吹风环境下人体生理指标的探索性实验研究.doc

吹风环境下人体生理指标的探索性实验研究
清华大学,东华大学余娟
清华大学朱颖心,欧阳沁,曹国光
同济大学周翔
摘要本文通过不同背景温度与末端送风方式的组合,考察无风环境、稳态送风环境和动态送风环境下人体的生理与心理反应。实验研究发现,采用末端送风能够显著降低人体热感觉,补偿背景设定温度的提高,但高风速同时降低了人体的舒适感;平均皮肤温度是人体热感觉的敏感指标,但在吹风环境下,人体的平均皮肤温度与热感觉之间会出现偏离,计算平均皮肤温度时需要对暴露部位和非暴露部位的皮肤温度加权值进行修正;心率变异性(heart rate variability,HRV)在一定程度上能够反映人体热调节的能力:对于中性-偏暖环境,在同样的末端送风方式、送风速度下,热感觉越高、热舒适越差,HRV指标越高;但在不同的吹风条件下,HRV指标和人体热感觉、热舒适之间的相关性不明确,仍需进一步研究。
关键词热感觉热舒适平均皮肤温度心率变异性吹风
1 研究背景
人体热舒适研究已有近一百年的历史,其主要的研究方法是依靠主观投票和环境参数测试,基于大量的实验室研究和现场调查数据,力图将热环境的四个主要要素(空气温度、相对湿度、流速及周围表面平均辐射温度)与人体的热感觉联系起来,从而建立热感觉、热舒适评价体系。然而,热感觉、热舒适研究是一个多学科交叉的问题,其机理涉及了生理学、心理学、物理学等范畴,仅仅依靠主观投票和环境参数测试研究难以达到较高的高度。早在1917年Ebbecke[1]就提出“热感觉是假定与皮肤热感受器的活动有联系,而热舒适是假定依赖于来自热调节中心的热调节反应。”人体能够感受外界的温度变化是因为在人体皮肤表层中存在温度感受器,当它们受到冷热刺激时就会产生冲动,向大脑发出信号,从而产生对应的冷感觉和热感觉。而人体在环境温度发生变化的情况下能够保持体温的相对恒定,是因为机体内存在体温的自动调节机构,即人体在体温调节中枢(下丘脑)的控制下,通过改变皮肤血流量、血管收缩、出汗率等生理调节反应,来调节机体的产热和散热过程[2]。因此,在人体热舒适研究中引入生理参数测试,了解机体对热环境的生理反应状况,对于热舒适的机理认识意义重大。
近几年,越来越多的国内外学者在人体热舒适的生理研究上做了尝试,测试包括皮肤温度、核心温度、心率、出汗率、脑血氧水平等[3-7]。其中,皮肤温度作为介于核心温度和环境温度之间进行热交换的中心环节,又是一个易于测量的生理参数,受到了最为广泛的关注。崔太秀指出皮肤温度是反映身体热状态较灵敏的生理指标,同时又直接影响热舒适感觉[8];Christian [9]等研究发现皮肤温度和核心温度与人体热舒适性的相关性比值接近1:1;Danni Wang[10]等研究发现手指温度和手指—前臂温度曲线斜率与热感觉有非常紧密的联系。此外,反映HRV的LF/HF指标也越来越引起热舒适研究者的重视。在该指标中,LF为HRV的低频分量,主要受交感神经活动影响,HF为HRV的高频分量,主要受副交感神经活动影响;LF/HF的变化表明交感神经和副交感神经的平衡状态。交感神经兴奋时,皮肤血管收缩,汗腺分泌
,心跳加快加强,其活动主要保证人体紧张状态时的生理需要;副交感神经兴奋时,皮肤和内脏血管舒张,心跳减慢。已有研究表明,LF/HF指标对环境温度和人体热感觉敏感,其值的变化