자동차 산업에서는 전기차로의 전환과 함께 전용 난방 플랫폼인 '국부 복사 난방'이 주목받고 있다. 전기차용 적외선 복사 히터는 넓적다리, 무릎 부위와 발등 위치에 설치될 것으로 예상되어, 본 연구는 겨울철 실외에서의 자동차 탑승과정 및 실내 환경을 조성하고, 세 가지 부위를 여덟 가지 조합 하에서 가온할 때 인체 생리 반응 및 주관적 감각 기반의 탑승자 열 쾌적성 만족을 이루고, 소비 전력량을 최소화할 수 있는 최적 가온 부위 조합 도출을 목적으로 하였다. 나아가 인체 생리 반응과 주관적 감각 간의 상관관계를 도출하여 탑승자 열 쾌적성 평가 시 주관적 반응을 기반으로 생리 반응 예측에 대한 가능성을 시사하고자 하였다.
건강한 20대 한국인 남성 총 10인이 본 실험에 참여하였다. 매 실험 동안 직장온, 피부온, 의복내 온습도, 체중, 피부수분도, 혈압, 심박변이도를 측정하였고 주관적 감각 항목으로는 한서감, 온열쾌적감, 건조감과 전율이 느껴진 인체 부위, 졸음 정도를 범주형 척도로 응답하게 하였으며 5℃ 환경에서 복사 히터 표면온도를 130℃로 유지하기 위한 소비전력량을 조건별로 측정하였다. 평균 피부온은 복사 히터 가온 시와 종료 후 모두 여덟 조건 중 ThighKnee와 All 조건에서 가장 높았다(P < 0.001). 여덟 조건 간 피부수분도의 유의한 차이는 관찰되지 않았으며 하체 부위 위주의 복사 히터 가온에 의해 이마와 손의 피부 수분도가 낮아지지 않음을 확인하였다. 전신 한서감은 복사 히터 가온 시 여덟 조건 중 ThighKnee와 All 조건에서 유의하게 높았으며(P < 0.001), 전신 온열쾌적감은 복사 히터 가온 시 ThighKnee 조건에서 가장 높았다(P < 0.01). 전신 건조감은 복사 히터 가온 종료 직전과 종료 직후에 All 조건에서만 유의하게 높았다(P < 0.05). 복사 히터 가온 시에도 다수의 피험자는 손등과 손바닥에서 전율을 느꼈으며, 히터 종료 후 윗팔과 넓적다리 전면 부위에서 가장 많은 전율을 느꼈음을 확인하였다. 졸음 정도에 대한 조건 간 유의한 차이는 발견되지 않아, 복사 히터 가온이 졸음을 유발하지 않음을 관찰하였다. 더하여 복사 히터 가온 세 부위의 피부온과 전신 한서감, 전신 온열쾌적감 간 유의한 양의 상관이 발견되었으며(all Ps < 0.001), 가온 부위에서의 주관감과 직장온, 평균피부온 간의 상관 역시 관찰되었다.
종합하면, 인체 생리 반응, 주관적 감각, 소비 전력량을 고려한 최적 가온 조합은 넓적다리와 무릎을 가온한 ThighKnee 조건이라는 것을 살펴볼 수 있었다. 해당 조건에서 탑승자는 생리적, 주관적으로 열 쾌적성을 만족할 수 있었으며, 국부 복사 난방으로 인한 건조함을 느끼지 않으면서도 All 조건에 비해 소비 전력량을 35% 감소시킬 수 있었다. 더하여 겨울철 차량 내 환경에서 탑승자가 주관적으로 느끼는 따뜻함과 추움 정도, 쾌적하고 불쾌한 정도를 피부온과 심박변이도를 통해 추정할 수 있음을 확인하였다. 본 결과는 전기차용 적외선 복사 히터 설치를 비롯하여 미래 모빌리티 통합 열관리 시스템 및 웨어러블 디바이스 개발의 기초 자료로서 활용될 수 있을 것이다.