初探佩戴口罩對(duì)人體熱舒適性的影響

陳 偉 斌， 毛 鈺 棟， 陸 佳 欣， 劉 建 麟， 方 趙 嵩 ，鄭 志 敏

（1. 華東交通大學(xué), 土木建筑學(xué)院，南昌，330013；2. 廣州市規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣州，510060 3. 廣州大學(xué)，土木工程學(xué)院，廣州，510006；4. 東華大學(xué)，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海， 201620）

0 引言

1902年，世界上第一臺(tái)空調(diào)設(shè)備誕生，是人類使用機(jī)械設(shè)備營(yíng)造人工熱濕環(huán)境的開(kāi)始。而關(guān)于熱舒適的文獻(xiàn)可追溯到二十世紀(jì)初［1，2］。ASHRAE［3］將熱舒適定義為“通過(guò)主觀評(píng)價(jià)表示對(duì)熱環(huán)境滿意的心理狀態(tài)”。上世紀(jì)70年代，F(xiàn)anger［4］提出的熱平衡模型認(rèn)為室內(nèi)人員的熱感覺(jué)由四個(gè)客觀環(huán)境因素和兩個(gè)人員主觀因素決定。人們對(duì)如何營(yíng)造令人舒適健康的熱濕環(huán)境的追求從未停下腳步。各種用于評(píng)價(jià)熱濕環(huán)境的理論、模型和指標(biāo)先后被提出［5］

朱穎心等［6］指出居住者不宜長(zhǎng)期逗留在不冷不熱的熱中性環(huán)境中，經(jīng)常的輕度冷熱暴露是有利于居住健康的。室內(nèi)的熱環(huán)境狀況影響著人的生產(chǎn)力和生活質(zhì)量，其中熱舒適性對(duì)人員的舒適度和生產(chǎn)效率影響最大［7-9］。Sun［10］等在上海展開(kāi)的室內(nèi)熱舒適研究指出：在過(guò)渡季節(jié)兒童臥室的熱環(huán)境較預(yù)期差、PPD較高；哮喘、肺炎的發(fā)生與熱不舒適顯著正相關(guān)。而對(duì)于室外環(huán)境，其熱舒適性對(duì)于可持續(xù)和宜居來(lái)說(shuō)非常重要。鼓勵(lì)人們更多地在室外活動(dòng)，可減少空調(diào)的使用從而節(jié)約能源［11］。由于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)而加劇的城市熱島問(wèn)題，不僅使空調(diào)能耗大幅增加還會(huì)惡化室外熱環(huán)境。近年來(lái)，室外熱舒適的研究已在不同地區(qū)展開(kāi)，且不同季節(jié)影響室外熱舒適的主導(dǎo)熱環(huán)境參數(shù)不同［12］。在夏熱冬暖地區(qū)的香港展開(kāi)的研究［13］表明人們對(duì)于風(fēng)的變化更加敏感。在熱帶地區(qū)的新加坡則表明了濕度是影響熱舒適和熱感覺(jué)最重要的因素［14］。 Nasrin等［15］在熱帶城市的室外熱舒適研究表明在濕熱的熱刺激下，身體不適容易造成入睡困難或失眠、頭痛、乏力和頭暈，且熱感覺(jué)與疲勞、疼痛和心肺相關(guān)癥狀顯著相關(guān)。

室外環(huán)境的惡化和流行病的爆發(fā)促使了民眾對(duì)室外空氣質(zhì)量的重視，尤其是阻斷傳染病在空氣中的傳播［16］。2020年初全球爆發(fā)了新冠疫情后，科學(xué)佩戴口罩成為減少新冠肺炎病毒傳播的有效途徑之一以被證實(shí)。在到目前為止新冠疫情仍處于大流動(dòng)期，佩戴口罩以成為日常生活的一種習(xí)慣。由于佩戴口罩對(duì)人體的熱舒適存在明顯的影響，尤其是在高溫環(huán)境下，其影響程度更為顯著，但就目前的相關(guān)研究而言，對(duì)員在室內(nèi)或室外佩戴口罩時(shí)的熱舒適性影響任需深入探究。本文從佩戴口罩者的熱濕感和熱安全的角度出發(fā)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的方式用問(wèn)卷星派發(fā)熱舒適問(wèn)卷，初步探究佩戴口罩對(duì)人的熱舒適性的影響。

1 調(diào)研方法

本次問(wèn)卷調(diào)查開(kāi)展的時(shí)間為2020年7月22日至8月6日，采取網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的方式，使用問(wèn)卷星發(fā)放電子問(wèn)卷，共回收700份有效問(wèn)卷，其中室內(nèi)環(huán)境600份，室外環(huán)境100份。表1給出了受試者的一些基本信息。

表1 受試者基本信息

受試者調(diào)查問(wèn)卷總共分為三部分，第一部分為受試者的基本信息，包含受試者年齡、所在地區(qū)、服裝和活動(dòng)狀態(tài)等。圖1為來(lái)自全國(guó)各地的受試者所在地區(qū)的統(tǒng)計(jì)圖，主要有廣東（53.29 %）、重慶（17.43 %）、福建（4.43 %）、湖南（4.29 %）等。第二部分包含受試者的熱感覺(jué)投票（TSV）、濕感覺(jué)投票（HSV）、受試者所認(rèn)為的環(huán)境溫度等，表2為受試者問(wèn)卷中使用的投票量表，第三部分為受試者佩戴口罩時(shí)的不舒適部位和不舒適癥狀。由于采用網(wǎng)絡(luò)調(diào)查，缺少受試者填寫問(wèn)卷時(shí)所在環(huán)境的空氣溫度，因此根據(jù)中國(guó)氣象網(wǎng)的數(shù)據(jù)補(bǔ)充了受試者所在城市最平均氣溫。圖2為各地區(qū)平均氣溫箱圖，各地區(qū)的平均氣溫主要集中在26 ℃以上。最高31.2 ℃，最低22.5 ℃，平均28.2 ℃。

表2 受試者問(wèn)卷投票量表

圖1 受試者所在地區(qū)分布圖

圖2 各地區(qū)平均氣溫箱圖

2 結(jié)果與討論

2.1 受試者的不舒適部位與不舒適癥狀

問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，有600位受試者佩戴口罩時(shí)身體的一些部位感到不適并且表現(xiàn)出一定的不舒適癥狀。圖3為受試者的不舒適部位及不舒適癥狀的分布情況:（a），78 %的人感到臉部不舒適，頭部和胸部感到不適的比例分別為16 %和5 %，表明在夏季佩戴口罩會(huì)對(duì)人體生理健康有一定的不良影響。（b），高達(dá)92 %的受試者出現(xiàn)面部悶熱和呼吸困難的癥狀，感到胸悶、劇烈出汗、頭暈乏力、惡心反胃的比例分別為18 %、14 %、13 %和10 %?？谡謺?huì)籠罩受試者臉部的大部分面積，特別是呼吸區(qū)域，這不僅使臉部散發(fā)的熱量無(wú)法及時(shí)排走，還會(huì)使人的呼氣形成水蒸氣，造成了絕大部分人感到面部悶熱和呼吸困難并伴有其他一些不舒適癥狀。

圖3 受試者不舒適部位與不舒適癥狀：（a）不舒適部 （b）不舒適癥狀

2.2 受試者的熱感覺(jué)與濕感覺(jué)

圖4為受試者佩戴口罩和未佩戴口罩的整體熱感覺(jué)和濕感覺(jué)投票。

圖4 主觀評(píng)價(jià)：（a）室外環(huán)境熱感覺(jué)投票（b）室外環(huán)境濕感覺(jué)投票（c）室內(nèi)環(huán)境熱感覺(jué)投票（d）室內(nèi)濕感覺(jué)投票

（a）室外環(huán)境熱感覺(jué)投票，在未佩戴口罩時(shí)受試者的熱感覺(jué)多數(shù)偏暖（TSV= 1、2、3），占比為73 %，其中TSV=3的比例為39 %；佩戴口罩時(shí)受試者的熱感覺(jué)多數(shù)偏熱（TSV= 1、2、3），占比為91 %，其中TSV=3的比例為69 %，熱感覺(jué)TSV=3的投票從未戴口罩的39 %激增至69 %。

（b）室外濕感覺(jué)投票，佩戴口罩時(shí)受試者的感覺(jué)偏潮濕的占比75 %明顯比中性及偏干燥的占比25 %高，而在未戴口罩時(shí)，受試者熱感覺(jué)多數(shù)偏中性（HSV= -1、0、1），占比63 %。

（c）室內(nèi)環(huán)境熱感覺(jué)投票，與室外環(huán)境表現(xiàn)不同，未佩戴口罩時(shí)受試者的熱感覺(jué)多數(shù)為中性，占比62 %，主要原因是室內(nèi)開(kāi)啟了空調(diào)，溫度較低。但變化趨勢(shì)與室外環(huán)境的一致，在佩戴口罩時(shí)，TSV=0的投票銳減至14 %，而偏熱（TSV=1、2、3）的投票從26 %增至85 %。

（d）室內(nèi)環(huán)境濕感覺(jué)投票，與室內(nèi)熱感覺(jué)投票的表現(xiàn)一致。未佩戴口罩時(shí)感到中性的比例65.7 %明顯高于其他的占比。而佩戴口罩后，濕感覺(jué)偏濕（HSV=1、2、3）的占比從未戴口罩的19.4 %增加至70.1 %，其中HSV=1的比例為38.3 %。

由上述a～d四部分的數(shù)據(jù)分析可知，不論是在室外環(huán)境還是室內(nèi)環(huán)境，是否佩戴口罩對(duì)人體的熱感覺(jué)和濕感覺(jué)都有顯著的影響，都使人感覺(jué)偏熱偏潮濕，尤其是在室外環(huán)境時(shí)影響更顯著。

表3為佩戴口罩與否的MTSV和MHSV的獨(dú)立性t檢驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)p＜0.05時(shí)表示兩者差異顯著。佩戴口罩和未佩戴口罩的受試者的MTSV和MHSV存在顯著差異。在炎熱的夏季，佩戴口罩會(huì)增加人體熱感覺(jué)，降低了的熱舒適度，并且還會(huì)對(duì)人的生理造成一定的不良影響。

表3 佩戴口罩與否的獨(dú)立性t檢驗(yàn)結(jié)果

2.3 MTSV、MHSV與受試者體感溫度的關(guān)系

生理等效溫度PET、濕黑球溫度WBGT等被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)室外熱舒適。平均預(yù)測(cè)投票PMV、平均預(yù)測(cè)不滿意率PPD常用來(lái)評(píng)價(jià)室內(nèi)熱舒適。但是，由于本次調(diào)查采用的方式并非實(shí)地調(diào)查而是網(wǎng)絡(luò)調(diào)查，因此本次調(diào)查無(wú)法計(jì)算出PET、PMV等指標(biāo)。從而采取了受試者對(duì)環(huán)境的感知溫度（體感溫度），來(lái)初探佩戴口罩對(duì)人體熱舒適性的影響，同時(shí)并分析了佩戴口罩的時(shí)長(zhǎng)與人體熱濕感的關(guān)系。

圖5為感知溫度T與MTSV、MHSV的關(guān)系圖。圖6為口罩佩戴時(shí)長(zhǎng)與MTSV、MHSV的關(guān)系圖。圖5（a）中受試者佩戴口罩時(shí)的MTSV與T的線性回歸表達(dá)式為y=0.053x+0.119，R2=0.543，未佩戴口罩時(shí)的線性回歸表達(dá)式為y=0.077x-1.698，R2=0.8?？梢钥闯鑫磁宕骺谡謺r(shí)受試者的MTSV與T的線性關(guān)系更顯著，對(duì)熱感覺(jué)的變化更敏感。圖5（b）中，佩戴口罩的線性回歸表達(dá)式式為y=0.0289x+0.1644，R2=0.289，未戴口罩時(shí)的線性回歸表達(dá)式為y=0.0033x+0.1791，R2=0.0195。佩戴口罩時(shí)的MHSV與T的線性關(guān)系更顯著，對(duì)濕感覺(jué)的變化更敏感。從以上分析可知，在相同的溫度時(shí)，人在戴口罩時(shí)的熱感覺(jué)和濕感覺(jué)都比未戴口罩時(shí)的高，處于一個(gè)偏熱偏濕的狀態(tài)，佩戴口罩會(huì)增加人體的對(duì)環(huán)境的耐熱性和耐濕性。

圖5 各投票與受試者體感溫度的關(guān)系：（a）MTSV （b）MSHV

圖6 各投票與口罩佩戴時(shí)長(zhǎng)的關(guān)系：（a）MTSV （b）MHSV

圖6為受試者佩戴口罩的時(shí)長(zhǎng)h與MTSV、MHSV的關(guān)系圖。（a）中，MTSV與h的二次回歸表達(dá)式為y=0.0364x2-0.2629x+2.2170，R2=0.2524；MHSV與h的二次回歸表達(dá)式為y=-0.2186x2+0.6524x+0.792，R2=0.6599，從（a）可以看到，MTSV、MHSV與h呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨著佩戴時(shí)長(zhǎng)的增加MTSV、MHSV降低。說(shuō)明隨著口罩佩戴時(shí)間的增加，受試者會(huì)對(duì)主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境及佩戴口罩時(shí)帶來(lái)的熱濕感，并嘗試使自身的熱濕感回到未佩戴口罩時(shí)的熱濕狀態(tài)（熱舒適狀態(tài)），表明了熱舒適的適應(yīng)性。這與文獻(xiàn)［19］中對(duì)于適應(yīng)性熱舒適的研究一致，即“熱舒適性可以看作是一個(gè)自我調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不僅包括人與環(huán)境之間的熱濕交換，而且包括人的生理、行為和心理的反應(yīng)，人在熱環(huán)境中不是被動(dòng)的，而是主動(dòng)地控制它以確保舒適性”。

3 結(jié)論

為了探究佩戴口罩對(duì)人體熱舒適性的影響，在2020年7月22日至8月6日，采取網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的方式，利用問(wèn)卷星展開(kāi)了熱舒適問(wèn)卷調(diào)研，研究結(jié)果如下：

（1）人在佩戴口罩和未佩戴口罩時(shí)的熱感覺(jué)和濕感覺(jué)投票差異顯著。佩戴口罩會(huì)明顯提高人體的熱感覺(jué)和濕感覺(jué)，不僅使人處于一個(gè)偏熱偏濕的狀態(tài)，還會(huì)提高人對(duì)環(huán)境的耐熱性和耐濕性。同時(shí)，受試者佩戴口罩時(shí)熱敏感性會(huì)減弱，但濕敏感性會(huì)增強(qiáng)。

（2）在炎熱的夏季佩戴口罩容易使人感到不舒適并出現(xiàn)一定的不舒適癥狀。78 %的受試者感到臉部不舒適，頭部和胸部感到不適的比例分別為16 %和5 %。92 %的受試者出現(xiàn)面部悶熱和呼吸困難的癥狀，感到胸悶、劇烈出汗、頭暈乏力、惡心反胃的比例分別為18 %、14 %、13 %和10 %。

（3）對(duì)比受試者佩戴口罩和未戴口罩時(shí)的MTSV和MHSV與體感溫度進(jìn)行了線性回歸分析。佩戴口罩時(shí)的MTSV、MHSV與體感溫度的相關(guān)系數(shù)分別為0.74 、0.54；未戴口罩時(shí)則為0.89、0.15。同時(shí)，MTSV、MHSV與受試者佩戴口罩時(shí)長(zhǎng)的二次回歸曲線顯示其相關(guān)系數(shù)分別為0.5、0.81。

本研究亦存在一定的局限。由于采用網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的方式，無(wú)法測(cè)量受試者的相關(guān)生理參數(shù)和所在環(huán)境的熱環(huán)境參數(shù)，未能進(jìn)一步地研究分析其他相關(guān)熱舒適指標(biāo)，如PET、PMV、WBGT等。另外，本次的調(diào)查是未考慮到口罩類型，未來(lái)關(guān)于不同口罩種類對(duì)人體熱舒適性的影響值得進(jìn)一步研究。同時(shí)，本研究的調(diào)查時(shí)間為夏季，更多關(guān)于過(guò)度季節(jié)和冬季佩戴口罩時(shí)的影響也將進(jìn)一步分析。