中國人群代謝率數(shù)據(jù)庫的建立與應(yīng)用

高斯如，李艷艷，楊柳，翟永超*

0 引言

新陳代謝率是影響人體熱舒適的重要因素之一，獲取精確的代謝率數(shù)據(jù)是計算人體熱平衡、評價人體熱舒適的前提。相較于其他影響因素，代謝率由于測量過程復(fù)雜、測量設(shè)備昂貴，一直是熱舒適研究的難點。當(dāng)前的實驗與現(xiàn)場研究中，鮮有對代謝率進(jìn)行直接測量，多采用查取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的方法獲取某一活動類型下的代謝率參考值。常用的標(biāo)準(zhǔn)有ISO 8996-2004[1]、ISO 7730-2005[2]，及ASHRAE 55-2017[3]等，然而以上標(biāo)準(zhǔn)給定的代謝率取值均來自基于歐美青年人群的測量數(shù)據(jù)，忽略了不同人群、不同性別和年齡造成的代謝率差異。發(fā)表于Science期刊的一項研究發(fā)現(xiàn)：年齡是影響人體基礎(chǔ)代謝變化的重要因素[4]。近年來基于中國人群的實驗研究發(fā)現(xiàn)，實驗測得的代謝數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)給定值存在差異，但存在測試樣本較小，活動工況少，未關(guān)注年齡影響的問題[5-6]。綜上當(dāng)前熱舒適領(lǐng)域代謝率基礎(chǔ)數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏，建立系統(tǒng)的中國人群代謝率數(shù)據(jù)庫，是精確評價人體熱舒適、提升室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計的重中之重。

1 方法

現(xiàn)有的代謝率測試方法可劃分為篩分法、觀測法、解析法和測量法，以上4 種測試方法精度逐級遞增，其中以測量法最為準(zhǔn)確，被稱為代謝率測量的“金標(biāo)準(zhǔn)”。測量法中使用最為普遍的為間接測熱法，即通過測定受測者的耗氧量和CO2生成量，根據(jù)相應(yīng)的氧熱價計算出單位時間的代謝產(chǎn)熱量。便攜式氣體代謝分析儀因具有便攜、實時、精確的特性，能夠滿足對日?；顒舆M(jìn)行長時間不間斷測量。本研究采用便攜式氣體代謝分析儀COSMED K5，測試了20～69 歲共151 名（男女比例1:1）受測者從事平躺、辦公活動（坐姿休息/閱讀/寫字/打字、站姿休息/打字/整理文件）、家庭活動（看電視、玩手機、整理衣物、擦窗戶、吸塵）、運動（走步2～6km/h）共18 項活動的實時耗氧量與CO2生成量（圖1-5），并根據(jù)公式（1）-（3）計算得出代謝率，測試過程依據(jù)ISO 8996-2004 標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1 便攜式氣體代謝分析儀

2 受測者呼出氣體測定

3 辦公活動（坐姿閱讀、坐姿寫字）

4 辦公活動（站姿打字、站姿整理文件）

5 家庭活動（吸塵）和走步

式中：RQ 為呼吸商；VCO2為CO2的產(chǎn)生速率，單位ml/min；VO2為耗氧率，單位ml/min；EE 為能量當(dāng)量，單位W·h/L O2；M 為代謝率，單位W/m2。

2 成果

基于間接測熱法，測試并收集代謝率數(shù)據(jù)2718 組，每組數(shù)據(jù)包括受測者的性別、年齡、身高（m）、體重（kg）和體脂率（%）等身體特征數(shù)據(jù)，耗氧率（ml/min）、CO2產(chǎn)生速率（ml/min）等呼吸成分?jǐn)?shù)據(jù)，以及計算得出的代謝率（W/m2和met）、代謝產(chǎn)熱量（W）。建立了中國首個涵蓋老、中、青年人群，覆蓋辦公、家庭、運動等多種活動類型的代謝率基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為評價不同年齡人群熱舒適提供了精確數(shù)據(jù)，滿足了不同建筑類型室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計的需求。對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分類整理，得到了中國人群代謝率的年齡變化規(guī)律與性別影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)全年齡段的男性受測者的代謝產(chǎn)熱量及代謝率均高于女性，其差異隨活動強度提升逐漸增大。年齡對代謝率變化的影響較小，在20～69 歲范圍內(nèi)基本保持穩(wěn)定，該結(jié)果與以往基礎(chǔ)代謝率的研究結(jié)果一致。與ISO 和ASHRAE 國際標(biāo)準(zhǔn)中代謝率值（表1）對比表明中國人群代謝率測試值在低強度活動時接近標(biāo)準(zhǔn)值，在高強度活動時則高于標(biāo)準(zhǔn)給定值，因此，“一刀切”地使用基于歐美人群的代謝率標(biāo)準(zhǔn)值，在熱舒適評價中勢必引起較大的誤差。

表1 不同活動類型下國際標(biāo)準(zhǔn)給定代謝率值與中國人群代謝率測量值

3 結(jié)論

我國人群代謝率測量值與國際標(biāo)準(zhǔn)給定值之間存在較大差異，“一刀切”地使用基于歐美人群的代謝率標(biāo)準(zhǔn)值，忽略性別和年齡差異，在熱舒適評價中會造成較大誤差。本研究針對代謝率數(shù)據(jù)獲取難、缺乏中國人群代謝率基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的難題，基于間接測熱法，開展大樣本不同年齡、不同活動類型的代謝率測試，獲取2718 組中國人群代謝率數(shù)據(jù)一手資料，據(jù)此建立了中國人群代謝率數(shù)據(jù)庫，成果填補了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中我國不同年齡人群代謝率特征的空白?！?/p>