簡毅文，常小艷，李昱岑，高萌，田園泉

(北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，北京 100124)

實際空調(diào)環(huán)境中大學(xué)生人體熱反應(yīng)及其對空調(diào)關(guān)閉影響的研究*

簡毅文?，常小艷，李昱岑，高萌，田園泉

(北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，北京 100124)

針對實際間歇空調(diào)運(yùn)行情況的體現(xiàn)，依托某實際空調(diào)房間，基于人體進(jìn)入空調(diào)房間之前熱經(jīng)歷以及空調(diào)環(huán)境變化的隨機(jī)測試工況，通過人體主要部位皮膚溫度等生理參數(shù)和室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的測試以及人體熱感覺和空調(diào)關(guān)閉意向的問卷調(diào)查，研究分析空調(diào)環(huán)境中處于靜坐狀態(tài)人體的生理熱反應(yīng)及其與空調(diào)關(guān)閉行為的相互關(guān)系.結(jié)果表明，在四肢和頸部幾乎暴露于環(huán)境的條件下，空調(diào)環(huán)境中人體腳底皮膚溫度變化明顯，并對人體熱感覺產(chǎn)生重要影響，伴隨腳底皮膚溫度的降低，人體熱感覺從熱中性開始，之后以“階梯降”的形式逐步降低.同時，盡管空調(diào)關(guān)閉時的人體熱感覺存在差異，但從統(tǒng)計角度分析，決定空調(diào)關(guān)閉動作產(chǎn)生的關(guān)鍵因素仍是腳底皮膚溫度.腳底皮膚溫度又最終由人體的環(huán)境暴露狀況(熱環(huán)境經(jīng)歷和當(dāng)前所處環(huán)境)所決定，空調(diào)環(huán)境溫度越低，人體對空調(diào)環(huán)境的熱不可接受度越高，空調(diào)關(guān)閉的動作越容易發(fā)生.與腳底相對照，頸部、胸部、手背、大腿和前臂的皮膚溫度對人體熱感覺和空調(diào)關(guān)閉行為不產(chǎn)生統(tǒng)計上的顯著影響.

皮膚溫度；實際空調(diào)環(huán)境；生理熱反應(yīng)；熱感覺；空調(diào)關(guān)閉行為；環(huán)境暴露

Abstract：As a complementary research on human thermal adaptation in air conditioning environment,this study aimed to explore human physiological thermal responses in real air conditioning environment and discuss their effects on air conditioning closing behaviors.For this,one office room,equipped with one split air conditioner,was selected to provide real air conditioning environment,and 12 students volunteered to be subjects.20 field surveys about human thermal responses to air conditioning environment when subjects just leave a non-air-conditioned environment,to simulate the intermittent running of air conditioners in real conditions,were conducted in this office room.During each survey,skin temperatures of the main body parts were measured; and human thermal sensations were recorded.Additionally,the indoor temperature and relative humidity were measured.The results showed the significant variations of foot skin temperatures and their great effects on human thermal sensations when human limbs and neck were almost exposed in air conditioning environment.In response to this,human thermal sensations presented the“step-down”trends from the votes of“thermal neutrality”to the votes of“cool”or“cold”,demonstrating the great impacts of foot skin temperatures on human thermal sensation votes.Moreover,foot skin temperatures were also found to have statistical effects on human thermal acceptance level in air conditioning environment and their actions to turn off air conditioners,which eventually resulted from human exposure environments and their thermal history.The lower the indoor temperature in air conditioning environment,the more likely subjects to turn off air conditioner.By comparison,the correlations of human thermal sensation votes and their actions to turn off air conditioners with skin temperatures of the other body parts as neck,chest,hand,forearm and thigh,as well as heart rate and blood pressure have not reached statistical significance.

Keywords：skin temperature; real air conditioning environment; physiological thermal responses; thermal sensation; air conditioning closing behavior; exposure environment

空調(diào)的目的在于滿足人體對室內(nèi)環(huán)境的熱舒適需求，因此，人體對室內(nèi)環(huán)境的生理熱反應(yīng)本質(zhì)上決定著空調(diào)的開、關(guān)狀況.在安裝分體空調(diào)的居住建筑和帶有三速開關(guān)風(fēng)機(jī)盤管的辦公建筑中，居住者對空調(diào)的開、關(guān)狀況具有完全的控制權(quán).人在室內(nèi)或由室外進(jìn)入到室內(nèi)感到熱時會開空調(diào)或加大空調(diào)風(fēng)速，室內(nèi)溫度和濕度降低；空調(diào)環(huán)境下人感到?jīng)鰰r會關(guān)空調(diào)或降低空調(diào)風(fēng)速，室內(nèi)溫度和濕度上升.這使得房間空調(diào)通常處于間歇運(yùn)行的狀態(tài)，以此實現(xiàn)了人體從“熱不舒適”向“熱舒適”的轉(zhuǎn)變[1]，并在此過程中會出現(xiàn)由一種熱環(huán)境向另一種熱環(huán)境的過渡.因此，為全面認(rèn)識和了解建筑空調(diào)行為，有必要研究分析空調(diào)環(huán)境中人體生理熱反應(yīng)的變化特性及其對空調(diào)關(guān)閉行為產(chǎn)生的影響.

迄今，國內(nèi)外學(xué)者在大量人體熱舒適現(xiàn)場研究的基礎(chǔ)上[2-3]，為分析探討人體熱舒適的變化特性，開始著眼于人體生理熱反應(yīng)的實測研究.對此，依托于人工氣候室，研究者對熱濕環(huán)境多種突變工況[4-7]、漸變工況[8]以及穩(wěn)定工況[9]下的人體生理熱反應(yīng)進(jìn)行了實驗觀察，分析認(rèn)識人體皮膚溫度、心率、熱反應(yīng)穩(wěn)定時間、人體熱感覺等的變化特性；研究分析人體熱舒適與人體暴露環(huán)境、平均皮膚溫度及其變化率之間的相互關(guān)系；統(tǒng)計分析了人體局部皮膚溫度、皮膚溫度變化率與人體熱感覺之間的相關(guān)性，并由此確定出對人體熱感覺影響關(guān)鍵的身體部位；建立人體熱感覺與平均皮膚溫度或皮膚溫度變化率的數(shù)學(xué)關(guān)系[4-9].此外，考慮到實際環(huán)境的不可控、非穩(wěn)定以及人體熱經(jīng)歷的隨機(jī)性，有學(xué)者以超市、車站等過渡空間為研究對象，開展突變環(huán)境工況下人體生理熱反應(yīng)的現(xiàn)場實測研究，分析人體平均皮膚溫度、熱感覺隨時間的變化，并建立兩者之間的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)[10-12]，從而對人體生理熱反應(yīng)的真實狀況有了更全面的認(rèn)識.

上述研究對空調(diào)環(huán)境下人體生理熱反應(yīng)研究的發(fā)展和應(yīng)用起到了很好的推動作用，然而，現(xiàn)有研究的內(nèi)容還較少聚焦于人體基于生理熱反應(yīng)所采取的調(diào)節(jié)行為動作上.事實上，從建筑空調(diào)行為的角度，人體生理狀況決定著其對室內(nèi)環(huán)境的主觀熱評價，進(jìn)而決定著空調(diào)關(guān)閉和開啟的動作產(chǎn)生[13].在此方面，韓國 Song等開展了空調(diào)教室環(huán)境以及室內(nèi)人體皮膚溫度的現(xiàn)場測試[14]，分析比較空調(diào)開啟和關(guān)閉時刻受試者8個部位皮膚溫度的差異狀況，分析闡述四肢部位(前臂、手背、小腿和足部)的皮膚溫度對空調(diào)關(guān)閉行為的重要影響.但此項研究沒有考慮人體對空調(diào)室內(nèi)環(huán)境的主觀熱評價，相應(yīng)未能在人體生理狀況、熱感覺與空調(diào)行為三者之間建立起相互關(guān)聯(lián).

因此，從人體生理熱反應(yīng)與空調(diào)行為的關(guān)系上需要進(jìn)一步豐富和完善現(xiàn)有研究.對此，本文采用現(xiàn)場實測和問卷調(diào)查的方法，針對實際空調(diào)環(huán)境，研究分析人體在其中的生理熱反應(yīng)及其與為適應(yīng)環(huán)境所產(chǎn)生空調(diào)關(guān)閉行為之間的相互關(guān)系.作為對實際間歇的體現(xiàn)，依托某實際空調(diào)房間，基于人體進(jìn)入空調(diào)房間之前熱經(jīng)歷以及空調(diào)環(huán)境變化的隨機(jī)測試工況，通過人體主要部位皮膚溫度等生理參數(shù)和室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的測試以及人體熱感覺和空調(diào)關(guān)閉意向的問卷調(diào)查，研究分析空調(diào)環(huán)境中人體處于靜坐狀態(tài)時的生理熱反應(yīng)及其與空調(diào)關(guān)閉行為的相互關(guān)系.本文工作對間歇空調(diào)情況下人體熱適應(yīng)研究的深入開展具有參考價值，并為空調(diào)關(guān)閉行為機(jī)制的研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持.

1 研究對象和研究方法

1.1 研究對象

本實驗共招募11名身體狀況良好的北京某高校大學(xué)生為受試者，其中男生8名，女生3名.男性和女性受試者年齡、身高、體重以及北京居住時間的基本信息如表1所示.測試期間，受試者均著短袖衣、短褲(短裙)和穿塑料拖鞋，服裝熱阻約為0.39 clo.

表1 受試者基本信息

1.2 研究方法

本研究采用現(xiàn)場測試和問卷調(diào)查的方法，現(xiàn)場測試照片如圖1所示，涉及實驗過程、測試環(huán)境、測試參數(shù)、問卷調(diào)查及測試儀器等的具體信息如下.

圖1 現(xiàn)場測試照

1.2.1 實驗過程

現(xiàn)場測試于2015年夏季在北京某高校辦公樓二層南向的某辦公房間開展，房間外窗帶百葉遮陽，空調(diào)末端為帶三速開關(guān)的風(fēng)機(jī)盤管，冷源為風(fēng)冷型渦旋式冷水機(jī)組.測試準(zhǔn)備期內(nèi)控制空調(diào)運(yùn)行時間及風(fēng)量大小來初步調(diào)整測試期的室溫和濕度，使其盡量與辦公建筑的低溫環(huán)境相一致，之后開始測試.

在每一個完整的測試過程中，受試者先由其本人辦公室或宿舍來到測試房間的走廊空間，填寫個體基本信息，佩戴皮膚溫度傳感器和換上拖鞋；再進(jìn)入到空調(diào)測試房間處于靜坐狀態(tài)，進(jìn)行單獨測試，期間，受試者在書桌邊可以看書、寫字、上網(wǎng)等，測試人員每隔5 min對受試者熱感覺進(jìn)行問卷調(diào)查.當(dāng)受試者對空調(diào)環(huán)境表示剛好不可接受而產(chǎn)生關(guān)閉空調(diào)動作時，測試結(jié)束，受試者離開測試房間.

受試者進(jìn)入測試房間前，在室外和走廊空間停留10 min左右，這與實際生活中人體從室外進(jìn)入空調(diào)房間或關(guān)閉空調(diào)后又重新開啟空調(diào)所產(chǎn)生的熱經(jīng)歷基本一致.因此，本文的研究測試體現(xiàn)出夏季空調(diào)實際的間歇運(yùn)行過程.

本研究對每位受試者分別在2015年暑期的不同天內(nèi)進(jìn)行了1～3次的完整測試，最后共得到20組有效樣本數(shù)據(jù).

1.2.2 測試環(huán)境

各測試工況下室內(nèi)空氣的平均溫度、平均濕度及其波動幅度如表2所示，測試期的室內(nèi)風(fēng)速均不超過0.15 m/s，平均輻射溫度近似認(rèn)為等于室內(nèi)空氣溫度.本研究測試的室內(nèi)溫度、濕度基本保持在22～28 ℃和40%～60%的范圍內(nèi)，室溫和相對濕度的波動幅度分別不超過1.0 ℃和6%，這與人體對夏季室內(nèi)空調(diào)環(huán)境的熱舒適需求基本一致[13].

表2 測試工況環(huán)境參數(shù)

1.2.3 環(huán)境及生理測試參數(shù)

采用溫濕度自記儀每隔1 min連續(xù)跟蹤和記錄室內(nèi)溫度和濕度；采用萬向風(fēng)速儀在氣流穩(wěn)定的情況下記錄風(fēng)速.考慮受試者看書、寫字和上網(wǎng)的書桌高度為70 cm，故將環(huán)境參數(shù)測點布置于受試者附近、并且距地面75 cm的高度處.環(huán)境測試數(shù)據(jù)沒有受到室內(nèi)燈光、計算機(jī)等熱、濕源的直接影響.

大量研究表明人體皮膚溫度與熱舒適緊密聯(lián)系[15-16].由此，本研究采用皮膚溫度測試儀“iButton”，皮膚溫度測試儀的讀數(shù)間隔為1 min.皮膚溫度測點的選擇決定了對人體生理熱反應(yīng)描述的合理狀況.相關(guān)研究表明,測點越多越能反映皮膚溫度的分布狀況[17]，但測點增加會相應(yīng)加大測量的復(fù)雜性和減少受試者的配合度.文獻(xiàn)[18]的研究表明左頸、左胸、左手背、左前臂、左腳底和右大腿6個部位的皮膚溫度能較好地反映人體體溫分布狀況.基于此，本研究選擇左頸、左胸、左手背、左前臂、左腳底和右大腿6個部位作為人體皮膚溫度的測點.測試儀器的詳細(xì)信息如表3所示.

表3 測試儀器信息

1.2.4 問卷調(diào)查

問卷調(diào)查的內(nèi)容除人體身高、體重、年齡以及在北京居住時間以外，還包括人體對室內(nèi)環(huán)境的熱感覺投票及熱可接受度.熱感覺投票采用ASHRAE推薦的七級分度標(biāo)尺，即：冷(-3)，涼(-2)，稍涼(-1)，中性(0)，稍暖(+1)，暖(+2)，熱(+3)；熱可接受度投票采用兩級分度斷裂標(biāo)尺，即：明顯不可接受(-1)，剛好不可接受(-0)，剛好可接受(0)，明顯可接受(+1).

2 人體熱感覺變化與空調(diào)關(guān)閉

(a)Ⅰ類樣本數(shù)據(jù)

(b)Ⅱ類樣本數(shù)據(jù) 圖2 受試者熱感覺投票隨時間的變化

對于20組測試，首先研究分析受試者熱感覺投票隨時間的變化，如圖2所示.可看出從外界進(jìn)入到空調(diào)環(huán)境后，受試者對室內(nèi)環(huán)境的熱感覺投票呈現(xiàn)“階梯降”的變化趨勢，也即從熱中性開始，在保持一段時間后，逐步降到稍涼(-1)、涼(-2)或冷(-3).圖2(a)和(b)同時反映出了一個重要現(xiàn)象，就是測試結(jié)束也即受試者產(chǎn)生關(guān)閉空調(diào)動作時刻的人體熱感覺投票出現(xiàn)了兩類不同的情況，分別定為Ⅰ類和Ⅱ類.Ⅰ類測試結(jié)束時刻的人體熱感覺投票為-2，包含表2中編號1～6的6組測試；Ⅱ類結(jié)束時刻的人體熱感覺投票為-3，包含表2中編號7～20的14組測試.兩類情況相比較，Ⅰ類測試中受試者產(chǎn)生空調(diào)關(guān)閉動作時刻的熱感覺投票值要低于Ⅱ類的情況.對此，本研究將測試結(jié)束也即空調(diào)關(guān)閉動作產(chǎn)生時刻的熱感覺投票定義為空調(diào)環(huán)境可接受熱感覺下限.此外，對于這兩類測試，受試者在其熱感覺投票達(dá)到各自下限(-2或-3)不到2 min的時間內(nèi)就會產(chǎn)生空調(diào)關(guān)閉的動作.于是，以下對Ⅰ類和Ⅱ類測試中涉及受試者熱感覺投票分別為-2，-3的生理熱反應(yīng)不作具體分析.

此外，不同于一些國內(nèi)外學(xué)者[5,19-20]的研究結(jié)論，本研究中受試者在從溫度相對較高的走廊過渡到溫度相對較低的空調(diào)環(huán)境時未出現(xiàn)冷感超越現(xiàn)象.分析文獻(xiàn)[5，19-20]的試驗工況，發(fā)現(xiàn)受試者通常被要求在溫度分別為35 ℃，34 ℃和32 ℃的高溫?zé)釟夂蚴彝Ａ舫^30 min以適應(yīng)熱氣候室的環(huán)境，之后再進(jìn)入到溫度分別為25 ℃，22 ℃和24 ℃的低溫冷氣候室，冷熱氣候室溫差達(dá)8～12 ℃.本研究中，雖然室外和走廊的溫度相對較高，但受試者在室外和走廊停留的時間只有10 min左右，還尚未完全適應(yīng)走廊的熱環(huán)境.另一方面，本研究中走廊處于建筑的背陰面且自然通風(fēng)良好，受試者熱感未受到太陽輻射的影響.以上兩個原因?qū)е卤狙芯康氖茉囌咴谶M(jìn)入到空調(diào)環(huán)境后未出現(xiàn)冷超越的現(xiàn)象.

3 人體皮膚溫度變化與熱感覺

所謂“熱感覺”是指人體通過位于自己皮膚表面下的神經(jīng)末梢的溫度，而做出的對周圍環(huán)境是“冷”還是“熱”的主觀描述[21]，因此熱感覺最終由人體皮膚溫度的狀況所決定.對此，選擇某一組數(shù)據(jù)為樣本，分析進(jìn)入空調(diào)環(huán)境后人體各部位皮膚溫度隨時間的變化，如圖3所示.結(jié)果反映出局部皮膚溫度的變化狀況，受試者左腳底皮膚溫度隨時間持續(xù)降低波動較大；左前臂皮膚溫度在測試前期隨時間變化較大，之后基本保持平穩(wěn)；相比較，右大腿、左胸、左頸和左手背處的皮膚溫度波動不大.

圖3 受試者局部皮膚溫度隨時間的變化

考慮各組測試中受試者熱經(jīng)歷的隨機(jī)性和空調(diào)環(huán)境的不可控性，再鑒于人體熱感覺投票隨時間的變化，本文從統(tǒng)計學(xué)角度研究分析空調(diào)環(huán)境中受試者皮膚溫度與其熱感覺投票之間的相互關(guān)系.分別對于前述空調(diào)環(huán)境可接受熱感覺下限不同的兩類測試，使用T統(tǒng)計量分別計算6個部位皮膚溫度總體均值的95%置信區(qū)間，進(jìn)而采用統(tǒng)計學(xué)檢驗方法考察受試者6個部位皮膚溫度在相鄰熱感覺投票間的統(tǒng)計差異性(顯著性水平α=0.05)[22]，具體如圖4所示.

(a)Ⅰ類測試數(shù)據(jù)

(b)Ⅱ類測試數(shù)據(jù) 圖4 受試者局部皮膚溫度在相鄰熱感覺間 的統(tǒng)計差異性

可以看出，對空調(diào)環(huán)境可接受熱感覺下限較低的Ⅰ類測試，熱感覺投票為-1時腳底平均皮膚溫度(30.3 ℃,95%CI:±2.08)顯著低于(P=0.027<0.05)熱感覺投票為0時的腳底皮膚溫度(31.3 ℃,95%CI:±2.21)；而對于大腿、頸部、前臂、手背和胸部的5個部位，在熱感覺投票為0和-1時的皮膚溫度卻不存在統(tǒng)計上的顯著差異.對于空調(diào)環(huán)境可接受熱感覺下限相對較高的Ⅱ類情況，統(tǒng)計結(jié)果同樣反映出不同熱感覺投票(0，-1，-2)下腳底皮膚溫度的顯著差異，熱感覺投票為-1時的腳底皮膚溫度(32.1 ℃,95%CI:±0.96)顯著低于(P=0.011<0.05)熱感覺投票為0時的腳底皮膚溫度(32.7 ℃,95%CI:±0.92)，但卻顯著高于(P=0.001<0.05)熱感覺投票為-2時的腳底皮膚溫度(31.3 ℃95%CI:±1.02).同樣，對于右大腿、左頸、左手背和左胸4個部位，其皮膚溫度在不同熱感覺投票下仍不存在統(tǒng)計上的顯著差異.與Ⅰ類情況略有不同的是，Ⅱ類情況下前臂在熱感覺投票為-1時的皮膚溫度(30.3 ℃,95%CI:±0.76)顯著低于(P=0.002<0.05)熱感覺投票為0時的皮膚溫度(31.0 ℃,95%CI:±0.65)，但在熱感覺投票為-1和-2情況下的皮膚溫度差異并不十分顯著，該統(tǒng)計結(jié)果與圖3測試工況中左前臂皮膚溫度的變化特性相一致.

由以上分析可知，在受試者進(jìn)入空調(diào)環(huán)境至對當(dāng)前空調(diào)環(huán)境剛好不可接受而產(chǎn)生關(guān)閉空調(diào)動作的時間內(nèi)，腳底皮膚溫度變化明顯，并對空調(diào)環(huán)境中人體熱感覺的變化產(chǎn)生重要影響，而頸部、胸部、手背、大腿和前臂處皮膚溫度在空調(diào)環(huán)境中則不存在統(tǒng)計意義上的明顯變化.

分析對比本文的測試研究和國內(nèi)外的相關(guān)研究，可發(fā)現(xiàn)各項研究結(jié)果之間有所不同.文獻(xiàn)[8]的研究表明在環(huán)境溫度由30 ℃逐漸降低到20 ℃的過程中，手腕皮膚溫度是整體熱感覺的一個主要預(yù)測指標(biāo)；文獻(xiàn)[23]的研究則發(fā)現(xiàn)在暖、中性以及涼的環(huán)境中，手指皮膚溫度都呈現(xiàn)顯著性變化.進(jìn)一步分析對比各項研究的測試工況，發(fā)現(xiàn)不同研究中受試者的著裝存在顯著差異，文獻(xiàn)[8]中20名受試者身著長袖、長褲、襪子和皮鞋，文獻(xiàn)[23]的研究則要求17名受試者身著統(tǒng)一的長袖連衣褲和襪子，這兩類服裝在熱阻上與歐美國家的辦公正裝基本一致.而本研究受試者的著裝為短衣、短褲(短裙)和塑料拖鞋，與中國人居家和休閑辦公環(huán)境的服裝基本相符，這使得除胸部外，其他各個皮膚測點幾乎完全暴露于環(huán)境中，相應(yīng)產(chǎn)生出與文獻(xiàn)[8,23]不同的研究結(jié)果.在受試者著裝基本相同的條件下，文獻(xiàn)[14]和[18]的研究也指出空調(diào)環(huán)境中人體足背和腳底皮膚溫度的顯著變化，并且文獻(xiàn)[18]還基于“寒從腳起”的基本生理現(xiàn)象對研究結(jié)果加以分析解釋.

因此，人體著裝決定了人體不同部位皮膚溫度在空調(diào)環(huán)境中的變化狀況及對人體熱感覺的影響狀況，本研究關(guān)于人體腳底皮膚溫度對熱感覺影響敏感性的結(jié)論建立在人體四肢部位基本暴露于外界環(huán)境的基礎(chǔ)上.

4 人體皮膚溫度變化與空調(diào)關(guān)閉

人體對室內(nèi)環(huán)境的主觀熱評價影響空調(diào)開啟和關(guān)閉動作的發(fā)生，而人體熱感覺最終由人體的生理狀況所決定.前述的研究分析已指出腳底皮膚溫度決定著人體對室內(nèi)空調(diào)環(huán)境的主觀熱評價，而其他部位的皮膚溫度則在空調(diào)環(huán)境中不存在統(tǒng)計上的明顯變化.由此，針對本研究中空調(diào)環(huán)境可接受熱感覺下限不同的Ⅰ類和Ⅱ類測試，研究分析(TSV：0～0，-1～-1，-1～-2)這3組熱感覺投票配對的人體腳底皮膚溫度在以上兩類測試中的統(tǒng)計差異性[22]，具體結(jié)果如圖5所示.

圖5 受試者腳底皮膚溫度在不同空調(diào)環(huán)境 可接受下限之間的統(tǒng)計差異性

由圖5可看出，腳底皮膚溫度在空調(diào)環(huán)境可接受熱感覺下限不同的Ⅰ類和Ⅱ類測試中的差異狀況.主要表現(xiàn)為：1)對應(yīng)于測試初期熱感覺投票均為0的情況，Ⅰ類測試中受試者的腳底皮膚溫度(31.3 ℃,95%CI:±2.08)要低于Ⅱ類的結(jié)果(32.7 ℃,95%CI:±0.92)，但兩者差異的顯著性不夠明顯(P=0.130>α=0.05)；2)隨著受試者在空調(diào)環(huán)境停留時間的增加，當(dāng)熱感覺投票均為-1時，Ⅰ類測試中受試者的腳底皮膚溫度(30.3 ℃,95%CI:±2.21)顯著低于(P=0.041<0.05)Ⅱ類測試的結(jié)果(32.1 ℃,95%CI:±0.96)；3)Ⅱ類測試中受試者在空調(diào)環(huán)境停留時間繼續(xù)增加而當(dāng)熱感覺投票為-2后，受試者腳底皮膚溫度(31.3 ℃,95%CI:±1.02)繼續(xù)降低，與Ⅰ類情況中受試者熱感覺為-1時的腳底皮膚溫度(30.3 ℃,95%CI:±2.21)已沒有顯著性差異(P=0.353>α=0.05).

本研究的統(tǒng)計結(jié)果反映出腳底皮膚溫度對空調(diào)環(huán)境熱不可接受度影響的決定性.盡管Ⅰ類和Ⅱ類測試中受試者對空調(diào)環(huán)境可接受熱感覺的下限存在差異，但當(dāng)這兩類測試中受試者的腳底皮膚溫度基本一致時，受試者會對空調(diào)關(guān)閉產(chǎn)生相同的需求.也即，空調(diào)關(guān)閉行為的產(chǎn)生本質(zhì)上取決于人體腳底皮膚溫度的大小，而不應(yīng)由皮膚溫度影響作用下的中間變量——人體熱感覺來決定.

5 腳底皮膚溫度與環(huán)境狀況

分析對比空調(diào)環(huán)境可接受熱感覺下限不同兩類測試中的室內(nèi)環(huán)境狀況，可發(fā)現(xiàn)Ⅰ類測試中的室內(nèi)空氣平均溫度(23.5 ℃)要低于Ⅱ類測試中的對應(yīng)溫度(24.1 ℃).從人體維持體溫恒定而向外界散熱的角度，該低溫環(huán)境將加大皮膚的降溫速率，相應(yīng)使得人體皮膚溫度能較快地達(dá)到與產(chǎn)生空調(diào)關(guān)閉動作相對應(yīng)的狀態(tài)，最后導(dǎo)致Ⅰ類測試中人體對該空調(diào)環(huán)境熱可接受度和在空調(diào)環(huán)境停留時間的降低.又有統(tǒng)計檢驗的結(jié)果表明，在5%的顯著性水平下，Ⅰ類與Ⅱ類測試中受試者熱感覺投票為0和-1的持續(xù)時間均沒有顯著性差異(P=0.444>α=0.05，P=0.091>α=0.05)，再根據(jù)Ⅰ類與Ⅱ類測試初始和結(jié)束時刻受試者腳底皮膚溫度基本一致的狀況，可判定受試者在Ⅰ類測試中腳底皮膚溫度的降低速率大于Ⅱ類的測試.該統(tǒng)計結(jié)果驗證了上述有關(guān)低溫環(huán)境中皮膚降溫速率大的設(shè)想.

因此，盡管受試者進(jìn)入測試房間之前的熱經(jīng)歷存在差異，統(tǒng)計分析的結(jié)果仍反映出受試者當(dāng)前所處空調(diào)環(huán)境狀況對腳底皮膚溫度的重要影響.

進(jìn)一步的基于個體樣本，研究說明環(huán)境狀況對腳底皮膚溫度的影響.分析20組的測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)同一受試者在2組或3組測試中存在空調(diào)環(huán)境可接受熱感覺下限不一致的現(xiàn)象.以某受試者A為例，圖6表示出該受試者在兩組測試(A1,A2)初始時刻和結(jié)束時刻的腳底皮膚溫度、測試過程中人體熱感覺及室內(nèi)空氣溫度和濕度的變化.

圖6 不同測試中初始和結(jié)束時刻人體腳底溫度、 空調(diào)環(huán)境可接受熱感覺下限及空氣溫濕度的對比

分析發(fā)現(xiàn)A1組測試過程的溫濕度環(huán)境(23 ℃，50%)與A2組測試過程的溫濕度環(huán)境(23.4 ℃，52%)基本一致，但受試者在A1,A2兩組測試中的空調(diào)環(huán)境可接受熱感覺下限分別為-2和-3，測試持續(xù)的時間分別為38 min和54 min.兩組測試中受試者初始時刻的腳底皮膚溫度分別為29.5 ℃和32 ℃，相差超過2 ℃；結(jié)束時刻的腳底皮膚溫度分別為28 ℃和30 ℃，相差2 ℃.測試結(jié)果表明，由于測試初始時刻腳底皮膚溫度的差異，相同測試環(huán)境作用下A1組測試中受試者的腳底皮膚溫度總要低于A2組的結(jié)果，相應(yīng)使得腳底皮膚溫度能較快地達(dá)到與產(chǎn)生空調(diào)關(guān)閉動作相對應(yīng)的狀態(tài)，從而顯示出對空調(diào)環(huán)境較低的熱可接受度.這反映出測試初始時刻腳底皮膚溫度的影響，又測試初始時刻受試者皮膚溫度的差異體現(xiàn)了測試之前受試者熱環(huán)境經(jīng)歷的不同[24].因此，人體熱環(huán)境經(jīng)歷也是影響腳底皮膚溫度的重要因素.

綜上分析，由于人體與外界的熱量交換，人體熱環(huán)境經(jīng)歷和當(dāng)前所處測試環(huán)境、也即人體的環(huán)境暴露狀況是最終影響人體腳底皮膚溫度的重要因素.這樣，相同個體在不同的環(huán)境暴露狀況下(人體熱環(huán)境經(jīng)歷和測試空調(diào)環(huán)境)，會對空調(diào)環(huán)境表現(xiàn)出不同的熱可接受度.人體對低溫空調(diào)環(huán)境的熱可接受度相對要低，關(guān)閉空調(diào)的動作也就越容易發(fā)生.

6 結(jié) 論

本文以若干在校大學(xué)生為研究對象，開展實際空調(diào)環(huán)境中人體熱反應(yīng)及其影響空調(diào)關(guān)閉的研究.并且，不同于人工氣候室精確控制的情況，本研究建立在人體進(jìn)入空調(diào)環(huán)境之前熱經(jīng)歷隨機(jī)以及空調(diào)環(huán)境變化的工況下，作為夏季空調(diào)間歇運(yùn)行實際情況的體現(xiàn)，由此研究分析空調(diào)環(huán)境中處于靜坐人體的生理熱反應(yīng)及其與空調(diào)關(guān)閉行為相互關(guān)系的共同特性.針對本文的實驗工況和研究對象，具體結(jié)論如下：

1)從非空調(diào)環(huán)境進(jìn)入到空調(diào)環(huán)境后，人體對室內(nèi)環(huán)境的主觀評價在保持一段時間后會出現(xiàn)“冷感”的加深，也即熱感覺投票從熱中性開始，之后以“階梯降”的變化趨勢，逐步降到稍涼(-1)、涼(-2)或冷(-3).

2)在除胸部外的其他皮膚測點幾乎暴露于環(huán)境的條件下，空調(diào)環(huán)境中人體腳底皮膚溫度變化明顯，并且該生理參數(shù)對人體在空調(diào)環(huán)境中的熱感覺變化產(chǎn)生重要影響，而頸部、胸部、手背、大腿和前臂處皮膚溫度在夏季空調(diào)環(huán)境中則不存在統(tǒng)計意義上的明顯變化.

3)在空調(diào)關(guān)閉動作產(chǎn)生的時刻，人體對空調(diào)環(huán)境的熱感覺投票并非完全一致，但從統(tǒng)計角度分析，人體腳底皮膚溫度基本降到某個相同的狀態(tài).因此，導(dǎo)致空調(diào)關(guān)閉動作產(chǎn)生的關(guān)鍵因素仍是腳底皮膚溫度.

4)從人體維持體溫恒定而向外界散熱的角度，人體熱環(huán)境經(jīng)歷和測試環(huán)境、也即人體的環(huán)境暴露狀況是最終影響人體腳底皮膚溫度的重要因素.這樣，相同個體在不同的環(huán)境暴露狀況下，會對空調(diào)環(huán)境表現(xiàn)出不同的熱可接受度.人體對低溫空調(diào)環(huán)境的熱可接受度相對要低，關(guān)閉空調(diào)的動作也就越容易發(fā)生.

5)本研究從定性角度揭示了空調(diào)環(huán)境中人體生理熱反應(yīng)特性及其與空調(diào)關(guān)閉行為之間的相互關(guān)系.但存在樣本數(shù)量不足和皮膚溫度自記儀精度低的問題，使得測試數(shù)據(jù)在反映人體生理狀況時存在偏差.盡管如此，作為嘗試性的工作，本文研究在人體暴露環(huán)境、生理狀況、人體主觀熱評價以及空調(diào)行為4個點之間建立起一條有機(jī)的邏輯關(guān)系鏈，并為空調(diào)關(guān)閉行為機(jī)制的研究提供一種新的分析思路.

[1] 趙榮義.關(guān)于“熱舒適”的討論[J].暖通空調(diào).2000,30 (3):25-26.

ZHAO Rongyi. Discussion on thermal comfort [J].HV&AC，2000,30 (3):25-26.(In Chinese).

[2] 陳金華,趙福滔,李文強(qiáng),等.重慶市中低海拔村鎮(zhèn)旅游區(qū)住宅熱濕環(huán)境實測與熱舒適研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015,42(7):128-134.

CHEN Jinhua,ZHAO Futao,LI Wenqiang,etal.Field study of thermal and humidity environment and thermal comfort study of residences in middle and low altitude rural tourism area of Chongqing [J].Journal of Hunan University:Natural Sciences， 2015,42(7):128-134.(In Chinese)

[3] 韓杰,張國強(qiáng),周晉.夏熱冬冷地區(qū)村鎮(zhèn)住宅熱環(huán)境與熱舒適研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版.2009,36(6):13-17.

HAN Jie,ZHANG Guoqiang,ZHOU Jin.Research on the rural residential thermal environment and thermal comfort in hot summer and cold winter climate zone [J].Journal of Hunan University:Natural Sciences，2009,36(6):13-17.(In Chinese)

[4] DE DEAR R,RING J W,FANGER P O.Thermal sensations resulting from sudden ambient temperature changes [J].Indoor Air， 1993,3(3):181-192.

[5] NAGANO K,TAKAKI A,HIRAKAWA M,etal.Effects of ambient temperature steps on thermal comfort requirement [J].International Journal of Biometeorology,2005,50(1):33-39.

[6] 張軍.濕熱地區(qū)瞬變熱環(huán)境下人體熱反應(yīng)實驗與預(yù)測[D].廣州：華南理工大學(xué)建筑學(xué)院，2011:18-26.

ZHANG Jun.Human responses to transients thermal environments in hot-humid area of China [D].Guangzhou:School of Architecture,South China University of Technology,2011:18-26.(In Chinese)

[7] ZHANG Y F,ZHANG J,CHEN H M,etal.Effects of step changes of temperature and humidity on human responses of people in hot-humid area of China [J].Building and Environment,2014,80(10):174-183.

[8] CHOI J H,LOFTNESS V.Investigation of human body skin temperatures as a bio-signal to indicate overall thermal sensations [J].Building and Environment,2012,58(12):258-269.

[9] YAO Y,LIAN Z W,LIU W W,etal.Experimental study on physiological responses and thermal comfort under various ambient temperatures [J].Physiology & Behavior,2008,93(1/2):310-321.

[10] CHUN C,TAMURA A.Thermal environment and human responses in underground shopping malls vs department stores in Japan [J].Building and Environment,1998,33 (2/3):151-158.

[11] CHUN C,TAMURA A.Thermal comfort in urban transitional spaces [J].Building and Environment,2005,40(5):633-639.

[12] 楊志紅,韓杰,張國強(qiáng).不同過渡空間轉(zhuǎn)換過程中熱感覺變化特性研究[J].建筑科學(xué),2015,31(2):15-22.

YANG Zhihong,HAN Jie,ZHANG Guoqiang.Field study on thermal sensation variation characteristics in the process of different transition space conversion [J].Building Science,2015,31(2):15-22.(In Chinese)

[13] ASHRAE Standard 55-2004 Thermal environmental conditions for human occupancy [S].Atlanta:American Society of Heating,Refrigerating and Air-Conditioning Engineers,2004:4-6.

[14] SONG G S,LIM J H,AHN T K.Air conditioner operation behavior based on students’ skin temperature in a classroom [J].Applied Ergonomics,2012,43(1):211-216.

[15] BULCAO C F,FRANK S M,RAJA S N,etal. Relative contribution of core and skin temperatures to thermal comfort in humans [J].Journal of Thermal Biology,2000,25(1/2):147-150.

[16] WANG D,ZHANG H,ARENS E,etal.Observations of upper-extremity skin temperature and corresponding overall-body thermal sensations and comfort [J].Building and Environment,2007,42(12):3933-3943.

[17] CHOI J K,MIKI K,SAGAWA S.Evaluation of mean skin temperature formulas by infrared thermography [J].International Journal of Biometeorology,1997,41(2):68-75.

[18] 劉蔚巍.人體熱舒適客觀評價指標(biāo)研究[D].上海:上海交通大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院,2007：64-65.

LIU Weiwei.Objective evaluation indices of human thermal comfort [D].Shanghai:School of Mechanical Engineering,Shanghai jiao Tong University,2007:64-65.(In Chinese)

[19] CHEN C P,WANG R L,CHANG S Y,etal.Effects of temperature steps on human skin physiology and thermal sensation response [J].Building and Environment,2011,46(11):2387-2397.

[20] ZHAO R Y.Investigation of transient thermal environments[J].Building and Environment,2007,42(12):3926-3932.

[21] 朱穎心.建筑環(huán)境學(xué)[M].3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011:103-107.

ZHU Yingxin.Built environment[M].3nd ed .Beijing:China Architecture & Building Press,2011:103-107.(In Chinese)

[22] 賈俊平.統(tǒng)計學(xué)概論[M].北京:中國人民大學(xué)出版社,2011:188-190.

JIA Junping.Introduction to statistics [M].Beijing:China Renmin University Press,2011:188-190.(In Chinese)

[23] WANG D,ZHANG H,ARENS E,etal. Observations of upper-extremity skin temperature and corresponding overall-body thermal sensations and comfort [J].Building and Environment,2007,42(12):3933-3943.

[24] MOSHOOD O F.Initial study on the impact of thermal history on building occupants' thermal assessments in actual air-conditioned office buildings [J].Building and Environment,2014,80(10):36-47.

Physiological Responses in Air Conditioning Environment and Its Effects on Air Conditioning Closing Behavior

JIAN Yiwen?,CHANG Xiaoyan,LI Yucen,GAO Meng,TIAN Yuanquan

(College of Architecture and Civil Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)

1674-2974(2017)09-0197-08

10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2017.09.025

2016-08-02

國家自然科學(xué)基金資助項目(51278004),National Natural Science Foundation of China(51278004)；北京市自然科學(xué)基金資助項目(8142004),Beijing Municipal Natural Science Foundation(8142004)

簡毅文(1967—)，女，江西上高人，北京工業(yè)大學(xué)副教授，博士

?通訊聯(lián)系人，E-mail:jianyiwen@bjut.edu.cn

TU111.19

A