駕乘艙非均勻熱環(huán)境中人體熱生理響應(yīng)與主觀熱感覺相關(guān)性分析*

李偉健，陳吉清，蘭鳳崇，謝海亮

（1.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣州 510640；2.華南理工大學(xué)，廣東省汽車工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640）

前言

當(dāng)前智能汽車在行駛控制、視覺識(shí)別等方向獲得充分關(guān)注，但乘員艙熱環(huán)境的自動(dòng)化和個(gè)性化研究尚屬空白。當(dāng)前依靠乘員主觀判斷及手動(dòng)調(diào)整的制冷/制暖系統(tǒng)工作滯后于環(huán)境變化，并不能滿足未來汽車高效節(jié)能、個(gè)性化以及智能調(diào)控的迫切需求。將來環(huán)境系統(tǒng)無須人為干預(yù)，汽車通過生物識(shí)別和可穿戴技術(shù)快速獲取乘客個(gè)性特征及生理熱響應(yīng)，結(jié)合熱感覺預(yù)測算法及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，獲得乘客熱感覺及熱需求信息，環(huán)境系統(tǒng)以個(gè)人局部熱需求和多人群多目標(biāo)需求為目標(biāo)，決策出兼顧熱舒適和節(jié)能的溫度策略。因此，生理熱響應(yīng)參數(shù)與人體熱感覺的關(guān)系是智能熱環(huán)境系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提和基礎(chǔ)。從醫(yī)學(xué)角度而言，人體熱感覺來源于人體生理熱調(diào)節(jié)，兩者存在必然聯(lián)系，但是缺乏對(duì)客觀規(guī)律總結(jié)和提煉。明確乘員艙非均勻熱環(huán)境下乘員生理熱響應(yīng)與熱感覺的關(guān)系對(duì)汽車熱環(huán)境智能系統(tǒng)開發(fā)具有迫切需求。

對(duì)于人體熱感覺熱舒適分析研究在建筑、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域已有初步的研究和應(yīng)用。其中Fangers 的PMV-PDD 熱舒適評(píng)價(jià)方法被廣泛應(yīng)用在不同熱環(huán)境分析評(píng)價(jià)。加利福尼亞大學(xué)研究人員在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了Berkeley 熱舒適評(píng)價(jià)模型。建筑環(huán)境通風(fēng)系統(tǒng)也引入人體的動(dòng)態(tài)熱響應(yīng)及熱舒適性熱舒適分析，從而反饋和修正建筑環(huán)境溫度控制，達(dá)到建筑環(huán)境滿足居住環(huán)境要求。學(xué)者針對(duì)不同代謝狀態(tài)的人體及其與環(huán)境的熱濕傳遞關(guān)系，預(yù)測人體的換熱過程及其熱舒適。但是上述方法主要適用于空間較大、受外界干擾少、趨于穩(wěn)態(tài)的建筑環(huán)境。然而車輛乘員艙屬于小空間小環(huán)境，同時(shí)乘員艙隔熱和儲(chǔ)熱性能弱，允許太陽輻射進(jìn)入，在乘員艙內(nèi)形成瞬態(tài)非均勻熱環(huán)境。因此現(xiàn)有方法采用空氣溫度等環(huán)境因素判斷人體熱感覺，對(duì)乘員艙熱環(huán)境的評(píng)價(jià)結(jié)果并不準(zhǔn)確，不適用于乘員艙熱環(huán)境管理。Zhang 等通過汽車乘員熱舒適性試驗(yàn)分析得出在乘員艙非均勻環(huán)境監(jiān)測乘員皮膚溫度變化比空氣溫度條件更為有效。相關(guān)研究表明，心率、血壓等生理熱響應(yīng)與熱感覺之間存在顯著的關(guān)系，但是無論生理醫(yī)學(xué)還是環(huán)境研究都缺乏對(duì)兩者關(guān)系特征的深度剖析和總結(jié)。

綜上所述，當(dāng)前缺乏乘員艙非均勻熱環(huán)境下人體生理熱響應(yīng)與熱感覺關(guān)系規(guī)律研究，不足以形成乘員艙熱環(huán)境熱感覺預(yù)測方法，仍需要進(jìn)一步深入研究。本文試驗(yàn)分析了不同座艙溫度下受試者的生理響應(yīng)和熱感覺，試驗(yàn)記錄了皮膚溫度、脈率（PR）、血壓（BP）、動(dòng)脈血氧飽和度（SPO）。乘員的局部皮膚溫度對(duì)于整體熱感覺存在相關(guān)性，高溫條件下頭部和背部更容易感到熱，而手和手臂的冷感覺易導(dǎo)致乘客整體不適。研究了汽車乘坐環(huán)境對(duì)生理參數(shù)影響及與人體熱感覺的關(guān)系，分析作為熱感覺模型指標(biāo)的可能性。為開發(fā)參數(shù)易采集、可個(gè)性化的乘員熱舒適性客觀評(píng)價(jià)模型奠定研究基礎(chǔ)。

1 熱響應(yīng)與熱感覺關(guān)系試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)研究目標(biāo)

針對(duì)車艙非均勻熱環(huán)境下人體生理熱響應(yīng)與熱感覺的關(guān)系對(duì)受試者開展了生理響應(yīng)、主觀熱感覺試驗(yàn)研究。通過搭建試驗(yàn)平臺(tái)，采集人體生理熱響應(yīng)參數(shù)及主觀熱感覺，為數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.2 試驗(yàn)對(duì)象基本體征

試驗(yàn)選擇10名健康、基本體征相似、年齡22～26歲的男性大學(xué)生。受試者身著統(tǒng)一短袖和長褲的夏裝，材質(zhì)為棉和滌綸，衣服熱阻約為0.5 Clo。記錄受試者的基本體征信息（如年齡、身高、體質(zhì)量），數(shù)據(jù)匯總見表1。其中，受試者的身高、體質(zhì)量和身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）與中國男性基本特征相近。所有受試者均知情同意本研究目的、試驗(yàn)過程和潛在風(fēng)險(xiǎn)，并獲得每位受試者同意。所有受試者均未服用處方藥物，且沒有皮膚過敏、發(fā)燒或其他疾病，并被要求在測試前12 h避免咖啡因、酒精和高強(qiáng)度的體育活動(dòng)。

表1 受試者基本體征

1.3 非均勻熱流乘員艙試驗(yàn)平臺(tái)搭建

試驗(yàn)基于微型電動(dòng)汽車平臺(tái)搭建了乘員艙氣候室，該乘員艙平臺(tái)采用單排雙人座位布局，基本布局如圖1 所示。試驗(yàn)過程中受試者處于副駕駛位置，并在副駕駛位置布置空氣溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速測點(diǎn)。T 型熱電偶采集空氣溫度（±0.1 ℃），而熱線風(fēng)速計(jì)測量氣流速度（±0.01 m/s）。用于記錄這些參數(shù)的儀器總結(jié)在表2 中。試驗(yàn)在車庫中開展，不受太陽輻射影響。試驗(yàn)過程中，車艙外空氣溫度為外界環(huán)境溫度。

圖1 乘員艙氣候平臺(tái)

表2 環(huán)境參數(shù)采集設(shè)備

氣候平臺(tái)的氣溫通過暖通空調(diào)系統(tǒng)提供調(diào)整，考慮到車輛的加熱和冷卻性能。在試驗(yàn)過程，將受試者置于試驗(yàn)平臺(tái)中，將測點(diǎn)2-4 的平均值作為溫度控制條件，加載16-32 ℃溫度空氣條件，形成非均勻熱負(fù)荷。根據(jù)Danca 等的研究，人體皮膚溫度會(huì)在經(jīng)歷溫度變化的10-20 min內(nèi)達(dá)到恒定水平，因此每隔20 min 改變溫度條件，如圖2 所示，令受試者產(chǎn)生熱、冷和中性等熱感覺。試驗(yàn)開始前，試驗(yàn)氣候室設(shè)置在25 ℃的中性溫度下。受試者在氣候室中佩戴測量傳感器。在試驗(yàn)開始20 min，乘員艙保持25 ℃的舒適環(huán)境，避免受試者因之前的環(huán)境暴露造成的生理偏差。

圖2 溫度變化條件

經(jīng)歷20 min 的中性環(huán)境后，利用供熱設(shè)備將艙室溫度提高到32 ℃，令乘員處于較熱狀態(tài)下，觀察了受試者從中性狀態(tài)向熱不適狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程中的生理變化。在第40 min，調(diào)節(jié)溫度至25 ℃，維持20 min，實(shí)現(xiàn)由熱不適到中性的生理狀態(tài)轉(zhuǎn)變。在第60 min，溫度調(diào)整到16 ℃，獲得冷不適。低溫持續(xù)20 min后，空氣溫度調(diào)節(jié)至25 ℃，獲得人體由冷到中性的熱調(diào)節(jié)過程。試驗(yàn)過程中相對(duì)濕度保持在30%～40%。氣流速度保持在小于0.2 m/s，避免氣流影響受試者。

1.4 熱感覺與生理熱響應(yīng)的試驗(yàn)方法

受試者在所搭建的試驗(yàn)平臺(tái)開展乘員熱感覺試驗(yàn)、人體生理熱響應(yīng)試驗(yàn)兩方面研究，結(jié)合人體熱感覺評(píng)價(jià)體系進(jìn)行主觀熱感覺評(píng)分，并測量人體生理熱響應(yīng)變化。

1.4.1 人體主觀熱感覺評(píng)分方法

通過熱舒適調(diào)查問卷調(diào)查受試者的熱感覺和熱舒適，熱感覺標(biāo)尺如圖3所示。熱感覺投票（TSV）按ASHRAE/ISO 7 點(diǎn)熱感覺量表進(jìn)行評(píng)價(jià)，熱舒適（TC）則采用Berkeley熱舒適6點(diǎn)標(biāo)尺進(jìn)行評(píng)定。

圖3 熱感覺和熱舒適標(biāo)尺

受試者在試驗(yàn)開始后第5 min，在移動(dòng)設(shè)備的投票系統(tǒng)進(jìn)行第一次熱感覺和熱舒適投票，投票調(diào)查內(nèi)容包括頭部、前胸、腹部、后背、上臂、下臂、手部、大腿、小腿和足部的局部部位以及人體整體。之后每隔5 min提醒受試者再次投票。此外，由于當(dāng)乘員艙環(huán)境的送風(fēng)溫度開始調(diào)整溫度后的5 min內(nèi)，該階段環(huán)境溫度快速變化會(huì)引起人體熱感覺改變，故該階段增加每2 min進(jìn)行一次熱感覺投票。

1.4.2 人體生理熱響應(yīng)采集方法

試驗(yàn)測量受試者的生理熱響應(yīng)參數(shù)，包括皮膚溫度（）、耳蝸溫度（）、脈率（）、血氧飽和度（）和血壓（收縮壓/舒張壓/平均壓）。試驗(yàn)中生理參數(shù)采集儀器規(guī)格如表3所示。

表3 生理參數(shù)采集設(shè)備

皮膚溫度隨環(huán)境溫度而快速變化，是判斷人體熱感覺的重要指標(biāo)。每個(gè)受試者選取14 個(gè)皮膚溫度測量點(diǎn)，各測點(diǎn)具體位置如圖4 所示。試驗(yàn)中采用T 型熱電偶測量（±0.1 ℃），所有熱電偶均連接到多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（安捷倫34970A 數(shù)據(jù)采集器），自動(dòng)采樣間隔為0.1 s。

圖4 皮膚溫度測點(diǎn)

生理參數(shù)傳感裝置安裝在受試者的指定測量位置，如圖5 所示。為避免干擾右臂皮膚溫度傳感器，袖帶式血壓計(jì)固定在受試者的左上臂。脈率與心率具有相似特征，且可通過腕/手指感知，而無需侵入式測量，因此更適合作為測量和評(píng)價(jià)指標(biāo)。受試者在食指或中指上佩戴指套式傳感器，通過光學(xué)方法采集血氧飽和度（）和脈率。脈率和血氧飽和度每1 min記錄一次，而血壓則受限制于設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間每3 min記錄一次。

圖5 試驗(yàn)設(shè)置

1.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

采用SPSS Statistics 19 軟件和Origin Pro 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為了評(píng)估生理參數(shù)的差異，識(shí)別潛在的預(yù)測特征，研究采用方差分析（ANOVA）來分析生理參數(shù)對(duì)熱感覺的影響。對(duì)正態(tài)分布和非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行T 檢驗(yàn)和Wilcoxon-Mann-Whitney 檢驗(yàn)。采用相關(guān)分析研究主觀反應(yīng)與生理反應(yīng)的整體關(guān)系。顯著性水平設(shè)為95%（*＜0.05），而**＜0.01和***＜0.001。

由于不同受試者的生理參數(shù)具有不同的正常水平，所以采用中性感覺下受試者生理參數(shù)的平均值作為基本值，并定義變化率來避免這一問題。熱感覺生理參數(shù)的變化率（）定義為生理參數(shù)與中性感覺生理參數(shù)的差值和中性感覺生理參數(shù)的比值，為生理響應(yīng)值；i是中性狀態(tài)下的平均生理反應(yīng)。

2 生理熱響應(yīng)變化規(guī)律分析

試驗(yàn)平臺(tái)在試驗(yàn)過程中的熱環(huán)境如圖6 所示，根據(jù)溫度測點(diǎn)位置可知熱環(huán)境空間可分為頭部、胸部、腿部3 個(gè)水平區(qū)域，腿部空間區(qū)域溫升能力弱于其他位置，存在約1.5 ℃的差異。

圖6 試驗(yàn)平臺(tái)非均勻熱環(huán)境

所構(gòu)建的試驗(yàn)環(huán)境與汽車乘員艙熱環(huán)境非均勻特征是一致的。當(dāng)然，空間較大的轎車其不均勻性相比基于微小型乘員艙搭建的試驗(yàn)平臺(tái)會(huì)更明顯?；谠谠囼?yàn)平臺(tái)上的生理熱響應(yīng)與熱感覺關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果，分析受試者在不同環(huán)境階段時(shí)生理熱響應(yīng)的變化規(guī)律。

2.1 皮膚溫度響應(yīng)

人體皮膚與周圍空氣直接交換熱量，皮膚溫度變化能有效反映熱環(huán)境中人體熱狀態(tài)變化。試驗(yàn)結(jié)果顯示，皮膚溫度與環(huán)境溫度變化趨勢相同，但向低溫轉(zhuǎn)變時(shí)存在滯后。圖7 為受試者的典型部位皮膚溫度變化，在升溫過程中頭部溫度快速上升，但從高溫轉(zhuǎn)向中性時(shí)下降較慢，而降溫時(shí)，皮膚溫度下降顯著。相比有衣服遮蓋部位，下臂和頭部皮膚溫度變化幅度更大。試驗(yàn)最初20 min人體皮膚溫度上升可能源于準(zhǔn)備階段人體受外界干擾，并在汽車座椅強(qiáng)保暖效果下變熱。

圖7 受試者的局部皮膚溫度

根據(jù)受試者不同局部身體部位測量結(jié)果及車內(nèi)環(huán)境變化，受試者暴露于瞬態(tài)非均勻熱環(huán)境。然而當(dāng)前兩種最常用的熱感覺模型——PMV 模型和標(biāo)準(zhǔn)等效溫度（SET），只考慮均勻的穩(wěn)態(tài)條件，并不適用于瞬態(tài)非均勻和非對(duì)稱的汽車乘員艙熱環(huán)境。因此，ISO 9886 指出了平均皮膚溫度（）來評(píng)估汽車熱感覺的可能性，研究采用Stolwijk/Hardy 的非權(quán)重計(jì)算方法，式中為局部皮膚溫度。

受試者的變化趨勢如圖8 所示，試驗(yàn)開始時(shí)平均值緩慢上升，當(dāng)環(huán)境溫度上升后，快速上升至33.5 ℃，而在環(huán)境溫度下降時(shí)，下降，但與中性環(huán)境的接近，現(xiàn)有方法進(jìn)行熱狀態(tài)評(píng)估存在一定的局限性。

圖8 受試者的平均皮膚溫度

2.2 脈率與血氧響應(yīng)

脈率是反映人體代謝的常見指標(biāo)之一，受試者的脈率如圖9 所示。隨著溫度的變化，脈率雖然存在波動(dòng)面，但其均值變化存在一定規(guī)律性。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，脈率均值變化并不明顯，在降溫過程中，脈率均值程下降趨勢，因此溫度變化一定程度對(duì)心臟有影響。在3種環(huán)境條件下，受試者代謝速率有差異，如圖10所示，隨著環(huán)境溫度上升，所有受試者平均脈率都出現(xiàn)上升現(xiàn)象，即便上升程度并不一致。

圖9 平均脈率變化

圖10 脈率隨環(huán)境變化情況

健康人群的血氧飽和度處于較高水平，而且環(huán)境溫度的改變對(duì)人體影響并不明顯。試驗(yàn)結(jié)果表明，雖然在16 ℃的低溫環(huán)境中，略有降低，但基本維持在97%以上，變化如圖11 所示。所有受試者在3種環(huán)境條件下，平均血氧飽和度變化幅度在2%以內(nèi)，難以看出顯著差異，如圖12所示。

圖11 平均血氧飽和度變化

圖12 平均血氧飽和度隨環(huán)境變化情況

2.3 血壓變化

血管通過收縮和擴(kuò)張控制與人體肌肉的熱量交換，人體血壓隨血管運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化。人體的血壓指標(biāo)由收縮壓、舒張壓和平均壓（mean arterial pressure）組成，其中

當(dāng)環(huán)境溫度上升到32 ℃時(shí)，血管擴(kuò)張，血壓下降，增加散熱；而環(huán)境溫度下降到16 ℃時(shí)，血管收縮血壓增大，減少散熱，如圖13 所示。圖14 監(jiān)測了受試者收縮壓、舒張壓和平均壓。結(jié)果顯示，收縮壓、舒張壓和平均壓在16 ℃環(huán)境下高于32 ℃，而25 ℃下40%受試者與在32 ℃的血壓接近，低溫對(duì)人體血壓調(diào)整明顯。

圖13 受試者平均壓均值變化

圖14 血壓隨環(huán)境變化狀態(tài)

3 生理響應(yīng)與熱感覺相關(guān)性分析

3.1 皮膚溫度與熱感覺相關(guān)性分析

分析人體皮膚溫度變化是評(píng)價(jià)乘員在瞬態(tài)非均勻熱環(huán)境中熱感覺的有效方法。圖15 為局部皮膚溫度對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)情況。暴露在高溫環(huán)境時(shí)，人體各部位皮膚溫度上升。環(huán)境溫度上升前8 min，皮膚溫度上升趨勢較快，隨后趨于穩(wěn)定。由于人體熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用，15 min 后皮膚溫度略有下降。大腿和背部皮膚溫度由于座椅保暖效果，皮膚溫度在中性環(huán)境就開始上升，會(huì)影響到乘員的熱感覺。而當(dāng)暴露于寒冷環(huán)境時(shí)，各部位皮膚溫度逐漸降低。在降溫開始10 min，皮膚溫度以較高下降梯度快速下降，然后溫度變化趨于穩(wěn)定。其中，對(duì)于缺乏衣服覆蓋的身體部位，皮膚溫度降幅可達(dá)4 ℃。在熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用下，部分身體部位的皮膚溫度會(huì)出現(xiàn)略有升高現(xiàn)象。乘員背部一般會(huì)緊貼座椅靠背，背部受到較好保暖作用，因此低溫環(huán)境下其皮膚溫度變化不明顯。

圖15 皮膚溫度對(duì)不同熱負(fù)荷的響應(yīng)

進(jìn)一步分析局部部位對(duì)整體熱感覺的影響，統(tǒng)計(jì)了各局部熱感覺對(duì)整體熱感覺的影響程度，如圖16所示。當(dāng)受試者處于16 ℃熱環(huán)境時(shí)，整體熱感覺投票主要為-3 和-2，此時(shí)上臂、下臂、手部和足部的熱感覺在冷（-3）和涼（-2）占較大比例，而其他局部部位集中在中性和微涼。當(dāng)受試者整體處于中性25 ℃環(huán)境時(shí)，整體熱感覺投票集中在-1、0和1，而足部感到稍涼，頭部、前胸、腹部和后背部熱感覺為稍暖，其他部位以中性為主。當(dāng)受試者處于32 ℃環(huán)境時(shí)，整體熱感覺投票集中在2 和3，頭部熱感覺投票主要是熱（3）和暖（2），而其他部位主要處于稍暖和暖。上述分析可知，乘員艙熱環(huán)境中，上下臂及手部感到寒冷是導(dǎo)致整體熱感覺偏冷的主要因素，而乘客頭部和背部感到熱是導(dǎo)致整體熱感覺偏熱的主要原因。這可能是由于四肢從血液獲得的熱量較少且缺乏保暖；而炎熱環(huán)境下頭部產(chǎn)熱量大，后背散熱困難，導(dǎo)致皮膚溫度較高。

圖16 局部熱感覺對(duì)整體熱感覺影響力

圖17分析平均皮膚溫度與人體熱感覺相關(guān)性。變化幅度較大，這可能是個(gè)體因素或溫度轉(zhuǎn)變時(shí)存在感覺超前現(xiàn)象，因此主要研究25%-75%區(qū)間內(nèi)與人體熱感覺的關(guān)系。熱感覺投票為-3時(shí)，受試者的主要集中在29-31.5 ℃間，而熱感覺投票為3 時(shí)，的25%閾值高于32 ℃。皮膚溫度與熱感覺呈正相關(guān)，但中性熱感覺的與在稍冷（-1）和稍暖（-2）無明顯差異，可用3 階多項(xiàng)式對(duì)熱感覺投票與進(jìn)行擬合，=0.98。

圖17 MST與熱感覺的擬合關(guān)系

心率和血壓等心血管生理反應(yīng)是為維持皮膚溫度動(dòng)態(tài)平衡而進(jìn)行。因此，這些生理參數(shù)與存在關(guān)聯(lián)，并在一定程度上具有皮膚溫度表征人體熱感覺的能力。不同平均皮膚溫度范圍、脈搏率和平均壓力的變化如圖18 所示。顯然，脈率范圍隨著皮膚溫度的升高而增加，而血壓中位線下降明顯。

圖18 平均皮膚溫度與心血管參數(shù)關(guān)系

3.2 脈率響應(yīng)與熱感覺相關(guān)性分析

人體暴露在高溫環(huán)境中脈率明顯高于暴露在寒冷環(huán)境。脈率均值與熱感覺投票值呈正相關(guān)。圖19表明，在熱感覺-3時(shí)均值最小，而在+3時(shí)均值最大。人體更容易接受溫暖的環(huán)境，熱感覺+1和+2 與中性感覺0 之間的無顯著差異。在冷-3和熱+3間存在顯著差異*0.034。

圖19 脈率響應(yīng)

試驗(yàn)測得脈率與相關(guān)文獻(xiàn)的健康人群靜息脈率試驗(yàn)接近，變化趨勢和規(guī)律具有合理性。圖20采用脈率變化率-分析熱感覺值。熱感覺投票值與脈率變化也呈正相關(guān)。低氣溫條件下相鄰熱感覺等級(jí)間的-沒有顯著差異，但處于溫暖環(huán)境的-與冷環(huán)境的-顯著差異（*＜0.05），說明-作為熱感覺因素有較大潛力。

圖20 PR變化率

3.3 血氧飽和度響應(yīng)與熱感覺相關(guān)性分析

高溫和低溫條件下特征的熱感覺沒有顯著差異。理論上，健康乘員的血氧飽和度會(huì)保持在較高狀態(tài)。不同熱舒適性下及其變化率如圖21所示。環(huán)境因素可能導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)波動(dòng)，但變化幅度小于儀器精確度。不同熱感覺下的變化率均小于1%。低溫環(huán)境中平均值低于高溫環(huán)境，這是由于低溫時(shí)人體為減少熱量損失降低呼吸速率引起的。

圖21 不同熱舒適性下SpO2及其變化率

3.4 血壓響應(yīng)與熱感覺相關(guān)性分析

根據(jù)生理學(xué)原理，人體感到熱時(shí)，人體熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過促進(jìn)血管擴(kuò)張，增加身體散熱，而在寒冷環(huán)境中進(jìn)行血管收縮，減少熱量散失。由圖22 統(tǒng)計(jì)可知，在冷環(huán)境下熱感覺［-3，-2］時(shí)，血壓明顯高于熱感覺［-1，3］。熱感覺為-3 時(shí)的收縮壓比熱感覺投票0 時(shí)的收縮壓高6.3 mmHg。熱感覺從微涼（-1）到熱（3）時(shí)血壓略有下降，相差1.8 mmHg。因此，血壓對(duì)于低溫環(huán)境中的熱感覺變化表征具有較大潛力，而在溫暖環(huán)境表現(xiàn)相差不大。

圖22 不同血壓指標(biāo)參數(shù)變化

3.5 相關(guān)系數(shù)及回歸分析

Pearson 相關(guān)系數(shù)應(yīng)用于衡量變量之間的線性關(guān)系，是相關(guān)性分析重要的指標(biāo)。

采用Pearson 系數(shù)分析人體熱感覺與生理反應(yīng)之間的相關(guān)性，生理熱響應(yīng)與熱感覺的相關(guān)系數(shù)如表4 所示。和與熱感覺值顯著正相關(guān)，和-與熱感覺值相關(guān)性不強(qiáng)。與熱感覺的Pearson 相關(guān)系數(shù)為-0.955，為顯著負(fù)相關(guān)（＜0.001）。相比各種血壓參數(shù)指標(biāo)，、-與熱感覺值呈顯著負(fù)相關(guān)（＜0.001）。脈率和血壓的生理熱響應(yīng)與人體整體熱感覺存在顯著相關(guān)性。

表4 熱感覺與生理特征間的Pearson系數(shù)

結(jié)合分析可知，乘員的脈率和血壓變化率與熱感覺具有相關(guān)關(guān)系。因此，采用回歸分析方法，確定和與熱感覺的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)數(shù)據(jù)變化趨勢，使用3 階多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，用于判斷回歸方程的擬合程度，越接近1 說明自變量與因變量間的線性關(guān)系越強(qiáng)，擬合系數(shù)和擬合曲線如表5和圖23所示。

表5 擬合系數(shù)

圖23 PR-CR 和MAP-CR擬合曲線

4 結(jié)論

（1）搭建了非均勻熱流耦合乘員艙氣候試驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建了人體主觀熱感覺的雙標(biāo)尺評(píng)價(jià)體系，受試者在試驗(yàn)平臺(tái)中開展熱感覺投票和脈率、血壓、皮膚溫度等生理熱響應(yīng)的試驗(yàn)研究。

（2）試驗(yàn)獲得不同環(huán)境條件對(duì)生理熱調(diào)節(jié)與熱感覺帶來的潛在影響及兩者的變化規(guī)律。乘員艙非均勻熱負(fù)荷使人體局部皮膚溫度響應(yīng)存在差異，溫暖環(huán)境下頭部和背部熱感覺評(píng)分達(dá)到+3（熱），而寒冷環(huán)境下手臂和手部降溫導(dǎo)致熱感覺評(píng)分達(dá)到-3（冷）。人體平均皮膚溫度與其整體熱感覺的關(guān)系可用三次線性關(guān)系表達(dá)。

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)T 檢驗(yàn)表明，人體的主觀熱感覺與、、顯著相關(guān)（＜0.05）。受試者在溫暖熱條件下比在寒冷熱條件下脈率增加11%和平均壓降低8%，故過高或過低的乘員艙溫度對(duì)乘客心血管系統(tǒng)存在威脅。分析人體生理熱調(diào)節(jié)響應(yīng)與熱感覺的Pearson 相關(guān)系數(shù)，和與熱感覺顯著正相關(guān)（=0.943，＜0.001），與熱感覺的相關(guān)系數(shù)為-0.955（＜0.001）。

（4）本研究針對(duì)具有相似BMI的年輕人群，隨著年齡和生理機(jī)能的不同，熱感知也會(huì)受到影響，因此有必要開展對(duì)兒童和老人的深入研究。