朱穎心/ZHU Yingxin

熱舒適的“度”，多少算合適？

朱穎心/ZHU Yingxin

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活品質(zhì)的要求越來越高，也由此出現(xiàn)了追求極致舒適室內(nèi)環(huán)境的現(xiàn)象。例如，認為越是嚴格無偏差的、不冷不熱的中性環(huán)境才是更高品質(zhì)的，并被寫入很多國家和ISO的室內(nèi)環(huán)境標準中。但控制嚴格的室內(nèi)環(huán)境會導致更大的初期投資，并消耗更多的能源。近年來，國內(nèi)外越來越多的研究成果表明，這種穩(wěn)定無變化的、恒溫恒濕的中性環(huán)境對人體來說是不健康的，而略為偏離舒適的、對人體有一定刺激鍛煉作用的環(huán)境反而是更健康的。

熱環(huán)境，舒適，健康，熱舒適，熱感覺，熱應力

1 前言

人類源自于熱帶雨林，是一種高度復雜的恒溫動物。人體的生理機能要求體溫必須維持近似恒定才能保證各項功能正常，所以，人體的生理反應總是盡量維持人體重要器官的溫度相對穩(wěn)定。因此，自從人類在世界上出現(xiàn)以來，尋求和創(chuàng)造適合生存的熱環(huán)境一直是保證人類能夠繁衍下去的一項重要任務。

隨著人類的活動逐漸向兩極移動，為了抵御不利的自然環(huán)境，人們創(chuàng)造了建筑。在近代工業(yè)革命之前，人們在長期的建筑活動中，結(jié)合各自生活所在地的資源、自然地理和氣候條件，就地取材、因地制宜，積累了很多設計經(jīng)驗用于建造活動，即我們今天所說的充分利用自然能源的“被動式設計”。

近代的工業(yè)革命為人類提供了主動謀取舒適熱環(huán)境的手段。1902年，能夠?qū)崿F(xiàn)全年運行的空調(diào)系統(tǒng)首次在美國的一家印刷廠內(nèi)建成，這標志著人們可以不受室外氣候的影響，在室內(nèi)自由地創(chuàng)造出所需要的物理環(huán)境，我們似乎已經(jīng)擁有了能夠隨心所欲地在室內(nèi)營造任何溫、濕度和空氣品質(zhì)的能力。隨后，早期工業(yè)建筑室內(nèi)環(huán)境控制的經(jīng)驗被移植到民用建筑中來，導致人們認為，高水平的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)應該包括精準控制的空氣溫濕度和潔凈度。

現(xiàn)在，廣泛應用于衡量環(huán)境冷熱的指標是丹麥技術(shù)大學方格教授（P. O. Fanger）提出的PMV指標（預測平均評價）。這是一個集空氣溫度、濕度、平均輻射溫度、風速、服裝熱阻和人體代謝率綜合計算得出的指標[1]，其值范圍是-3～0～+3，其中0表示不冷不熱（即“熱中性”或簡稱“中性”），負值為冷，正值為熱，絕對值越大偏離熱中性就越多。這個指標是通過在溫濕度、氣流速度和輻射都被精確控制的人工氣候室內(nèi)進行受試者的人體實驗得出的統(tǒng)計值，目前世界各國的室內(nèi)環(huán)境標準都采用了這個指標。例如，國際標準組織的EN ISO-7730、美國室內(nèi)環(huán)境標準ASHRAE Standard 55、歐洲標準 CEN EN 15251均把PMV=0作為追求的目標，認為是最舒適的，并根據(jù)其偏差的大小把室內(nèi)環(huán)境分成A、B、C 3級，PMV浮動幅度越小的室內(nèi)環(huán)境被定為級別越高，被認為是更好的環(huán)境。所以，在室內(nèi)環(huán)境的營造過程中，人們?yōu)榱双@得更高的環(huán)境品質(zhì)，就拼命地追求無偏差、無刺激、穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境，把建筑造得越來越密閉，全部采用空調(diào)供暖等機械系統(tǒng)并加上先進的自動控制系統(tǒng)來進行全范圍的嚴格控制。而我國的房地產(chǎn)市場出現(xiàn)以追求“恒溫恒濕”甚至“恒氧”作為賣點，宣傳這是“綠色、健康”的建筑。

目前，發(fā)達國家的人均或者單位面積建筑能耗都數(shù)倍于我國，一個重要的原因就是在建筑環(huán)境營造中追求這種嚴格機械控制的所謂高檔次的室內(nèi)環(huán)境。有人斷言，隨著中國人對高品質(zhì)生活水平的追求，中國的建筑能耗最終也會達到發(fā)達國家目前的水平。

那么，問題是“恒溫恒濕”的熱中性環(huán)境真的符合人類健康舒適的需求嗎？為此消耗大量的能源和資源值得嗎？

2 穩(wěn)定的“熱中性”環(huán)境能否帶來真正的“舒適”？

人對冷熱的反應其實是描述自己皮下和粘膜下的冷熱感受器獲得的信號，叫做熱感覺，從生理學的角度來說是客觀的。不冷不熱的時候人的自主性體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)不需要工作，因此不存在熱應力，故而感到輕松。在偏冷或偏熱的環(huán)境下，人的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)就需要投入工作，會出汗甚至打冷顫，調(diào)節(jié)幅度比較大且時間比較長，人就會感到疲勞而導致不適。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們追求生活水平的提高、提高舒適度是無可厚非的。但對“舒適”的定義卻有很大的商榷空間。從西方學術(shù)界發(fā)展起來的傳統(tǒng)熱舒適理論的主流觀點是無刺激、不需自主性調(diào)節(jié)的“熱中性”就等于“舒適”[1，2]，這也是PMV指標導出的理論依據(jù)。但學術(shù)界也存在另一種不同的觀點，就是認為舒適是一種暫時的愉快，是伴隨著不舒適的消除而產(chǎn)生的。這種觀點認為，當人體一直處于不冷不熱的穩(wěn)定狀態(tài)時是感覺不到“舒適”的。而盛夏在室外熱出一身汗的人用較涼的水洗澡時會感到很舒服，但他當時實際的感覺應該是“涼快”而非不冷不熱。“舒適”又經(jīng)常與預期有關(guān)：如果現(xiàn)狀超過預期，或者確信可能發(fā)生的不利事物都能在自己調(diào)控的范圍內(nèi)，人們就會忽略掉不利的刺激，從而感到舒適。因此，“熱舒適”與“熱感覺”之間最大的差別是前者有很大的心理影響。這兩種不同的舒適觀的存在，使得“舒適”變成了一個有哲學爭議的問題。當人們受到外界的刺激導致痛苦不適時，就會自然而然地認為消除掉這樣的刺激就是舒適的，所以會誤認為沒有不適的刺激就是最舒適的。其實一旦不適的刺激不復存在，舒適感也就隨之消失了。這應該就是兩種對立的舒適觀存在的原因。

阿仁斯（Arens）等幾位在國際熱舒適領域的著名教授聯(lián)合對世界上現(xiàn)有的3個建筑環(huán)境現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行了仔細的分析[3]。他們把按照國際標準ISO-7730規(guī)定的A、B、C 3個環(huán)境級別來設計運行的建筑中使用者的滿意度數(shù)據(jù)進行了歸納，發(fā)現(xiàn)這些滿意度數(shù)據(jù)并沒有差別，均與C級建筑的預測與實際滿意度處于同等水平。但A級建筑的初投資和運行能耗都遠高于B、C級建筑，而C級則是最節(jié)省的。也就是說，這些分布于世界各地的案例在建筑室內(nèi)環(huán)境方面的高投資、高能耗并沒有為室內(nèi)人員帶來額外的舒適感受。

深圳建科院大樓是一個連ISO的C級都夠不上卻達到了相同舒適度的建筑。其建筑設計與當?shù)赝悓懽謽遣煌罅坎捎昧讼蚴彝獍腴_敞的空間，如每層設置的綜合會議、休閑、打印機區(qū)、茶水區(qū)、過道、樓梯間等諸多功能的室外平臺（圖1），以及整面外墻都可以打開進行自然通風的報告廳（圖2）等。這樣的設計有效地將建筑能耗降低到當?shù)仄骄档?0%，建安費僅為4200元/m2，卻保證了室內(nèi)人員的較高滿意度。實測室外平臺的溫度范圍為29～31℃時，人們依然喜歡在平臺上召開組會討論工作，而不喜歡去有空調(diào)的會議室。盡管在進行問卷投票時他們都認為空調(diào)會議室處于“熱中性”，而室外平臺“有點熱”，但他們又都認為室外平臺的環(huán)境更舒適，因而喜歡到平臺上來開會（圖1）。盡管這些場合的實測溫濕度參數(shù)均遠離傳統(tǒng)熱舒適區(qū)，但人們卻對此感到滿意。[4]

人體還有一個重要的自然特征，是對自然風的接受度遠高于對同等溫濕度和平均風速水平下的機械風的接受度。尤其是在偏熱的環(huán)境中，自然風往往會給人們帶來愉悅和舒適感。其原因之一是人類在幾十萬年的進化過程中已經(jīng)適應了具有自然界特征的事物。自然風的風速是一種非周期性的相對低頻的波動，與近似白噪聲的高頻脈動機械風速有著很大的區(qū)別。如果從前文提到的“舒適”是消除不適過程之中產(chǎn)生的愉悅感的角度來解析，自然風低風速時人們會感到略熱，但隨著風速的提高，這種略熱感被解除。由于自然風的風速是連續(xù)波動的，人們就會反復不斷地感受到消除輕微不適的愉悅，從而感覺到連續(xù)的舒適[5]。清華大學熱舒適團隊多年來的研究成果已經(jīng)證明了這一點。

此外，PMV指標沒有考慮不同氣候區(qū)和生活環(huán)境下人體對熱環(huán)境的適應性。實際上，當年方格教授在推廣PMV指標的同時，國際上另有一批“非主流”的學者如悉尼大學的狄迪爾教授（Richard de Dear）等提出人體對熱環(huán)境具有適應性的觀點，并提出適應性模型[6]。也就是說，用PMV=0表征不冷不熱，不見得對所有地區(qū)的人都適用。而且在室外氣溫變化時，人體感到舒適的室內(nèi)溫度也是隨之變化的，所以舒適溫度的真正范圍要寬得多。近年來，人們逐漸認識到熱適應理論的科學性，因此有越來越多的人逐漸接受了這一觀點。

針對人體對冬季供暖溫度的反應，余娟等分別對上海和北京地區(qū)的居民進行了人工氣候室的實驗，溫度工況包括12℃、14℃、16℃、18℃、20℃。實驗時所有受試者穿著相同的服裝，包括棉質(zhì)秋衣秋褲、厚毛衫、長褲、棉線襪和拖鞋。實驗結(jié)果顯示在所有室溫工況下，上海組的熱感覺投票均比北京組更暖和；上海組與北京組感到相同熱感覺的溫度均比后者低2.5℃，也就是說上海組處于15.5℃的熱感覺與北京組處于18℃的熱感覺是一樣的[7]。這種差別是由于上海地區(qū)冬季長期室內(nèi)溫度偏低使得居住者適應偏冷室內(nèi)環(huán)境造成的。因此在當?shù)鼐用褚呀?jīng)普遍具有自采暖措施且經(jīng)濟相當寬裕的情況下，人們依然習慣于把室溫控制在15℃以下。

上述事實說明，熱環(huán)境方面的“舒適”實際上是不能都用這個已經(jīng)普遍采用的PMV指標來進行衡量的，需要考慮人的個體差異、對環(huán)境的生理和心理習慣，以及人體對自然界事物反應的自然屬性，因為人體并不是工業(yè)生產(chǎn)過程中的無生命產(chǎn)品，而是對環(huán)境有很強適應力和應激能力的生物。

3“舒適”能否帶來健康？

即便認為這種無刺激無應力的熱環(huán)境算是“舒適”的環(huán)境，那么這種“舒適”是否能夠為人類帶來健康，是否值得我們投入能源、環(huán)境的成本去追求呢？已經(jīng)有很多研究給出證據(jù)，證明追求這種“舒適”對人體健康是有害的。

2000年及2001年夏季，中國疾病預防控制中心對華東地區(qū)人群進行了“使用空調(diào)對健康影響”的流行病學調(diào)查，發(fā)現(xiàn)包括神經(jīng)和精神類不適感、消化系統(tǒng)類不適感、呼吸系統(tǒng)類不適感、皮膚黏膜類不適感在內(nèi)的12類人體常見不適感，在空調(diào)人群中的發(fā)生率均高于非空調(diào)人群，且特別明顯地表現(xiàn)在暑期“傷風、咳嗽、流鼻涕”的發(fā)病率上；使用空調(diào)的人群對熱的耐受力較不使用空調(diào)的人群要差；缺乏熱適應經(jīng)歷的人群在注意力、反應速度、視覺記憶和抽象思維方面均表現(xiàn)較差[8，9]。

1 室外平臺

2 報告廳

3 受試者血液中熱應激蛋白HSP70含量的檢測結(jié)果（參考文獻[10]）

余娟通過人工氣候室對比實驗，發(fā)現(xiàn)整個夏季全天呆在空調(diào)環(huán)境中的人群（空調(diào)組）與每天接觸空調(diào)環(huán)境不足2小時的人群（非空調(diào)組）相比，前者不僅對偏熱環(huán)境（36℃）的耐受能力差、不適感強，而且通過生理參數(shù)檢測，發(fā)現(xiàn)他們的皮溫調(diào)節(jié)遲緩、出汗率低，導致體內(nèi)代謝熱難以散出；更具有說服力的是表征熱應激和熱適應能力的熱應激蛋白HSP70在前者血液中的含量還不及后者的2/3 （圖3）。也就是說，長期在空調(diào)環(huán)境里逗留，他們身體的熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)的能力已經(jīng)部分退化了[10]。這個實驗結(jié)果證明了長期缺乏環(huán)境熱應力的刺激鍛煉，對人體來說是不健康的。

在醫(yī)學領域已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)存在一種棕色脂肪可分解引發(fā)肥胖的白色脂肪，促進新陳代謝，防止肥胖，但又普遍認為這種棕色脂肪僅在嬰兒期發(fā)揮作用，成人體內(nèi)只殘余很少的量。而肥胖是2型糖尿病最主要的誘因，表現(xiàn)為產(chǎn)生對胰島素的不敏感性，亦稱對胰島素的抵抗性。荷蘭的熱生理學教授馮·馬肯·立克騰貝（van Marken Lichtenbelt）于2015年5月19日歐洲健康建筑國際會議的大會主旨報告中介紹了其研究團隊的最近發(fā)現(xiàn)。報告表示，把人放到14～15℃的偏冷環(huán)境中每天暴露6個小時，共訓練10天，人體內(nèi)殘余的棕色脂肪就會被激活，代謝率提高10%～20%，熱感覺得到顯著改善。對2型糖尿病人受試者進行相同的冷暴露實驗還發(fā)現(xiàn)其體內(nèi)的胰島素敏感性也得到了顯著提高[11]，從而有助于治療糖尿病。該團隊在熱暴露實驗中也同樣發(fā)現(xiàn)了人體代謝率顯著提高的現(xiàn)象，只是不如冷暴露提高的幅度大。所以馮·馬肯·立克騰貝認為，適度不舒適的環(huán)境對人體反而是更健康的。

2013年8月，《美國科學院院報》發(fā)表了一篇關(guān)于淮河兩岸供暖區(qū)與非供暖區(qū)人群健康的調(diào)查，由北京大學、清華大學、美國MIT等多國學者聯(lián)合撰寫[12]。因為中國長期以來采取了以淮河來劃分采暖區(qū)的政策，所以他們選取淮河南北兩岸150km以內(nèi)地區(qū)的人群作為調(diào)查對象。這些人群所處的氣候、文化、教育、飲食、習俗、建筑、衣著等條件均類似，唯一區(qū)別是北岸有集中供暖，而南岸只有居民獨戶自采暖。調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，南岸居民的預期平均壽命比北岸居民要長5年左右。由于作者認為有室內(nèi)供暖對健康的影響是正面的，所以他們把導致北岸預期壽命損失的原因歸于冬季的空氣污染——因為北岸有燃煤供暖，北岸冬季室外的懸浮顆粒物濃度比南岸高184μg/m3。但是，如果馮·馬肯·立克騰貝的發(fā)現(xiàn)最終能夠被證明是真理，即偏離舒適的較低室內(nèi)溫度對健康的影響是正面的話，那么，南岸人群冬季供暖溫度偏低也可能是南北岸預期壽命5年之差的原因之一。

根據(jù)上述國內(nèi)外現(xiàn)有的科研成果可以初步證明：這種恒定的、無刺激的極致熱環(huán)境對人體來說是不健康的，會導致人體多項功能的退化，也不可能真正為人們帶來有愉悅感的舒適。類似的現(xiàn)象同樣存在于空氣質(zhì)量控制領域。有不少人認為空氣里面完全沒有污染物對人體來說才是最健康的，持有這種觀點的不乏一些著名學者。但目前發(fā)達國家非常潔凈的室內(nèi)外空氣質(zhì)量并不能有助于他們控制過敏癥、哮喘病等與空氣質(zhì)量相關(guān)的疾病發(fā)病率的增長，而且這類疾病在發(fā)達國家的發(fā)病率往往高于被認為比較“臟”的發(fā)展中國家。例如，日本的室外空氣是非常潔凈的，居民也非常注重居室的通風，但卻有超過25%的國民患有花粉過敏癥，以致被稱作“國民病”?？梢耘卸ǎL期缺乏外界的刺激，人體的免疫系統(tǒng)已經(jīng)變得不正常，以至于大自然里天然存在的花粉都會被當做污染物，產(chǎn)生過度反應而導致過敏。而剛到日本一兩年的中國人并不會出現(xiàn)這種癥狀，但在日本居住多年后就有患上花粉過敏癥的風險，這也體現(xiàn)出在過度潔凈的環(huán)境里人體免疫系統(tǒng)會逐漸退化的過程。

4 討論與結(jié)論

工業(yè)革命以來，人類絕大部分的發(fā)明都為降低勞動強度發(fā)揮了重要作用。但人們又公認缺乏體力活動是不健康的，因而應該堅持長期的體育鍛煉。那么，在室內(nèi)環(huán)境領域，我們難道不應該也這樣做嗎？

我們還應該記住的是，人類是在大自然中進化的產(chǎn)物，大自然中并無“恒溫恒濕”這樣穩(wěn)定的“中性”環(huán)境，它只是工業(yè)革命帶來的一個人造的環(huán)境特例。我們?yōu)槭裁匆ㄙM很大的能源和資源代價去讓人類子孫后代來適應這樣的環(huán)境特例，從而喪失掉大自然賦予人類身體用于抵抗不利環(huán)境的能力呢？正如過強的體育運動和過重的體力勞動會有損人類健康并帶來明顯的不適，所以人類發(fā)明新工具、新設備來降低這些負面影響一樣，人類營造室內(nèi)環(huán)境也是為了消除不利于人類生存與健康的極端環(huán)境。但是無論技術(shù)怎么發(fā)展，人體仍然需要每天保證有適量的運動，也需要周圍的物理環(huán)境保持有一定的變化，維持適度的刺激，這樣才能保持人體的健康。因此，我們營造室內(nèi)環(huán)境的目標，不應該再是追求極致的“舒適”，而應該是追求有變化的“可接受”，這樣才能達到既有益于維持人體的健康，同時又能降低資源和能源消耗的目的，使得人類的世界可持續(xù)發(fā)展下去?！?/p>

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Thermal Comfort, What Level Is Adequate?

With the development of economy, people hope to promote life quality, hence pursuing perfect comfortable built environment. The uniform neutral thermal environment with minimal variations is regarded as the high quality environment, and has been defined in the built environment standards of ISO and many countries. However, such kind tight controlled neutral environment lead to higher investment and higher building energy consumption. More and more recent research achievements show that this kind of stable and neutral indoor environment is not healthy. The mild discomfort thermal environment is likely to be healthier because it can train human bodies and keep their functions.

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清華大學建筑學院，生態(tài)規(guī)劃與綠色建筑教育部重點實驗室（清華大學）

2015-06-08