夏季相同热偏好男女之间的热反应差异

王丽娟 ，张盟盟 ，左国栋，郑 松，蒋 婧

(西安工程大学 城市规划与市政工程学院，陕西 西安 710048)

0 引 言

个体差异是一种普遍现象，即在同一种环境中，人与人之间的冷热感受不同带来的生理、心理及热感觉方面的差异。现有的空调系统，以满足多数人群热舒适的方式来设置环境参数，鲜有考虑个体差异的影响，导致部分人对环境并不满意。

已有研究发现，性别、年龄和体型等因素影响个体差异。文献[1-3]发现男女间生理差异性不一致；TALOR老年组的皮肤温度显著低于年轻组[4]。INDRAGANTI等在实地调查发现，高体质量人群的舒适温度比体质量不足人群低0.7 ℃[5]；此外，BMI对居住者的热感觉、衣着习惯和舒适温度有显著影响[6-7]。影响个体差异的因素除了生理参数还包括体型因素，且性别对个体差异也有影响。

不同热偏好受试者的生理参数和主观投票存在显著性差异[8-9]，将受试者分为凉偏好、中性偏好和暖偏好，说明不同热偏好组的男生存在热反应差异。相同热偏好男女之间是否存在热反应差异是未知的。

本文采用文献[9]中的夏季问卷，筛选相同热偏好的男女生，在气候室中测试其生理参数、心理反应和体型尺寸，分析相同热偏好下男女生之间的心理、生理及体型差异。

1 实 验

1.1 受试者

采用夏季热偏好问卷[9]筛选凉偏好、中性偏好和暖偏好 3类受试者的方法，并验证该方法的准确性。对在校学生进行问卷调查，有效问卷共430份，按照问卷得分统计出27%高分组(暖偏好)、46%中分组(中性偏好)和27%低分组(凉偏好)，从3种分组中筛选36名受试者。为了检验相同热偏好的男女受试者，是否存在生理差异，针对每一种热偏好组，男女受试者各选取6名。受试者基本信息见表1，其中,H为身高，W为体质量，IBM为BMI，IBM=W/H2。

表 1 受试者基本信息

1.2 实验方法

36名受试者参与人工气候室实验，完成样本筛选结果检验、热生理参数测试和体型参数测试。为避免人体生理节律的影响，实验均在下午进行。实验过程中，受试者服装(0.6 clo)和静坐、阅读等行为维持不变。气候室温度设定为26、29、32 ℃ 3种工况，相对湿度(±60%)和风速(≤0.2 m/s)不变。气候室实验流程如图1所示。

图 1 气候室实验流程Fig.1 The experimental process of the climate chamber

样本筛选结果检验需要测试受试者热感觉7点量表投票(-3，冷；-2，凉；-1，微凉；0，适中；1，微暖；2，暖；3，热)和热舒适5点量表投票(0，舒适；1，稍不舒适；2，不舒适；3，很不舒适；4，不可忍受)。如果凉偏好、中性偏好和暖偏好 3组受试者之间的主观投票存在显著性差异，说明问卷筛选的3组热偏好有效。如果相同热偏好男女受试者的主观投票没有显著性差异，说明样本满足要求。

热生理参数主要测试受试者的皮肤温度、皮肤导热热流、核心温度和心率，实验设备参数见表2。

表 2 实验设备参数

人体平均皮肤温度及导热热流采用Newburg/Spealman四点法[10]计算：

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为平均皮肤温度,℃；T胸、T手臂、T大腿及T小腿表示人体各部位皮肤温度，℃。Qsk为平均皮肤热流，W/m2；Q胸、Q手臂、Q大腿及Q小腿为各部位皮肤热流，W/m2。

体型参数主要在实验准备阶段测试受试者的身高、体质量、肢体围度和皮褶厚度等参数，计算BMI、人体密度、体脂率和骨骼肌含量。

人体密度(Dm,Df)[11]计算方法为

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)

体脂率[12]可表示为

R=(4.850/D-4.500)×100%

(5)

骨骼肌含量[13]可表示为

W×100%

(6)

式(3)～(6)中：D为人体密度，g/cm3(m表示男，f表示女)；sf为皮褶参数，A、S、T、M分别表示皮褶的具体部位腹部、肩胛下、大腿、三头肌；H表示身高，m；Cag、Ctg、Ccg分别为矫正后的上臂、大腿及小腿围长，mm；G取男1，女0；W为体质量，kg；Y表示年龄，岁。Cag、Ctg、Ccg计算公式为

Cm=Climb-πS

(7)

式中:Climb为对应上臂、大腿及小腿围长，mm；S为对应上臂、大腿及小腿皮褶厚度，mm

2 结果与讨论

2.1 问卷筛选结果验证

为了验证问卷的可靠性，在人工气候室中测试3种热偏好受试者的热感觉和热舒适投票，见图2。

(a) 热感觉投票

图2表明，在26、29、32 ℃ 工况下，无论男女， 凉偏好组和暖偏好组受试者存在显著性差异，如图2(a)所示。(图中“*”表示p<0.05，下同)。热舒适投票结果也发现不同热偏好组之间存在显著性差异，如图2(b)所示。热感觉和热舒适投票结果显示，环境温度越高，各组热偏好之间差异越显著。结果表明，采用问卷筛选凉偏好、中性偏好和暖偏好 3组受试者可行。

对比图2中不同性别受试者热感觉和热舒适投票发现，相同热偏好男女受试者之间没有显著性差异。同种热偏好组，男女主观热反应没有显著性差异。筛选的样本满足“相同热偏好男女受试者”的条件。

2.2 热生理参数

热生理参数的结果如图3所示。

图3表明，具有相同热偏好男女受试者的热生理参数存在显著性差异，主要体现在凉偏好组的平均皮肤温度和平均皮肤导热热流。暖偏好组男女受试者的平均皮肤温度在26、29 ℃时均出现显著性差异。3种热偏好男女受试者的平均皮肤导热热流在26 ℃出现显著性差异(p<0.05)。同种热偏好男女受试者的核心温度及心率在3种工况下均没有显著性差异。

凉偏好组和暖偏好组男受试者平均皮肤温度大于女性，如图3(a)所示。在26、29和32 ℃工况下， 凉偏好组男女平均皮肤温度差值分别为1.04、0.82、0.79 ℃；暖偏好组男女差值分别为0.38、0.63、0.39 ℃。在26、29 ℃工况下，中性偏好组男受试者平均皮肤温度却小于女性，差值分别为0.10、0.21 ℃。

凉偏好组和暖偏好组男受试者平均皮肤导热热流大于女性，如图3(b)所示，该结论与平均皮肤温度一致。在26、29、32 ℃工况下，凉偏好组男女平均皮肤导热热流差值分别为6.7、9.54、7.3 W/m2； 暖偏好组男女差值分别为5.26、0.28、1.25 W/m2；而中性偏好组男女差值分别为-7.15、-1.61、-2.27 W/m2。

3种热偏好女受试者的核心温度均大于男性，如图3(c)所示，该结论与Havenith研究结论一致[14]。在26、29、32 ℃工况下：凉偏好组男女核心温度差值分别为0.17、0.06、0.18℃；暖偏好组男女差值分别为0.05、0.17、0.19℃；中性偏好组男女差值分别为0.24、0.20、0.01 ℃。

不同热偏好组男女心率呈现不同规律，如图3(d)所示。在3种工况下，暖偏好组女受试者心率大于男性(差值为6.01、9.25、7.11 beat/min)，而中性偏好组男受试者心率大于女性(差值为2.69、6.53、5.26 beat/min)。

凉偏好组男女受试者的热生理参数差异较大，虽然他们都喜欢凉环境，但他们的热生理参数不同。中性偏好组男女受试者的热生理参数差异相对较小，喜欢中性环境的男女受试者具有相似的热生理参数。这可以解释为什么有些研究能发现男女生理参数存在显著性差异[15]，而有些研究却没有发现[2,16]。无论男性还是女性，他们自身就存在热偏好差异。如果选取的男女样本都属于中性偏好，那么他们之间的差异没有显著性；如果选取其他偏好样本，有可能发现显著性差异。

2.3 体型参数

根据表1的IBM，式(3)～(7)计算BMI、人体密度、体脂率和骨骼肌含量，男女不同热偏好受试者的体型参数如图4所示。

(a) BMI

图4表明，无论哪种热偏好，男性受试者的BMI、人体密度和骨骼肌含量均大于女性，但显著性差异只出现在凉偏好和暖偏好组男女受试者的体型参数之间，而中性偏好组男女受试者之间没有显著性差异。如图4(a)所示，在凉偏好、 中性偏好和暖偏好 3种热偏好组中，男受试者的BMI大于女性，差值分别为5.83、2.03、2.00 kg/m2。同一种性别下，凉偏好受试者的BMI依次大于中性偏好和暖偏好。

如图4(b)所示，在凉偏好、中性偏好和暖偏好3种热偏好组中，女受试者的体脂率大于男性，差值分别为7.9%、4.2%、7%。对于男受试者而言，凉偏好受试者的体脂率依次大于中性偏好和暖偏好，而女受试者出现不同的规律。如图4(c)所示，同种性别不同热偏好受试者之间的人体密度差异较小。男受试者不同热偏好组之间的最大差异仅为0.002 g/cm3，而女受试者最大差异为0.009 g/cm3。在凉偏好、中性偏好和暖偏好3种热偏好下，男受试者的人体密度均大于女性，差值分别为0.018、0.010、0.016 g/cm3。如图4(d)所示，凉偏好与暖偏好组男受试者骨骼肌含量均大于女生，中性偏好组差基本无差异。

3种热偏好受试者骨骼肌含量没有明显规律，且男女受试者在夏季存在不同热偏好的原因，可以从产热和散热2方面解释。BMI大的个体基础代谢率也高[17]，凉偏好组受试者有较大的BMI，因而具有较大的代谢率，较大的产热量使得机体需要凉环境增加散热。脂肪层对机体有保暖阻热作用。凉偏好组受试者在3组热偏好中具有最高的体脂率，脂肪层阻碍机体散热，因而此偏好受试者更喜欢凉环境。

3 结 论

1) 男女都是凉偏好或暖偏好时，体型参数存在显著性差异；26 ℃工况下平均皮肤温度和平均皮肤导热热流存在显著性差异；29 ℃工况下仅平均皮肤温度存在显著性差异。因此，对于热偏好或凉偏好，男女的生理及体型参数差异不可忽略。

2) 男女都是中性偏好时，仅在26 ℃工况下平均皮肤导热热流存在显著性差异，其他的热生理参数和体型参数差异较小。因此，对于中性偏好，男女的生理及体型参数可能无差别。

3) 在各种热偏好组中，男性受试者的BMI、人体密度均大于女性，而体脂率、核心温度均小于女性。在凉偏好与暖偏好下BMI、人体密度及体脂率存在显著性差异。