初探佩戴口罩对人体热舒适性的影响

陈 伟 斌， 毛 钰 栋， 陆 佳 欣， 刘 建 麟， 方 赵 嵩 ，郑 志 敏

（1. 华东交通大学, 土木建筑学院，南昌，330013；2. 广州市规划勘察设计研究院，广州，510060 3. 广州大学，土木工程学院，广州，510006；4. 东华大学，环境科学与工程学院，上海， 201620）

0 引言

1902年，世界上第一台空调设备诞生，是人类使用机械设备营造人工热湿环境的开始。而关于热舒适的文献可追溯到二十世纪初［1，2］。ASHRAE［3］将热舒适定义为“通过主观评价表示对热环境满意的心理状态”。上世纪70年代，Fanger［4］提出的热平衡模型认为室内人员的热感觉由四个客观环境因素和两个人员主观因素决定。人们对如何营造令人舒适健康的热湿环境的追求从未停下脚步。各种用于评价热湿环境的理论、模型和指标先后被提出［5］

朱颖心等［6］指出居住者不宜长期逗留在不冷不热的热中性环境中，经常的轻度冷热暴露是有利于居住健康的。室内的热环境状况影响着人的生产力和生活质量，其中热舒适性对人员的舒适度和生产效率影响最大［7-9］。Sun［10］等在上海展开的室内热舒适研究指出：在过渡季节儿童卧室的热环境较预期差、PPD较高；哮喘、肺炎的发生与热不舒适显著正相关。而对于室外环境，其热舒适性对于可持续和宜居来说非常重要。鼓励人们更多地在室外活动，可减少空调的使用从而节约能源［11］。由于工业化和城镇化的快速推进而加剧的城市热岛问题，不仅使空调能耗大幅增加还会恶化室外热环境。近年来，室外热舒适的研究已在不同地区展开，且不同季节影响室外热舒适的主导热环境参数不同［12］。在夏热冬暖地区的香港展开的研究［13］表明人们对于风的变化更加敏感。在热带地区的新加坡则表明了湿度是影响热舒适和热感觉最重要的因素［14］。 Nasrin等［15］在热带城市的室外热舒适研究表明在湿热的热刺激下，身体不适容易造成入睡困难或失眠、头痛、乏力和头晕，且热感觉与疲劳、疼痛和心肺相关症状显著相关。

室外环境的恶化和流行病的爆发促使了民众对室外空气质量的重视，尤其是阻断传染病在空气中的传播［16］。2020年初全球爆发了新冠疫情后，科学佩戴口罩成为减少新冠肺炎病毒传播的有效途径之一以被证实。在到目前为止新冠疫情仍处于大流动期，佩戴口罩以成为日常生活的一种习惯。由于佩戴口罩对人体的热舒适存在明显的影响，尤其是在高温环境下，其影响程度更为显著，但就目前的相关研究而言，对员在室内或室外佩戴口罩时的热舒适性影响任需深入探究。本文从佩戴口罩者的热湿感和热安全的角度出发，通过网络调查的方式用问卷星派发热舒适问卷，初步探究佩戴口罩对人的热舒适性的影响。

1 调研方法

本次问卷调查开展的时间为2020年7月22日至8月6日，采取网络调查的方式，使用问卷星发放电子问卷，共回收700份有效问卷，其中室内环境600份，室外环境100份。表1给出了受试者的一些基本信息。

表1 受试者基本信息

受试者调查问卷总共分为三部分，第一部分为受试者的基本信息，包含受试者年龄、所在地区、服装和活动状态等。图1为来自全国各地的受试者所在地区的统计图，主要有广东（53.29 %）、重庆（17.43 %）、福建（4.43 %）、湖南（4.29 %）等。第二部分包含受试者的热感觉投票（TSV）、湿感觉投票（HSV）、受试者所认为的环境温度等，表2为受试者问卷中使用的投票量表，第三部分为受试者佩戴口罩时的不舒适部位和不舒适症状。由于采用网络调查，缺少受试者填写问卷时所在环境的空气温度，因此根据中国气象网的数据补充了受试者所在城市最平均气温。图2为各地区平均气温箱图，各地区的平均气温主要集中在26 ℃以上。最高31.2 ℃，最低22.5 ℃，平均28.2 ℃。

表2 受试者问卷投票量表

图1 受试者所在地区分布图

图2 各地区平均气温箱图

2 结果与讨论

2.1 受试者的不舒适部位与不舒适症状

问卷调查数据显示，有600位受试者佩戴口罩时身体的一些部位感到不适并且表现出一定的不舒适症状。图3为受试者的不舒适部位及不舒适症状的分布情况:（a），78 %的人感到脸部不舒适，头部和胸部感到不适的比例分别为16 %和5 %，表明在夏季佩戴口罩会对人体生理健康有一定的不良影响。（b），高达92 %的受试者出现面部闷热和呼吸困难的症状，感到胸闷、剧烈出汗、头晕乏力、恶心反胃的比例分别为18 %、14 %、13 %和10 %。口罩会笼罩受试者脸部的大部分面积，特别是呼吸区域，这不仅使脸部散发的热量无法及时排走，还会使人的呼气形成水蒸气，造成了绝大部分人感到面部闷热和呼吸困难并伴有其他一些不舒适症状。

图3 受试者不舒适部位与不舒适症状：（a）不舒适部 （b）不舒适症状

2.2 受试者的热感觉与湿感觉

图4为受试者佩戴口罩和未佩戴口罩的整体热感觉和湿感觉投票。

图4 主观评价：（a）室外环境热感觉投票（b）室外环境湿感觉投票（c）室内环境热感觉投票（d）室内湿感觉投票

（a）室外环境热感觉投票，在未佩戴口罩时受试者的热感觉多数偏暖（TSV= 1、2、3），占比为73 %，其中TSV=3的比例为39 %；佩戴口罩时受试者的热感觉多数偏热（TSV= 1、2、3），占比为91 %，其中TSV=3的比例为69 %，热感觉TSV=3的投票从未戴口罩的39 %激增至69 %。

（b）室外湿感觉投票，佩戴口罩时受试者的感觉偏潮湿的占比75 %明显比中性及偏干燥的占比25 %高，而在未戴口罩时，受试者热感觉多数偏中性（HSV= -1、0、1），占比63 %。

（c）室内环境热感觉投票，与室外环境表现不同，未佩戴口罩时受试者的热感觉多数为中性，占比62 %，主要原因是室内开启了空调，温度较低。但变化趋势与室外环境的一致，在佩戴口罩时，TSV=0的投票锐减至14 %，而偏热（TSV=1、2、3）的投票从26 %增至85 %。

（d）室内环境湿感觉投票，与室内热感觉投票的表现一致。未佩戴口罩时感到中性的比例65.7 %明显高于其他的占比。而佩戴口罩后，湿感觉偏湿（HSV=1、2、3）的占比从未戴口罩的19.4 %增加至70.1 %，其中HSV=1的比例为38.3 %。

由上述a～d四部分的数据分析可知，不论是在室外环境还是室内环境，是否佩戴口罩对人体的热感觉和湿感觉都有显著的影响，都使人感觉偏热偏潮湿，尤其是在室外环境时影响更显著。

表3为佩戴口罩与否的MTSV和MHSV的独立性t检验结果，当p＜0.05时表示两者差异显著。佩戴口罩和未佩戴口罩的受试者的MTSV和MHSV存在显著差异。在炎热的夏季，佩戴口罩会增加人体热感觉，降低了的热舒适度，并且还会对人的生理造成一定的不良影响。

表3 佩戴口罩与否的独立性t检验结果

2.3 MTSV、MHSV与受试者体感温度的关系

生理等效温度PET、湿黑球温度WBGT等被广泛应用于评价室外热舒适。平均预测投票PMV、平均预测不满意率PPD常用来评价室内热舒适。但是，由于本次调查采用的方式并非实地调查而是网络调查，因此本次调查无法计算出PET、PMV等指标。从而采取了受试者对环境的感知温度（体感温度），来初探佩戴口罩对人体热舒适性的影响，同时并分析了佩戴口罩的时长与人体热湿感的关系。

图5为感知温度T与MTSV、MHSV的关系图。图6为口罩佩戴时长与MTSV、MHSV的关系图。图5（a）中受试者佩戴口罩时的MTSV与T的线性回归表达式为y=0.053x+0.119，R2=0.543，未佩戴口罩时的线性回归表达式为y=0.077x-1.698，R2=0.8。可以看出未佩戴口罩时受试者的MTSV与T的线性关系更显著，对热感觉的变化更敏感。图5（b）中，佩戴口罩的线性回归表达式式为y=0.0289x+0.1644，R2=0.289，未戴口罩时的线性回归表达式为y=0.0033x+0.1791，R2=0.0195。佩戴口罩时的MHSV与T的线性关系更显著，对湿感觉的变化更敏感。从以上分析可知，在相同的温度时，人在戴口罩时的热感觉和湿感觉都比未戴口罩时的高，处于一个偏热偏湿的状态，佩戴口罩会增加人体的对环境的耐热性和耐湿性。

图5 各投票与受试者体感温度的关系：（a）MTSV （b）MSHV

图6 各投票与口罩佩戴时长的关系：（a）MTSV （b）MHSV

图6为受试者佩戴口罩的时长h与MTSV、MHSV的关系图。（a）中，MTSV与h的二次回归表达式为y=0.0364x2-0.2629x+2.2170，R2=0.2524；MHSV与h的二次回归表达式为y=-0.2186x2+0.6524x+0.792，R2=0.6599，从（a）可以看到，MTSV、MHSV与h呈现一定的负相关关系，即随着佩戴时长的增加MTSV、MHSV降低。说明随着口罩佩戴时间的增加，受试者会对主动适应环境及佩戴口罩时带来的热湿感，并尝试使自身的热湿感回到未佩戴口罩时的热湿状态（热舒适状态），表明了热舒适的适应性。这与文献［19］中对于适应性热舒适的研究一致，即“热舒适性可以看作是一个自我调节系统，不仅包括人与环境之间的热湿交换，而且包括人的生理、行为和心理的反应，人在热环境中不是被动的，而是主动地控制它以确保舒适性”。

3 结论

为了探究佩戴口罩对人体热舒适性的影响，在2020年7月22日至8月6日，采取网络调查的方式，利用问卷星展开了热舒适问卷调研，研究结果如下：

（1）人在佩戴口罩和未佩戴口罩时的热感觉和湿感觉投票差异显著。佩戴口罩会明显提高人体的热感觉和湿感觉，不仅使人处于一个偏热偏湿的状态，还会提高人对环境的耐热性和耐湿性。同时，受试者佩戴口罩时热敏感性会减弱，但湿敏感性会增强。

（2）在炎热的夏季佩戴口罩容易使人感到不舒适并出现一定的不舒适症状。78 %的受试者感到脸部不舒适，头部和胸部感到不适的比例分别为16 %和5 %。92 %的受试者出现面部闷热和呼吸困难的症状，感到胸闷、剧烈出汗、头晕乏力、恶心反胃的比例分别为18 %、14 %、13 %和10 %。

（3）对比受试者佩戴口罩和未戴口罩时的MTSV和MHSV与体感温度进行了线性回归分析。佩戴口罩时的MTSV、MHSV与体感温度的相关系数分别为0.74 、0.54；未戴口罩时则为0.89、0.15。同时，MTSV、MHSV与受试者佩戴口罩时长的二次回归曲线显示其相关系数分别为0.5、0.81。

本研究亦存在一定的局限。由于采用网络调查的方式，无法测量受试者的相关生理参数和所在环境的热环境参数，未能进一步地研究分析其他相关热舒适指标，如PET、PMV、WBGT等。另外，本次的调查是未考虑到口罩类型，未来关于不同口罩种类对人体热舒适性的影响值得进一步研究。同时，本研究的调查时间为夏季，更多关于过度季节和冬季佩戴口罩时的影响也将进一步分析。