童 明， 尚春靜， 彭磊磊， 秦培成

(海南大學(xué)土木建筑工程學(xué)院， ?？?570228)

近年來，隨著人們愈發(fā)關(guān)注環(huán)境的舒適與人體的健康，對(duì)人體健康和熱舒適性的研究日益增多。一方水土養(yǎng)一方人，由于各氣候區(qū)受試者的生理特征有較大差異，人體的熱反應(yīng)和熱適應(yīng)也存在差異。熱適應(yīng)觀點(diǎn)認(rèn)為,人體熱舒適和熱感覺除受人體熱平衡物理過程因素的影響外,還受如氣候條件、經(jīng)濟(jì)條件等因素影響[1-3]。1936年的美國暖通空調(diào)工程師協(xié)會(huì)手冊(cè)(ASHRAE Handbook)就有對(duì)熱適應(yīng)的定性描述，長期生活在較熱地區(qū)的人們，其熱舒適溫度范圍比長期生活于較冷地區(qū)的人們寬。大量研究顯示[4-9]，不同氣候區(qū)的受試者在相同的環(huán)境條件下，其熱反應(yīng)、熱感覺、熱舒適都具有差異性。Humphreys[4]選取了馬來西亞受試者在馬來西亞和倫敦的氣候室分別進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果顯示,該受試者在馬來西亞氣候室熱中性溫度(28.7 ℃)比倫敦氣候室實(shí)驗(yàn)結(jié)果(25.7 ℃)偏高3 ℃。何紅葉[5]在哈爾濱對(duì)高校學(xué)生進(jìn)行了熱舒適現(xiàn)場研究，結(jié)果顯示以秦嶺和淮河作為南北分界的南北地域受試者的熱感覺投票顯著不同。曹彬等[6]通過對(duì)北京熱舒適現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果分析可知，長期生活在長江流域以南的人比長期生活在長江流域以北的人，冬季更能適應(yīng)較冷的環(huán)境，在北京短期居住的長江流域以南的人，其著衣量普遍少于長江流域以北的人。余娟等[7]在春夏過渡季節(jié)對(duì)來自我國不同氣候區(qū)受試者進(jìn)行氣候室實(shí)驗(yàn)表明：在相同的室內(nèi)熱環(huán)境下,夏熱冬冷氣候區(qū)受試者較來自寒冷或嚴(yán)寒地區(qū)受試者有更強(qiáng)的冷耐受性和熱耐受性。余娟等[8]對(duì)供暖地區(qū)(北京)和非供暖地區(qū)(上海)受試者進(jìn)行的氣候室實(shí)驗(yàn)研究表明由于冬季不同的室內(nèi)熱經(jīng)歷,上海受試者對(duì)冷環(huán)境的生理習(xí)服能力明顯強(qiáng)于北京受試者。張杰等[9]在內(nèi)蒙古中西部地區(qū)對(duì)農(nóng)牧民進(jìn)行了冬季室內(nèi)熱舒適實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示冬季室內(nèi)可接受溫度范圍為13.6～21.7 ℃，期望溫度為19.4 ℃，熱中性溫度為16.1 ℃，與國內(nèi)其他地區(qū)研究結(jié)果差距顯著。Villadieg等[10]在哥倫比亞的一個(gè)港口城市進(jìn)行的室外熱舒適研究發(fā)現(xiàn)本地受試者和外來受試者對(duì)當(dāng)?shù)責(zé)岘h(huán)境的感知情況差異顯著。

按照《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范GB50176—2016》[11]，海南和廣東、廣西、福建部分地區(qū)等同屬于夏熱冬暖氣候區(qū)，但以陰壯琴等[12]為代表的學(xué)者對(duì)海南?？诘貐^(qū)自然通風(fēng)建筑室內(nèi)人體熱舒適的現(xiàn)場研究顯示?？诔Ｗ∪巳旱臒嶂行杂行囟?ET*)為26.5 ℃，遠(yuǎn)低于陳慧梅等[13]對(duì)廣州地區(qū)人群現(xiàn)場研究結(jié)果(ET*為29.3 ℃)，這表明盡管海南和廣州同屬于夏熱冬暖熱工區(qū)且相距不到500公里，而長期生活在海南的人群的熱舒適與長期生活在廣州的人群的差異顯著。廣州年均氣溫20～22 ℃，年均相對(duì)濕度為77%；海南南北氣候差異顯著，?？谀昃鶜鉁?2～24 ℃，年均相對(duì)濕度為85%，為邊緣熱帶氣候區(qū)的代表；三亞年均氣溫25～27 ℃，年均相對(duì)濕度為79%，為中熱帶氣候區(qū)的代表[14]。長期生活在中熱帶氣候區(qū)、邊緣熱帶氣候區(qū)人群與廣州地區(qū)人群是否有顯著差異？中熱帶區(qū)和邊緣熱帶區(qū)人群的熱生理反應(yīng)是否具有差異？按照統(tǒng)計(jì)學(xué)滿足一定可靠性和統(tǒng)計(jì)性檢驗(yàn)要求選取樣本，并基于能和其他人工氣候室實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相比較的基礎(chǔ)[15-17]，現(xiàn)分別征集了中熱帶氣候和邊緣熱帶氣候區(qū)各30名典型志愿者進(jìn)行人工氣候室實(shí)驗(yàn)，以探索兩者熱中性溫差異的規(guī)律。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)在華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)實(shí)驗(yàn)室人工氣候室(圖1)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室主要由預(yù)備間A和實(shí)驗(yàn)間B兩室組成，室內(nèi)溫濕度環(huán)境由制冷機(jī)組、電加熱器和加濕器通過電腦控制并自動(dòng)檢測記錄，實(shí)驗(yàn)室的具體性能指標(biāo)如下：干球溫度的范圍為10～40 ℃，控制精度為±0.2 ℃，監(jiān)測精度為±0.15 ℃；空氣相對(duì)濕度為40%～90%，控制精度±5%，監(jiān)測精度為±3%。預(yù)備間工況始終為26 ℃，相對(duì)濕度(RH)為50%；實(shí)驗(yàn)間根據(jù)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)工況自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。預(yù)備間和實(shí)驗(yàn)間均安裝中空玻璃窗，且具有隔熱處理。受試者在實(shí)驗(yàn)間靜坐閱讀，據(jù)ASHRAE Standard 55-2014,現(xiàn)場如圖1所示,其新陳代謝率取值為1.0 met(met為人體新陳代謝率單位，1個(gè)健康的成年人靜坐時(shí)保持舒適的狀態(tài)時(shí)的新陳代謝率，記為1 met, 1 met=58.15 W/m2)。

圖1 人工氣候室Fig.1 Artificial climate room

1.2 實(shí)驗(yàn)工況與測試參數(shù)

結(jié)合邊緣熱帶氣候特點(diǎn)，參考其他氣候區(qū)人體熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)工況，首次實(shí)驗(yàn)只選取了C～F四個(gè)高溫高濕工況(29 ℃，50%RH；29 ℃，70%RH；32 ℃，50%RH；32 ℃，70%RH)，結(jié)果顯示，同樣工況條件下，邊緣熱帶區(qū)與廣州地區(qū)受試者的熱生理反應(yīng)具有一定差異性。為進(jìn)一步研究熱帶氣候區(qū)受試者對(duì)低溫和高溫的反應(yīng)，第二次對(duì)中熱帶氣候區(qū)受試者實(shí)驗(yàn)時(shí)增加了低溫工況(20 ℃，50%RH；20 ℃，70%RH；)和高溫工況(34 ℃，50%RH；34 ℃，70%RH)，如表1所示(其中C～F為邊緣熱帶區(qū)和中熱帶區(qū)共有實(shí)驗(yàn)工況)。實(shí)驗(yàn)間和預(yù)備間內(nèi)空氣流速調(diào)控均勻且不大于0.1 m/s，平均輻射溫度近似等于空氣溫度，所有受試者穿著統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)服裝(0.6 clo，包含座椅熱阻值;clo表示服裝的熱阻值，反映服裝保溫性能，1 clo=0.155 m2·K/W)。

表1 實(shí)驗(yàn)工況Table 1 Experimental conditions

熱反應(yīng)測試參數(shù)包括生理和心理反應(yīng)參數(shù)。生理參數(shù)包括平均皮膚溫度、皮膚濕潤度、心率和血壓。采用T型熱電偶測量平均皮膚溫度，為確保探頭與皮膚表面良好接觸，同時(shí)使受試者貼附探頭的皮膚更為舒適，在熱電偶表面加壓半徑6 mm的半圓光滑銅片，用醫(yī)用透氣膠布貼在胸口、上臂、大腿和小腿4個(gè)身體部位，分別按0.3、0.3、0.2、0.2權(quán)重加權(quán)平均得到平均皮膚溫度，標(biāo)定并校正后的測量誤差為±0.2 ℃。心率和血壓采用HEM-7210心率血壓計(jì)測量，量程分別為40～180次/min和0～299 mmHg (1 mmHg≈133.332 Pa),精度為±5%和±3 mmHg。

心理反應(yīng)測試包括熱感覺(thermal sensation voting，TSV)、熱舒適(thermal comfort voting，TCV)、熱可接受度(muggy degree voting，MDV)、悶熱感等反應(yīng)參數(shù)(thermal acceptability voting，TAV)，投票標(biāo)尺如圖2所示。

圖2 投票標(biāo)尺Fig.2 Psychological reaction voting scal

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

受試者在實(shí)驗(yàn)的前一天正常作息，實(shí)驗(yàn)前1 h停止進(jìn)食，到達(dá)實(shí)驗(yàn)室后更換實(shí)驗(yàn)衣服，靜坐30 min后先進(jìn)入預(yù)備間貼皮膚溫度傳感器并靜坐休息，30 min后測量心率、血壓和體重，并做問卷投票；其后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)間靜坐60 min，進(jìn)行靜坐閱讀，期間允許小聲談話，但不能交流與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的內(nèi)容，期間以1 min(5次)、3 min(5次)和10 min(4次)時(shí)間間隔投票，在第30 min和60 min測量心率、血壓和體重，完成后退出實(shí)驗(yàn)間，整個(gè)實(shí)驗(yàn)持續(xù)90 min，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)步驟如圖3所示。期間為防進(jìn)食、排便導(dǎo)致體重變化影響出汗蒸發(fā)生理量的測試，受試者禁止喝水、吃東西和上廁所。

圖3 實(shí)驗(yàn)步驟Fig.3 Experimental process

1.4 熱舒適指標(biāo)

常用的熱舒適指標(biāo)主要有4種：有效溫度(effective temperature, ET*)、標(biāo)準(zhǔn)有效溫度(standard effective temperature, SET*)、生理等效溫度(physiologically equivalent temperature, PET)和通用熱氣候指標(biāo)(universal thermal climate index, UTCI)，這些指標(biāo)計(jì)算得到的結(jié)果是一個(gè)等效溫度值。ET*適合于著裝輕薄、活動(dòng)量小、風(fēng)速低的環(huán)境；SET*在ET*的基礎(chǔ)上綜合考慮了不同的活動(dòng)水平和衣服熱阻[18]；PET則是基于慕尼黑人體熱量平衡模型(munich energy balance model for individuals, MEMI)，適合不同著裝以及活動(dòng)量情況下使用[19]，并考慮了室外環(huán)境情況下的短波和長波輻射并且平均輻射溫度對(duì)它有顯著影響[20]，廣泛用于不同氣候區(qū)的室外熱舒適的評(píng)價(jià)[21]，而UTCI考慮了衣服熱阻值在人體的不同部位的分布情況并且還考慮了因?yàn)轱L(fēng)速和人們的走動(dòng)(4 km/h)情況引起的熱量的散失和衣物的水蒸氣蒸發(fā)能力的降低[22],該指標(biāo)在人類生物氣象學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

本文實(shí)驗(yàn)為人工氣候室實(shí)驗(yàn)，受試者著裝一致，且為輕薄著裝、靜坐，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)風(fēng)速空氣流速調(diào)控均勻且不大于0.1 m/s，同時(shí)，為與其他研究結(jié)果對(duì)比，本文實(shí)驗(yàn)選用ET*指標(biāo)。

2.2 結(jié)果分析

2.1 受試者特征

分別選取了來自邊緣熱帶區(qū)(北部?？凇⒊芜~和定安)和中熱帶區(qū)(海南五指山以南地區(qū)包括萬寧、樂東、保亭、陵水、五指山和三亞)各30名，年齡為18～22歲身體健康的在校大學(xué)生，男女比例皆為1∶1。受試者本人和父輩、祖輩分別出生并成長于海南邊緣熱帶和中熱帶區(qū)，以此確保他們具有代表性。實(shí)驗(yàn)人員基本信息如表2所示，邊緣熱帶區(qū)的男女受試者和全體受試者平均身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)指數(shù)比中熱帶區(qū)的分別高0.7、0.2和0.2，相差小，且都在BMI指數(shù)正常范圍之內(nèi)。

表2 實(shí)驗(yàn)人員基本信息Table 2 Basic information of laboratory staff

2.2 不同工況下的生理和心理反應(yīng)

2.2.1 生理反應(yīng)

受試者的平均皮膚溫度隨工況變化如圖4所示。無論是中熱帶區(qū)還是邊緣熱帶區(qū)，受試者的平均皮膚溫度隨著溫濕度的增加而逐漸增加。對(duì)于中熱帶區(qū)，工況H(34 ℃,70%RH)人體的皮膚溫度為35.7 ℃，比低溫工況A(20 ℃,50%RH)和預(yù)備間工況(26 ℃，50%RH)分別高4.2 ℃和2 ℃，工況F(32 ℃，70%RH)下的皮膚溫度比預(yù)備間工況(26 ℃，50%RH)高1.6 ℃。對(duì)于邊緣熱帶區(qū)，受試者在工況F(32 ℃，70%RH)下的皮膚溫度35.4 ℃比預(yù)備間工況(26 ℃，50%RH)的皮膚溫度33.5 ℃高2.1 ℃?？梢?，隨著周圍環(huán)境溫度升高，人體皮膚溫度在逐漸增加以適應(yīng)環(huán)境。

圖4 不同工況下平均皮膚溫度的變化Fig.4 Changes of average skin temperature under different working conditions

在高溫高濕工況(CDEF)下，邊緣熱帶區(qū)人群的皮膚溫度都比中熱帶區(qū)略高，為0.1～0.4 ℃。這是由于中熱帶區(qū)人群常年生活在持續(xù)濕熱的環(huán)境中，相較于常年生活在熱冷交替的邊緣熱帶區(qū)人群，其對(duì)高濕熱環(huán)境的生理適應(yīng)性更強(qiáng)。

2.2.2 心理反應(yīng)比較

受試者的熱感覺隨工況變化如圖5所示。無論是中熱帶區(qū)還是邊緣熱帶區(qū)，隨著工況從低溫增加到高溫，受試者的熱感覺從冷變到中性、暖、熱。對(duì)于中熱帶受試者，隨著實(shí)驗(yàn)環(huán)境由低溫工況A逐漸升至高溫工況H，即從20 ℃逐漸升高至34 ℃，當(dāng)RH為50%時(shí)，熱感覺投票值從工況A下涼偏冷(-2.43)到預(yù)備間工況下中性偏微涼(-0.35)到工況H超過暖(+2.27)；當(dāng)RH為70%時(shí)，熱感覺投票值從工況B下涼偏冷(-2.46)到預(yù)備間工況下中性偏微涼(-0.46)到工況G下趨近于熱(+2.64)。對(duì)于邊緣熱帶區(qū)的受試者，隨著實(shí)驗(yàn)環(huán)境由預(yù)備間工況逐漸升至高溫工況F，即從26 ℃逐漸升高至32 ℃，當(dāng)RH為50%時(shí)，熱感覺投票值從預(yù)備間工況下中性偏微涼(-0.46)到工況E下趨近于暖(1.62)；當(dāng)RH為70%時(shí)，熱感覺投票值從工況D下趨近于微暖(0.69)到工況F下超過暖(1.62)。可見，在低溫工況下，RH的升高會(huì)使人熱感覺降低。隨著溫度逐漸上升至高溫工況，溫度相同時(shí)，RH的升高會(huì)使人熱感覺升高。

圖5 不同工況下熱感覺的變化Fig.5 Change of TSV under different working conditions

在高溫高濕工況(C～F)下，邊緣熱帶區(qū)受試者的熱感覺都比中熱帶區(qū)略高，為0.3～0.5。這是由于中熱帶區(qū)人群常年生活在持續(xù)濕熱的環(huán)境中，相較于常年生活在熱冷交替的邊緣熱帶區(qū)人群，其對(duì)高濕熱環(huán)境的心理適應(yīng)性更強(qiáng)，導(dǎo)致熱感覺投票值偏低。

2.3 心理反應(yīng)作用關(guān)系比較

2.3.1 熱舒適與熱感覺

中熱帶區(qū)和邊緣熱帶區(qū)受試者的熱舒適與熱感覺都具有很強(qiáng)的相關(guān)性，如圖6所示。中熱帶區(qū)的熱舒適與熱感覺曲線在熱感覺投票值接近0的位置呈很好的對(duì)稱關(guān)系，而邊緣熱帶區(qū)由于缺少低溫工況，其熱舒適與熱感覺曲線只有右半部分。

圖6 熱感覺與熱舒適的關(guān)系Fig.6 Relationship between TSV and TCV

圖6中兩條線性回歸線顯示，環(huán)境溫度越高，RH的增加對(duì)熱舒適和熱感覺的影響越顯著(中熱帶區(qū)受試者在29 ℃時(shí)，50%RH與70%RH的熱舒適投票值之差為0.06，熱感覺投票值之差為0.35；在34 ℃時(shí)，50%RH與70%RH的熱舒適投票值之差為0.59，熱感覺投票值之差為0.38。邊緣熱帶區(qū)，29 ℃時(shí)，50%RH與70%RH的熱舒適投票值之差為0.20，熱感覺投票值之差為0.30；32 ℃時(shí)，50%RH與70%RH的熱舒適投票值之差為0.24，熱感覺投票值之差為0.44)。

中熱帶區(qū)受試者熱感覺投票為零(TSV=0)時(shí)對(duì)應(yīng)的熱舒適投票值為1.221。邊緣熱帶由于缺少低溫工況，從相關(guān)分析曲線中得到(TSV=0)對(duì)應(yīng)的熱舒適投票值為1.216，兩者很接近。兩氣候區(qū)在預(yù)備間的熱舒適投票結(jié)果同樣證明了此結(jié)論。(中熱帶區(qū)熱感覺投票值為-0.35，熱舒適投票值為1.11；邊緣熱帶區(qū)熱感覺投票值為 -0.46，熱舒適投票值為1.10)。

2.3.2 熱感覺與熱可接受度

熱感覺與熱可接受的相關(guān)分析(圖7)顯示其相關(guān)性很強(qiáng)。中熱帶區(qū)受試者的熱可接受與熱感覺曲線在熱感覺投票值接近0的位置呈很好的對(duì)稱關(guān)系，而邊緣熱帶區(qū)由于缺少低溫工況，其熱可接受與熱感覺曲線只有右半部分。中熱帶區(qū)受試者當(dāng)溫度從低溫工況A(20 ℃，50%RH)逐漸增加到工況C(29 ℃，50%RH)，熱可接受從剛剛接受變?yōu)榻邮茏罡?>0.5)，從工況C(29 ℃，50%RH)到工況H(34 ℃，70%RH)，熱可接受從接受最高(>0.5)變?yōu)椴豢山邮?-0.27)。邊緣熱帶區(qū)受試者在預(yù)備間工況(26 ℃，50%RH)熱可接受最高(>0.5)，從預(yù)備間工況(26 ℃，50%RH)到工況F(32 ℃，70%RH)，熱可接受從接受最高(>0.5)變?yōu)閯倓偨邮堋?/p>

圖7 熱感覺與熱可接受度的關(guān)系Fig.7 Relationship between TSV and thermal acceptability votes

當(dāng)溫度為29 ℃時(shí)，RH的變化對(duì)熱舒適度的影響并不大(29 ℃時(shí)，中熱帶區(qū)50%RH與70%RH的熱可接受度之差為0.05，邊緣熱帶區(qū)50%RH與70%RH的熱可接受度之差為0.04)，隨著溫度的升高或降低，RH的增加對(duì)熱可接受度的影響顯著增加(中熱帶區(qū)20 ℃時(shí)，50%RH與70%RH的熱可接受之差為0.12；34 ℃時(shí)，50%RH與70%RH的熱接受度之差為0.30；邊緣熱帶區(qū)32 ℃時(shí)，50%RH與70%RH的熱可接受之差為0.14)。邊緣熱帶區(qū)與中熱帶區(qū)受試者的在熱感覺投票值為零(TSV=0)對(duì)應(yīng)的熱可接受度分別為0.63和0.64。

2.4 心理反應(yīng)與生理反應(yīng)作用關(guān)系比較

2.4.1 熱感覺與皮膚溫度

中熱帶區(qū)和邊緣熱帶區(qū)受試者的熱感覺與平均皮膚溫度的相關(guān)分析(圖8)顯示其具有很強(qiáng)的相關(guān)性。中熱帶區(qū)受試者的平均皮膚溫度從工況A(20 ℃，50%RH)的31.5 ℃上升到工況F(32 ℃，70%RH)的35.3 ℃，到工況H(34 ℃，70%RH)的35.7 ℃，熱感覺投票值從涼偏冷(-2.46)到接近暖(+1.71)最后到接近熱(+2.64)；邊緣熱帶區(qū)受試者的平均皮膚溫度從預(yù)備間工況(26 ℃，50%RH)的33.5 ℃上升到工況F(32 ℃，70%RH)的35.4 ℃，熱感覺投票值從中性偏微暖(+0.39)到接近熱(+2.06)。在較低溫度下,人體通過皮下血管的收縮或擴(kuò)張調(diào)節(jié)皮膚表面溫度,以調(diào)節(jié)人體與環(huán)境間的對(duì)流及輻射換熱維持體溫恒定。環(huán)境溫度升高到一定數(shù)值后,人體皮膚溫度升高并通過調(diào)節(jié)性出汗進(jìn)行蒸發(fā)散熱,此時(shí)的皮膚表面溫度變化趨緩。

圖8 熱感覺與平均皮膚溫度的關(guān)系Fig.8 Relationship between TSV and mean skin temperature

中熱帶區(qū)熱感覺投票為零時(shí)(TSV=0)對(duì)應(yīng)的平均皮膚溫度為34.2 ℃。邊緣熱帶從相關(guān)分析曲線中得到(TSV=0)對(duì)應(yīng)的皮膚溫度為34.1 ℃，兩者很接近。但在高溫工況(工況溫度大于等于29 ℃)上，當(dāng)二者工況相同時(shí)，邊緣熱帶區(qū)受試者平均皮膚溫度與熱感覺投票值均顯著高于中熱帶區(qū)受試者，工況C(29 ℃，50%RH)時(shí)，邊緣熱帶區(qū)受試者熱感覺投票值0.39，平均皮膚溫度34.5 ℃，均顯著高于中熱帶區(qū)受試者熱感覺投票值-0.10，平均皮膚溫度34.1 ℃；工況D(29 ℃，70%RH)時(shí)，邊緣熱帶區(qū)受試者熱感覺投票值0.69，平均皮膚溫度34.8 ℃，均顯著高于中熱帶區(qū)受試者熱感覺投票值0.25，平均皮膚溫度34.5 ℃；工況E(32 ℃，50%RH)時(shí)，邊緣熱帶區(qū)受試者熱感覺投票值1.62，平均皮膚溫度35.5 ℃，均顯著高于中熱帶區(qū)受試者熱感覺投票值1.26，平均皮膚溫度35.2 ℃；工況F(32 ℃，70%RH)時(shí)，邊緣熱帶區(qū)受試者熱感覺投票值2.06，平均皮膚溫度35.4 ℃，均顯著高于中熱帶區(qū)受試者熱感覺投票值1.71，平均皮膚溫度35.3 ℃。這是由于中熱帶區(qū)受試者長期生活在溫度更高的地區(qū)，生理熱適應(yīng)性顯著高于邊緣熱帶區(qū)受試者。

2.4.2 熱感覺與心率

中熱帶區(qū)和邊緣熱帶區(qū)受試者的熱感覺與心率的相關(guān)分析(圖9)顯示其呈現(xiàn)很強(qiáng)線性關(guān)系。隨著熱感覺從冷變?yōu)闊?，心率呈線性上升。熱感覺投票為零時(shí)(TSV=0)時(shí)，兩氣候區(qū)受試者的心率幾乎一致(中熱帶區(qū)為78.65 bpm，邊緣熱帶為78.68 bpm, bpm指每分鐘心跳次數(shù)，次/分)。

圖9 熱感覺與心率的關(guān)系Fig.9 Relationship between TSVand heart rate

當(dāng)工況從預(yù)備間逐漸變到F時(shí)，兩氣候區(qū)受試者心率由接近(中熱帶區(qū)受試者的心率測試結(jié)果平均值為78.0 bpm，邊緣熱帶區(qū)受試者的心率測試結(jié)果平均值為77.9 bpm)到差距顯著(中熱帶區(qū)受試者的心率測試結(jié)果平均值為86.1 bpm，邊緣熱帶區(qū)受試者的心率測試結(jié)果平均值為80.9 bpm)。

2.5 TSV與PMV的比較

中熱帶和邊緣熱帶區(qū)的實(shí)測TSV與PMV的關(guān)系如圖10所示。在所有工況下，兩氣候區(qū)受試者的TSV值與PMV值均存在差異，中熱帶區(qū)，A工況 (20 ℃，50%RH)下TSV與PMV的差距最小達(dá)0.41；工況C(29 ℃，50%RH)下差距最大，達(dá)1.48；邊緣熱帶區(qū)，工況F(32 ℃，70%RH)差距最小達(dá)0.5；工況C(29 ℃，50%RH)差距最大，達(dá)0.8。由于邊緣熱帶區(qū)與中熱帶區(qū)受試者長期生活在較為炎熱的環(huán)境下，已經(jīng)適應(yīng)，而PMV的數(shù)據(jù)來源于歐洲和美國的樣本，當(dāng)處于工況C時(shí)，按照歐美數(shù)據(jù)庫得到的PMV要遠(yuǎn)大于TSV。當(dāng)環(huán)境溫度繼續(xù)升高時(shí)，邊緣熱帶區(qū)與中熱帶區(qū)受試者也逐漸開始感到不適，TSV與PMV差值也逐漸縮小。表明基于PMV的熱中性溫度并不適用于熱帶地區(qū)。

圖10 兩氣候區(qū)不同工況下TSV與PMV的比較Fig.10 Comparison of TSV and PMV under different conditions in two climatic regions

2.6 熱中性溫度

中熱帶區(qū)和邊緣熱帶區(qū)受試者的熱感覺與實(shí)際熱中性有效溫度ET*呈很強(qiáng)的線性關(guān)系(圖11)，其斜率分別為0.31和0.33，說明邊緣熱帶區(qū)的受試者對(duì)環(huán)境變化的敏感性要略高于中熱帶區(qū)，這主要因?yàn)檫吘墴釒^(qū)(以?？跒槔?冬天最低溫度15 ℃，夏天平均溫度為26～33 ℃，人體每年有一個(gè)低溫高溫適應(yīng)期；而中熱帶區(qū)(以三亞為例)常年溫度25～31 ℃，人體生理適應(yīng)溫度范圍窄；當(dāng)TSV值為0時(shí)，中熱帶區(qū)受試者的ET*為28.2 ℃，邊緣熱帶區(qū)受試者ET*為27.6 ℃。

圖11 ET*與熱感覺的關(guān)系Fig.11 Relationship between ET * and TSV

3 討論

3.1 PD與PPD

中熱帶區(qū)和邊緣熱帶區(qū)受試者不同工況下的預(yù)測不滿意百分比(predicted percent dissatisfied,PPD)與實(shí)際不滿意百分比(percent dissatisfied,PD)如圖12所示。中熱帶區(qū)實(shí)測得到的90%可接受ET*范圍為25.0～30.3 ℃，80%可接受ET*范圍為23.4～31.8 ℃；邊緣熱帶區(qū)實(shí)測得到的90%可接受ET*范圍為22.4～29.6 ℃，80%可接受ET*范圍為20.8～31.1 ℃。邊緣熱帶區(qū)受試者可接受的ET*范圍大于中熱帶區(qū)受試者，這是由于邊緣熱帶區(qū)冬季溫度較低，導(dǎo)致邊緣熱帶區(qū)受試者對(duì)低溫有更好的接受度。由于中熱帶區(qū)受試者常年生活于相對(duì)于邊緣熱帶區(qū)更為熱的環(huán)境中，其可接受的ET*上限顯著高于邊緣熱帶區(qū)受試者。

圖12 兩氣候區(qū)PD與PPD的比較Fig.12 Comparison of PD and PPD in two climatic regions

無論中熱帶區(qū)還是邊緣熱帶區(qū)，其預(yù)測不滿意百分比PPD均顯著高于實(shí)測不滿意百分比PD，因此基于歐美人群數(shù)據(jù)庫得到的PMV-PPD模型計(jì)算出的熱舒適指標(biāo)與海南本地實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定差距。

3.2 與其他研究對(duì)比

將其他氣候區(qū)類似的研究結(jié)果如表3所示。同屬于夏熱冬暖區(qū)的廣州和海南的熱中性溫度差異顯著，廣州為26.9 ℃(ET*)，海南北部邊緣熱帶區(qū)為27.6 ℃(ET*)，海南南部中熱帶區(qū)為28.2 ℃(ET*)，說明長期生活在高溫高濕環(huán)境的人，已經(jīng)適應(yīng)各自氣候區(qū)的高濕熱環(huán)境。中熱帶區(qū)的熱中性溫度(28.2 ℃)和北部邊緣熱帶區(qū)(27.6 ℃)高于廣州的(26.9 ℃)，表明同屬于夏熱冬暖氣候區(qū)的海南受試者已經(jīng)適應(yīng)比廣州更熱的環(huán)境。

表3 研究結(jié)果對(duì)比Table 3 Comparison of research results

在熱感覺投票值為零時(shí)，嚴(yán)寒地區(qū)的哈爾濱(寒帶)、夏熱冬暖氣候區(qū)的廣州(亞熱帶)、?？?邊緣熱帶)和三亞(中熱帶)受試者的平均皮膚溫度依次33.1、33.2、34.2、34.3 ℃，中熱帶區(qū)的三亞略高于邊緣熱帶區(qū)的?？?.1 ℃,高于同屬于夏熱冬暖氣候區(qū)的廣州區(qū)1.1 ℃, 嚴(yán)寒地區(qū)的哈爾濱1.2 ℃。

不同氣候區(qū)受試者在最舒適時(shí)的熱感覺值不同，寒帶地區(qū)的哈爾濱受試者最舒適的熱感覺為0.07，亞熱帶區(qū)的廣州受試者則為-0.2，中熱帶區(qū)的受試者為-0.32(邊緣熱帶區(qū)因只有半支，拋物線不夠準(zhǔn)確，計(jì)算出最舒適時(shí)的熱感覺誤差較大，故不做比較)。由此可知，熱帶區(qū)和亞熱帶區(qū)的人們?cè)诟杏X稍涼環(huán)境下最舒適，這主要是因?yàn)槠溟L期處于高濕熱環(huán)境下而期望涼爽環(huán)境。

4 結(jié)論

在自然通風(fēng)建筑人體熱舒適研究中，發(fā)現(xiàn)同為夏熱冬暖區(qū)的廣州和?？诒镜厝巳旱臒嶂行詼囟炔罹噍^大，為探尋其中原因，基于海南處于不同特點(diǎn)的熱帶氣候區(qū)，分別選取中熱帶區(qū)、邊緣熱帶區(qū)各30名典型人群進(jìn)行熱反應(yīng)氣候室試驗(yàn)，并與其他氣候區(qū)相關(guān)研究進(jìn)行比較，結(jié)論如下。

(1)中熱帶區(qū)受試者的熱中性有效溫度(28.4 ℃)高于邊緣熱帶區(qū)受試者(27.6 ℃)，也高于同屬于夏熱冬暖氣候區(qū)的廣州(26.9 ℃)，說明熱帶地區(qū)人群比其他氣候區(qū)人群更能容忍高溫。

(2)較于邊緣熱帶氣候區(qū)人群，中熱帶區(qū)人群對(duì)高濕熱環(huán)境的生理、心理反應(yīng)都略低，說明常年生活在持續(xù)濕熱的中熱帶區(qū)人群其心理和生理對(duì)高濕熱工況的適應(yīng)性也更強(qiáng)。

(3)與嚴(yán)寒地區(qū)和同屬于夏熱冬暖熱工區(qū)的廣州研究結(jié)果比較，人體熱中性時(shí)，熱帶氣候區(qū)人群的平均皮膚溫度更高，熱感覺投票值偏低。說明常年生活于持續(xù)高濕熱環(huán)境的熱帶氣候區(qū)人群，無論在心理和生理上都更適應(yīng)高濕熱環(huán)境。

(4)PD與PPD在低溫及接近熱中性環(huán)境時(shí)相差較小，而在高濕熱環(huán)境兩者相差較大，說明基于歐美人群數(shù)據(jù)庫的PMV-PPD模型并不完全適用于熱帶地區(qū)，熱帶地區(qū)人群的可接受溫度范圍更寬。