基于運(yùn)動(dòng)人體熱舒適的體育場(chǎng)館環(huán)境溫度參數(shù)優(yōu)化研究

高亞萍，肖勇強(qiáng)

體育承載著國(guó)家強(qiáng)盛、民族振興的夢(mèng)想。體育強(qiáng)則中國(guó)強(qiáng)，國(guó)運(yùn)興則體育興（李中文等，2017）。體育強(qiáng)國(guó)的發(fā)展離不開體育教育的根本支撐。體育作為一種有效的教育手段進(jìn)入學(xué)校并在學(xué)校依靠一定的教學(xué)環(huán)境進(jìn)行，而教學(xué)環(huán)境多依托于體育場(chǎng)館。可見，體育場(chǎng)館作為影響體育教育的一個(gè)重要影響因素，不僅影響了體育教學(xué)過程的組織與安排，更在某種程度上作用于大學(xué)生的運(yùn)動(dòng)水平及舒適效果（姚蕾，2003）。良好的體育場(chǎng)館熱環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)人體的健康舒適和運(yùn)動(dòng)效率都會(huì)產(chǎn)生積極有利的影響，即體育場(chǎng)館環(huán)境參數(shù)的協(xié)同作用影響著運(yùn)動(dòng)人體的熱舒適，它主要表現(xiàn)在環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速和輻射溫度。熱舒適是人對(duì)周圍熱環(huán)境所做的主觀滿意度評(píng)價(jià)（邵偉德等，2004），主要依靠人體對(duì)冷熱應(yīng)力的生理反應(yīng)、運(yùn)動(dòng)疲勞、熱感覺心理主觀評(píng)價(jià)等判斷某一熱環(huán)境是否舒適。

有關(guān)人體熱舒性的研究從20世紀(jì)初逐步得到發(fā)展。然而，在20世紀(jì)60年代之前，多數(shù)研究只考慮環(huán)境因素中的某個(gè)或部分因素對(duì)人體熱舒適性的影響，直到1962年Macpherson（1962）提出6個(gè)熱舒性基本評(píng)價(jià)因素，包括空氣溫度、流動(dòng)速度、平均輻射溫度、新陳代謝速率、相對(duì)濕度以及衣服熱阻。以上研究均建立在穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境和低代謝條件下，在新陳代謝速率較高（＞4.0 Met）或者高溫情況下無法準(zhǔn)確地反映人體的熱感覺（王海英等，2009）。這是因?yàn)槿梭w在運(yùn)動(dòng)時(shí)具備以下特點(diǎn)：新陳代謝速率大、衣著熱阻小、排汗量大、輻射環(huán)境復(fù)雜（季泰等，2015）。因此，季泰等（2017）發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的基于Fanger模型的人體熱舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)人體的熱舒適性，通過對(duì)運(yùn)動(dòng)人體對(duì)流輻射模型以及體表擴(kuò)散模型的修正，熱舒適評(píng)價(jià)模型更加合理。但理論意義上的運(yùn)動(dòng)人體熱舒適模型無法為體育場(chǎng)館空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)提出舒適環(huán)境溫度推薦范圍。這是因?yàn)椋?dāng)前暖通空調(diào)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中推薦的室內(nèi)空調(diào)溫度（25℃～27℃）設(shè)計(jì)參數(shù)僅考慮了普通人群熱舒適，而運(yùn)動(dòng)人體處于空調(diào)環(huán)境時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)負(fù)荷不斷增強(qiáng)，人體長(zhǎng)時(shí)間處于高熱干燥狀態(tài)，皮膚失水散熱增強(qiáng)，形成強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)冷熱沖擊，引起體內(nèi)鹽分、維生素的缺失，形成強(qiáng)烈的不舒適及建筑病態(tài)綜合癥。這一特殊的高產(chǎn)熱、高代謝、高排汗的運(yùn)動(dòng)性功能，使確定體育場(chǎng)館環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)應(yīng)充分權(quán)衡運(yùn)動(dòng)舒適性需求。

人體的熱舒適感與皮膚表面濕潤(rùn)度及溫度密切相關(guān)（談美蘭等，2011）。由于夏季運(yùn)動(dòng)人體排汗量大，要維持人體產(chǎn)熱和散熱之間的熱平衡，必須控制體育場(chǎng)館環(huán)境溫度。為獲得舒適的體育場(chǎng)館環(huán)境溫度，通常要消耗大量的空調(diào)系統(tǒng)能耗。體育場(chǎng)館建筑具有巨大的節(jié)能潛力，應(yīng)綜合考慮在滿足運(yùn)動(dòng)舒適性需求的同時(shí)，充分改善體育場(chǎng)館建筑所特有的空調(diào)系統(tǒng)能耗問題。

本研究以受試者運(yùn)動(dòng)疲勞評(píng)價(jià)來確定夏季體育場(chǎng)館環(huán)境參數(shù)中溫度因子的顯著性影響，進(jìn)一步將受試者在不同環(huán)境溫度的安靜、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)際熱感覺投票線性擬合分析機(jī)體運(yùn)動(dòng)過程的中性溫度，以人體平均皮膚溫度、血壓、心率表征生理參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而采用方差分析計(jì)算效應(yīng)量來反映各生理測(cè)試項(xiàng)目與環(huán)境溫度之間的顯著性差異，最后通過引入空間分析理論，對(duì)受試者實(shí)際熱感覺不滿意率、實(shí)際疲勞感覺不滿意率進(jìn)行多元回歸，建立熱感覺滿意率、疲勞感覺滿意率與環(huán)境溫度之間的定量關(guān)系，兼顧運(yùn)動(dòng)人體熱舒適和疲勞感覺滿意率的綜合影響，提出舒適的環(huán)境溫度參數(shù)取值范圍，實(shí)現(xiàn)體育場(chǎng)館空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能低耗。

1 實(shí)驗(yàn)調(diào)查

1.1 基礎(chǔ)理論

運(yùn)動(dòng)人體須同體育場(chǎng)館熱環(huán)境之間處于相對(duì)穩(wěn)定的傳熱動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。在體育場(chǎng)館環(huán)境溫度（空調(diào)調(diào)節(jié)的室內(nèi)溫度）、濕度、風(fēng)速和輻射溫度的綜合影響下，人體的生理機(jī)能以及舒適度都會(huì)發(fā)生較大的變化。這是因?yàn)槿藗冊(cè)谶\(yùn)動(dòng)過程中自身新陳代謝產(chǎn)熱、與空間環(huán)境之間的對(duì)流換熱、與體育設(shè)施和地面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的輻射換熱、機(jī)體自身呼吸換熱以及皮膚表面汗液蒸發(fā)散熱之間存在傳熱過程（圖1）。

圖1 人體與場(chǎng)館環(huán)境熱交換過程Figure 1.Heat Exchange Process between Human Body and Stadium Environment

公式（1）中（朱穎心 等，2010），M為自身能量代謝速率，W/m2；W為人體在運(yùn)動(dòng)過程所做的功率，W/m2；Ed為人體皮膚蒸發(fā)擴(kuò)散失熱速率，W/m2；Esk為人體皮膚表面汗液蒸發(fā)的熱損失，W/m2；Eres為人體呼吸潛熱損失，W/m2；El為人體呼吸顯熱損失，W/m2；Econv為著裝人體表面與環(huán)境對(duì)流換熱，W/m2；Erad為著裝人體表面與體育場(chǎng)館環(huán)境輻射換熱，W/m2。

運(yùn)動(dòng)人體熱舒適性是一種考慮了人體自身生理、心理調(diào)節(jié)功能對(duì)環(huán)境參數(shù)的適應(yīng)能力的綜合影響機(jī)制。從主觀上說，體育場(chǎng)館環(huán)境溫度適應(yīng)性調(diào)控對(duì)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)疲勞呈現(xiàn)階梯性影響；從客觀上說，運(yùn)動(dòng)人體的生理熱調(diào)節(jié)與體育場(chǎng)館環(huán)境溫度的合理調(diào)控是密不可分的。

皮膚溫度是由人體核心至皮膚表面的熱流與皮膚表面至環(huán)境散熱之間的熱平衡決定的。Fanger（1967）基于人體熱平衡方程建立了熱舒適模型，進(jìn)一步闡述了人體熱舒適的影響機(jī)制。季泰等（2015）基于Fanger模型建立了修正模型，并提出環(huán)境溫度、濕度對(duì)運(yùn)動(dòng)人體熱感覺投票（thermal sensation votes，TSV）影響顯著。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，通常以問卷調(diào)查方法獲得實(shí)測(cè)TSV，其采用七級(jí)分度（表1）。

表1 熱感覺標(biāo)尺Table 1 Thermal Sensation Scale

1.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及儀器

熱舒適一般采用主觀或客觀現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究的方法，從不到一周至全年不等（Mishra et al.，2015）。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選取代表性區(qū)域西安，其適用于與西安氣候參數(shù)相同的區(qū)域，如北京、蘭州、濟(jì)南等地，時(shí)間是夏季6～7月，測(cè)試對(duì)象為1 200名在西安某高校體育場(chǎng)館內(nèi)進(jìn)行羽毛球活動(dòng)的大學(xué)生。通過查閱文獻(xiàn)得知羽毛球活動(dòng)的新陳代謝速率 M=5.5 Mets（Ainsworth et al.，2011）。由于持續(xù)追蹤調(diào)查時(shí)間較長(zhǎng)，研究以西安室外環(huán)境溫度達(dá)35℃以上的15天為例，實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生統(tǒng)一著裝（運(yùn)動(dòng)短褲背心，服裝熱阻較低忽略不計(jì)），生理參數(shù)的測(cè)試選取狀態(tài)在較穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行（Fabbri，2013），即每天運(yùn)動(dòng)測(cè)試時(shí)間為14：00～15：30。經(jīng)實(shí)地勘測(cè)風(fēng)速均保持在0.15 m/s以下。實(shí)驗(yàn)過程中，有對(duì)象因?yàn)樯眢w狀況無法繼續(xù)完成測(cè)試，故實(shí)驗(yàn)有效數(shù)據(jù)為1 038人。參考Fabbri（2015）的研究，將熱舒適問卷的內(nèi)容調(diào)整為包括姓名、性別、年齡、身高、體重等基本參數(shù)，在運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)填寫熱感覺和疲勞感覺，疲勞感覺主要包括正常狀態(tài)（0）、稍許疲勞（-1）、疲勞（-2）以及非常疲勞（-3）。

通過對(duì)體育場(chǎng)館運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)物理環(huán)境的監(jiān)測(cè)，測(cè)試的具體環(huán)境參數(shù)為：環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、黑球溫度及風(fēng)速，同時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)人體生理參數(shù)進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)記錄，測(cè)試的具體生理參數(shù)為：皮膚溫度、心率及血壓。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

體育場(chǎng)館熱環(huán)境對(duì)學(xué)生運(yùn)動(dòng)熱舒適的影響應(yīng)采用多維的研究方向，通過環(huán)境參數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)人體主觀心理感受、疲勞感覺認(rèn)知以及自身生理反饋的交互作用，形成一個(gè)有機(jī)組合，如圖2所示，體育場(chǎng)館環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)人體熱舒適的影響機(jī)制，進(jìn)一步整合關(guān)系式如（2）所示。

圖2 體育場(chǎng)館環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)人體熱舒適的影響機(jī)制Figure 2. The Influence Mechanism of Stadium Environment on Human Thermal Comfort

其中，CE（comfort efficiency）代表舒適效率輸出；EP（environmental parameters）代表體育場(chǎng)館環(huán)境參數(shù)；FE（fatigue evaluation）代表疲勞感覺評(píng)價(jià)；SE（subjective evaluation）代表主觀感覺評(píng)價(jià)；PR（pysiological response）代表生理反應(yīng)。

2 結(jié)果分析

2.1 體育場(chǎng)館環(huán)境溫度對(duì)心理主觀評(píng)價(jià)的影響

2.1.1 疲勞感覺評(píng)價(jià)

如圖3（a）所示，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，相對(duì)濕度在50%～60%范圍內(nèi)小幅度波動(dòng)，黑球溫度在室內(nèi)中受到平均輻射變量影響較小，不作為對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響因素。經(jīng)遴選實(shí)驗(yàn)工況，受試者在運(yùn)動(dòng)過程中的主觀疲勞感覺評(píng)價(jià)如圖3（b）所示，環(huán)境溫度作為介質(zhì)因子對(duì)受試者疲勞感覺產(chǎn)生了正態(tài)分布的影響，隨著環(huán)境溫度的逐漸升高，疲勞感覺投票百分比向“非常疲勞”方向轉(zhuǎn)移，且與環(huán)境溫度的數(shù)理性變化呈現(xiàn)趨同性變化，形成以“稍許疲勞”為中軸的對(duì)稱分布特點(diǎn)，呈現(xiàn)方向從“正常狀態(tài)”“稍許疲勞”到“疲勞”“非常疲勞”，同時(shí)在27℃～28℃時(shí)的疲勞感覺投票中，整體疲勞性處于穩(wěn)定階段，即認(rèn)為是受試者適應(yīng)性疲勞作用溫度范圍。其次當(dāng)環(huán)境溫度超過31℃時(shí)，受試者非常疲勞感覺顯著增強(qiáng)，且33℃時(shí)正常狀態(tài)與非常 疲勞的受試者形成強(qiáng)烈反差。

圖3 環(huán)境參數(shù)與疲勞感覺評(píng)價(jià)Figure 3. Environmental Parameters and Fatigue Sensation Evaluation

2.1.2 實(shí)際熱感覺投票

不同環(huán)境溫度條件下的學(xué)生熱感覺和熱舒適的主觀投票結(jié)果如圖4所示。學(xué)生的主觀熱感覺呈現(xiàn)從“涼”到“熱”的變化，具體來說，隨著環(huán)境溫度的逐漸升高，熱感覺投票百分比向“熱”方向轉(zhuǎn)移，且27℃～29℃時(shí)幾乎無強(qiáng)烈冷、熱感出現(xiàn)，機(jī)體處于舒適狀態(tài)；作用機(jī)理在于皮膚溫度與環(huán)境溫度的顯著差異下的熱交換增強(qiáng)，機(jī)體的熱量不能通過傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射和蒸發(fā)而及時(shí)散熱，從而形成不同程度的冷熱感覺。

圖4 環(huán)境溫度與TSV投票百分比關(guān)系Figure 4.The Relation betweenAmbient Temperature and TSV Voting Percentage

環(huán)境溫度top作為自變量，安靜和運(yùn)動(dòng)后調(diào)查問卷的實(shí)際熱感覺投票作為因變量，兩者線性回歸得到擬合方程。由圖5運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和安靜狀態(tài)時(shí)熱感覺投票所知，環(huán)境溫度與TSV兩者均呈現(xiàn)高度顯著性，其線性擬合方程如（3）、（4）所示：

圖5（a）中TSV擬合直線與TSV=0相交處反映了在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的中性溫度，即t=29℃。當(dāng)環(huán)境溫度從25℃～33℃，學(xué)生的平均熱感覺投票值從-2（涼）增加到＋3（熱），環(huán)境溫度每升高約2℃，熱感覺值升高1個(gè)單位，直到達(dá)到33℃后熱感覺不再變化，持續(xù)處于熱感峰值。其中安靜狀態(tài)下，中性溫度為26℃，學(xué)生的平均熱感覺投票值從-1（稍涼）增加到＋3（熱），且環(huán)境溫度每升高約2℃，熱感覺值升高1個(gè)單位，直到達(dá)到30℃后熱感覺不再變化，持續(xù)處于熱感峰值。

圖5 環(huán)境溫度與TSV擬合評(píng)價(jià)Figure 5.Environmental Temperature and TSV Fitting Evaluation

2.1.3 兼顧運(yùn)動(dòng)人體熱舒適和疲勞感覺綜合作用的環(huán)境溫度參數(shù)推薦范圍

受試者實(shí)際熱感覺不滿意率（actual percentage of dissatisfied，PD）和實(shí)際疲勞感覺不滿意率（fatigue dissatisfaction rate，F(xiàn)D）指標(biāo)綜合反應(yīng)學(xué)生熱舒適溫度參數(shù)取值范圍。具體來說，受試者所處體育場(chǎng)館熱環(huán)境與中性溫度的偏差，越接近中性溫度，不滿意率越低；受試者從事體育運(yùn)動(dòng)的過程中，機(jī)體熱敏感程度越低，學(xué)生潛在疲勞感覺越弱，不滿意率越低。由于存在個(gè)體差異性，在體育場(chǎng)館環(huán)境處于舒適狀態(tài)時(shí)，允許有一定量的不滿意率出現(xiàn)。受試者實(shí)際熱感覺不滿意率PD和實(shí)際疲勞感覺不滿意率FD計(jì)算公式如下：

公式中，xi，j指第i個(gè)測(cè)試學(xué)生在溫度工況j時(shí)的指標(biāo)，n指每個(gè)測(cè)試學(xué)生進(jìn)行的工況總數(shù)。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織7 730或美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程標(biāo)準(zhǔn)55（2013）對(duì)TSV的推薦值為-0.5～＋0.5之間。如圖 6（a）所示，當(dāng)-0.5≤TSV≤0.5時(shí)，環(huán)境溫度近似為27.8℃～29.8℃，通過線性分析環(huán)境溫度和熱感覺投票TSV的定量關(guān)系，得出體育場(chǎng)館環(huán)境溫度在一定程度上吻合了中性溫度取值，且偏離閾在0.5℃以內(nèi)，滿足了受試者在體育場(chǎng)館內(nèi)的適宜性冷需求，建立了環(huán)境溫度-熱感覺投票TSV之間的定量影響關(guān)系。

一般來說，受試者熱感覺投票在-1～＋1范圍內(nèi)，認(rèn)定為受試者可接受環(huán)境溫度；投票值為-3、-2、2、3，認(rèn)定為受試者不可接受環(huán)境溫度。通過計(jì)算在某一環(huán)境溫度下受試者熱感覺投票不可接受人數(shù)占總投票人數(shù)的百分比，建立該環(huán)境溫度下的受試者熱舒適不滿意情況，并對(duì)實(shí)際熱感覺不滿意率PD和實(shí)際疲勞感覺不滿意率FD進(jìn)行二次回歸分析，得到圖6（b）體育場(chǎng)館環(huán)境溫度-受試者實(shí)際不滿意率的關(guān)系，擬合方程為（6）、（7）：

圖6 匹配環(huán)境溫度舒適區(qū)域Figure 6.MatchAmbient Temperature Comfort Zone

數(shù)據(jù)顯示，實(shí)際熱感覺不滿意率PD和實(shí)際疲勞感覺不滿意率FD幾乎是在同一溫度范圍達(dá)到不滿意率最低，美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程標(biāo)準(zhǔn)55（2013）中給出的舒適區(qū)域允許存在10%群體不滿意率，因此在受試者熱感覺投票中，90%學(xué)生可接受環(huán)境溫度范圍為27.8℃～29.8℃；受試者疲勞感覺投票中，90%學(xué)生可接受環(huán)境溫度范圍為28.5℃～29.5℃。兼顧熱感覺和疲勞感覺的綜合影響，提出了同一環(huán)境溫度達(dá)到的舒適性限值，即中性溫度29℃；確定基于疲勞感覺滿意率為基礎(chǔ)的受試者運(yùn)動(dòng)行為熱舒適的環(huán)境溫度參數(shù)推薦范圍，即27℃～29℃，較國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的室內(nèi)空調(diào)環(huán)境溫度低限制值提高了2℃，能夠有效降低夏季體育場(chǎng)館空調(diào)制冷能耗，顯示了體育場(chǎng)館的巨大節(jié)能潛力。

2.2 生理反應(yīng)

Wyon和Wargock（2006）闡述了建筑室內(nèi)溫度對(duì)工作效率的影響結(jié)果及機(jī)理，一方面會(huì)影響人體的舒適健康癥狀，另一方面還會(huì)對(duì)新陳代謝產(chǎn)生一定的作用。由于短時(shí)間內(nèi)它無法反饋出對(duì)運(yùn)動(dòng)效率的顯著性影響，但生理參數(shù)能夠反映出對(duì)運(yùn)動(dòng)人體舒適健康的影響，具體包括人體平均皮膚溫度（mean skin temperature，MST）、血壓（blood presure，BP）以及心率（heart rate，HR）指數(shù)等。

由圖7可知，人體皮膚溫度通過傳熱系數(shù)和皮膚面積加權(quán)得到平均皮膚溫度，如公式（8）、（9）（10）所示：

圖7 紅外熱像儀記錄人體皮膚溫度六位測(cè)點(diǎn)布局Figure 7.Layout of Six Measurement Points of Infrared Thermal Imager Recorded Human Skin Temperature

對(duì)人體平均皮膚溫度進(jìn)行了相關(guān)描述性統(tǒng)計(jì)，如圖8（a）所示，隨著環(huán)境溫度的逐漸升高，機(jī)體自身為了維持溫度恒定進(jìn)行自身平衡調(diào)節(jié)，機(jī)體皮膚溫度迅速上升，且28℃～30℃人體平均皮膚溫度箱體幾乎等同大小，說明人體平均皮膚溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)（圖8（b），在環(huán)境溫度達(dá)33℃時(shí)基本達(dá)到峰值，且31℃～33℃時(shí)皮膚溫度近似同一值，差異性動(dòng)態(tài)變化較?。画h(huán)境溫度超過24℃時(shí)，通過血液循環(huán)把體內(nèi)熱量輸送給皮膚表面，大量汗液蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)機(jī)體散熱工效，出現(xiàn)瞬間降溫，機(jī)體運(yùn)動(dòng)繼續(xù)產(chǎn)熱，皮膚溫度升高，形成熱冷循環(huán)。

圖8 人體平均皮膚溫度變化Figure 8.Changes in Mean Skin Temperature

由圖 9（a）可知，收縮壓（systolic blood presure，SBP）差值均大于0，舒張壓（diastolic blood presure，DBP）除了32℃外均大于0，收縮壓差值均大于舒張壓差值，但都在人體正常血壓范圍，且舒張壓差值較小，在0 mmHg～6 mmHg范圍內(nèi)波動(dòng)，32℃時(shí)舒張壓出現(xiàn)臨界值，說明運(yùn)動(dòng)與環(huán)境溫度協(xié)同作用后機(jī)體大量出汗，電解質(zhì)和水分流失，血管壓力降低，血壓出現(xiàn)下降現(xiàn)象。隨著環(huán)境溫度的逐漸升高，兩個(gè)壓差均呈現(xiàn)先增加后降低的變化規(guī)律，一段時(shí)間后血壓有輕微反彈的跡象，總體存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，31℃、32℃、33℃時(shí)，收縮壓、舒張壓有顯著性差異，且在29℃～30℃時(shí)出現(xiàn)峰值，說明在30℃后熱刺激顯著引發(fā)了血壓下降，增加了機(jī)體心血管系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

圖9 BP、HR隨環(huán)境溫度變化關(guān)系Figure 9.The Relationship between BPand HR Changes withAmbient Temperature

由圖9（b）可知，隨著環(huán)境溫度的逐漸升高，測(cè)試前后學(xué)生心率變化趨勢(shì)呈現(xiàn)相同周期性變化規(guī)律，在不同環(huán)境溫度時(shí)有不同的差異性，且25℃、26℃、31℃時(shí)，心率存在顯著性差異。同時(shí)測(cè)試后的心率均高于測(cè)試前，這是因?yàn)轶w育場(chǎng)館中的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致機(jī)體出汗量增加，機(jī)體循環(huán)血量減少，心率反應(yīng)性升高，其中在25℃～31℃時(shí)，心率呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低規(guī)律，在31℃后心率緩慢增長(zhǎng)，對(duì)機(jī)體運(yùn)動(dòng)安全形成潛在安全隱患。

效應(yīng)量表示不同環(huán)境溫度下的總體均值之間差異的大小 ，據(jù) Cohen’sd（2013）指出 0.10≤ES≤0.29，0.30≤ES≤0.49，ES≥0.50，分別表示對(duì)小、中、大效應(yīng)量，其中效應(yīng)量越大，兩總體重疊程度越小，效應(yīng)越好。目前較多學(xué)者（Cummings et al.，2017；Tarlow，2017）采用計(jì)算組間標(biāo)準(zhǔn)差SS組間和組總體（組間標(biāo)準(zhǔn)差和組內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差）SS總體之間的比值來估計(jì)方差分析的效果大小，如公式11所示，利用SPSS 23.0程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

如表2所示，方差分析結(jié)果得出，體育場(chǎng)館環(huán)境溫度對(duì)運(yùn)動(dòng)后的人體平均皮膚溫度、收縮壓、心率有顯著性影響（P＜0.05），其它生理參數(shù)未顯示統(tǒng)計(jì)差異；但效應(yīng)量均大于0.5，說明環(huán)境溫度變化能帶動(dòng)機(jī)體生理參數(shù)的巨大的連鎖反應(yīng)。

表2 不同環(huán)境溫度下學(xué)生生理參數(shù)的P值和效應(yīng)量ESTable 2 Prob and Effect Quantity ES of Physiological Parameters of Students under DifferentAmbient Temperatures

3 討論

體育場(chǎng)館熱環(huán)境與人體間的實(shí)際熱交換可知，體育場(chǎng)館相對(duì)濕度、黑球溫度、環(huán)境溫度及風(fēng)速以對(duì)流、輻射、蒸發(fā)的形式對(duì)人體產(chǎn)生影響，因此體育場(chǎng)館熱環(huán)境對(duì)受試者運(yùn)動(dòng)熱舒適的影響應(yīng)采用多維的研究方法。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)館測(cè)試發(fā)現(xiàn)，相對(duì)濕度和黑球溫度處于相對(duì)穩(wěn)定，受試者對(duì)體育場(chǎng)館相對(duì)濕度、黑球溫度的主觀感覺在統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒有顯著性差異，且由于羽毛球運(yùn)動(dòng)的風(fēng)速特性，綜上所述提出環(huán)境溫度對(duì)受試者熱感覺評(píng)價(jià)、疲勞感覺認(rèn)知以及生理參數(shù)存在交互作用，是能夠反映體育場(chǎng)館環(huán)境對(duì)受試者影響的主要指標(biāo)。環(huán)境溫度對(duì)受試者的主觀心理感覺評(píng)價(jià)主要包括疲勞感覺評(píng)價(jià)和實(shí)際熱感覺。

3.1 環(huán)境溫度對(duì)主觀心理感覺評(píng)價(jià)影響

疲勞是人體行為活動(dòng)的必然結(jié)果，過量的疲勞性運(yùn)動(dòng)會(huì)潛在性對(duì)人體產(chǎn)生影響。Gonz′alez-Alonso等（2003）指出，在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)環(huán)境溫度過高時(shí)，身體產(chǎn)生熱過量，需要借助汗液蒸發(fā)作用來完成體溫調(diào)節(jié)。然而高溫下的脫水是最大的負(fù)面影響因子，此時(shí)會(huì)嚴(yán)重減弱運(yùn)動(dòng)員耐受高溫的能力（Sawka et al.，2000）。

本研究發(fā)現(xiàn)，受試者的疲勞感覺與環(huán)境溫度的數(shù)理性變化呈等效性，也就是說實(shí)現(xiàn)了從“正常狀態(tài)”“稍許疲勞”到“疲勞”“非常疲勞”方向轉(zhuǎn)移。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，隨著環(huán)境溫度的逐漸升高，疲勞感覺的存在對(duì)受試者的運(yùn)動(dòng)行為在27℃～28℃時(shí)，幾乎未發(fā)生變化，而超過30℃時(shí)高溫效應(yīng)在受試者的疲勞評(píng)價(jià)中表現(xiàn)顯著，與Gonz’alez-Alonso 等（2003）、Sawka等（2000）和 Russell等（2019）研究結(jié)果相似，作用機(jī)理在于高溫環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)疲勞表現(xiàn)屬于潛在疲勞，是以機(jī)體熱感覺為主的一種機(jī)體調(diào)節(jié)控制功能，主要是通過機(jī)體主觀疲勞感覺保護(hù)機(jī)體運(yùn)動(dòng)不受熱損傷，同時(shí)為了維持動(dòng)態(tài)傳熱平衡，環(huán)境溫度與機(jī)體熱交換從側(cè)面增強(qiáng)了機(jī)體的運(yùn)動(dòng)熱負(fù)荷，使機(jī)體主觀疲勞感覺增加。有研究認(rèn)為，影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的一個(gè)有害因素是運(yùn)動(dòng)引起的疲勞（Wang et al.，2016），當(dāng)人體處于高溫環(huán)境時(shí)，人體熱感覺強(qiáng)烈，由于人體對(duì)環(huán)境具有適應(yīng)性的調(diào)節(jié)，引起嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)性應(yīng)激負(fù)效應(yīng)，而環(huán)境壓力則可能提前使疲勞行為發(fā)生，這是由于過度勞累導(dǎo)致身體和精神功能下降而引起的（Cheung，2010），因此以疲勞感覺認(rèn)知作為熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)，給出了適應(yīng)性潛在疲勞作用溫度參數(shù)推薦范圍為27℃～28℃。

對(duì)于運(yùn)動(dòng)人體來說，熱感覺除了受客觀環(huán)境因素的影響，還受人體主觀因素影響。研究顯示，由于人體對(duì)高溫環(huán)境的低耐受性，導(dǎo)致維持熱平衡的能力降低，繼而在不同程度上增加了人體的熱感覺。熱感覺不僅造成人的健康以及舒適度嚴(yán)重降低，而且就體力勞動(dòng)而言，更不利于減小熱應(yīng)力，致使人體在行為活動(dòng)中逐漸減緩速度，降低工作效率。

本研究發(fā)現(xiàn)，安靜狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)受試者形成明顯的差異性，受試者在安靜狀態(tài)下的熱感覺普遍高于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，與季泰等（2015）和Elhakeem等（2017）的人體行為活動(dòng)研究結(jié)果一致。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的中性溫度比安靜狀態(tài)高了3℃，產(chǎn)生這種結(jié)果的原因主要是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)機(jī)體體表產(chǎn)熱增加，汗腺分泌出大量汗液，附著在皮膚表面，通過汗液液化轉(zhuǎn)化為氣態(tài)帶走皮膚表面大量熱量，起到自然降溫作用。運(yùn)動(dòng)行為與安靜狀態(tài)間中性溫度存在的差異，也更好地表明了運(yùn)動(dòng)人體的良好耐熱性。因此，本研究認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)需要提高環(huán)境溫度，避免形成強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)熱冷沖擊，引起體內(nèi)鹽分、維生素的缺失，保證運(yùn)動(dòng)過程中人體運(yùn)動(dòng)效果為最佳狀態(tài)，穩(wěn)定人體傳熱動(dòng)態(tài)平衡。

3.2 環(huán)境溫度對(duì)客觀生理反應(yīng)影響

客觀生理反應(yīng)是反映人體在運(yùn)動(dòng)過程中身體機(jī)能變化的重要指標(biāo)，并且受環(huán)境溫度的影響顯著。研究表明，高溫環(huán)境對(duì)人體生理有明顯的影響，進(jìn)而對(duì)運(yùn)動(dòng)行為具有負(fù)面影響（趙杰修，2008）。尹慧等（2017）在不同運(yùn)動(dòng)水平下人體生理參數(shù)（皮膚溫度、皮膚導(dǎo)熱熱流量）變化研究中，發(fā)現(xiàn)在活動(dòng)量較大時(shí)皮膚溫度與人體熱感覺表現(xiàn)出相關(guān)性。但是人體的心率和血壓波動(dòng)必須控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)，否則會(huì)危機(jī)到人體的健康。

本研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度對(duì)生理反應(yīng)有顯著性影響，具體來說，人體平均皮膚溫度與實(shí)際熱感覺間存在響應(yīng)關(guān)系，這與尹慧等（2017）的研究一致；在20℃～35℃范圍內(nèi)，溫度與心率變化呈線性相關(guān)，合適的心率是達(dá)到最佳運(yùn)動(dòng)效果的前提條件，與孫潔等（2007）的研究一致。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試范圍內(nèi)，心率及血壓的變化均處于人體正常生理調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，但是隨環(huán)境溫度的升高，所產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，也證明了環(huán)境溫度變化能使機(jī)體生理參數(shù)產(chǎn)生巨大的連鎖反應(yīng)，主要是因?yàn)榄h(huán)境溫度與運(yùn)動(dòng)產(chǎn)熱協(xié)同作用增加了機(jī)體生理負(fù)荷，對(duì)機(jī)體心血管系統(tǒng)形成潛在安全隱患。隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的逐漸增加，代謝產(chǎn)熱與外環(huán)境熱的聯(lián)合作用增強(qiáng)，機(jī)體皮膚溫度對(duì)環(huán)境冷熱應(yīng)激和熱流量動(dòng)態(tài)傳遞，此時(shí)皮膚溫度持續(xù)升高，可使機(jī)體的內(nèi)熱蓄積量增加，熱負(fù)荷達(dá)到一定程度，生理熱應(yīng)激反應(yīng)更加強(qiáng)烈，人體生理機(jī)能無法滿足運(yùn)動(dòng)需求，導(dǎo)致血壓、心率無法繼續(xù)升高。

4 結(jié)論

環(huán)境溫度和運(yùn)動(dòng)行為的協(xié)同熱作用，造成人體熱感覺顯著，促進(jìn)疲勞的提前發(fā)生，人體的生理機(jī)能無法滿足運(yùn)動(dòng)需求，引起皮膚溫度、血壓及心率的顯著變化；兼顧熱感覺和疲勞感覺的綜合影響，獲得了27℃～29℃推薦溫度，較國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的室內(nèi)空調(diào)環(huán)境溫度的低限制值提高了2℃，表明了運(yùn)動(dòng)行為下人體的耐熱能力較強(qiáng)。