人体热适应性与热舒适_罗明智

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1、2005 年第年第 1 期期 制冷与空调制冷与空调 75 人体热适应性与热舒适 罗明智 李百战 郑 洁 （重庆大学城市建设与环境工程学院 400045） 【摘 要】 本文参阅国内外研究成果，讨论了人体热适应性与热舒适的关系，介绍了实验室研究中的适应 性和实测调查研究的适应性，对影响人体热舒适的行为调节适应、心理调节适应以及生理调节 适应进行了分析，认为热适应性研究对人体的热舒适具有重要意义。 【关键词】 热适应； 热舒适； 生理调节 Human Bodys Thermal Adaptation and Thermal Comfort Luo Mingzhi Li Baizhan Zheng J

2、ie ( College of Urban Construction and Environment, Chongqing University 400045 ) 【abstract】 Consulting the achievements in research at home and abroad, discusses the relationship of thermal adaptation and thermal comfortable, introduces adaptation in environment laboratory research and surveying in

3、vestigations, analyses the behavior, psychological and physiological regulation adaptation that influence the human bodys thermal comfort. It is believed that the human bodys thermal adaptation research is significant to the thermal comfort. 【Keywords】 thermal adaptation； thermal comfort； physiologi

4、cal regulation 罗明智，男，1979 年出生，重庆大学城市建设与环境工程学院硕士研究生 1、前言 现有的人体热舒适标准（ASHRAE 55-92, ISO7730） ，规定了一个相对狭窄的舒适区，它是 在把人体作为环境被动的接受者的基础上建立起 来的稳态热舒适模型。然而一些实验室研究和实 地测试结果表明人体并非是外界环境的被动接受 者，人体的各种适应性会对热舒适产生非常大的 差异。因此现在已经有一些学者开始对这些标准 提出质疑，认为这些建立在人工环境实验室的标 准忽视了人体的主观适应性等因素。人们对热环 境适应性的研究开始于 70 年代中期的能源危机， 最近再一次受到重视是对由于

5、人类活动造成全球 气候变化的担忧。 2、体热舒适 人体热舒适在 ASHRAE 标准中的定义为人对 热环境表示满意的意识状态。它通过研究人体对 热环境的主观热反应,得到人体热舒适的环境参 数组合的最佳范围和允许范围以及实现这一条件 的控制、调节方法。影响人体热舒适的环境参数 主要有四个 1：空气温度、气流速度、空气的相 对湿度和平均辐射温度；人的个体参数两个：服 装热阻和劳动强度。人体热舒适的研究涉及建筑 热物理、人体热调节机理的生理学和人的心理学 等学科。 在热舒适研究中经常涉及中性温度和期望温 度这两个概念，中性温度是指理论上人体热感觉 最适中的环境温度，中性温度可分为实测中性温 度和预测中

6、性温度 2。有学者指出3人们愿意接 受的热环境并不恰好等于中性温度，寒冷地区的 人们所期望的热环境可能偏向于稍暖和的那一 侧，而生活在较热地区的人们的期望温度可能偏 向于较为凉爽的一侧。 3、人体热适应性理论 人体的适应性可以被认为是热舒适实验室研 究与实地实测结果产生差异的主要原因。在实验 室研究中，人的背景因素都没能同人体的舒适性 联系起来，人是环境的被动接受者。而在适应性 的研究中，更加强调人的社会属性，作为主动创 造自己喜欢的热环境的创造者， 从这个意义上说， 对环境的满意就是对环境的适当适应。这种适应 76 制冷与空调制冷与空调 2005 年第年第 1 期期 性定义为：实际建筑中的人

7、对所处环境的逐渐趋 于减小的机体反应。适应性由三个部分共同组成 （见图 1） 图 1 适应性的组成 这三个部分也不是孤立存在、单独作用的， 人体对热环境的主观评价正是三者共同作用的结 果。如图 2 所示 11，首先，人体对即存环境进行 了主观评价，结果可能是舒适，也可能感到不舒 适，但经过对环境要素技术调节及个人要素的行 为调节，进而达到满意。但另一方面，过去所经 历的热环境及当地的气候条件，社会背景等对于 热环境的期望值都有很大影响，该种期望使得居 住者进而对当前的热环境感到更加的满意身心 愉悦。 图 2 热适应的产生机理 行为调节包括所有人有意识或无意识的采取 改变自身热平衡状态的行为，这

8、种调节可划分为 个人调节（如穿上或脱掉部分衣服）、技术调节 （如打开或关掉空调）和文化习惯（如在热天午 睡以降低新陈代谢率）；生理适应是由于生理反 应使在热环境下的暴露因素逐渐适应的所有生理 改变。心理适应是根据过去的经验或期望而导致 器官反映的改变。从而导致个人舒适最佳值和相 应的温度调节装置设定值不大相同。其中行为调 节对于维持个体的舒适起着主动作用，而心理适 应主要是在解释个体舒适值差别中有重要的意义。 在实验室研究中，适应性假设中的测定最佳 温度（preferred temperature）的方法在人工环 境实验室中得到应用，实验室可以由每一个试验 者控制，因此可调节试验工况使之达到个

9、人期望 的温度，从而得出一群人的最佳温度。有资料显 示 4，实验室中的最佳温度并不随受试者的背景 不同而产生显著性差异。在实验室中的适应性研 究，受试者处于静坐或从事轻微活动的状态，其 最佳温度没有受到非自觉的来自生理上的调节 （行为习惯）影响。 实验研究可以很准确的控制环境状况，而实 测调查是研究发生在实际建筑中人体行为或心理 上的适应性所产生潜在影响力的有效手段。如果 周围环境温度不包括在 ASHRAE 的舒适区内， 而人 体仍感到舒适的话，可能是适应性在热感觉上占 有了重要的作用。1998 年夏季，清华大学对北京 市居民进行了调查测试，测试值结果表明：实测 热感觉值ASH普遍低于Fang

10、er教授的预期评价指 标 PMV 值。这说明多调查的人群特别是中国北方 居民对热的承受能力比预测值要高一些 5。 3.1 行为调节适应 人体的适应性表现在通过一系列的行为调整 主动创造一个自己感觉舒适的热环境。在 Fishman（1982 年）早期的研究中，对欧洲写字 间内 26 名人员的着衣习惯进行一年的观测， 发现 服装热阻很大程度上取决于室外气候和季节，特 别是对于女性，而且根据回归模型室外每星期的 温度变化 1，则着衣量相应的改变 0.02clo 6。 这项研究论证了该假设：人体中性温度同室外气 候具有统计显著性，部分源于行为调节对人体热 平衡的直接影响。身体所呈现出的姿势也是行为 调

11、节的另一个方面，当温度升高时，姿势的改变 可以增加人体的潜热量，两者有一定的相关性。 另外，建筑中的人还可以对环境采取直接的 控制和调节。Baker 和 Standeven 采用问卷调查 形式， 每小时询问一次被调查者是否调节着衣量、 门窗、遮阳物、电风扇或其他建筑设施中的其他 行为和技术调节 愉悦感 满意度 室内环境调热期望值 气候、文化 社会经济情况 热感觉舒适/不舒适 人体冷/热负荷 体温调节 人体适应性 行为调节 心理调节 过去经历 的热环境 2005 年第年第 1 期期 制冷与空调制冷与空调 77 部分，以提高自身的舒适性。结果显示：在 7 座 建筑中的 23 名被调查者经过 864

12、 小时的实测调 查，有 273 次行为调节活动，其中着衣量的调整 占了 62 次 7。行为调节的研究较为丰富，而且大 量的事实也证明了其对于人体的热舒适性有较高 的影响，尤其是对服装热阻的调整。 3.2 心理调节适应 许多学者认为在热环境中人体并不是外界刺 激的被动接受者，人们各自的生活环境和经历都 会影响他们各自的热期望。当实际热环境状态和 人们对热环境所期望的状态相符时人们就会对该 环境感到满意。因此生活在不同环境中的人们的 期望热环境也会有所不同。在实测调查中直接显 示心理适应对热舒适性的影响是较困难的，但环 境可控性的大小同心理上的适应相关联。 ASHRAE RP884 通过测试自然通

13、风和集中空 调建筑的热环境，发现自然通风建筑要比集中空 调建筑的可接受温度范围宽出 70左右。 从而证 明，对环境具有高度控制能力的人体对不同温度 有更广泛的适应性 8。Fishlnan 和 Pimberts 对 欧洲一所办公大楼内的 26 名人员进行长期的研 究，其中的 7 名在有空调的环境中工作，其余的 在自然通风的环境中。 调查的样本数目不是很多， 但当环境温度在 24以上时， 这两群人的热感觉 不同，按照 ASHRAE 七点尺度进行的热感觉投票， 在 HVAC 中的要比 NV 中的高。这一点说明，HVAC 中的人对高温环境的忍耐力较弱， 更加期望均一、 稳定的热环境 6。 3.3 生理

14、调节适应 人体对热环境的生理适应性主要表现在体温 调节、出汗机能、水盐代谢、心血管系统功能的 适应性变化等方面： 体温调节 9。在热环境中从事体力劳动，人 体热负荷增加， 体温升高， 体温调定点相应上移， 体温调节功能增强。基础和劳动代谢率降低，产 热减少，散热能力增强，这是机体热适应后耐受 热环境的一个保护性机制，减轻了热应激时体温 调节机能的紧张程度。 出汗机能。随着热适应的进展，机体出汗机 能增强，出汗体温降低。热适应者出汗的潜伏期 缩短，出汗速度增加，同一体温的出汗率可增加 20 %40 %以上，并长期维持较高的出汗率，较 稀的汗液更易蒸发。 热习服后期,出汗率减少， 出 汗与蒸发散热

15、需要基本相适应。热适应过程中， 皮肤温度降低幅度比直肠温度降低幅度大,使中 心与体表的热梯度逐渐加大， 加速了热对流,有利 于体热由中心向体表转度逐渐加大，加速了热对 流,有利于体热由中心向体表转移，故热适应后, 基础体温和体力活动体温均降低,存活时间延长。 水盐代谢。机体热适应后，血容量显著增高，热 适应过程中机体饮水增加，主要表现为饮水次数 增加，每次饮水量增多。机体热适应后，氯化钠 的丢失量可降低到 35 gd -1 ,热适应后期，机 体保钾能力提高，防止了低血钾的发生。 心血管系统。热适应后，从整体上减轻了心 脏负荷，最突出的是心血管系统紧张性和适应性 的改善，心率下降，心输出量增加，

16、这与体温尤 其是皮肤温度的下降,外周静脉收缩维持了心室 的充盈和压力有关。热适应者血液的稀释较未适 应者强，静脉血容量增加，皮肤血流量减少。 人体对周围环境的热湿感觉是一个非常复杂 的过程。人体与周围环境不仅存在传质传热的热 力过程，而且存在人的主观意识作用和客观生理 调节调整过程。在对人体热舒适环境的研究中， 既要体现出环境的客观评价，如对空气温度、湿 度和风速等的评价，也应体现人对周围环境的主 观评价。将二者相结合，量化才能客观公正的得 出人体对环境的要求的结论。 4、实验验证 2003 年 8 月， 作者对重庆大学的教室室内热 环境进行了调查测试，测试值结果表明：学生投 票值普遍小于计算出来的 PMV 值，为了说明学生 对热舒适的主观感受与理论计算得到的舒适指标 之间的差异，这里将