重慶大學低碳綠色建筑國家聯合研究中心  綠色建筑與人居環境營造國際合作聯合實驗室
陳天凱 劉紅 黃志超 杜晨秋

      【摘  要】為了探究溫度漸變環境下男性與女性人體熱反應的不同，以26℃為中性溫度，在人工氣候室模擬了偏冷與偏熱情況下共四種工況，并對16名在校大學生進行了主觀問卷調查與客觀生理參數的測量。通過探究主觀感受或生理參數與環境溫度的關系，得到了如下結論：溫度漸變工況下，男性與女性主觀感覺和平均皮膚溫度對外界溫度變化的敏感程度多數情況下是相同的；但男性與女性的熱中性溫度不同，導致了男性更不能接受較高溫度，女性更不能接受較低的溫度。

      【關鍵詞】性別差異 溫度漸變 人體熱反應 皮膚溫度

      【基金項目】“中央高校基本科研業務費”編號：2018CDYJSSY0055資助，十三五國家重點研發計劃項目課題“基于能耗限額的建筑室內熱環境定量需求及節能技術路徑”（編號：2016YFC0700301），“高等學校學科創新引智計劃資助”（編號：B13041）

1 引言

      室內環境的好壞直接影響著人們的身心健康和工作效率^[1]。研究發現：長期處于恒溫恒濕的環境中，人體自身調節機能會因為缺乏冷熱刺激而退化^[2,3]，給人體的身心健康帶來損害^[4] 。因此，國內外學者對動態熱環境展開了大量研究。其中，溫度漸變是動態熱環境的一種典型方式^[5]。Ohon^[6]較為全面的分析了涼—中性，中性—熱的溫度漸變環境下人體舒適感的變化規律，認為平均熱感覺投票（TSV）與操作溫度之間存在著十分密切的線性關系；Kolarik^[7]研究了溫度漸變環境下空氣質量與病態建筑綜合癥對人體的影響；Schellen^[8]研究溫度漸變對TCV、生理反應和工作效率的影響。

      研究表明由于個體差異的存在，沒有一個熱環境能讓所有人都滿意^[9] 。其中，受試者性別差異帶來的影響通常都認為比較小^[9,10]。在上述的研究中，男性與女性沒有區別對待。但也有學者認為女性比男性對溫度變化更加敏感^[9,11] ；在相同的環境中女性的不滿意率更高^[4,12-16]；并且女性的熱中性溫度要比男性的高^[4,17,18]。

      在溫度漸變的環境下，性別差異帶來的影響是否需要加以考慮還沒有一個明確的結論。本文將以此為研究點，研究偏冷與偏熱環境下，性別差異對人體熱反應的影響。

2 研究方法

      在人工氣候室采用實驗進行研究，該人工氣候室設置在一個房間內部，控制精度達到±0.5℃、±5%RH。

      2.1 實驗方案

      基于人體平均皮膚溫度（Tskin）、主觀問卷來綜合研究溫度漸變時性別差異對人體熱反應的影響。選取男女各8人，均為在校大學生，穿著統一購置服裝，獨立完成所有設計工況的測試。Tskin由八點法^[19]測出，測試儀器選用美國BIOPAC公司MP150型16通道生理信號記錄分析系統，測量精度為0.1℃，數據采集間隔為10s。主觀問卷包括TSV和TCV， TSV標尺選用ASHRAE推薦的7級分度標尺^[20] ；TCV采用0至4的5級標尺。以上所有主觀熱反應的考核標尺如表1所示。

      2.2 實驗設計工況

      本次實驗共設計4個工況，分別涵蓋了偏冷環境、偏熱環境與中性環境之間的相互轉變。實驗設計工況的詳細信息見表2。

      實驗中，采用德國METREL公司的MI6401型熱舒適度測試儀對人工氣候室的熱環境參數進行不間斷的監測和記錄，以保證環境參數符合要求。

      2.3 實驗步驟

      實驗過程分為實驗前的適應準備階段和正式實驗階段。受試者首先在準備間（控制室）按要求換上實驗服裝、佩戴儀器，然后靜坐30min，適應階段的溫度設定為各工況的起始溫度，保證受試者在實驗開始前有相同的熱經歷。30min過后開始正式實驗；正式實驗階段的具體流程如下：恒溫段時長為30min，每隔5min進行一次投票，變溫段時長為40min，每隔4min進行一次投票，整個實驗歷時70min。

      2.4 數據分析

      將變溫工況下的各個時刻的主觀感受投票值和Tskin分別取算術平均，獲得變溫階段主觀感受投票值和Tskin隨環境溫度的變化趨勢。統計分析采用SPSS 22.0，顯著性水平α=0.5。其中，采用單變量方差分析分析回歸直線斜率與截距的差異。

3 實驗結果與分析

      3.1 偏冷環境實驗結果與分析

      3.1.1 熱感覺投票值（TSV）

      偏冷條件下TSV隨環境溫度變化的趨勢如圖3.1所示。在偏冷環境下，TSV與環境溫度有良好的線性關系。通過單變量方差分析檢驗男、女受試者所得回歸直線的回歸系數，發現兩種工況下男、女受試者所得回歸直線的斜率無顯著差異，截距有顯著差異。

      擬合的直線中，斜率可以代表單位溫度變化對人體冷熱感造成的影響，即人體對外界溫度變化的敏感程度。這兩種工況下，人體對環境溫度的敏感度均沒有顯著的差異，TSV均按相同的規律變化。也就是說，如果樣本量足夠大，這些擬合的直線應該是一簇平行的直線。而相同工況下平行直線的截距差異，則體現了男性的熱中性溫度要低于女性。這一點與以前的研究^[4,17,18]是相符的。

      3.1.2 熱舒適投票值(TCV)

      偏冷條件下TCV隨環境溫度變化的趨勢圖如圖2所示。二者在升溫工況下有良好的線性關系，降溫工況下的線性關系并不明顯。

      升溫時，回歸直線的斜率與截距均沒有顯著的差異。證明在此工況下性別差異并不明顯。降溫時，雖然沒有明顯的線性關系，但是通過散點圖仍然可以看出隨著溫度的降低，受試者的舒適度逐漸降低，且女性的不舒適程度增長更快。這體現了女性在溫度降低時更容易感到不舒適。

      將TSV與TCV隨溫度變化的趨勢進行對比，發現兩者具有一致性，即受試者覺得不冷不熱的熱中性環境使人感到舒適，這一點在男、女之間沒有差異。這也與王昭俊^[21]的研究成果類似。

      3.1.3 平均皮膚溫度（Tskin）

      偏冷環境下Tskin隨環境溫度變化的趨勢如圖4所示。二者有良好的線性關系。

      兩種工況下，兩條回歸直線的斜率沒有差異，截距均有差異。斜率可代表外界溫度變化時Tskin變化的程度。在同一工況下，男性和女性Tskin與環境溫度的擬合直線應該是兩條平行的直線，這說明男性與女性Tskin的變化規律是相同的。而截距差異的顯著差異體現了男性和女性在同一環境溫度下有著不同的Tskin。這是由男、女天生身體素質的差異（基礎代謝、體溫調定點、汗腺發達程度等[22]）導致的。并且同一溫度下男性的Tskin要比女性的高。

      3.2 偏熱環境實驗結果與分析

      3.2.1 熱感覺投票值（TSV）

      偏熱環境下TSV度隨環境溫度變化的趨勢如圖5所示。二者之間有良好的線性關系。

      升溫工況，回歸直線的斜率有顯著差異；降溫工況，回歸直線的截距有顯著差距，其他情況下均無顯著差異。在升溫工況下，女性TSV隨溫度變化的幅度明顯大于男性，在降溫工況下，女性較男性更快的由熱進入熱中性，而男性則始終感覺較熱。此時男性與女性對外界冷熱的敏感程度相同，但男性在相同的溫度下感覺更熱，這說明了男性的熱中性溫度較女性更低，偏離中性溫度更多。

      3.2.2 熱舒適（TCV）

      偏熱環境下熱舒適度隨溫度變化的趨勢如圖6所示。二者均有良好的線性關系。

      每種工況，兩條回歸直線的斜率沒有顯著性差異，截距均有顯著性差異。偏熱工況下TSV與熱舒適也有與3.1.2中類似的規律。

      3.2.3 平均皮膚溫度（Tskin）

      偏熱環境下Tskin隨環境溫度變化趨勢如圖8所示。Tskin與環境溫度之間有良好的線性關系，檢驗回歸曲線的差異性，結果表明：在升溫工況，兩條回歸直線的斜率沒有顯著差異，其余情況下均有顯著差異。

4 討論與分析

      實驗結果表明男、女在溫度漸變時的主觀感受有顯著差異。將實驗各工況下男性與女性實驗參數與環境溫度回歸直線差異性分析的結果匯總于表3。

      √表示有顯著差異；空白表示無顯著差異；\表示線性關系不明顯，無法分析差異

      前文已經說明斜率代表人體對外界環境變化的敏感程度，截距代表男性與女性熱中性溫度或基礎皮膚溫度的差別。可以看出男性與女性在溫度漸變情況下熱反應的差異主要體現在中性溫度不同上，男性與女性對外界溫度變化的敏感程度其實在多數情況下并沒有顯著的差異。據此，可求出在各工況下的熱感覺（TS）靈敏度和Tm，結果如表4所示。

      除26-30工況下， TS靈敏度基本相同，偏熱工況下TS靈敏度稍高。男性熱中性溫度更低，男性與女性熱中性溫度差在0.4—1.6℃之間。但是在相應情況下，男性與女性對環境溫度的敏感程度是相同的。在26-30工況下，女性對環境變化更敏感，這與以往的研究[11]類似。

      Tskin能從客觀的角度反映人體對外界環境的敏感程度，與主觀問卷調查類似，Tskin與環境溫度也有著良好的線性關系，且大部分回歸直線的斜率無差異，僅有截距的差異，這說明男性與女性Tskin變化的規律是相同的，只是基礎體溫不同。這也從客觀的角度印證了男、女在對外界溫度的敏感程度上是相同的。Tskin的差異主要體現在30-26的工況下。其中，初始Tskin基本相同，女性Tskin隨環境溫度下降的速率明顯要大于男性，這表明在偏熱的情況下女性身體機能較男性做出了更為有效的調節措施，使女性能更好的適應偏熱的環境，體現出了女性在偏熱環境下較男性有更好的適應性。因為女性的調節機制更加快速，也導致了女性更快的度過熱中性期，較男性提前感覺到了冷。

5 結論與展望

      本文通過男、女受試者的客觀生理參數與主觀問卷，研究了男性、女性在人體熱反應上的不同，現有以下結論：

      （1）溫度漸變時，絕大數情況下男性與女性的主觀感受和Tskin的對環境變化的敏感程度是無差異的。其中TS靈敏度在0.401-0.499（1/℃）之間；

      （2）偏熱—中性的溫度漸變工況下，女性的調節能力更強，導致女性更喜歡偏熱的環境；

      （3）不同工況下，男性的中性溫度比女性低0.4-1.6℃。男性與女性的中性溫度和基礎皮膚溫度是不同的，這導致了男性更喜歡偏冷的環境，女性更喜歡偏熱的環境。

      上述結論是在特定的溫度范圍，特定的溫度變化率下得出的，結論的普適性還需要進一步的實驗來驗證。除此之外，若要使結論準確的應用于實際環境中男性與女性的工作效率，還需對相應工況下男性與女性工作效率的差異展開研究。

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      備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2018年10月刊總第15期（第21屆暖通空調制冷學術年會文集）。
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