0 引言

舒适性是人对环境影响的一种主观评价，飞机座舱封闭空间的环境控制完全依靠环控系统，且座舱内人员密度高、人员行为受限，座舱压力会随飞行状态发生变化，因此飞机舱室舒适性研究是一项复杂的综合性工程，影响因素包括：热环境、声环境、光环境、空气品质等。袁领双等人^[1]指出，在激烈的国际竞争下，现代民航客机正在向高安全、高舒适、大运力、低消耗的方向发展，客机的舒适性设计越来越受到人们的关注。

在民用飞机的运营过程中，进行座舱内环境参数测量和开展舒适性主观问卷调查，能够获得真实的飞机座舱环境参数特征，了解机组人员和乘客对真实飞机座舱的满意度。本文从飞机舱室环境影响因素架构、飞机舱室实测环境参数、舒适性主观评价三方面进行了文献调研和研究，旨在分析民用飞机中舒适性的影响因素，为后续飞机座舱舒适性提升技术提供参考。

1 飞机座舱环境参数标准

1.1 热环境参数

热舒适是人对周围热环境所做的主观满意度评价。飞机座舱热环境舒适性的影响因素主要包括温度、风速、压力、湿度。相关标准^[2-6]对座舱内的温度、风速等控制要求如表1所示。

1.2 空气品质

飞机座舱内的污染物来源主要是动力系统引气、座舱内的内饰材料、人员呼吸、人员散发等^[7-9]。污染物的组成和浓度对乘客、乘务员的舒适性和健康具有重要影响，CCAR 25部、FAR 25部、CS 25部等适航标准中提供了常见污染物如CO₂、CO、O₃的舱室浓度值，俄罗斯适航法规AP 25部中还列举了甲醛、甲苯、汽油蒸气等污染物的浓度值。CO₂、CO、O₃、甲醛等常见污染物的浓度限值要求如表2所示。

1.3 声环境参数

声环境是影响人体舒适度的重要环境因素之一。民用飞机舱室内的噪声主要来源于动力装置噪声、辅助动力装置噪声、系统噪声、机体噪声^[11]。声环境舒适性评价指标包括了响度、噪度、计权声压级、语言干扰级、噪声评价数（noise criterion，简称NC）曲线等。多数噪声相关标准采用A声压级评估噪声，GB 9673-1996中要求飞机座舱内噪声应低于80 dB（A）^[6]。文献^[8]建议民机舱内噪声水平设计目标设定为平均80 dB（A）及客舱后部噪声不超过85 dB（A）。

1.4 光环境参数

光环境对人体舒适性体验有极大的影响，相关的光环境参数包括照度、色温、色彩等。光源颜色的变化会导致人们对热环境心理感知上的差异。Bennett和Rey^[12]提出了著名的“Hue-heat Hypothesis（色调热假说）”，即冷色调会让人感觉温度较低，而暖色调会让人感觉温度更高。照度的提升对主观光舒适的改善是有利的，但无节制的增大照度意义不大，工作面的平均照度在300 lx或400 lx以下即可以使人感到舒适^[13]。相关标准如GB 9673-1996和HB6491-91中对飞机内照明提出了照度要求，见表3。

2 运营中民用飞机舱室环境参数实测研究

2.1 运营中民用飞机舱室环境参数实测研究现状

研究人员自上世纪90年代开始了民用飞机舱室环境实测研究，早期研究的环境参数主要为热环境参数和以CO₂为代表的气态污染物^[15-17]。自2010年起，国内外学者对座舱环境参数进行了更加细致的测试研究。2010年，周翔^[18]在8架次航班上进行实测，在此次座舱污染物浓度测试中测量的污染物种类更加广泛，测试的污染物包括了CO₂、CO、SO₂、NO₂、O₃、NH₃、总挥发性有机化合物（total volatile organic compounds，简称TVOC）、甲醛和微生物。

2012年，在美国联邦航空管理局的支持下，Spengler等人^[19]对83架次航班上的客舱环境进行了检测，监测的空气品质参数包括CO、CO₂、微粒、O₃、VOC、半挥发性有机化合物（semi-volatile organic compounds，简称S-VOC）、羰基化合物和磷酸三甲苯酯。研究指出除了低压、偶尔高臭氧浓度、极度干燥的空气和可能稍高的噪声水平外，大多数商用飞机客舱的空气质量和环境状况与办公室、学校和住宅的情况相当或更好。

2014至2016年期间，清华大学在973计划的支持下开展了多次舱室环境参数实测研究^[20-21]。清华大学关军等人^[22-23]在清华-波音公司联合研究中心的支持下对107次商用飞机航班上的VOC种类和水平进行测试，107架次航班总共检测出346种VOC，并且提出了包含有29种高检测率化合物的清单作为座舱VOC目标检测物。

2015年，Giaconia等人^[24]对14架次A319中的辐射温度、空气温度和相对湿度进行了测量，并由此计算出从起飞到着陆的过程中预计平均投票（predicted mean vote，简称PMV）的范围为-0.16~0.90，预计不满意百分比（predicted percentage of dissatisfied，简称PPD）的范围为5.0%~22.1%。

2016年，尹英娟^[25]对10架次波音737客机上的空气温度、相对湿度、辐射温度、压力和CO₂浓度进行了测量。研究发现：座舱内相对湿度、压力和CO₂浓度变化趋势类似，均是飞机起飞时迅速下降，巡航过程中维持在较低水平，着陆时逐渐上升。

2021年，清华大学、天津大学、中国商飞及波音合作，对8种机型共计56架航班（包括短途和长途航班）的羰基化合物（C1~C6）和其他挥发性有机物（C6~C16）进行了实测研究^[26]。

2021年，清华大学、天津大学、中国商飞及普渡大学合作，在2017至2019年对不同类型航班的CO₂浓度进行测量，发现巡航阶段的CO₂浓度最低，单双通道机型差别不大，随着通风率的提高，30年内的CO₂浓度呈缓慢下降趋势^[27]。

2022年，Lee等人^[28]对主流宽体客机的A声级和C声级噪声进行了实测。测试结果表明空客A380-800的声压级在所选机型中最低，而空客A350-900的舱内声压级值最高；飞机之间的分贝水平差异很小，差异在3 dB以内。该研究证明了低频噪声的显著存在，且在机舱噪声评价体系中应引入低高频噪声分析。

2022年，清华大学、天津大学等多所高校合作，调查了总共46个航班的VOCs浓度、空气温度、相对湿度和CO₂浓度，其中包括26个中国国内航班和20个国际航班。VOCs中二甲苯与眼睛、鼻子和喉咙刺激显著相关，因此，机舱中的挥发性有机物，特别是二甲苯和醛类，可能会影响乘客感知的室内空气质量和投诉^[29]。

2.2 运营中民用飞机舱室环境参数实测结果分析

上述研究的具体测试结果按照热环境参数、空气品质参数、声环境参数和光环境参数进行了梳理，具体见表4、表5和表6。

表5（续）

表4为座舱内热环境参数测试结果。由表4可见：座舱平均温度分布范围为20~31℃，分布范围较广，不同测试结果具有较大差异。与ASHRAE161-2013^[5]定义的舱室温控范围18.3~23.9℃相比，大部分测试结果中的平均温度均超出该范围。座舱内的相对湿度较低，大部分实测得到的平均相对湿度均低于40%，最低相对湿度仅为1.7%，国内航班的平均相对湿度较国际航班高；大部分飞机座舱内的相对湿度低于GB 9673-1996《公共交通工具卫生标准》^[6]中规定的相对湿度范围：60%≥相对湿度≥40%；座舱内的平均风速均低于0.2 m/s；座舱内的巡航压力范围均满足适航条款的规定，即在正常操作条件下最低舱内压力不应低于75.3 kPa。

表5为座舱内污染物测试结果。由表5可见，舱室内的CO₂浓度测试最为广泛，测试的CO₂浓度满足适航条款规定的限制5 000 ppm，大部分测得的平均CO₂浓度低于2 000 ppm，即满足EN 4618-2009中提供的健康舒适限值；其余污染物如CO、O₃、甲醛等浓度相比标准限值低。

表6为舱室噪声水平、照度实测结果。由表6可见，大部分座舱内的噪声水平均低于80 dB（A），基本满足GB 9673-1996^[6]规定的80 dB（A）限值。近年来对座舱内照度的实测研究较少，实测数据反映客舱内平均照度变化较大，其主要原因是乘客在航行过程中因为休息而把舷窗的挡光板拉下挡光，或乘务员为避免打扰乘客休息而调低壁灯光照造成的。

3 运营中民用飞机舱室舒适性主观评价研究

为乘客和乘务人员营造健康舒适的座舱环境是座舱舒适性研究的目标，乘客和乘务人员在真实飞行过程中的舒适感，以及对座舱环境的主观评价是获得座舱舒适性关键影响因素的主要来源之一。主观问卷主要收集乘客、机组人员对机舱微环境的主观评价，包括对热环境、声环境等参数的感知及不适症状等。

2010年，周翔^[18]对8架次国内航班的乘客进行了问卷调查，了解他们对座舱环境热感觉、总体满意度、不适感等主观评价。乘客对座舱环境的整体满意度接近“刚好满意”，距离“满意”仍有差距。此外，乘客反映的不适症状中，“乏力、头疼、无精神”的比例最大，其次为“眼睛干燥、发痒、流泪”。噪声是最影响总体满意度的环境因素，其余依次为空气品质、温度、压力、湿度、振动，而风速和光线无影响，如图1所示。

2014年，崔惟霖等人^[20]在14架次波音737中调查了乘客对热环境参数、噪声、振动、座椅舒适度、空气品质以及整体环境的评价。乘客对座舱环境较为满意，空气品质、噪声、振动、座椅舒适性对总体满意度影响最大，压力、气流、温度影响稍弱，但是湿度影响不显著，可能原因是人体对湿度变化不敏感，且国内航班飞行时间较短。

以往研究均主要关注乘客的舒适性和满意度，很少关注乘务人员的健康和舒适度。尹英娟^[25]在10架次波音737客机上对乘客和乘务人员均开展了舒适性问卷调查。对于乘客，噪声是影响整体满意度最重要的环境因素，其次为座椅舒适度、空气品质、振动、温度、压力、湿度、风速和照明。乘务人员对座舱环境的评分值明显低于乘客（见图2），其中乘务人员对相对湿度和空气品质的评分值显著低于乘客。乘务人员普遍抱怨座舱内空气湿度太低，问卷的建议一栏中，多数乘务人员提出希望能加大座舱内空气湿度，提高座椅舒适度和柔软性等建议。

国内与国际航班上乘客的乘坐体验和主观评价也会有差异。2017年，吴丹等人^[31]在34个国际航班和103个国内航班上进行了问卷调查。乘客对总体环境比较满意，其中最影响整体满意环境因素的占比如图3所示，与图1一致，噪声均是最不利因素，风速光线的影响最小。此外，研究显示乘客对空客座舱环境的整体满意度均优于波音，但是乘客在波音飞机中感受到的湿度舒适性要优于空客飞机。乘客对国内和国际航线的总体满意度基本一致，国内航线在照明、空气品质、冷热感受方面的满意度明显高于国际航线，这可能是由于国际航班飞行时间较长且活动空间狭小造成了不舒适感。噪声仍为国内外航线的主要不满意因素。

4 结论

本文从飞机舱室环境影响因素架构、运营中飞机舱室实测环境参数、舒适性主观评价三方面对民用飞机座舱舒适性影响因素进行了研究，结果如下：

1）环境温湿度、气流、噪声等重要参数在适航类标准中无具体要求；而其他针对座舱环境参数的标准之间存在较多不一致性，且现有标准未直接体现出飞机座舱驾乘舒适性。

2）飞机实测的环境参数中座舱压力、噪声、常见气态污染物满足相关标准要求，平均座舱温度和相对湿度明显超出相关标准的控制要求，但是乘客对温度和相对湿度的评价都较为满意，对噪声最不满意，对空气品质的满意度也较低。其主要原因是人体对温湿度的耐受能力较强，可以通过人体热调节或其他自调节行为如开闭个性化送风、增减衣物等方式改善热舒适性；另一方面，飞行时间短也会导致人体对低湿环境暴露不敏感，从而导致湿度对乘客的主观评价影响不显著。

3）不同的问卷调查研究结果略有差异，但乘客对座舱环境的整体满意度均为“较为满意”，座舱环境舒适性仍有提升的空间和提升的必要性；且均显示噪声是影响乘客整体满意度的最不利因素，风速和光线的影响最小。

4）目前对机组人员舒适性的关注度较小，相关研究较少。对于机组人员，相对湿度是最不适的环境因素，其次为空气品质，然后是噪声，这与乘客的主观评价结果具有较大差异。

参考文献