劉 晨 龔 劍 田瑛文 陳璐絲 鐘延芬

(南昌航空大學(xué),南昌)

0 引言

人一生中有1/3的時(shí)間是在睡眠中度過的,睡眠是人體消除疲勞、恢復(fù)精力的重要過程,睡眠不足會(huì)增加患肥胖、二型糖尿病和心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)[1-2]。同時(shí)高校宿舍是學(xué)生生活休息的重要場(chǎng)所,具有人員密度大、通風(fēng)狀況差、熱調(diào)節(jié)手段少、同宿舍人員熱需求可能不統(tǒng)一等特點(diǎn),因此營(yíng)造一個(gè)良好的睡眠環(huán)境對(duì)提高學(xué)生睡眠質(zhì)量與日常學(xué)習(xí)效率很有必要。

除了身體狀況與心理狀態(tài)等因素外,睡眠環(huán)境也會(huì)對(duì)睡眠質(zhì)量產(chǎn)生重要影響[3-4]。睡眠環(huán)境包括熱濕環(huán)境及室內(nèi)空氣品質(zhì)等,在多項(xiàng)關(guān)于睡眠環(huán)境的研究中,觀察到溫度[5-14]、濕度[7-8]、CO2濃度[9-10,15-17]都會(huì)對(duì)睡眠質(zhì)量產(chǎn)生不同的影響。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要在氣候?qū)嶒?yàn)室及居住建筑中進(jìn)行熱環(huán)境對(duì)睡眠質(zhì)量影響的研究。Lan等人通過實(shí)驗(yàn)比較了3種溫度工況下的睡眠質(zhì)量,結(jié)果表明在26 ℃工況下相比23、30 ℃工況入睡時(shí)長(zhǎng)更短,慢波睡眠時(shí)間更長(zhǎng)[5]。Liu等人通過實(shí)驗(yàn)室營(yíng)造了5種冬季典型室內(nèi)溫度,在18.3 ℃下受試者感覺熱中性,15.8 ℃下受試者睡眠質(zhì)量最好[6]。Xu等人在上海的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)夏季室內(nèi)溫度越高,深度睡眠時(shí)長(zhǎng)越短[9]。Zhang等人在過渡季的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)睡前中性偏暖的氣溫有利于睡眠質(zhì)量提升[10]。Zhu等人對(duì)夏季3種不同類型的臥室開展了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET越高,受試者睡眠質(zhì)量越差[11]。Wang等人在冬夏季的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)睡眠時(shí)熱感覺偏離中性時(shí),睡眠質(zhì)量顯著低于熱感覺為中性的情況[12]。Zhang等人現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研了北京地區(qū)的學(xué)生宿舍,觀察到受試者熱環(huán)境滿意度與睡眠質(zhì)量滿意度呈良好線性關(guān)系[13]。Tsang等人在中國(guó)香港地區(qū)學(xué)生宿舍的調(diào)查中也發(fā)現(xiàn),對(duì)睡眠環(huán)境熱滿意和感覺熱中性的受試者睡眠質(zhì)量更好[14]。

關(guān)于室內(nèi)空氣品質(zhì)對(duì)睡眠質(zhì)量的影響,學(xué)者們大多通過研究CO2濃度對(duì)睡眠質(zhì)量的影響來獲得。Lei等人對(duì)北京某高校宿舍夜間室內(nèi)通風(fēng)開展了調(diào)研,結(jié)果表明即使在室外溫度-9 ℃的情況下,也需適當(dāng)開窗以降低室內(nèi)CO2濃度[18]。Xu等人比較了3種CO2濃度下受試者的睡眠質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)CO2濃度越高,睡眠質(zhì)量越差,表現(xiàn)為入睡潛伏期變長(zhǎng)和慢波睡眠時(shí)長(zhǎng)縮短[15]。Mishra等人在一項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中研究了開、關(guān)窗2種情況下的睡眠質(zhì)量差異,發(fā)現(xiàn)開窗情況下室內(nèi)低CO2濃度更有利于睡眠[16]。在另幾項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中也得到了同樣的結(jié)論[9-10,17]。但目前關(guān)于CO2濃度對(duì)睡眠質(zhì)量產(chǎn)生影響的閾值還未確定,未來還需進(jìn)一步研究。

目前對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)高校宿舍睡眠環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查還相對(duì)較少,且該地區(qū)范圍較廣,各地氣候存在較大差異,現(xiàn)有研究還不足以令人全面了解這一氣候區(qū)學(xué)生睡眠環(huán)境現(xiàn)狀。為此本文著眼于南昌地區(qū),對(duì)高校宿舍的睡眠環(huán)境、學(xué)生熱舒適及睡眠質(zhì)量開展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,分析環(huán)境因素對(duì)睡眠質(zhì)量的影響,為夏熱冬冷地區(qū)高校宿舍夏季睡眠環(huán)境評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)提供參考。

1 研究方法

1.1 受試者篩選

本次調(diào)查于2022年暑假進(jìn)行,對(duì)50名學(xué)生發(fā)放線上問卷,問卷包括匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)量表(PSQI)、身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)及生活習(xí)慣的調(diào)查。根據(jù)問卷結(jié)果篩選出PSQI得分低于8分[19](被認(rèn)為近期無睡眠障礙)、BMI在正常范圍(18.5～24.9 kg/m2)、無不良生活習(xí)慣且身體健康的學(xué)生,最終26名受試者(男12人,女14人)參與了本次調(diào)查。其中男性受試者平均年齡為(25.1±1.56)歲,平均BMI為(22.3±1.71) kg/m2;女性受試者平均年齡為(22.8±1.42)歲,平均BMI為(19.7±1.39) kg/m2。26名受試者分布在3棟宿舍樓的7間宿舍內(nèi),宿舍樓層均在2、3層,面積為16 m2,且都安裝了空調(diào)。所有受試者都在南昌生活了1年以上,已適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境。

1.2 環(huán)境參數(shù)測(cè)試及儀器

調(diào)查期間對(duì)宿舍室內(nèi)熱環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì)(IAQ)進(jìn)行了為期22天的測(cè)試,測(cè)量參數(shù)及儀器精度見表1。其中風(fēng)速在受試者睡前記錄1次,其余環(huán)境參數(shù)在睡眠期間每隔3 min自動(dòng)記錄1次。所有儀器都放置在床尾,避免受試者呼吸影響測(cè)量精度,儀器布置高度為0.6 m,與睡眠人體頭部同高。

表1 測(cè)試儀器型號(hào)及精度

1.3 主觀調(diào)查

測(cè)試期間,受試者在睡眠前和醒來后各填寫一份問卷。睡前問卷調(diào)查受試者對(duì)睡前室內(nèi)環(huán)境的主觀評(píng)價(jià);醒后問卷包括睡眠基本信息、受試者對(duì)睡眠時(shí)室內(nèi)環(huán)境主觀評(píng)價(jià)及睡眠質(zhì)量。睡前和醒后各收到272份有效問卷。問卷詳細(xì)內(nèi)容如下:

1) 睡眠基本信息問卷包括受試者睡眠時(shí)的被褥使用情況(床墊、席子、被子類型、睡眠時(shí)被子覆蓋率、睡衣)、睡眠時(shí)間和醒來時(shí)間、空調(diào)和風(fēng)扇使用情況。

2) 室內(nèi)環(huán)境主觀評(píng)價(jià)包括熱感覺投票(TSV)、濕感覺投票及對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)滿意度的評(píng)價(jià)。熱濕感覺投票使用ASHRAE 7點(diǎn)標(biāo)度:-3(冷/很濕)、-2(涼/濕)、-1(微涼/有點(diǎn)濕)、0(適中)、1(稍暖/有點(diǎn)干)、2(暖/干)、3(熱/很干)。IAQ滿意度評(píng)價(jià)分為5級(jí):5(非常滿意)、4(滿意)、3(一般)、2(不滿意)、1(非常不滿意)。

3) 睡眠質(zhì)量問卷包括5項(xiàng)條目[20],分別為睡眠安寧度、入睡難易度、醒來難易度、醒來振作度和睡眠滿意度。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

將測(cè)試期間室內(nèi)環(huán)境參數(shù)歸為連續(xù)變量,受試者主觀投票結(jié)果歸為分類變量。首先采用Kolmogorov-Smirnov方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn),室內(nèi)環(huán)境參數(shù)及主觀投票均不服從正態(tài)分布。對(duì)于非正態(tài)分布數(shù)據(jù),采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)2個(gè)獨(dú)立樣本之間的顯著性,2個(gè)配對(duì)樣本之間的差異通過Wilcoxon秩檢驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估,如果顯著性水平p≤0.05,則認(rèn)為結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在對(duì)2個(gè)變量進(jìn)行相關(guān)性分析時(shí),如果2個(gè)變量都是連續(xù)變量,使用Pearson相關(guān)分析;如果2個(gè)變量都是分類變量或者有一個(gè)是分類變量,采用Spearman相關(guān)分析。所有數(shù)據(jù)采用IBM SPSS 26版進(jìn)行分析。

2 結(jié)果分析

2.1 睡眠環(huán)境參數(shù)測(cè)試結(jié)果

圖1顯示了測(cè)試期間各個(gè)宿舍平均溫濕度的分布?？梢钥闯?高校宿舍夜間平均溫度變化范圍為20.6～29.2 ℃,總平均值為(25.5±2.1) ℃;男生宿舍睡眠溫度多數(shù)情況下高于女生宿舍,平均溫度比女生宿舍高2.3 ℃;室內(nèi)相對(duì)濕度普遍偏高,平均相對(duì)濕度為58.6%～94.1%,總平均值為(78.7±7.5)%。此外睡眠期間風(fēng)速為0～0.48 m/s,風(fēng)速小于0.2 m/s的樣本占50%,平均值為(0.20±0.13) m/s;平均黑球溫度為20.3～28.8 ℃,總平均值為(25.3±2.0) ℃。

圖1 測(cè)試宿舍夜間平均溫濕度

圖2顯示了測(cè)試期間室內(nèi)CO2濃度累計(jì)占比分布?？梢钥闯?睡眠時(shí)各宿舍室內(nèi)平均CO2體積分?jǐn)?shù)變化較大,在(818～3 110)×10-6之間,總平均值為(1 893±671)×10-6;根據(jù)GB/T 18883—2022《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[21],室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)推薦值為1 000×10-6,睡前有18.9%的宿舍平均CO2體積分?jǐn)?shù)低于1 000×10-6,睡眠時(shí)僅有13.5%的宿舍低于該值,峰值更是降低到2.3%;以CO2體積分?jǐn)?shù)2 000×10-6為標(biāo)線,睡前有94.6%的宿舍低于該值,睡眠時(shí)降至59.5%的宿舍低于該值,峰值降至45.9%的宿舍低于該值;睡眠時(shí)CO2體積分?jǐn)?shù)在受試者醒來時(shí)達(dá)到峰值,范圍為(1 000～3 969)×10-6,有16.2%的宿舍在睡眠時(shí)CO2體積分?jǐn)?shù)峰值大于3 000×10-6。由此可見,應(yīng)該加強(qiáng)通風(fēng),提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。

圖2 測(cè)試期間CO2濃度累計(jì)分布

2.2 床褥系統(tǒng)熱阻

本次調(diào)查床褥系統(tǒng)熱阻參照文獻(xiàn)[22]進(jìn)行估算,床褥系統(tǒng)熱阻在0.90～3.26 clo之間,平均值為(1.98±0.56) clo,男性受試者平均熱阻為(1.90±0.54) clo,低于女性的(2.06±0.57) clo。采用溫度頻率法,將睡眠期間室內(nèi)平均操作溫度以每0.5 ℃進(jìn)行分組,計(jì)算每組操作溫度及對(duì)應(yīng)的服裝熱阻的平均值,將所得的操作溫度與服裝熱阻平均值進(jìn)行加權(quán)線性回歸(權(quán)值取各組樣本數(shù)與總樣本數(shù)的比值),結(jié)果如圖3所示。受試者床褥系統(tǒng)熱阻與室內(nèi)操作溫度呈負(fù)相關(guān)(p<0.01),操作溫度每升高1 ℃,床褥系統(tǒng)熱阻下降0.126 clo。

圖3 床褥系統(tǒng)熱阻與室內(nèi)操作溫度的回歸關(guān)系

2.3 室內(nèi)環(huán)境主觀評(píng)價(jià)

圖4顯示了受試者睡前和醒后熱感覺投票分布。由圖4可知:超過60%的受試者在睡前和醒后感覺熱中性,睡前和醒后熱感覺投票在稍涼和稍暖之間的比例分別為91.8%和93.7%,說明大部分受試者對(duì)睡眠熱環(huán)境感到滿意;受試者睡前平均熱感覺為0.10±0.88,與睡前相比,醒后平均熱感覺更偏向熱中性,為0.05±0.84,睡前和醒后的熱感覺投票值無顯著性差異(Wilcoxon秩檢驗(yàn))。高校宿舍睡眠環(huán)境濕度較高,在睡前和醒后各有42.6%和32.1%的受試者潮濕感覺低于中性水平。睡前和醒后的濕感覺投票值存在顯著性差異(Wilcoxon秩檢驗(yàn),p<0.01),兩者平均值分別為-0.51±0.80和-0.27±0.91。

圖4 受試者對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的熱感覺投票分布

睡眠期間受試者對(duì)IAQ的滿意度評(píng)價(jià)分布如圖5所示,睡前和醒后受試者評(píng)價(jià)為滿意和非常滿意的比例分別為56.7%和46.3%,結(jié)合圖2可知,隨著夜間室內(nèi)CO2濃度升高,受試者IAQ滿意度降低。睡前和醒后IAQ評(píng)價(jià)存在顯著性差異(Wilcoxon秩檢驗(yàn),p<0.01),兩者平均得分分別為3.60±0.69和3.45±0.72。

圖5 受試者對(duì)IAQ的滿意度評(píng)價(jià)分布

2.4 熱中性溫度

使用溫度頻率法將睡眠期間室內(nèi)平均操作溫度以每0.5 ℃進(jìn)行分組,計(jì)算每組操作溫度平均值top及對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)熱感覺投票平均值MTS,對(duì)兩者進(jìn)行加權(quán)線性回歸,權(quán)值取法與上文一致,睡前和醒后MTS擬合結(jié)果如圖6所示。實(shí)測(cè)熱感覺投票與室內(nèi)操作溫度正相關(guān)(p<0.01),令MTS等于0,可得到學(xué)生宿舍夏季實(shí)測(cè)熱中性溫度,睡眠狀態(tài)與睡前清醒狀態(tài)熱中性溫度都為25 ℃,可為學(xué)生宿舍夏季空調(diào)參數(shù)設(shè)定提供參考。由圖6可知,睡前的MTS擬合式斜率大于醒后的MTS擬合式斜率,即當(dāng)操作溫度每變化1 ℃時(shí),清醒狀態(tài)下的MTS變化大于睡眠狀態(tài)。令MTS等于±0.5,得到睡眠狀態(tài)和清醒狀態(tài)90%可接受溫度范圍分別為21.6～28.5 ℃和22.6～27.4 ℃,睡眠狀態(tài)有比清醒狀態(tài)更寬的可接受溫度范圍。

圖6 MTS與室內(nèi)操作溫度的回歸關(guān)系

2.5 睡眠質(zhì)量及相關(guān)性分析

受試者主觀睡眠質(zhì)量各項(xiàng)條目的評(píng)分占比及平均值如圖7所示,單項(xiàng)條目總分為5分,得分越高說明睡眠質(zhì)量越好。大部分受試者各項(xiàng)條目的評(píng)分為3和4,各條目評(píng)分平均值在3.3～3.8之間。

圖7 主觀睡眠質(zhì)量各條目評(píng)分占比及平均值

將室內(nèi)環(huán)境參數(shù)與睡眠質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析,結(jié)果見表2。可以看出:睡前溫度與睡眠安寧度、入睡難易度顯著負(fù)相關(guān);睡眠溫度與入睡難易度顯著負(fù)相關(guān),說明睡眠期間較高的室內(nèi)溫度會(huì)導(dǎo)致睡眠質(zhì)量下降;睡前與睡眠時(shí)的室內(nèi)濕度與主觀睡眠質(zhì)量部分條目顯著負(fù)相關(guān),說明較高的室內(nèi)相對(duì)濕度也會(huì)導(dǎo)致睡眠質(zhì)量下降;未發(fā)現(xiàn)CO2濃度與主觀睡眠質(zhì)量之間存在顯著相關(guān)性。

表2 室內(nèi)環(huán)境參數(shù)與睡眠質(zhì)量相關(guān)性

3 討論

3.1 睡眠熱舒適與睡眠質(zhì)量

為探討睡眠熱舒適與睡眠質(zhì)量之間的關(guān)系,將受試者醒后的熱感覺投票根據(jù)投票值為負(fù)值、0和正值分為3類,分別定義為偏涼環(huán)境(樣本量N=49)、中性環(huán)境(N=170)和偏暖環(huán)境(N=53),3類環(huán)境平均空氣溫度分別為(24.3±2.3) ℃、(25.2±2.0) ℃和(26.9±1.5) ℃。3類環(huán)境對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度與濕感覺投票之間都沒有顯著性差異(Mann-Whitney U檢驗(yàn))。圖8顯示了3類睡眠環(huán)境下受試者的主觀睡眠質(zhì)量評(píng)分情況,中性環(huán)境睡眠質(zhì)量最好,偏涼次之,偏暖環(huán)境睡眠質(zhì)量最差。經(jīng)Mann-Whitney U檢驗(yàn),偏暖環(huán)境與中性環(huán)境在主觀評(píng)價(jià)多數(shù)條目上都存在顯著性差異;偏涼環(huán)境中,部分條目與中性環(huán)境存在顯著性差異。由此可見,受試者睡眠時(shí)感覺熱中性時(shí),往往也能獲得更好的睡眠質(zhì)量。

注:*表示p<0.05;**表示p<0.01。

3.2 室內(nèi)CO2濃度與睡眠質(zhì)量

受試者睡眠質(zhì)量受到室內(nèi)溫濕度影響,由于各個(gè)測(cè)試宿舍室內(nèi)熱環(huán)境并不統(tǒng)一,表2中相關(guān)性分析的結(jié)果并不能直接證明CO2濃度對(duì)睡眠質(zhì)量無影響。為確定兩者之間的關(guān)系,選取室內(nèi)操作溫度與本研究實(shí)測(cè)熱中性溫度接近的樣本(N=30)作為研究對(duì)象。該樣本平均操作溫度為24.9 ℃,睡前和睡眠平均CO2體積分?jǐn)?shù)分別為1 450×10-6和2 482×10-6。采用Spearman相關(guān)性分析檢驗(yàn)該樣本室內(nèi)CO2濃度與主觀睡眠質(zhì)量的相關(guān)性,結(jié)果見表3。睡眠期間室內(nèi)CO2濃度與睡眠滿意度呈顯著負(fù)相關(guān),表明室內(nèi)CO2濃度的升高會(huì)導(dǎo)致睡眠質(zhì)量下降。相關(guān)研究也指出室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)高于800×10-6時(shí),出現(xiàn)病態(tài)建筑綜合征的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著提高[23],因此有必要提高夜間室內(nèi)的通風(fēng)率,以保證人體健康和良好的睡眠質(zhì)量。

表3 中性溫度樣本室內(nèi)CO2濃度與睡眠質(zhì)量相關(guān)性

4 結(jié)論

1) 夜間室內(nèi)平均溫度為(25.5±2.1) ℃,平均相對(duì)濕度為(78.7±7.5)%。睡前和醒后的平均熱感覺投票值都接近于0,大部分受試者對(duì)睡眠熱環(huán)境感到滿意。

2) 夜間CO2體積分?jǐn)?shù)平均值為(1 893±671)×10-6,僅有13.5%的宿舍CO2平均體積分?jǐn)?shù)低于1 000×10-6,應(yīng)加強(qiáng)宿舍室內(nèi)通風(fēng)。隨著夜間CO2濃度升高,受試者醒后的IAQ滿意度相比睡前顯著降低。

3) 當(dāng)室內(nèi)操作溫度為25 ℃時(shí),可保證睡眠狀態(tài)與睡前清醒狀態(tài)都處于熱中性;睡眠、清醒狀態(tài)90%可接受溫度范圍分別為21.6～28.5 ℃和22.6～27.4 ℃。

4) 睡眠時(shí)熱感覺為中性時(shí),睡眠質(zhì)量最好;熱感覺偏離中性時(shí)會(huì)導(dǎo)致睡眠質(zhì)量下降。

5) 由相關(guān)性分析結(jié)果可知:夜間較高的溫度、相對(duì)濕度和CO2濃度都會(huì)導(dǎo)致睡眠質(zhì)量下降;夜間室內(nèi)環(huán)境涼爽且室內(nèi)CO2濃度低、通風(fēng)良好的宿舍更有利于提高學(xué)生睡眠質(zhì)量。