夏熱冬冷地區(qū)冬季臥室室內(nèi)睡眠環(huán)境實測研究

文／呂杲洋 羅曉予 葛 堅 周 煜

引言

實施健康中國戰(zhàn)略是黨在十九大作出的重大決策部署，為落實健康中國戰(zhàn)略，解決當(dāng)前健康問題，我國在國家層面成立了健康中國行動推進(jìn)委員會并印發(fā)《健康中國行動（2019—2030年）》[1]（簡稱《行動》），從個人、家庭、社會及政府實施等層面對開展行動進(jìn)行了指導(dǎo)?！缎袆印诽岢匾曀呓】?，睡眠時間也被納入個人與社會倡導(dǎo)性指標(biāo)。睡眠是影響人類健康的一個關(guān)鍵因素。睡眠質(zhì)量差不僅影響生理健康，還可能導(dǎo)致認(rèn)知損傷、情緒變化、內(nèi)分泌紊亂和工作效率下降[2,3]。此外，之前的研究表明，睡眠不足或睡眠質(zhì)量差可能會增加心血管疾病和2 型糖尿病等疾病的風(fēng)險[4,5]。睡眠問題威脅著大約45%的世界人口[6]。一項跨國調(diào)查指出，美國、西歐和日本的睡眠問題患病率分別為56%、31%和23%[7]。懷銀平等人對長沙市成年人睡眠健康現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)果顯示樣本的失眠發(fā)生率為27.2%，研究還發(fā)現(xiàn)睡眠健康與光線強度和交通情況具有顯著相關(guān)性[8]。蘇暢等人在對中國15 個省份（自治區(qū)、直轄市）的12579 名成年居民進(jìn)行睡眠狀況調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，超過1/4 的調(diào)查人群存在睡眠不足或睡眠過多的問題[9]。

影響睡眠質(zhì)量的因素很多，包括生理和心理因素、室內(nèi)環(huán)境、床上微氣候和晝夜節(jié)律[10-14]。近年來，室內(nèi)環(huán)境與睡眠質(zhì)量的相關(guān)性越來越受到人們的關(guān)注。睡眠環(huán)境可以促進(jìn)或阻礙與睡眠有關(guān)的心理和生理過程，睡眠環(huán)境不適會導(dǎo)致睡眠問題[15]。許多學(xué)者針對睡眠環(huán)境對人體睡眠質(zhì)量的影響展開了實驗室研究，但目前針對人們實際睡眠環(huán)境的實測研究較少，缺乏對人們室內(nèi)真實睡眠環(huán)境現(xiàn)狀以及相應(yīng)人的主觀感受的了解。

1 研究內(nèi)容

為了了解居民臥室睡眠環(huán)境現(xiàn)狀，本文針對夏熱冬冷地區(qū)居民展開入戶實測，并對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究臥室實際睡眠環(huán)境（聲、光、熱環(huán)境及室內(nèi)空氣品質(zhì)）現(xiàn)狀及居民睡眠環(huán)境主觀滿意度，同時探討睡眠環(huán)境滿意度與環(huán)境參數(shù)之間的關(guān)系。本文旨在為后續(xù)進(jìn)一步室內(nèi)睡眠環(huán)境對人體睡眠質(zhì)量的影響以及未來良好臥室睡眠環(huán)境營造提供參考。

2 研究方法

實測工作于2019 年11 月中旬至2020 年1 月底展開（部分樣本于2020 年11 月底至2021 年1月底進(jìn)行補測），本研究隨機選擇了夏熱冬冷地區(qū)的24 間住宅，進(jìn)行了入戶實測調(diào)研，每間住宅連續(xù)測試5 天。受試者詳細(xì)信息如表1 所示。本研究共有40 名受試者參與，其中男性19 名，女性21 名，平均年齡38.5（±11.01）歲，平均身高和體重分別為167.6（±7.20）cm 和58.8（±10.01）kg，平均BMI20.8（±2.60）。住宅臥室房間以南向為主，每間住宅臥室有一到兩名受試者。

表1 受試者基本情況（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）（表格來源：作者自繪）

本次調(diào)研記錄的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)包括室內(nèi)空氣溫度和相對濕度、室內(nèi)風(fēng)速、室內(nèi)平均聲壓級、室內(nèi)照度和室內(nèi)CO2濃度。除室內(nèi)風(fēng)速外，其他參數(shù)均連續(xù)記錄。測量儀器信息如表2 所示，所有儀器均可自動記錄數(shù)據(jù)。大多數(shù)被試者在正常夜間睡眠時都習(xí)慣性關(guān)閉窗戶，無論窗戶是否打開，室內(nèi)風(fēng)速均小于0.15m/s。圖1 為測試儀器放置位置。

表2 測試儀器基本信息（表格來源：作者自繪）

圖1 測試儀器放置位置（圖片來源：作者自繪）

受試者對睡眠前和睡眠后臥室環(huán)境的滿意度通過問卷調(diào)查的方式來獲得，該方法在以往研究中被采用并被證明是有效的[16,17]。問卷由三個部分組成：匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)（PSQI），睡眠前問卷（Q1）和睡眠后問卷（Q2）。PSQI 只填寫一次，為對最近一個月的睡眠評估，另外兩個部分分別在睡覺前和早晨蘇醒后填寫一次。受試者需要在問卷中記錄睡覺和起床的時間。Q1問卷記錄了窗戶開啟狀態(tài)、床上用品和睡眠衣著狀況、空調(diào)開啟狀況、受試者的睡前瞬時熱感覺和環(huán)境的滿意度；Q2 問卷記錄了受試者早晨蘇醒后的瞬時熱感覺、夜間環(huán)境滿意度與睡眠質(zhì)量評估。熱感覺采用ASHRAE 的7 級熱感覺標(biāo)尺（表3）進(jìn)行評估，而室內(nèi)環(huán)境滿意度采用5 級評估（表4）。本次調(diào)研共發(fā)放346 份問卷，其中回收有效問卷336 份。

表3 瞬時熱感覺評價標(biāo)尺（表格來源：作者自繪）

表4 睡眠環(huán)境滿意度評價標(biāo)尺（表格來源：作者自繪）

3 案例研究

3.1 睡眠習(xí)慣

測試期間作者對受試樣本人員夜間睡眠習(xí)慣進(jìn)行了調(diào)研（圖2）?？梢钥吹?，20.7%的人員在夜間保持窗戶部分開啟，大部分人（84.3%）在夜間將窗簾關(guān)閉。測試期間，空調(diào)的使用相對較少（23.8%），這與目前地暖、熱水瓶、電暖器、散熱器等手段代替空調(diào)被廣泛使用作為冬季室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)節(jié)方式有關(guān)。所有受試樣本均穿著睡衣，其中“僅短褲”“短褲+背心”“短褲+短袖”“長褲+短袖”“長褲+長袖”“短裙+短袖”的穿著率分別為14.6%、16.9%、2.2%、2.3%、56.3%、7.7%。所有樣本夜間睡眠均蓋被，薄棉被和厚棉被的使用率分別為33.3%和66.7%。受試者睡眠與起床時間如表5 所示，考慮到儀器記錄數(shù)據(jù)的間隔時間，因此以23:15 ～7:15 為參考睡眠時間。

表5 受試者作息時間（表格來源：作者自繪）

圖2 受試者睡眠習(xí)慣（圖片來源：作者自繪）

3.2 臥室室內(nèi)環(huán)境參數(shù)

樣本房間整體環(huán)境參數(shù)的結(jié)果如圖3 所示，圖中的睡眠時間如前文所述。如圖3（a）所示，樣本房間室內(nèi)平均空氣溫度為17.4℃（最大值35.0℃，最小值3.3℃），測試期間室外平均空氣溫度為7.4℃（最大值15.3℃，最小值-5.1℃）。由圖3（b）可知，測試期間室內(nèi)外空氣平均相對濕度分別為64.6%（最大值86.1%，最小值23.1%）和74.7%（最大值95.1%，最小值40.8%）。

睡眠時間的夜間平均噪聲水平顯著低于非睡眠時間，如圖3（c）所示（圖中各點為測試期間每天同一時刻聲壓級的平均值）。睡眠時間聲壓級平均值為31.9dB（A），如圖3（d）所示，低于《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的夜間允許噪聲級限值（≤37dB（A））。所有樣本房間夜間室內(nèi)聲壓級達(dá)標(biāo)率為75.5%，樣本房間整體聲環(huán)境較好。

室內(nèi)24hCO2濃度變化及夜間睡眠時間平均CO2濃度統(tǒng)計分別見圖3（e）和圖3（f）所示（圖中每個點表示測試期間每天同一時刻CO2濃度的平均值）。絕大多數(shù)部分樣本房間睡眠時間的平均CO2濃度明顯高于非睡眠時間，前文已述，84.3%的樣本夜間睡眠關(guān)閉窗戶，缺少自然通風(fēng)，導(dǎo)致室內(nèi)CO2濃度累積升高。樣本房間在睡眠時間內(nèi)的平均CO2濃度為1299ppm，最高值達(dá)到3058ppm。

圖3 住宅臥室與宿舍環(huán)境參數(shù)（a）睡眠時間室內(nèi)空氣溫度；（b）睡眠時間室內(nèi)空氣相對濕度；（c）24h 室內(nèi)平均聲壓級變化；（d）睡眠時間室內(nèi)聲壓級；（e）24h 室內(nèi)CO2 濃度變化；（f）睡眠時間室內(nèi)CO2 濃度。（圖片來源：作者自繪）

樣本房間夜間室內(nèi)平均照度平均值最大值與最小值分別為23.297lux 和0.003lux，平均值5.240lux，夜間照度變化不大。

3.3 睡眠環(huán)境滿意度

受試者對夜間室內(nèi)熱、聲、光環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì)的滿意度如圖4 所示。室內(nèi)環(huán)境滿意度最低的是室內(nèi)空氣品質(zhì)（42.9%），其次是熱環(huán)境（45.2%），環(huán)境滿意度最高的是光環(huán)境（66.6%）。本次測試調(diào)研的室內(nèi)空氣品質(zhì)參數(shù)為CO2濃度，吳旸等人采用Meta 分析對210 位成年人的研究后發(fā)現(xiàn)，低氧環(huán)境會導(dǎo)致成年人睡眠障礙，有效睡眠時長縮短、睡眠深度比例降低[18]。熱環(huán)境對睡眠的影響近年來已越來越受到關(guān)注，熱環(huán)境對睡眠的影響是多方面的，包括室內(nèi)空氣溫度、被褥寢具情況、輻射和濕度影響，此外夜間變溫環(huán)境也可能對睡眠會造成一定影響[19,20]。噪聲會對睡眠產(chǎn)生不利影響，噪聲會造成覺醒次數(shù)增加、睡眠時長減少、睡眠周期碎片化、睡眠質(zhì)量降低等問題[21]。有研究表明，當(dāng)室內(nèi)的持續(xù)噪音污染到達(dá)30 分貝時，就會干擾人的正常睡眠[22]。本次調(diào)研樣本房間因整體聲環(huán)境較好，因此聲環(huán)境滿意度較高。除室內(nèi)空氣品質(zhì)外，男性對睡眠環(huán)境的滿意度普遍高于女性（圖5）。Kim 等人在研究中指出，相較男性，女性對熱舒適、空氣質(zhì)量、光環(huán)境和聲環(huán)境等所有室內(nèi)環(huán)境因素的滿意度較低[23]，盡管他們的研究主要集中在辦公大樓，但這可能意味著男性對環(huán)境的容忍度高于女性。另一方面，男性更容易出現(xiàn)睡眠呼吸系統(tǒng)問題，這可能在一定程度上導(dǎo)致他們對室內(nèi)空氣品質(zhì)的滿意度低于女性[24]。

圖4 睡眠環(huán)境滿意度（圖片來源：作者自繪）

圖5 男女環(huán)境滿意度差異（圖片來源：作者自繪）

4 睡眠環(huán)境參數(shù)與滿意度

4.1 熱環(huán)境

熱環(huán)境滿意度（ST）與室內(nèi)平均空氣溫度（T）的關(guān)系如圖6 所示。對睡眠熱環(huán)境滿意度與室內(nèi)平均溫度之間的關(guān)系進(jìn)行曲線擬合，可表示為等式（1）：

隨著室內(nèi)空氣溫度的升高，受試者對睡眠熱環(huán)境的滿意度先升高后降低。總的來說，男性對環(huán)境溫度的滿意度高于女性。有研究指出，女性比男性更容易對熱舒適表達(dá)不滿，尤其是在較冷的條件下[25]。而潘黎等人在實驗室研究中發(fā)現(xiàn)，女性更喜歡溫暖的熱環(huán)境，這與本研究的結(jié)論相似[26]。當(dāng)室內(nèi)空氣溫度在16.0 ～18.0℃時，受試者熱環(huán)境滿意度最高。有學(xué)者在實驗室中研究了室內(nèi)溫度對人體睡眠的影響，同時以主觀問卷形式記錄睡眠質(zhì)量，研究發(fā)現(xiàn)19℃是最適宜的室內(nèi)溫度，任何偏離該溫度的熱環(huán)境都會造成不適[27-30]。宋聰通過客觀測試和主觀調(diào)查分析指出人體頭部對室內(nèi)溫度的熱舒適需求范圍較寬，約為10.7 ～22.0℃，在典型冬季床褥熱阻條件下，覆體對室內(nèi)溫度的舒適需求范圍約為11.2 ～18.8℃[31]。因此，冬季夜間睡眠熱舒適不僅取決于室溫，被褥情況對熱舒適也非常重要，未來針對被褥溫度與睡眠熱舒適之間的關(guān)系值得進(jìn)一步探討。此外，王興衛(wèi)指出，當(dāng)人處于冬季睡眠熱舒適狀態(tài)時，可接受的最低室內(nèi)操作溫度約為6.0℃[20]。從圖6 結(jié)果可看出，當(dāng)室內(nèi)平均氣溫低于8℃時，受試者主觀滿意度在“一般”以下。圖7 表示相同溫度下，睡眠前和睡眠后的熱感覺差異，睡眠前（TSVpre）和睡眠后熱感覺（TSVpost）分別記其中錄于受試者躺下睡覺前及第二天早晨醒來后。從圖中可知，相同的室內(nèi)溫度，睡眠后熱感覺相較睡眠前更涼，即人們在睡眠后偏好更高的溫度。表6 利用線性回歸得出了受試樣本睡眠前后的熱中性溫度。結(jié)果顯示，睡眠后的熱中性溫度比睡眠前高出約1.2℃。女性睡眠前和睡眠后的熱中性溫度分別相應(yīng)地比男性高0.3℃和0.7℃。

表6 熱中性溫度（表格來源：作者自繪）

圖6 室內(nèi)空氣溫度與熱環(huán)境滿意度（圖片來源：作者自繪）

圖7 睡眠前后熱感覺差異（圖片來源：作者自繪）

線性回歸方程：TSVpre/TSVpost=aT+b；

TSVpre— 睡眠前熱感覺

TSVpost— 睡眠后熱感覺

T— 室內(nèi)平均溫度

a、b— 回歸系數(shù)

4.2 聲環(huán)境

聲環(huán)境滿意度（SA）與室內(nèi)平均聲壓級（L）的關(guān)系如圖8 所示。通過非線性曲線擬合確定睡眠聲環(huán)境滿意度和室內(nèi)平均聲壓級之間的關(guān)系，可表示為等式（2）：

圖8 室內(nèi)平均聲壓級與聲環(huán)境滿意度（圖片來源：作者自繪）

結(jié)果表明，睡眠聲環(huán)境滿意度隨著室內(nèi)平均聲壓級的升高而降低，尤其是當(dāng)L 高于38.0dB（A）時，聲環(huán)境滿意度下降明顯。近年來，聲環(huán)境對睡眠的影響也受到較多關(guān)注。據(jù)生態(tài)環(huán)境部公布的《中國環(huán)境噪聲污染防治報告》顯示，我國噪聲污染嚴(yán)重，夜間監(jiān)測總點次達(dá)標(biāo)率僅為74.4%，其中建筑工地噪聲、社會生活噪聲及工業(yè)噪聲投訴率最高[32]。世界衛(wèi)生組織（World Health Organization, WHO）的指南指出，一年以上40dB 的平均夜間噪音水平（Lnight,Outside）為相當(dāng)于在人群中產(chǎn)生不良影響的最低閾值，同時高噪音水平會使睡眠破碎[33]。此外，相關(guān)研究指出噪聲對睡眠的影響取決于噪聲類型[34,35]。有學(xué)者對比了受試者分別在有空調(diào)噪聲（43dB）和無空調(diào)噪聲的環(huán)境下完成睡眠，實測結(jié)果表明，空調(diào)噪聲對夜間睡眠無明顯影響[35]。就室內(nèi)平均聲壓級對聲環(huán)境滿意度的影響而言，男性滿意度高于女性，但男女之間滿意度隨著室內(nèi)平均聲壓級變化的差異不顯著。

4.3 光環(huán)境

光環(huán)境滿意度（SL）與夜間室內(nèi)平均照度（I）的關(guān)系如圖9 所示。對睡眠光環(huán)境滿意度與室內(nèi)平均照度之間的關(guān)系進(jìn)行非線性曲線擬合，可表示為等式（3）：

SL= -0.04I+3.86

R2=0.270 （3）

由于大多數(shù)受試者在睡覺時會拉上窗簾，樣本整體夜間光環(huán)境較好，室內(nèi)照度取決于窗簾的遮光性能。從圖9 可以看出，隨著室內(nèi)平均照度的增加，睡眠光環(huán)境滿意度降低，尤其是女性。光環(huán)境對睡眠產(chǎn)生影響主要取決于兩個原因。首先，光線改變了人體自身晝夜節(jié)律，導(dǎo)致晝夜節(jié)律相對于預(yù)定睡眠周期的時間發(fā)生變化；其次，光線是一種環(huán)境刺激，可導(dǎo)致睡眠中斷和夜間醒來[15]。國外一項研究對比了受試樣本在夜間照度≥5lux 和＜5lux 環(huán)境下睡眠質(zhì)量差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，前者表現(xiàn)出明顯降低的睡眠效率、更長的睡眠延遲時間和蘇醒時間[36]。

圖9 室內(nèi)平均照度與光環(huán)境滿意度（圖片來源：作者自繪）

4.4 室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）

室內(nèi)空氣品質(zhì)滿意度（SIAQ）與夜間室內(nèi)CO2濃度（CCO2）的關(guān)系如圖10 所示。對睡眠室內(nèi)空氣品質(zhì)滿意度與室內(nèi)CO2濃度之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，可表示為等式（4）：

圖10 室內(nèi)平均CO2 濃度與室內(nèi)空氣品質(zhì)滿意度（圖片來源：作者自繪）

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)平均CO2濃度越高，人們對室內(nèi)空氣品質(zhì)的滿意度越低。尤其當(dāng)CO2濃度小于1200ppm 時，隨著室內(nèi)平均CO2濃度升高，室內(nèi)空氣品質(zhì)滿意度迅速降低，當(dāng)CO2濃度大于1200ppm 時，室內(nèi)空氣品質(zhì)滿意度變化不大。國外一項針對宿舍環(huán)境的研究表明，相比那些通風(fēng)良好的宿舍條件，學(xué)生在密閉、高室內(nèi)二氧化碳濃度的條件下睡眠被擾亂，睡眠質(zhì)量降低[37]。在另一項研究中，他們比較了開窗和關(guān)窗實驗條件下受試者的睡眠質(zhì)量（室內(nèi)平均CO2濃度分別為660ppm和2585ppm），研究結(jié)果表明，人們在開著窗戶的情況下似乎更容易入睡，醒來后的精神狀態(tài)也更好[38]。此外，女性相較男性對室內(nèi)空氣質(zhì)量的滿意度略高。雖然有很多研究表明夜間室內(nèi)高CO2水平會影響睡眠[39]，但影響睡眠質(zhì)量的室內(nèi)平均CO2濃度閾值仍值得探討，未來相關(guān)的實驗室研究有待進(jìn)一步開展。

結(jié)語

本研究選取夏熱冬冷地區(qū)居住建筑進(jìn)行案例研究，旨在了解居住建筑睡眠環(huán)境現(xiàn)狀及受試者對睡眠環(huán)境的滿意度。此外本文探討了睡眠環(huán)境滿意度與環(huán)境參數(shù)之間的關(guān)系，為未來睡眠環(huán)境改善及良好的臥室室內(nèi)環(huán)境營造提供參考。調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1）住宅臥室的室內(nèi)平均空氣溫度和相對濕度分別為17.4℃和64.6%。樣本房間夜間聲壓級達(dá)標(biāo)率為77.5%，樣本整體夜間聲環(huán)境較好。睡眠時間的室內(nèi)CO2濃度明顯高于非睡眠時間，最高達(dá)到3058ppm。大多數(shù)受試者都會在晚上關(guān)上窗簾，睡眠時間室內(nèi)照度平均值為5.240lux，樣本整體室內(nèi)光環(huán)境較好。

（2）睡眠環(huán)境滿意度最低的是室內(nèi)空氣品質(zhì)（42.9%），其次是熱環(huán)境（45.2%），環(huán)境滿意度最高的是光環(huán)境（66.6%）。除室內(nèi)空氣品質(zhì)外，男性對睡眠環(huán)境的滿意度高于女性。

（3）隨著室內(nèi)空氣溫度的升高，受試者對睡眠熱環(huán)境的滿意度先升高后降低，男性對環(huán)境溫度的滿意度高于女性，當(dāng)室內(nèi)空氣溫度在16.0 ～18.0℃時，受試者熱環(huán)境滿意度最高。人們在睡眠后偏好更高的溫度，睡眠后的熱中性溫度比睡眠前高出約1.2℃。女性睡眠前和睡眠后的熱中性溫度分別比男性高0.3℃和0.7℃。睡眠聲環(huán)境滿意度隨著室內(nèi)平均聲壓級的升高而降低，尤其是當(dāng)室內(nèi)平均聲壓級高于38.0dB（A）時，聲環(huán)境滿意度下降明顯。隨著室內(nèi)平均照度的增加，睡眠光環(huán)境滿意度降低，尤其是女性。室內(nèi)平均CO2濃度越高，人們對室內(nèi)空氣品質(zhì)的滿意度越低。