重庆大学低碳绿色建筑国家联合研究中心 绿色建筑与人居环境营造国际合作联合实验室
陈天凯 刘红 黄志超 杜晨秋
【摘 要】为了探究温度渐变环境下男性与女性人体热反应的不同，以26℃为中性温度，在人工气候室模拟了偏冷与偏热情况下共四种工况，并对16名在校大学生进行了主观问卷调查与客观生理参数的测量。通过探究主观感受或生理参数与环境温度的关系，得到了如下结论：温度渐变工况下，男性与女性主观感觉和平均皮肤温度对外界温度变化的敏感程度多数情况下是相同的；但男性与女性的热中性温度不同，导致了男性更不能接受较高温度，女性更不能接受较低的温度。
【关键词】性别差异 温度渐变 人体热反应 皮肤温度
【基金项目】“中央高校基本科研业务费”编号：2018CDYJSSY0055资助，十三五国家重点研发计划项目课题“基于能耗限额的建筑室内热环境定量需求及节能技术路径”（编号：2016YFC0700301），“高等学校学科创新引智计划资助”（编号：B13041）
1 引言
室内环境的好坏直接影响着人们的身心健康和工作效率[1]。研究发现：长期处于恒温恒湿的环境中，人体自身调节机能会因为缺乏冷热刺激而退化[2,3]，给人体的身心健康带来损害[4] 。因此，国内外学者对动态热环境展开了大量研究。其中，温度渐变是动态热环境的一种典型方式[5]。Ohon[6]较为全面的分析了凉—中性，中性—热的温度渐变环境下人体舒适感的变化规律，认为平均热感觉投票（TSV）与操作温度之间存在着十分密切的线性关系；Kolarik[7]研究了温度渐变环境下空气质量与病态建筑综合症对人体的影响；Schellen[8]研究温度渐变对TCV、生理反应和工作效率的影响。
研究表明由于个体差异的存在，没有一个热环境能让所有人都满意[9] 。其中，受试者性别差异带来的影响通常都认为比较小[9,10]。在上述的研究中，男性与女性没有区别对待。但也有学者认为女性比男性对温度变化更加敏感[9,11] ；在相同的环境中女性的不满意率更高[4,12-16]；并且女性的热中性温度要比男性的高[4,17,18]。
在温度渐变的环境下，性别差异带来的影响是否需要加以考虑还没有一个明确的结论。本文将以此为研究点，研究偏冷与偏热环境下，性别差异对人体热反应的影响。
2 研究方法
在人工气候室采用实验进行研究，该人工气候室设置在一个房间内部，控制精度达到±0.5℃、±5%RH。
2.1 实验方案
基于人体平均皮肤温度（Tskin）、主观问卷来综合研究温度渐变时性别差异对人体热反应的影响。选取男女各8人，均为在校大学生，穿着统一购置服装，独立完成所有设计工况的测试。Tskin由八点法[19]测出，测试仪器选用美国BIOPAC公司MP150型16通道生理信号记录分析系统，测量精度为0.1℃，数据采集间隔为10s。主观问卷包括TSV和TCV， TSV标尺选用ASHRAE推荐的7级分度标尺[20] ；TCV采用0至4的5级标尺。以上所有主观热反应的考核标尺如表1所示。
2.2 实验设计工况
本次实验共设计4个工况，分别涵盖了偏冷环境、偏热环境与中性环境之间的相互转变。实验设计工况的详细信息见表2。
实验中，采用德国METREL公司的MI6401型热舒适度测试仪对人工气候室的热环境参数进行不间断的监测和记录，以保证环境参数符合要求。
2.3 实验步骤
实验过程分为实验前的适应准备阶段和正式实验阶段。受试者首先在准备间（控制室）按要求换上实验服装、佩戴仪器，然后静坐30min，适应阶段的温度设定为各工况的起始温度，保证受试者在实验开始前有相同的热经历。30min过后开始正式实验；正式实验阶段的具体流程如下：恒温段时长为30min，每隔5min进行一次投票，变温段时长为40min，每隔4min进行一次投票，整个实验历时70min。
2.4 数据分析
将变温工况下的各个时刻的主观感受投票值和Tskin分别取算术平均，获得变温阶段主观感受投票值和Tskin随环境温度的变化趋势。统计分析采用SPSS 22.0，显著性水平α=0.5。其中，采用单变量方差分析分析回归直线斜率与截距的差异。
3 实验结果与分析
3.1 偏冷环境实验结果与分析
3.1.1 热感觉投票值（TSV）
偏冷条件下TSV随环境温度变化的趋势如图3.1所示。在偏冷环境下，TSV与环境温度有良好的线性关系。通过单变量方差分析检验男、女受试者所得回归直线的回归系数，发现两种工况下男、女受试者所得回归直线的斜率无显著差异，截距有显著差异。
拟合的直线中，斜率可以代表单位温度变化对人体冷热感造成的影响，即人体对外界温度变化的敏感程度。这两种工况下，人体对环境温度的敏感度均没有显著的差异，TSV均按相同的规律变化。也就是说，如果样本量足够大，这些拟合的直线应该是一簇平行的直线。而相同工况下平行直线的截距差异，则体现了男性的热中性温度要低于女性。这一点与以前的研究[4,17,18]是相符的。
3.1.2 热舒适投票值(TCV)
偏冷条件下TCV随环境温度变化的趋势图如图2所示。二者在升温工况下有良好的线性关系，降温工况下的线性关系并不明显。
升温时，回归直线的斜率与截距均没有显著的差异。证明在此工况下性别差异并不明显。降温时，虽然没有明显的线性关系，但是通过散点图仍然可以看出随着温度的降低，受试者的舒适度逐渐降低，且女性的不舒适程度增长更快。这体现了女性在温度降低时更容易感到不舒适。
将TSV与TCV随温度变化的趋势进行对比，发现两者具有一致性，即受试者觉得不冷不热的热中性环境使人感到舒适，这一点在男、女之间没有差异。这也与王昭俊[21]的研究成果类似。
3.1.3 平均皮肤温度（Tskin）
偏冷环境下Tskin随环境温度变化的趋势如图4所示。二者有良好的线性关系。
两种工况下，两条回归直线的斜率没有差异，截距均有差异。斜率可代表外界温度变化时Tskin变化的程度。在同一工况下，男性和女性Tskin与环境温度的拟合直线应该是两条平行的直线，这说明男性与女性Tskin的变化规律是相同的。而截距差异的显著差异体现了男性和女性在同一环境温度下有着不同的Tskin。这是由男、女天生身体素质的差异（基础代谢、体温调定点、汗腺发达程度等[22]）导致的。并且同一温度下男性的Tskin要比女性的高。
3.2 偏热环境实验结果与分析
3.2.1 热感觉投票值（TSV）
偏热环境下TSV度随环境温度变化的趋势如图5所示。二者之间有良好的线性关系。
升温工况，回归直线的斜率有显著差异；降温工况，回归直线的截距有显著差距，其他情况下均无显著差异。在升温工况下，女性TSV随温度变化的幅度明显大于男性，在降温工况下，女性较男性更快的由热进入热中性，而男性则始终感觉较热。此时男性与女性对外界冷热的敏感程度相同，但男性在相同的温度下感觉更热，这说明了男性的热中性温度较女性更低，偏离中性温度更多。
3.2.2 热舒适（TCV）
偏热环境下热舒适度随温度变化的趋势如图6所示。二者均有良好的线性关系。
每种工况，两条回归直线的斜率没有显著性差异，截距均有显著性差异。偏热工况下TSV与热舒适也有与3.1.2中类似的规律。
3.2.3 平均皮肤温度（Tskin）
偏热环境下Tskin随环境温度变化趋势如图8所示。Tskin与环境温度之间有良好的线性关系，检验回归曲线的差异性，结果表明：在升温工况，两条回归直线的斜率没有显著差异，其余情况下均有显著差异。
4 讨论与分析
实验结果表明男、女在温度渐变时的主观感受有显著差异。将实验各工况下男性与女性实验参数与环境温度回归直线差异性分析的结果汇总于表3。
√表示有显著差异；空白表示无显著差异；\表示线性关系不明显，无法分析差异
前文已经说明斜率代表人体对外界环境变化的敏感程度，截距代表男性与女性热中性温度或基础皮肤温度的差别。可以看出男性与女性在温度渐变情况下热反应的差异主要体现在中性温度不同上，男性与女性对外界温度变化的敏感程度其实在多数情况下并没有显著的差异。据此，可求出在各工况下的热感觉（TS）灵敏度和Tm，结果如表4所示。
除26-30工况下， TS灵敏度基本相同，偏热工况下TS灵敏度稍高。男性热中性温度更低，男性与女性热中性温度差在0.4—1.6℃之间。但是在相应情况下，男性与女性对环境温度的敏感程度是相同的。在26-30工况下，女性对环境变化更敏感，这与以往的研究[11]类似。
Tskin能从客观的角度反映人体对外界环境的敏感程度，与主观问卷调查类似，Tskin与环境温度也有着良好的线性关系，且大部分回归直线的斜率无差异，仅有截距的差异，这说明男性与女性Tskin变化的规律是相同的，只是基础体温不同。这也从客观的角度印证了男、女在对外界温度的敏感程度上是相同的。Tskin的差异主要体现在30-26的工况下。其中，初始Tskin基本相同，女性Tskin随环境温度下降的速率明显要大于男性，这表明在偏热的情况下女性身体机能较男性做出了更为有效的调节措施，使女性能更好的适应偏热的环境，体现出了女性在偏热环境下较男性有更好的适应性。因为女性的调节机制更加快速，也导致了女性更快的度过热中性期，较男性提前感觉到了冷。
5 结论与展望
本文通过男、女受试者的客观生理参数与主观问卷，研究了男性、女性在人体热反应上的不同，现有以下结论：
（1）温度渐变时，绝大数情况下男性与女性的主观感受和Tskin的对环境变化的敏感程度是无差异的。其中TS灵敏度在0.401-0.499（1/℃）之间；
（2）偏热—中性的温度渐变工况下，女性的调节能力更强，导致女性更喜欢偏热的环境；
（3）不同工况下，男性的中性温度比女性低0.4-1.6℃。男性与女性的中性温度和基础皮肤温度是不同的，这导致了男性更喜欢偏冷的环境，女性更喜欢偏热的环境。
上述结论是在特定的温度范围，特定的温度变化率下得出的，结论的普适性还需要进一步的实验来验证。除此之外，若要使结论准确的应用于实际环境中男性与女性的工作效率，还需对相应工况下男性与女性工作效率的差异展开研究。
参考文献
[1] Wyon D P. The effects of indoor air quality on performance and productivity[J]. Indoor Air, 2004, 14(s7): 92–101.
[2] Yu J, Ouyang Q, Zhu Y, et al. A comparison of the thermal adaptability of people accustomed to air-conditioned environments and naturally ventilated environments[J]. Indoor Air, 2012, 22(2): 110-8.
[3] Zhu Y, Ouyang Q, Cao B, et al. Dynamic thermal environment and thermal comfort[J]. Indoor Air, 2016, 26(1): 125-37.
[4] Griefahn B, Künemund C. The effects of gender, age, and fatigue on susceptibility to draft discomfort[J]. Journal of Thermal Biology, 2001, 26(4–5): 395-400.
[5] Hensen J L M. Literature review on thermal comfort in transient conditions[J]. Building & Environment, 1990, 25(4): 309-316.
[6] Ohno H, Kuno S, Kida M, et al. Physiological and psychology responses in thermal transients with ramp change[J]. Ashrae Transaction, 1987, 93(2): 407-428.
[7] Kolarik J, Olesen B W, Toftum J, et al. Thermal comfort, perceived air quality and intensity of sbs symptoms during exposure to moderate operative temperature ramps[J], 2007.
[8] Schellen L, Lichtenbelt W D V M, Wit M H D, et al. Thermal comfort, physiological responses and performance during exposure to a moderate temperature drift[C]. International Conference on Indoor Air Quality and Climate, 2008.
[9] Fanger P O. Thermal comfort. Analysis and applications in environmental engineering[J]. Thermal Comfort Analysis & Applications in Environmental Engineering, 1972.
[10] Parsons K. Human Thermal Environments: The Effects of Hot, Moderate, and Cold Environments on Human Health, Comfort, and Performance[M]. CRC Press, Inc., 2014: 67-68.
[11] Pellerin N, Candas V. Combined effects of temperature and noise on human discomfort[J]. Physiology & Behavior, 2003, 78(1): 99-106.
[12] Karjalainen S, Koistinen O. User problems with individual temperature control in offices[J]. Building & Environment, 2007, 42(8): 2880-2887.
[13] Nagashima K, Yoda T, Yagishita T, et al. Thermal regulation and comfort during a mild-cold exposure in young Japanese women complaining of unusual coldness[J]. J.appl.physiol, 2002, 92(3): 1029-35.
[14] Muzi G, Abbritti G, Accattoli M P, et al. Prevalence of irritative symptoms in a nonproblem air-conditioned office building[J]. International Archives of Occupational & Environmental Health, 1998, 71(6): 372-378.
[15] Cena K, Dear R D. Thermal comfort and behavioural strategies in office buildings located in a hot-arid climate[J]. Journal of Thermal Biology, 2001, 26(4–5): 409-414.
[16] Karjalainen S. Gender differences in thermal comfort and use of thermostats in everyday thermal environments[J]. Building and Environment, 2007, 42(4): 1594-1603.
[17] Parsons K C. The effects of gender, acclimation state, the opportunity to adjust clothing and physical disability on requirements for thermal comfort[J]. Energy & Buildings, 2002, 34(6): 593-599.
[18] Nakano J, Tanabe S I, Kimura K I. Differences in perception of indoor environment between Japanese and non-Japanese workers[J]. Energy & Buildings, 2002, 34(6): 615-621.
[19] Gagge A P. Heat exchange between human skin surface and thermal environment[J]. Handbook of Physiology Reaction to Environment Agents, 1977, 9.
[20] ASHRAE 55:2010. Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2010.
[21] 王昭俊. 关于"热感觉"与"热舒适"的讨论[J]. 建筑热能通风空调, 2005, 24(2): 93-94.
[22] 卫诣凡. 偏热环境下适宜风速实验与理论研究[D]. 重庆大学, 2015.
备注：本文收录于《建筑环境与能源》2018年10月刊总第15期（第21届暖通空调制冷学术年会文集）。
版权归论文作者所有,任何形式转载请联系作者。
湘公网安备43011102000873号
