基于科学实验与用户体验的电热膜电暖器设计研究

　　摘要：目的为更好解决家用电暖器快速加热与长效发热的兼备性问题，提出基于科学实验与用户体验相结合的电暖器产品设计解决方案。方法首先，通过用户体验评估现有产品的工作性能，提出初步需要解决的问题;然后，基于预设问题搭建科学测试平台进行探索性场景测试，分析产品的基本工作原理，寻找解决问题的突破点;随后，基于产品工作特性提出方案解决思路，并通过科学实验与用户体验结合的模式确定最优的解决方案;最后，探讨功能结构与产品外观造型的关联性，输出完整的设计解决方案，并开展样机测试确定方案的最终可行性。结果采用上下分离可调节电热膜板设计方案，可有效解决电热膜电暖器快速加热(上电热膜板后仰5°，下电热膜板前倾10°)及长效发热(上下电热膜板恢复垂直排列)的兼备性问题。结论设计过程中采用科学实验与用户体验相结合的模式，即可通过科学的测试手段确保设计方案的科学可靠性，同时用户体验的介入可快速地获知使用者的主观感觉，使设计方案更趋于人性合理化，该设计模式可为相关家电产品改良设计提供参考。

　　关键词：工业设计;科学实验;用户体验;电热膜电暖器

　　相关论文投稿刊物：包装工程(半月刊)创刊于1972年，由中国兵器装备集团公司主管，中国兵器工业第五九研究所主办。杂志内容主要分为专论和信息两大部分。包装科学与工程、技术专论、装潢与艺术、工业设计、论坛以及信息与资讯

　　随着生活水平的提升，人们在选购家电产品过程中已不仅限于“能用”，更多的关注于“好用”[1]。以电暖器为例，“好用”电暖器不单对加热效率提出了更高的要求，也更为注重用户体验感受，其表现为功能上的“高效加热”，体验上的“安全舒适”。因此，在电暖器产品设计过程中，做到产品功能客观合理性与使用者主观感觉的统一，是提出“好用”设计概念的关键。文中以电热膜电暖器设计为例，将科学实验与用户体验融入设计流程中，探究解决电暖器快速加热与长效发热的兼备性问题。

　　1科学实验及用户体验在产品设计中的应用

　　1.1科学实验产品的概念

　　功能向实际功能的转化是决定概念设计能否成功转化为现实产品的核心，也是产品设计流程中最具挑战性的环节。为确保产品的概念功能转化为实际效果，科学实验测试手段是此阶段重要的呈现方式。科学实验是以预设目的为指引，运用相应的测试与分析仪器，依据相应的流程，对研究对象的现象及其规律进行分析研究的一种实践活动。科学实验具有直观性强、结果可靠的特点，是获取经验事实和检验科学假说、理论真理性的重要途径[2]。在产品设计流程中，科学实验可对设计方案的各项功能进行测试，利用数据与图表等形式准确客观地反映产品的性能，验证方案的可行性，为设计方案的优化及解决设计问题提供重要的科学参考依据[3,4]。

　　1.2用户体验

　　用户体验是指用户在使用特定产品、系统或服务时的感知反馈，包括情感、认知印象、生理和心理反应等各方面。由于产品设计最终目的是面向市场与消费者[5]，用户对于产品体验感觉的好坏是评价产品设计是否成功的根本，因此，产品设计的用户体验研究一直是工业设计领域研究的重点[6-8]。目前，基于用户体验的设计方法几乎覆盖各类产品设计研究，大到绿色建筑设计[9]、小到母婴产品的改良[10]都需要运用用户体验方法去挖掘用户的需求，确定优化及改进的方向。用户体验在本质上反映的是用户个体对于系统或产品的纯主观感受，这种主观感受会因个体的经历、时间和场景的变换而有所不同，所以进行用户体验研究之前需要对这些因素有足够的了解和分析。

　　2基于科学实验与用户体验的产品设计流程

　　工业设计是一个发现、分析及解决问题的过程，合理的设计流程是引导问题顺利解决的关键。本研究围绕发现、分析及解决问题三大环节，将科学实验与用户体验方法融入产品设计流程，在遵循以用户为中心的设计理念基础上，借助科学实验方法驱动问题的解决，形成从用户体验出发，科学测试介入，再回归用户的解决设计问题的模式。此外，在设计流程后期加入了功能与形式的探讨环节，引导方案的输出，并进行样机测试，验证最终方案的可行性，形成完整的设计流程。基于科学实验与用户体验的产品设计流程的具体实施步骤为：1)提出问题。现有产品分析，确定设计对象与目标;产品体验测试，获取体验感受，指出问题;2)分析问题。针对主要问题，搭建科学测试平台，分析产品的工作机理;3)解决问题。基于产品工作特征，提出解决问题的思路，利用科学实验分析方法筛选方案;通过用户体验模式测试方案效果，确定解决方案。4)输出方案。探讨功能与造型的关联性，输出完整的设计方案，开展样机测试验证方案的最终可行性。

　　3设计案例

　　本文以电热膜电暖器创新设计为例，对文中提出的方法进行探讨。

　　3.1发现问题

　　3.1.1了解现有产品

　　不同于我国北方集中供热模式，南方主要采用多元化的分散供暖方式，供暖设备主要为空调或电暖器。其中，电暖器因其价格适中、使用方便等特点受到消费者的欢迎。家用电暖器的主要热量传导方式包括对流与辐射两类。对流式电暖器加热原理为发热体通电发热加热周围空气，热气上升，遇冷下沉，形成对流，进而提升室温;热辐射式电暖器加热原理为发热体以红外辐射或可见光形式对外直接辐射热量。基于以上两类传热方式，目前市面上的电暖器可大致划分为对流式、辐射式、对流与辐射复合式电暖器等。

　　3.1.2确定设计对象与目标

　　自然对流式电暖器(对衡式、踢脚线、油汀取暖器)在取暖面积、温度恒定、加热均匀、静音性能方面均具有优良的表现，但在局部快速加热方面表现不佳，比较适合大面积及长时间供热;主动送风式电暖器(暖风机)和可见光辐射式电暖器(小太阳)在快速加热性能方面表现良好，但在取暖面积、温度恒定、长时间加热舒适性及安全性能方面表现不佳，不适合长时间供暖使用;对流与热辐射复合型电暖器(电热膜电暖器)结合自然对流与辐射加热的特点，整体表现较良好，没有明显的缺陷，但在快速与局部加热方面还有一定的提升空间。综合上述，本研究选择电热膜电暖器作为设计对象，设计的目标为寻找提升对流与辐射式电暖器局部快速加热性能的解决方式，使其具备优良的短期快速发热及长期持续供暖的性能。

　　3.1.3现有产品体验及反馈的主要问题

　　对流与热辐射复合型电暖器的核心发热部件一般为硅晶电热膜，硅晶电热膜具有升温快、无污染特点，且其发出的红外辐射对人体有促进血液循环的保健理疗效果。本环节主要目的为通过用户体验形式了解现有对流与热辐射复合型电暖器局部快速加热性能情况。体验准备情况如下：1)电暖器：较为常见的长虹CDN-RG155T双面硅晶加热电热膜电暖器;2)体验者：南方某高校学生及教职工，按年龄划分为青年群体(大学生)、中年群体(在职教职工群体)及老年群体(退休人员)，每一群体各随机选择男女测试对象各1名，总计6人;

　　3)测试环境：房间面积30m2，室温25℃，湿度70%;4)体验设置：体验者采用常规坐姿正对电暖器坐立，脚尖与电暖器的测试距离为0.1m至1m，电暖器功率为2000W，每次体验时间为30s。值得注意的是，由于本研究测试时间为南方春夏时节，而电暖器一般在秋冬季节使用，为较准确地反映实际使用季节人体对温度的主观感觉，本研究在骆月珍等人[11]提出的体感温度修正经验公式的基础上，基于南方地区冬夏气候特点(参考数据为《中国统计年鉴：行政区划和自然资源》)。

　　经体验测试，6位体验者集中反馈的主要问题如下：1)体感温度与取暖距离密切相关，靠近电暖器时有强烈的灼热感(通过方程(1)计算及参考表2对应关系，得出修正后冬季热感觉亦为很热)，远离电暖器后短时间内感受不到温度的明显提升，距离电暖器0.2m至0.4m区间取暖较暖(通过方程(4)计算及参考表2对应关系，得出修正后冬季热感觉为舒适);2)热量多集中在小腿膝盖，身体和头部升温缓慢，全身受热不均匀，舒适感欠佳。由上体验结果，可知所测试的电暖器在距用户一定范围内基本可实现快速加热的效果，但用户受热均匀度不佳，需要进一步优化。

　　3.2分析问题

　　为了解电暖器的工作特点及探究上阶段用户体验反馈的主要问题产生的原因，本阶段采用科学实验方法对电暖器的工作情况进行分析。

　　3.2.1实验平台搭建

　　在实验中，采用实验仪器取代用户，利用测量数据客观分析电暖器的工作性能。本实验将电暖器放置于离墙面一定距离的位置(距墙面0.2m-0.6m处)，记录热量辐射到墙面的分布情况(墙面上以0.2m为间隔高度设置6个温度监测点)。另外，为探究电暖器的对流性能，本实验也对电暖器发热后引起热气流动情况及室内温度变化情况进行了测量。本实验主要仪器为红外线测温枪、风速仪等，每组工况在电暖器工作3min后进行测量。

　　3.2.2工作特征分析

　　1)电暖器的热辐射传递方向十分集中，主要作用范围为电热膜板投影区域(高度为0.2m-0.6m区域);2)接近电暖器区域(离电暖器距离小于0.2m)温度过高(大于50℃);2)电暖器在与电热膜板垂直方向的热量传递距离是有限的，理想的取暖距离为0.2m-0.4m。

　　3.3解决问题

　　3.3.1明确改进方向、提出解决思路

　　根据上阶段的电暖器工作特征分析，可明确所测试的电暖器存在的主要问题为：①安全性问题，所测试电暖器为双面辐射发热工作模式，但障碍物与电暖器距离小于0.2m时，温度过高，如果在小空间内摆设不当可能会引发安全性问题;②舒适性问题，所测试电暖器的辐射热量分布不均且范围过于集中，离地面高度为0.2m至0.4m区域温度最高，而电暖器电热膜投影范围外的脚部及上半身加热效果不佳，但这些部位恰恰对温度较为敏感。因此，本研究的设计改进方向可为解决电暖器的安全与舒适性问题。针对现有电暖器的上述问题，结合其工作特性，可提出以下解决思路：1)将现有电暖器的双面辐射加热模式改为单面辐射加热模式，改善安全性能。2)调整现有电热膜板辐射发热的角度，改善热量分布的均匀性，提升舒适性。如将传统的单块电热膜板更改为由上下两块电热膜组成，上下两部分电热膜分别后倾和前倾以改善人体上下半身的受热情况。

　　3.3.2方案实验论证

　　本环节采用科学实验方法分析上一环节提出的解决思路的合理性。针对电暖器安全性问题解决思路，实验中采用真空隔热板将电暖器的背面屏蔽，保留正面辐射发热面及顶部热量排气口，在近距离取暖区间0.2m-0.4m处的单面模式加热性能均比双面模式好，当与电暖器距离为0.6m时，两种模式的加热效果基本相同，单面加热模式总体具有较好的辐射加热性能。

　　为验证电暖器单面加热模式对自然对流性能的影响，本阶段也对单面加热模式工作时顶部排气口的气流速度进行了测试。测试数据显示，当采用单面加热模式时，电暖器顶部气流速度约为0.25m/s，比双面加热模式工作时的0.184m/s高出近35%，有利于加快空气对流。另外，为确定单面加热工作模式长时工作的安全性，本研究对单面辐射发热电暖器进行了1小时的满负荷(功率2000W)持续发热测试，结果显示，机体未出现极端过热与异味产生现象，顶部热气排放顺畅，机体运行平稳。

　　4结语

　　本研究以电热膜电暖器设计开发为例，将用户体验与科学实验分析手段集成于设计流程中，探讨了电暖器设计中发现问题、分析问题、解决问题与方案输出的新模式，提出从用户体验出发，科学实验测试介入，再回归用户体验及最终方案样机测试的新设计流程。本研究验证了科学实验与用户体验相结合的设计模式是解决产品创新设计问题的有效途径，可为类似的家电产品创新设计提供参考。

　　参考文献：

　　[1]李卓,杨君顺.基于需求心理学的家用产品设计的研究[J].包装工程,2009,30(4):103-104.LIZhuo,YANGJun-shun.ResearchonHouseholdProductsDesignBasedonDemandPsychology[J].PackingEngineering,2009,30(4):103-104.

　　[2]夏有为.实验为本探索未知——访上海交通大学校长张杰院士[J].实验室研究与探索,2013,32(08):1-3+7.XIAYou-wei.ExperimentalInvestigationsonUnknownFrontier——InterviewwithAcademicianZHANGJie,thePresidentofSJTU[J].Researchandexplorationinlaboratory,2013,32(08):1-3+7.