發展

圖1 歷年GDP及增速情況

我國在改革開放政策及國內、國際良好形勢下，經濟高速發展，圖1給出了我國GDP的變化趨勢[2]，按照大陸2015年137 462萬人，人均GDP為5.01萬元；2020年大陸人口為141 177萬人，人均GDP為7.20萬元，5年的平均增長率達到了7.52%。

圖2給出了歷年人均可支配收入的變化情況[2]，2013年為18 311元，而2020年為32 189，7年間的平均增速為8.4%，消費者有了更多的可支配收入，這位消費升級奠定了經濟基礎。

2 電風扇技術的發展趨勢

電風扇作為日常電器用品，主要功能是空氣循環及降溫，但隨著人們生活水平的提升，消費者對于風扇風感的追求越來越高，電風扇向高端化、差異化創新產品的方向發展，消費者已不再單一滿足電風扇的降溫功能，例如希望電風扇扇葉更具有韌性，吹出的風更柔、更細，能夠攪拌室內空氣，讓空氣形成對流等，即對風的體感舒適度提出了更高要求，從而體現高品質的生活，即越來越在意精神層面的感受，希望讓人在吹電風扇的時候仿佛置身于大草原之中，感受著微風吹拂面頰的舒適，輕快涼爽，產生內心的愉悅享受，不必再擔心長時間吹電風扇造成的頭疼等不良影響，圖3是我國電風扇生產量的變化趨勢[3]。

圖2 歷年人均可支配收入及增速情況

圖3 電風扇生產量及增速

根據華經情報網數據，我國2020年電風扇零售額為85.6億元，零售量4 594萬臺，雖然受到疫情影響，但電風扇屬于免安裝、輕服務的產品，電商購買逐漸成為其主要渠道，社交電商興起與直播帶貨的影響，電風扇線上市場迎利好。據奧維云網的結果，2020上半年，電風扇線上零售額占比達66.3%，線上零售量占比突破80%達83.5%，同比增長近10%，同時銷售的高端電風扇價格達到4 000元左右，基本與一臺空調的價格相當。

另一方面電風扇發展的趨勢是智能化，即盡量從人性化角度體現智能水平，例如，藍牙遙控、手機App操控、多種風感（直吹風、自然風、智能風），根據人體感應及溫度自適應啟動風扇等，這些都是從使用方便性角度體系智能化和人性化，讓人感覺更舒適和高 質量[4，5]。

電風扇的本質功能還是空氣流通，因此雖然有各種人性化和智能化高端功能在開發，但風扇健康、舒適、環保必須成為未來消費關注的重點，例如，可過濾空氣污染物給消費者帶來更舒適、健康體驗，未來發展必須更強調風感的重要性，同時盡量能適應嬰兒、小孩和老人等特殊人群差異化的需求。

3 電風扇風力測量及分析

根據國標《交流電風扇和調速器》（GB/T 13380—2018）的規定，電風扇指標主要有轉速、搖頭機構、噪聲、輸出風量、能效值等，消費者對電風扇最直觀的感受有噪音、輸出風量、能效值，通常噪聲及能效值通過測量及感受可以評價，而且這兩個指標容易測試和量化分析。但輸出風量及風力測量相對專業，且從電風扇使用的角度，高品質風感與風力和輸出風量直接相關，對消費者而言，風感通常為主觀評價，無法進一步量化分析。本文通過對電風扇風速和輸出風量的測量，探索電風扇風感的分析和評價，從消費者的角度分析風扇使用的體感舒適度。

傳統電風扇吹出的風通常是團塊狀，風吹到人體會有硬邦邦的感覺，也就是風的渦旋成分和硬風感較強，人體感受度不高，特別是長時間吹這種類型的電風扇，容易造成人體頭痛、眩暈、胸悶、惡心、關節疼痛等不適。真正讓人感受舒服的風感應該是像自然風一樣輕柔，而且有較遠的送風距離和較低的噪聲，GB/T 13380規定的輸出風量測試系統大致原理如圖4所示，其中，對測試環境、房間大小和電風扇距各墻面的距離都有規定。

圖4 電風扇輸出風量測量示意圖

電風扇核心功能是風感，平常說的風力在物理主要是風速和輸出風量，風速通過風速計測量，輸出風量是單位時間內空氣的流通量，根據風速及流通面積計算得到，直接表明電風扇的工作能力，GB/T 13380標準對電風扇最高檔運轉時的輸出風量有規定限值，但對其他檔位輸出風量未明確要求。根據GB/T 13380的規定，從距離扇葉軸線20 mm左右上下4點開始測量，以每40 mm的增量分別沿著水平和垂直方向逐點向外移動，直到所測得的平均風速低于24 m/min為止，本文主要研究兩種品牌的落地電風扇，A品牌為9葉，風葉直徑300 mm，12擋；B品牌為9葉，風葉直徑400 mm，12擋。

通過各距離左右上下4點風速的測量，然后按照左右上下的平均值作為風速的測量結果，圖5給出了A品牌落地扇各檔風速的測量結果。

由圖5可見，該風扇在固定距離時，各擋位的風速變化存在較好的線性度，各擋之間存在明顯的梯度變化，這樣人在使用電風扇時能感覺到明顯的風感。各擋位風速變化線性度較好，線性相關系數R2在20 mm、60 mm、100 mm、140 mm分 別 為0.989 9、0.985 9、0.967 2、0.911 6。對于A品牌電風扇當消費者在逐步調整電風扇檔位時，會明顯感覺到電風扇風力的逐步增加，同時風速的增加，也會增加送風距離，提高消費者使用電風扇的體感舒適度，圖6為A品牌電風扇各檔輸出風量的計算結果。

圖5 各檔風速測試結果

圖6 各檔輸出風量測試結果

由于輸出風量根據風速及面積計算得到，當左右上下4點距離扇葉軸線越來越遠時，雖然此時的面積在增加，但由于遠離電風扇扇葉軸線，風速也會越來越低，因此風扇的輸出風量當左右上下4點距離扇葉軸線移動量增加時，輸出風量先是增加，然后達到最大值之后開始逐漸下降，直至風速降低至24 m/min時停止。從圖6可見，針對該風扇的最高12擋，20 mm時輸出風量最小，60 mm、100 mm輸出風量逐步增加，而當140 mm時，輸出風量又開始下降，其變化趨勢如圖7所示。

圖7 12檔各距離時的風速和輸出風量

圖8 給出了B品牌落地扇各擋風速的測量結果。

圖8可見，該風扇在固定距離時，各擋位的風速變化線性度差，且存在交叉現象，各擋之間風速梯度不明顯，在使用電風扇時當擋位增加，使用者不能明顯感受到風力和風量的增加，20～220 mm6擋距離風速的線性相關系數R2分別為0.906 9、0.875 1、0.931 9、0.789 8、0.870 7、0949 6。圖9為B品牌電風扇各擋輸出風量的計算結果，圖10為12擋各距離時的風速和輸出風量。

圖8 各擋風速測試結果

圖9 各擋輸出風量測試結果

從以上的測量結果可見，B品牌電風扇隨著距離的變化風速線性度差于A品牌，說明B品牌風速更類似團風，當消費者在提高擋位時不能明顯感覺到風速增加，輸出的風量均勻度差，但由于B品牌的移動距離更大達到了300 mm，相對的送風圓錐角度高于A品牌電風扇。

電風扇各擋的風速，不同的產品不盡相同，但總體對消費者需求的風感而言，希望擋位固定時更穩定的風速，送風距離能夠更大，而不是感覺一陣一陣的團風，風感的穩定性通過風速的均方差來衡量，圖11和圖12給出了A、B品牌12擋、20 mm穩態情況下風速的測量情況。

圖11 A品牌12擋20 mm位置風速穩態結果

從圖11可見，A品牌風速在穩態情況下存在一定的波動，但總體較為平穩，該擋位風速的標準差為1.28 m/min，40 s內的風速的均值為291.62 m/min，最小值288.3 m/min，最大值294.6 m/min，定義風速最大值減去最小值除以均值為波動率，則風速的波動率為2.16%。

圖12 B品牌12擋20 mm位置風速穩態結果

從圖12得到該擋位風速標準差2.719 4 m/min，40 s時間內的均值為138.85 m/min，最小值132.75 m/min，最大值為141.6 m/min，風速波動率為6.37%。從圖11和圖12的測量結果可見，A品牌的風速波動率明顯小于B品牌，即該擋位A品牌風速的穩定性高于B品牌，總結出的風感及體感舒適度主要評價指標如表1所示。

表1 風感及體感舒適度評價指標

4 結語

通常電風扇的價位都在數十元至數百元，實際消費升級悄然展開，外形時尚、風感優良的智能電風扇越來越多，上千元至數千元的電風扇同樣受到市場的青睞。電風扇的核心是風感，本文從人體舒適度的角度對電風扇的風速和輸出風量進行分析和研究，并提出了風感及體感舒適度評價指標。同時為滿足未來市場消費者的需求，電風扇技術也需要持續創新，從而制造出符合市場需求的高品質產品，后續會衍生出很多新的商機，演繹出嶄新的市場，從而不斷滿足人們對美好生活的向往和追求。