季 泰，袁偉琪，王 坤

（1.上海交通大學 體育系，上海 200240；2.中國科學技術(shù)大學 熱科學和能源工程系，安徽 合肥 230027）

熱環(huán)境由環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度以及環(huán)境風速3個環(huán)境要素共同組成（劉念雄，2005）。人體熱感覺是人體對于自身熱狀態(tài)的本體感覺，分為非常熱、比較熱、有點熱、不冷不熱、有點冷、比較冷和非常冷，共7個等級（Fanger，1967）。能量消耗是人體消耗體內(nèi)能量的過程（林崇德等，2003）。人體熱感覺和能量消耗作為競技比賽中與運動表現(xiàn)和運動狀態(tài)密切相關(guān)的指標，探討運動中熱環(huán)境對人體熱感覺和能量消耗的影響，具有重要的學術(shù)和應(yīng)用價值。

目前在體育學領(lǐng)域，有關(guān)熱環(huán)境下運動人體的研究主要關(guān)注以下兩點：一是不同熱環(huán)境下運動中人體生理生化指標的變化和運動表現(xiàn)的改變（McKenna et al.，2020；Yatsutani et al.，2020；Vanos et al.，2020）。Zhao 等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，隨著環(huán)境溫度的升高運動能力降低，但神經(jīng)傳導物的活性提高。二是如何有效提高高溫下的運動表現(xiàn)（吳 衛(wèi) 兵 ，2016；Donnan et al.，2021；Nakamura et al.，2020）。許毅梟等（2020）研究了高溫環(huán)境下混合預冷處理對男性中長跑運動員運動表現(xiàn)的影響，結(jié)果表明，混合預冷處理可以降低運動前人體的核心溫度和生理應(yīng)激程度，提高有氧耐力運動表現(xiàn)。由此可見，目前體育學領(lǐng)域鮮見運動中熱環(huán)境對人體熱感覺及能量消耗影響的深入探究，已有相關(guān)研究僅局限在一種或幾種特定熱環(huán)境下，因此對于三者之間的內(nèi)在關(guān)系缺乏連續(xù)、定量地研究（薛滔，2010；周祎 等，2015；McCole et al.，1990；Sugiono，2016）。然而，人體熱感覺是熱環(huán)境下運動中人體熱狀態(tài)的直觀反映，相比生理生化指標在實際的運動過程中獲取困難和滯后的缺點，運動中人體的熱感覺具有易獲取、實時性強的特點，可以據(jù)此在競技比賽中對熱環(huán)境或技戰(zhàn)術(shù)策略進行及時調(diào)節(jié)。人體能量消耗是人體運動的內(nèi)在本質(zhì)，是體能類項目比賽中決定比賽成績的最關(guān)鍵因素（黎涌明等，2014），因此研究熱環(huán)境下人體能量消耗的變化規(guī)律對于比賽中根據(jù)熱環(huán)境的實際情況調(diào)整運動員的體能分配具有重要價值。

1 研究方案

1.1 研究目的

基于Fanger模型探究運動中熱環(huán)境對人體熱感覺及能量消耗的影響。

1.2 研究方法

對熱環(huán)境下人體熱感覺和能量消耗的關(guān)注最早起源于傳熱學領(lǐng)域，其目的是為了探究不同熱環(huán)境下人體熱量傳遞的規(guī)律，以建立舒適的外部熱環(huán)境。其中熱量的傳遞包括能量的產(chǎn)生、吸收及消耗，對于熱環(huán)境舒適性的評價則通過人體的熱感覺衡量。20世紀60年代之前，相關(guān)研究只考慮單個因素對人體熱感覺和能量消耗的影響，直到Macpherson（1962）提出：環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度、環(huán)境風速、平均輻射溫度、代謝當量以及服裝熱阻是影響人體能量消耗及熱感覺的6個主要因素，這表明，人體的熱感覺和能量消耗受多種因素的共同影響且之間存在復雜的交互作用。自此之后，研究者開始考慮多因素對人體熱感覺和能量消耗的共同影響。1967年，丹麥科技大學的Fanger教授基于人體熱平衡原理，將熱感覺和能量消耗相關(guān)的多個因素融入熱平衡方程中，最早建立了預測人體熱感覺的數(shù)學模型（Fanger，1967），標志著基于Fanger模型探究各因素對人體熱感覺和能量消耗影響的研究范式誕生，并得到了該領(lǐng)域的廣泛認可和效仿。2005年，國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）在Fanger模型的基礎(chǔ)上形成了ISO 7730國際標準（Olesen et al.，2002）。

然而，Wang等（2016）的研究表明，當運動負荷增加時，F(xiàn)anger模型預測不同熱環(huán)境下運動中人體熱感覺的準確性會顯著降低，因此需要根據(jù)運動中人體的特點對Fanger模型進行修改以提高模型的預測能力。在此基礎(chǔ)上，季泰等（2015，2017）基于Fanger模型對模型中的部分參數(shù)進行了修改，提出了運動中人體熱感覺預測模型并進行了實驗驗證，結(jié)果表明，在不同熱環(huán)境下的高強度運動中該模型對于人體熱感覺的預測準確性顯著提高。由此可見，只要在體育場館內(nèi)運動強度較大的前提下，在不同的熱環(huán)境條件下該模型的準確性都較高，為模擬第32屆夏季奧運會可能出現(xiàn)的極端熱環(huán)境對人體熱感覺及能量消耗的影響提供了科學方法。因此，本研究基于該模型進行研究。

1.2.1 運動中熱環(huán)境對人體熱感覺影響的研究方法

該研究部分基于以下模型進行模擬計算（季泰等，2015）：

其中，PMV為運動中人體的預測熱感覺值。Fanger將人體的熱感覺分為7級，每級對應(yīng)1個數(shù)值（表1）；M：人體的代謝當量/W；A：人體表面積/m2；η：人體對外做功系數(shù)；tsk：皮膚溫度/℃；Pa：周圍空氣水蒸汽分壓力/Pa；ta：周圍空氣溫度/℃；μ：服裝覆蓋率；tcl：人體服裝外表面平均溫度/℃；tmr：體育場館壁面平均溫度/℃；ac：對流換熱系數(shù)/（W·m-2·V-1）。

表1 PMV對應(yīng)熱感覺值（Fanger，1967）Table 1 Thermal Sensation Value for PMV

1.2.2 運動中熱環(huán)境對人體能量消耗影響的研究方法

基于公式（1），更改模型的使用方法，即公式（1）中代謝當量M變?yōu)槲粗?，人體熱感覺PMV變?yōu)橐阎?，同時，M變?yōu)槲粗繉е履Ｐ椭腥梭w服裝外表面平均溫度tcl也變?yōu)槲粗浚驗閠cl是與代謝當量M有關(guān)的函數(shù)，此時原模型中共有兩個未知數(shù)，即M和tcl。在此引入tcl的另一計算方程：

其中，tcl：人體服裝外表面平均溫度/℃；tsk：皮膚溫度/℃；Icl：衣服熱阻/clo；fcl：服裝表面積與對應(yīng)著衣體表面積之比；tmr：體育場館壁面平均溫度/℃；ac：對流換熱系數(shù)/（W·m-2·℃-1）；tα：周圍空氣溫度/℃。

在MATLAB軟件中，利用solve函數(shù)聯(lián)立公式（1）和公式（2），兩個方程中共兩個未知量，可求解出tcl和M，即可實現(xiàn)在已知熱環(huán)境、人體熱感覺的條件下計算運動中人體對應(yīng)的代謝當量。輸入solve函數(shù)執(zhí)行語言：

1.3 研究流程

1.3.1 運動中熱環(huán)境對人體熱感覺影響的研究流程

利用已建立的運動人體熱感覺預測模型，通過Fortran語言對模型編程，假定某運動員服裝為無袖短褲，服裝覆蓋率為39.5%（周永凱 等，2007），從事強度為6 METs的運動。分別模擬環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度以及環(huán)境風速3個熱環(huán)境變量對于運動中人體熱感覺的影響。第1種模擬條件為：假設(shè)環(huán)境風速固定為0.2 m/s，環(huán)境相對濕度固定為60%，計算環(huán)境溫度從20℃變化至35℃時運動中人體熱感覺的變化情況。第2種模擬條件為：假設(shè)環(huán)境溫度固定為33℃，環(huán)境風速固定為0.2 m/s，計算環(huán)境相對濕度從20%變化至90%時運動中人體熱感覺的變化情況。第3種模擬條件為：假定環(huán)境溫度固定為33℃，環(huán)境相對濕度固定為60%，環(huán)境風速從0 m/s變化至0.2 m/s的范圍內(nèi)變化時運動中人體熱感覺的變化情況。將3種模擬條件下的各數(shù)值代入Fortran語言編程的模型中進行計算，再將計算結(jié)果繪圖。

1.3.2 運動中熱環(huán)境對人體能量消耗影響的研究流程

利用已建立的運動人體能量消耗預測模型，通過Matlab對模型編程，假定某運動員比賽時服裝為無袖短褲，服裝覆蓋率為39.5%（周永凱等，2007），在環(huán)境溫度20℃時的代謝當量為6 METs，分別模擬環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度以及環(huán)境風速3個熱環(huán)境變量對于運動中人體能量消耗的影響。第1種模擬條件為：假設(shè)環(huán)境風速固定為0.2 m/s，環(huán)境相對濕度固定為60%，模擬環(huán)境溫度從20℃上升至35℃時運動中人體能量消耗的變化情況。第2種模擬條件為：假設(shè)環(huán)境溫度固定為33℃，環(huán)境風速固定為0.2 m/s，模擬環(huán)境相對濕度從20%～90%時運動中人體能量消耗的變化情況。第3種模擬條件為：假定環(huán)境溫度固定為33℃，環(huán)境相對濕度固定為60%，模擬環(huán)境風速從0 m/s變化至0.2 m/s時運動中人體能量消耗的變化情況。將3種模擬條件下的各數(shù)值代入Matlab語言編程的模型中進行計算，再將計算結(jié)果繪圖。

2 研究結(jié)果

2.1 運動中熱環(huán)境與人體熱感覺之間的關(guān)系

2.1.1 運動中環(huán)境溫度與人體熱感覺之間的量化關(guān)系

結(jié)果表明，運動中當環(huán)境溫度升高時，熱感覺隨環(huán)境溫度近似線性增加。隨著環(huán)境溫度上升，熱感覺等級增加的幅度緩慢增大（表2，圖1）。表明在高溫高濕下人體對環(huán)境溫度的變化更加敏感?？傮w來看，環(huán)境溫度每上升1℃會引起熱感覺值約增加0.20～0.25個等級。從發(fā)生機制上看，運動中由于環(huán)境溫度升高導致皮膚對外輻射散熱量以及呼吸散熱量減少，從而使人體熱負荷增大，進而導致人體熱感覺增加。

表2 運動中熱感覺隨環(huán)境溫度的變化Table 2 Thermal Sensation under Different Environmental Temperature during Sports

圖1 運動中環(huán)境溫度與人體熱感覺量化關(guān)系Figure 1.Quantitative Relationship between Environmental Temperature and Thermal Sensation during Sports

2.1.2 運動中環(huán)境相對濕度與人體熱感覺之間的量化關(guān)系

結(jié)果顯示，運動中當環(huán)境相對濕度升高時，人體熱感覺隨環(huán)境相對濕度線性上升（表3，圖2）。環(huán)境相對濕度每上升10%可引起熱感覺增加0.1個等級，環(huán)境相對濕度從20%變化至90%可引起熱感覺值約增加0.7個等級。從發(fā)生機制上看，這主要是由于運動中環(huán)境相對濕度增加抑制了體表擴散散熱，引起人體熱負荷的增加進而導致人體熱感覺等級升高。

表3 運動中熱感覺隨環(huán)境相對濕度的變化Table 3 Thermal Sensation under Different Environmental Humidity during Sports

圖2 運動中環(huán)境相對濕度與人體熱感覺量化關(guān)系Figure 2.Quantitative Relationship between Environmental Humidity and Thermal Sensation during Sports

2.1.3 運動中環(huán)境風速與人體熱感覺之間的量化關(guān)系

結(jié)果顯示，運動中當環(huán)境風速增加時人體熱感覺下降，且下降速率逐漸趨于平緩（表4，圖3）。整體來看，環(huán)境風速從0上升至0.2 m/s熱感覺值下降約0.1個等級，這表明，高溫高濕下環(huán)境風速對運動中人體熱感覺的影響較常溫狀態(tài)下更小。從發(fā)生機制上看，這是由于環(huán)境風速增加加強了對流散熱，引起人體熱負荷減少進而導致人體熱感覺等級下降。

表4 運動中熱感覺隨環(huán)境風速的變化Table 4 Thermal Sensation under Different Environmental Wind Speed during Sports

圖3 運動中環(huán)境風速與人體熱感覺量化關(guān)系Figure 3.Quantitative Relationship between Environmental Wind Speed and Thermal Sensation during Sports

2.2 運動中熱環(huán)境與人體能量消耗之間的關(guān)系

2.2.1 運動中環(huán)境溫度與人體能量消耗之間的量化關(guān)系

結(jié)果顯示，運動中當環(huán)境溫度升高時，人體代謝當量增大（表5，圖4）。這是因為溫度升高時人體對外散熱減小，但人體熱負荷增加量大于散熱減小量，故能量消耗速率上升；運動中隨著環(huán)境溫度的增加人體代謝當量的增速下降，這是因為運動中人體能量消耗量等于熱負荷、散熱量以及運動做功消耗量之和，運動中人體對周圍環(huán)境的散熱量隨著溫度上升不斷減小，導致代謝當量增速下降。整體上看，環(huán)境溫度從20℃上升至35℃，運動中人體代謝當量從6 METs增加至9 METs左右；即環(huán)境溫度每上升1℃，運動中人體代謝當量約增加0.2 METs。

表5 運動中能量消耗隨環(huán)境溫度的變化Table 5 Energy Expenditure under Different Environmental Temperature during Sports

圖4 運動中環(huán)境溫度與人體能量消耗量化關(guān)系Figure 4.Quantitative Relationship between EnvironmentalTemperature and Energy Expenditure during Sports

2.2.2 運動中環(huán)境相對濕度與人體能量消耗之間的量化關(guān)系

結(jié)果顯示，運動中隨著環(huán)境相對濕度增加，人體代謝當量增加（表6，圖5）。從發(fā)生機制上看，這是因為隨著環(huán)境相對濕度上升，人體通過呼吸潛熱和體表擴散的散熱量減小，熱負荷增加速度大于呼吸潛熱和體表擴散散熱的減少速度，故代謝當量增加。整體上看，環(huán)境相對濕度從20%上升至90%，運動中人體代謝當量約增加0.6 METs。

表6 運動中能量消耗隨環(huán)境相對濕度的變化Table 6 Energy Expenditure under Different Environmental Humidity during Sports

圖5 運動中環(huán)境相對濕度與人體能量消耗量化關(guān)系Figure 5.Quantitative Relationship between Environmental Humidity and Energy Expenditure during Sports

2.2.3 運動中環(huán)境風速與人體能量消耗之間的量化關(guān)系

結(jié)果顯示，運動中隨著環(huán)境風速增加，人體代謝當量增加，且增大速率先快后慢（表7，圖6）。這是因為環(huán)境風速增加時人體與周圍環(huán)境的對流散熱增加，導致代謝當量不斷增加；但由于對流散熱系數(shù)是關(guān)于環(huán)境風速的冪函數(shù)，當環(huán)境風速較小時，對流系數(shù)增速較大導致對流散熱增速更大，因此代謝當量增速更快。當環(huán)境風速較大時，對流散熱系數(shù)增速降低導致對流散熱增速降低，運動中人體代謝當量的增速也隨之下降。整體上看，高溫高濕環(huán)境下運動中環(huán)境風速從0 m/s增加至0.2 m/s，人體代謝當量大約增加1.7 METs。

表7 運動中能量消耗隨環(huán)境風速的變化Table 7 Energy Expenditure under Different Environmental Wind Speed during Sports

圖6 運動中環(huán)境風速與人體能量消耗量化關(guān)系Figure 6.Quantitative Relationship between Environmental Wind Speed and Energy Expenditure during Sports

3 討論與分析

3.1 運動中熱環(huán)境對人體熱感覺的影響探討

本研究結(jié)果表明，運動中對于人體熱感覺影響最大的熱環(huán)境因素為環(huán)境溫度，環(huán)境風速的影響次之，影響最小的是環(huán)境相對濕度。對于環(huán)境溫度，Kenny等（2009）以27名對象為研究對象，在戶外情境下調(diào)查跑步者的實際熱感覺，并利用多重回歸來探討實際熱感覺的影響因素，預測變量包括服裝、環(huán)境溫度、輻射溫度、環(huán)境風速以及代謝當量，結(jié)果表明，在這些預測變量中對熱感覺影響最大的為輻射溫度以及環(huán)境溫度。Indraganti（2010）的研究發(fā)現(xiàn)，在自然通風的情況下，環(huán)境溫度可以解釋人體熱感覺86.1%的變異，這些研究都表明環(huán)境溫度對人體熱感覺的顯著影響。對于環(huán)境風速，Tucker等（2006）的研究表明，在大強度運動中環(huán)境風速會明顯地改變運動員所處的實際熱環(huán)境，從而影響運動中人體的熱感覺。對于環(huán)境相對濕度，Koch等（1960）在環(huán)境溫度為20℃～34℃，環(huán)境相對濕度20%～90%的熱環(huán)境范圍內(nèi)進行了人體熱感覺的實驗研究，結(jié)果表明，在高溫環(huán)境下環(huán)境相對濕度對人體熱感覺的影響較小。董勝璋等（1995）的研究發(fā)現(xiàn)，當環(huán)境溫度在15.5℃～26.5℃時，環(huán)境相對濕度對人體熱感覺的影響不大，環(huán)境相對濕度每改變50%時，對人體熱感覺的影響相當于環(huán)境溫度改變1℃。Nevins等（1966）研究了72種不同溫濕度情況下人體的熱感覺，結(jié)果表明，環(huán)境相對濕度對人體熱感覺的影響較小，相對濕度每下降10%，相當于環(huán)境溫度升高0.3℃。以上這些研究均表明，環(huán)境相對濕度對人體熱感覺的影響相對較小。

實際上，運動中影響人體熱感覺的因素眾多，F(xiàn)anger模型中除了考慮了環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度以及環(huán)境風速等熱環(huán)境因素外，還包括了運動強度、服裝因素、輻射溫度等客觀因素對運動中人體熱感覺的調(diào)節(jié)作用。運動中在熱環(huán)境、服裝和運動強度的共同作用下，首先引起了人體皮膚溫度和核心溫度的變化。人體的皮膚層和內(nèi)臟器官中的游離神經(jīng)末梢存在著對溫度變化敏感的溫度感受器，因此可以感覺到皮膚溫度和核心溫度的變化。當感受到核心溫度和皮膚溫度的變化時，溫度感受器會向大腦發(fā)出相應(yīng)的脈沖信號。研究發(fā)現(xiàn)，大腦中負責對人體溫度進行調(diào)節(jié)的中樞位于視前區(qū)-下丘腦前部，在熱環(huán)境下會促使該區(qū)域中的熱敏神經(jīng)元興奮進而促進散熱，并通過皮膚血管擴張、發(fā)汗的生理調(diào)節(jié)方式改變?nèi)梭w的核心溫度及皮膚溫度（Mekjavic et al.，2006）。當人體內(nèi)的溫度高于某一閾值時，皮膚血管擴張，皮膚血流量增加，此時人體向環(huán)境的輻射和對流散熱增加。當皮膚血流量的增加尚不足以將體內(nèi)多余的熱量充分交換至體外時，人體開始發(fā)汗，汗腺將汗液排至皮膚表面蒸發(fā)，此時蒸發(fā)散熱成為主要的散熱方式，從而達到冷卻皮膚、增加體內(nèi)散熱的目的。與此同時，下丘腦將冷或者熱的信息傳遞給大腦皮層，最終產(chǎn)生了熱感覺。由此可見，運動中人體的熱感覺是熱環(huán)境下運動中人體熱狀態(tài)的綜合反應(yīng)，根據(jù)運動中人體的熱感覺來判斷運動員的運動狀態(tài)較為科學可靠。

3.2 運動中熱環(huán)境對人體能量消耗的影響探討

本研究結(jié)果表明：運動中環(huán)境溫度對人體能量消耗的影響最大，環(huán)境風速對人體能量消耗的影響次之，環(huán)境相對濕度對人體能量消耗的影響最小。值得注意的是，熱環(huán)境對人體運動時和安靜狀態(tài)下能量消耗的影響有所差異。就環(huán)境溫度而言，研究表明安靜狀態(tài)下時當環(huán)境溫度在19℃～24℃時人體的能量消耗最小，環(huán)境溫度在這個范圍之外時會引起能量消耗的增加，表現(xiàn)為低于19℃時，人體需要產(chǎn)生更多的熱量對抗寒冷，高于24℃時人體散熱量加大也會顯著增加能量消耗（環(huán)境科學大辭典編委會，2008）。而本研究發(fā)現(xiàn)，運動狀態(tài)下人體能量消耗速率隨著環(huán)境溫度的升高而逐漸增加。這與Sugiono（2016）的研究結(jié)果相符，該研究表明自行車運動員在運動中的能量消耗速率隨著環(huán)境溫度的上升顯著增加，但值得注意的是，與安靜狀態(tài)下類似，運動中的能量消耗速率在環(huán)境溫度達到某一范圍內(nèi)時也會出現(xiàn)最小值，超出這個范圍都會引起能量消耗速率的升高，環(huán)境溫度與代謝當量之間的關(guān)系呈倒U型。在本研究中沒有觀察到這種現(xiàn)象的原因是本研究模擬的環(huán)境溫度范圍為20℃～35℃，而運動中使人體能量消耗速率最低的環(huán)境溫度范圍低于平常狀態(tài)下的19℃～24℃。就環(huán)境風速而言，研究表明安靜狀態(tài)時當環(huán)境風速在0.1～0.6 m/s的范圍內(nèi)時人體能量消耗速率最低，超出該范圍時能量消耗速率遞增（翟永超等，2014），與安靜狀態(tài)下類似，本研究的結(jié)果表明，運動中環(huán)境風速越大，人體能量消耗也隨之增大。這與McCole等（1990）的研究結(jié)果相一致，其結(jié)果表明，在自行車運動中隨著環(huán)境風速的增加人體能量消耗顯著增加。就環(huán)境相對濕度而言，端木琳等（2018）的研究表明，安靜狀態(tài)下當環(huán)境溫度在20℃～25℃的范圍內(nèi)時，環(huán)境相對濕度的變化對人體能量消耗影響很小，僅有微小幅度的增加，在運動狀態(tài)下本研究也發(fā)現(xiàn)了環(huán)境相對濕度對運動中人體能量消耗的影響較小。

現(xiàn)有對于運動中人體能量消耗的關(guān)注主要從人體能量產(chǎn)生的內(nèi)在機制進行研究，較少關(guān)注外在因素對于運動中人體能量消耗的影響。這其中的主要原因有兩點：一是目前運動中能量消耗的測量方法有限，除了基于氣體代謝原理的方法相對準確外，絕大多數(shù)測量方法的精確性還存在較大誤差，即使是氣體法也存在對運動本身影響顯著的客觀缺陷。二是運動中熱環(huán)境與人體能量消耗之間關(guān)系的研究方法缺失，相關(guān)研究也只是在特定的一種或幾種熱環(huán)境下探究運動中兩者之間的關(guān)系，因此對于兩者之間的關(guān)系僅停留在較為淺顯的定性認識層面，無法動態(tài)地、定量地研究兩者之間的內(nèi)在關(guān)系。

3.3 運動中熱環(huán)境對人體熱感覺及能量消耗影響的機制

基于模型，可以從熱量傳遞的視角探究運動中熱環(huán)境對人體熱感覺及能量消耗影響的發(fā)生機制。運動中，在環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度、環(huán)境風速、運動強度、服裝因素的共同作用下，對人體與周圍熱環(huán)境之間的熱量傳遞造成了影響。熱量傳遞遵循人體熱平衡原理，即人體單位時間內(nèi)單位面積上產(chǎn)生的能量等于對流散熱、輻射散熱、蒸發(fā)散熱、體表擴散散熱、呼吸散熱、運動中對外做功失熱以及人體熱負荷之和。由此可見，熱環(huán)境通過影響人體某一時刻熱量的產(chǎn)生和散失之間的平衡關(guān)系，進而導致了熱負荷的變化，而熱負荷進一步?jīng)Q定了人體某一時刻的熱感覺。與此同時，熱負荷、人體與環(huán)境之間傳遞的熱量以及運動中對外做功三者之和即為人體此時的能量消耗。這也表明，熱環(huán)境同時對運動中人體的熱感覺和運動中人體的能量消耗產(chǎn)生影響。從熱量傳遞的角度看，兩者的發(fā)生機制是相似的，只是表現(xiàn)形式不同，人體熱感覺的產(chǎn)生是熱量傳遞在個體主觀感覺上的表現(xiàn)，而人體能量消耗則是熱量傳遞在人體客觀生理上的表現(xiàn)。但值得注意的是，熱感覺本身并不會對運動中的人體機能造成損害，而對人體機能造成損害是熱環(huán)境引起的運動中能量消耗的加劇。

3.4 在實踐中的應(yīng)用

對于運動中熱環(huán)境和人體熱感覺之間的量化關(guān)系：1）當某些特殊情況下在比賽過程中無法通過詢問獲取運動員的主觀熱感覺時，在已知熱環(huán)境、代謝當量估值、服裝等參數(shù)的條件下利用模型可以大致預測出運動員在比賽中的熱感覺等級。2）當在比賽過程中獲取到運動員的主觀熱感覺時，根據(jù)本研究的結(jié)果可以利用空調(diào)系統(tǒng)對熱環(huán)境進行量化調(diào)節(jié)。如當在環(huán)境溫度33℃的比賽條件下，運動員熱感覺為特別熱（PMV=4），根據(jù)本研究的結(jié)論環(huán)境溫度每降低1℃熱感覺值下降0.20～0.25個等級，因此應(yīng)該將環(huán)境溫度設(shè)定下調(diào)6℃左右，當然具體調(diào)節(jié)度數(shù)還要結(jié)合研究經(jīng)驗，過低的熱感覺不利于運動員比賽中的喚醒水平。因此，應(yīng)該注重研究運動員運動中熱感覺在何種區(qū)間時運動表現(xiàn)是最好的。3）當無法對現(xiàn)場熱環(huán)境進行空調(diào)調(diào)節(jié)的情況下，應(yīng)該注重運動員熱忍耐力測量和訓練的研究。

對于運動中熱環(huán)境和人體能量消耗之間的量化關(guān)系：1）比賽中在已知運動員熱感覺和熱環(huán)境參數(shù)的條件下，利用本模型可以估算出運動員此時的代謝當量。如果代謝當量過大可以根據(jù)熱環(huán)境與能量消耗之間的關(guān)系及時對環(huán)境溫度進行量化調(diào)節(jié)，或者適當降低運動本身的強度。2）若無法對熱環(huán)境進行人工調(diào)節(jié)，平時的訓練中應(yīng)該注意運動員在不同代謝當量下運動的最大持續(xù)時間的測量。

3.5 研究局限

本研究的局限在于基于Fanger模型得出的運動中熱環(huán)境對人體熱感覺及能量消耗影響的量化關(guān)系適用于體育場館內(nèi)的比賽情境，并不適用于存在太陽輻射的戶外條件，這是由于Fanger模型最先是在建筑環(huán)境領(lǐng)域被提出，其目的是為了對人體所處的室內(nèi)熱環(huán)境進行人工調(diào)節(jié)，創(chuàng)建舒適的人體外部熱環(huán)境。Fanger模型的建立，包括熱量傳遞各項的算法以及熱負荷與熱感覺之間的回歸關(guān)系都是通過室內(nèi)條件的大量實驗下得出的，沒有考慮太陽輻射的問題。然而，F(xiàn)anger模型是國際上目前普遍認可的模型，已經(jīng)形成了國際標準ISO 7730，其有效性已經(jīng)在研究中得到了證實。因此，基于Fanger模型探究運動中熱環(huán)境對人體熱感覺和能量消耗的影響是目前比較科學可靠的做法。未來的研究需要更加關(guān)注在戶外存在太陽輻射的條件下，基于傳熱學原理建立適用于分析戶外運動中熱環(huán)境、熱感覺及能量消耗關(guān)系的模型，并通過大樣本量的實驗驗證模型的準確性，為高溫下的戶外比賽項目提供科學指導。

4 結(jié)論

1）環(huán)境溫度對于人體熱感覺的影響最大，環(huán)境溫度每增加1℃可引起熱感覺0.20～0.25個等級的升高；環(huán)境風速對人體熱感覺的影響其次，環(huán)境風速從0增加至0.2 m/s可引起熱感覺約0.1個等級的降低，隨著環(huán)境風速的增加對人體熱感覺的影響越小；環(huán)境相對濕度對人體熱感覺的影響最小，環(huán)境相對濕度每增加10%可引起熱感覺約0.1個等級的升高。

2）運動中熱環(huán)境與人體能量消耗的研究結(jié)果表明：環(huán)境溫度對人體代謝當量的影響最大，環(huán)境溫度每上升1℃可引起代謝當量約增加0.2 METs；環(huán)境風速對人體代謝當量的影響次之，當環(huán)境風速從0增加至0.2 m/s人體代謝當量增加了約1.7 METs；環(huán)境相對濕度對人體代謝當量的影響最小，環(huán)境相對濕度每上升10%可引起人體代謝當量約增加0.09 METs。

3）熱環(huán)境同時對運動中人體的熱感覺和能量消耗產(chǎn)生影響。從熱量傳遞的角度看，兩者的發(fā)生機制是相似的，只是表現(xiàn)形式不同，人體熱感覺的產(chǎn)生是熱量傳遞在個體主觀感覺上的表現(xiàn)，而人體能量消耗則是熱量傳遞在人體客觀生理上的表現(xiàn)。