夏季相同熱偏好男女之間的熱反應(yīng)差異

王麗娟 ，張盟盟 ，左國棟，鄭 松，蔣 婧

(西安工程大學(xué) 城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院，陜西 西安 710048)

0 引 言

個(gè)體差異是一種普遍現(xiàn)象，即在同一種環(huán)境中，人與人之間的冷熱感受不同帶來的生理、心理及熱感覺方面的差異。現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)，以滿足多數(shù)人群熱舒適的方式來設(shè)置環(huán)境參數(shù)，鮮有考慮個(gè)體差異的影響，導(dǎo)致部分人對環(huán)境并不滿意。

已有研究發(fā)現(xiàn)，性別、年齡和體型等因素影響個(gè)體差異。文獻(xiàn)[1-3]發(fā)現(xiàn)男女間生理差異性不一致；TALOR老年組的皮膚溫度顯著低于年輕組[4]。INDRAGANTI等在實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高體質(zhì)量人群的舒適溫度比體質(zhì)量不足人群低0.7 ℃[5]；此外，BMI對居住者的熱感覺、衣著習(xí)慣和舒適溫度有顯著影響[6-7]。影響個(gè)體差異的因素除了生理參數(shù)還包括體型因素，且性別對個(gè)體差異也有影響。

不同熱偏好受試者的生理參數(shù)和主觀投票存在顯著性差異[8-9]，將受試者分為涼偏好、中性偏好和暖偏好，說明不同熱偏好組的男生存在熱反應(yīng)差異。相同熱偏好男女之間是否存在熱反應(yīng)差異是未知的。

本文采用文獻(xiàn)[9]中的夏季問卷，篩選相同熱偏好的男女生，在氣候室中測試其生理參數(shù)、心理反應(yīng)和體型尺寸，分析相同熱偏好下男女生之間的心理、生理及體型差異。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 受試者

采用夏季熱偏好問卷[9]篩選涼偏好、中性偏好和暖偏好 3類受試者的方法，并驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性。對在校學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，有效問卷共430份，按照問卷得分統(tǒng)計(jì)出27%高分組(暖偏好)、46%中分組(中性偏好)和27%低分組(涼偏好)，從3種分組中篩選36名受試者。為了檢驗(yàn)相同熱偏好的男女受試者，是否存在生理差異，針對每一種熱偏好組，男女受試者各選取6名。受試者基本信息見表1，其中,H為身高，W為體質(zhì)量，IBM為BMI，IBM=W/H2。

表 1 受試者基本信息

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

36名受試者參與人工氣候室實(shí)驗(yàn)，完成樣本篩選結(jié)果檢驗(yàn)、熱生理參數(shù)測試和體型參數(shù)測試。為避免人體生理節(jié)律的影響，實(shí)驗(yàn)均在下午進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)過程中，受試者服裝(0.6 clo)和靜坐、閱讀等行為維持不變。氣候室溫度設(shè)定為26、29、32 ℃ 3種工況，相對濕度(±60%)和風(fēng)速(≤0.2 m/s)不變。氣候室實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

圖 1 氣候室實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 The experimental process of the climate chamber

樣本篩選結(jié)果檢驗(yàn)需要測試受試者熱感覺7點(diǎn)量表投票(-3，冷；-2，涼；-1，微涼；0，適中；1，微暖；2，暖；3，熱)和熱舒適5點(diǎn)量表投票(0，舒適；1，稍不舒適；2，不舒適；3，很不舒適；4，不可忍受)。如果涼偏好、中性偏好和暖偏好 3組受試者之間的主觀投票存在顯著性差異，說明問卷篩選的3組熱偏好有效。如果相同熱偏好男女受試者的主觀投票沒有顯著性差異，說明樣本滿足要求。

熱生理參數(shù)主要測試受試者的皮膚溫度、皮膚導(dǎo)熱熱流、核心溫度和心率，實(shí)驗(yàn)設(shè)備參數(shù)見表2。

表 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備參數(shù)

人體平均皮膚溫度及導(dǎo)熱熱流采用Newburg/Spealman四點(diǎn)法[10]計(jì)算：

Tsk=0.34T胸+0.15T手臂+0.33T大腿+0.18T小腿

(1)

Qsk=0.34Q胸+0.15Q手臂+0.33Q大腿+0.18Q小腿

(2)

式中：Tsk為平均皮膚溫度,℃；T胸、T手臂、T大腿及T小腿表示人體各部位皮膚溫度，℃。Qsk為平均皮膚熱流，W/m2；Q胸、Q手臂、Q大腿及Q小腿為各部位皮膚熱流，W/m2。

體型參數(shù)主要在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段測試受試者的身高、體質(zhì)量、肢體圍度和皮褶厚度等參數(shù)，計(jì)算BMI、人體密度、體脂率和骨骼肌含量。

人體密度(Dm,Df)[11]計(jì)算方法為

Dm=1.099 1-0.000 5Asf-0.000 4Ssf-

0.000 5Tsf-0.000 3Y

(3)

Df=1.083 7-0.000 4Msf-0.000 4Asf-

0.000 4Tsf-0.000 3Y

(4)

體脂率[12]可表示為

R=(4.850/D-4.500)×100%

(5)

骨骼肌含量[13]可表示為

W×100%

(6)

式(3)～(6)中：D為人體密度，g/cm3(m表示男，f表示女)；sf為皮褶參數(shù)，A、S、T、M分別表示皮褶的具體部位腹部、肩胛下、大腿、三頭肌；H表示身高，m；Cag、Ctg、Ccg分別為矯正后的上臂、大腿及小腿圍長，mm；G取男1，女0；W為體質(zhì)量，kg；Y表示年齡，歲。Cag、Ctg、Ccg計(jì)算公式為

Cm=Climb-πS

(7)

式中:Climb為對應(yīng)上臂、大腿及小腿圍長，mm；S為對應(yīng)上臂、大腿及小腿皮褶厚度，mm

2 結(jié)果與討論

2.1 問卷篩選結(jié)果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證問卷的可靠性，在人工氣候室中測試3種熱偏好受試者的熱感覺和熱舒適投票，見圖2。

(a) 熱感覺投票

圖2表明，在26、29、32 ℃ 工況下，無論男女， 涼偏好組和暖偏好組受試者存在顯著性差異，如圖2(a)所示。(圖中“*”表示p<0.05，下同)。熱舒適投票結(jié)果也發(fā)現(xiàn)不同熱偏好組之間存在顯著性差異，如圖2(b)所示。熱感覺和熱舒適投票結(jié)果顯示，環(huán)境溫度越高，各組熱偏好之間差異越顯著。結(jié)果表明，采用問卷篩選涼偏好、中性偏好和暖偏好 3組受試者可行。

對比圖2中不同性別受試者熱感覺和熱舒適投票發(fā)現(xiàn)，相同熱偏好男女受試者之間沒有顯著性差異。同種熱偏好組，男女主觀熱反應(yīng)沒有顯著性差異。篩選的樣本滿足“相同熱偏好男女受試者”的條件。

2.2 熱生理參數(shù)

熱生理參數(shù)的結(jié)果如圖3所示。

圖3表明，具有相同熱偏好男女受試者的熱生理參數(shù)存在顯著性差異，主要體現(xiàn)在涼偏好組的平均皮膚溫度和平均皮膚導(dǎo)熱熱流。暖偏好組男女受試者的平均皮膚溫度在26、29 ℃時(shí)均出現(xiàn)顯著性差異。3種熱偏好男女受試者的平均皮膚導(dǎo)熱熱流在26 ℃出現(xiàn)顯著性差異(p<0.05)。同種熱偏好男女受試者的核心溫度及心率在3種工況下均沒有顯著性差異。

涼偏好組和暖偏好組男受試者平均皮膚溫度大于女性，如圖3(a)所示。在26、29和32 ℃工況下， 涼偏好組男女平均皮膚溫度差值分別為1.04、0.82、0.79 ℃；暖偏好組男女差值分別為0.38、0.63、0.39 ℃。在26、29 ℃工況下，中性偏好組男受試者平均皮膚溫度卻小于女性，差值分別為0.10、0.21 ℃。

涼偏好組和暖偏好組男受試者平均皮膚導(dǎo)熱熱流大于女性，如圖3(b)所示，該結(jié)論與平均皮膚溫度一致。在26、29、32 ℃工況下，涼偏好組男女平均皮膚導(dǎo)熱熱流差值分別為6.7、9.54、7.3 W/m2； 暖偏好組男女差值分別為5.26、0.28、1.25 W/m2；而中性偏好組男女差值分別為-7.15、-1.61、-2.27 W/m2。

3種熱偏好女受試者的核心溫度均大于男性，如圖3(c)所示，該結(jié)論與Havenith研究結(jié)論一致[14]。在26、29、32 ℃工況下：涼偏好組男女核心溫度差值分別為0.17、0.06、0.18℃；暖偏好組男女差值分別為0.05、0.17、0.19℃；中性偏好組男女差值分別為0.24、0.20、0.01 ℃。

不同熱偏好組男女心率呈現(xiàn)不同規(guī)律，如圖3(d)所示。在3種工況下，暖偏好組女受試者心率大于男性(差值為6.01、9.25、7.11 beat/min)，而中性偏好組男受試者心率大于女性(差值為2.69、6.53、5.26 beat/min)。

涼偏好組男女受試者的熱生理參數(shù)差異較大，雖然他們都喜歡涼環(huán)境，但他們的熱生理參數(shù)不同。中性偏好組男女受試者的熱生理參數(shù)差異相對較小，喜歡中性環(huán)境的男女受試者具有相似的熱生理參數(shù)。這可以解釋為什么有些研究能發(fā)現(xiàn)男女生理參數(shù)存在顯著性差異[15]，而有些研究卻沒有發(fā)現(xiàn)[2,16]。無論男性還是女性，他們自身就存在熱偏好差異。如果選取的男女樣本都屬于中性偏好，那么他們之間的差異沒有顯著性；如果選取其他偏好樣本，有可能發(fā)現(xiàn)顯著性差異。

2.3 體型參數(shù)

根據(jù)表1的IBM，式(3)～(7)計(jì)算BMI、人體密度、體脂率和骨骼肌含量，男女不同熱偏好受試者的體型參數(shù)如圖4所示。

(a) BMI

圖4表明，無論哪種熱偏好，男性受試者的BMI、人體密度和骨骼肌含量均大于女性，但顯著性差異只出現(xiàn)在涼偏好和暖偏好組男女受試者的體型參數(shù)之間，而中性偏好組男女受試者之間沒有顯著性差異。如圖4(a)所示，在涼偏好、 中性偏好和暖偏好 3種熱偏好組中，男受試者的BMI大于女性，差值分別為5.83、2.03、2.00 kg/m2。同一種性別下，涼偏好受試者的BMI依次大于中性偏好和暖偏好。

如圖4(b)所示，在涼偏好、中性偏好和暖偏好3種熱偏好組中，女受試者的體脂率大于男性，差值分別為7.9%、4.2%、7%。對于男受試者而言，涼偏好受試者的體脂率依次大于中性偏好和暖偏好，而女受試者出現(xiàn)不同的規(guī)律。如圖4(c)所示，同種性別不同熱偏好受試者之間的人體密度差異較小。男受試者不同熱偏好組之間的最大差異僅為0.002 g/cm3，而女受試者最大差異為0.009 g/cm3。在涼偏好、中性偏好和暖偏好3種熱偏好下，男受試者的人體密度均大于女性，差值分別為0.018、0.010、0.016 g/cm3。如圖4(d)所示，涼偏好與暖偏好組男受試者骨骼肌含量均大于女生，中性偏好組差基本無差異。

3種熱偏好受試者骨骼肌含量沒有明顯規(guī)律，且男女受試者在夏季存在不同熱偏好的原因，可以從產(chǎn)熱和散熱2方面解釋。BMI大的個(gè)體基礎(chǔ)代謝率也高[17]，涼偏好組受試者有較大的BMI，因而具有較大的代謝率，較大的產(chǎn)熱量使得機(jī)體需要涼環(huán)境增加散熱。脂肪層對機(jī)體有保暖阻熱作用。涼偏好組受試者在3組熱偏好中具有最高的體脂率，脂肪層阻礙機(jī)體散熱，因而此偏好受試者更喜歡涼環(huán)境。

3 結(jié) 論

1) 男女都是涼偏好或暖偏好時(shí)，體型參數(shù)存在顯著性差異；26 ℃工況下平均皮膚溫度和平均皮膚導(dǎo)熱熱流存在顯著性差異；29 ℃工況下僅平均皮膚溫度存在顯著性差異。因此，對于熱偏好或涼偏好，男女的生理及體型參數(shù)差異不可忽略。

2) 男女都是中性偏好時(shí)，僅在26 ℃工況下平均皮膚導(dǎo)熱熱流存在顯著性差異，其他的熱生理參數(shù)和體型參數(shù)差異較小。因此，對于中性偏好，男女的生理及體型參數(shù)可能無差別。

3) 在各種熱偏好組中，男性受試者的BMI、人體密度均大于女性，而體脂率、核心溫度均小于女性。在涼偏好與暖偏好下BMI、人體密度及體脂率存在顯著性差異。