中國(guó)老年人的熱舒適評(píng)價(jià)

馬 婷? 連之偉

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中國(guó)老年人的熱舒適評(píng)價(jià)

馬 婷? 連之偉

（上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院 上海 201100）

老年人由于感知和調(diào)節(jié)能力的衰退，更容易受到室內(nèi)環(huán)境變化的影響，甚至健康和生命也會(huì)受到威脅。要為老年人提供一個(gè)健康舒適的室內(nèi)環(huán)境的第一步就是準(zhǔn)確評(píng)價(jià)老年人的熱舒適狀況。通過(guò)引入老年人熱舒適模型，結(jié)合文獻(xiàn)綜述，并基于胸足溫差生理參數(shù)，對(duì)中國(guó)老年人的熱舒適評(píng)價(jià)進(jìn)行了探索，結(jié)果表明：評(píng)價(jià)室內(nèi)熱環(huán)境時(shí)，不能僅局限于老年人的主觀評(píng)價(jià)，還應(yīng)結(jié)合生理等客觀參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)?；谠撗芯?，夏季室溫在熱中性溫度附近時(shí)，老年人的胸足溫差一般處于1.0—1.5℃之間。

老年人；胸足溫差；熱感覺(jué)；體溫調(diào)節(jié)；評(píng)價(jià)

0 引言

老齡化是指總?cè)丝谥欣夏耆说谋壤仙?。目前，世界人口正在快速老齡化，在中國(guó)這也變成了一個(gè)越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題。截至2014年底，中國(guó)60歲以上的老年人超過(guò)2.12億人，占總?cè)丝诘?5.5%，是世界上唯一一個(gè)老年人人數(shù)過(guò)億的國(guó) 家[1]，預(yù)計(jì)到2050年時(shí)，60歲以上人口將占中國(guó)總?cè)丝诘娜种籟2]。積極應(yīng)對(duì)人口老齡化，加快發(fā)展養(yǎng)老服務(wù)業(yè)，不斷滿足老年人持續(xù)增長(zhǎng)的養(yǎng)老服務(wù)需求，已成為全世界的一個(gè)重要課題。

世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)表明，人的一生中，至少有80%的時(shí)間是在室內(nèi)環(huán)境度過(guò)，行動(dòng)不便的老年人則可能有高達(dá)95%的時(shí)間是在室內(nèi)環(huán)境中生活，另一方面，由于氣候的多變性，室溫大部分時(shí)間都不在中性溫度附近，在極端室溫下會(huì)增加老年人的患病和死亡風(fēng)險(xiǎn)，因此，設(shè)計(jì)老年人居住建筑室內(nèi)環(huán)境時(shí)，需綜合考慮老年人生理、心理以及行為的特殊性，滿足老年人的健康和舒適要求。

1 老年人熱舒適的評(píng)價(jià)方法

近年來(lái)，有關(guān)老年人熱舒適方面的研究已有不少。Wong等[3]對(duì)香港19家養(yǎng)老機(jī)構(gòu)的384位老人進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)果表明80歲以上高齡老人的熱偏好溫度比60～79歲年齡組老年人高1.5～2℃。Jiang[4]等人對(duì)日本2家養(yǎng)老院119名老年人現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，結(jié)果表明雖然通過(guò)實(shí)測(cè)計(jì)算得到的PMV超出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱舒適范圍，但老年人的熱感覺(jué)依舊是“中性”，并且發(fā)現(xiàn)老年人難以感覺(jué)豎直溫差。劉紅[5]對(duì)6家養(yǎng)老機(jī)構(gòu)和14個(gè)居民小區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)研究，結(jié)果表明夏季熱環(huán)境中，老年人的熱感覺(jué)投票值偏低，不滿意率也較低，可接受上限溫度值偏高。紀(jì)秀玲[6]對(duì)江浙地區(qū)1814名不同年齡層次人群在非空調(diào)環(huán)境下的人體熱感覺(jué)進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明在高溫環(huán)境下，老年人比年輕人對(duì)熱的敏感性差，這與張恒[7]對(duì)老年人夏季住宅環(huán)境熱舒適調(diào)查結(jié)果一致。

以上有關(guān)老年人熱舒適現(xiàn)場(chǎng)研究結(jié)果表明：老年人偏好更溫暖的室內(nèi)環(huán)境，且老年人熱感覺(jué)遲鈍，往往無(wú)法及時(shí)感受室內(nèi)環(huán)境溫度的變化。接下來(lái)我們將從熱生理學(xué)的角度嘗試對(duì)老年人熱感覺(jué)遲鈍給予探討。

1.1 基于生理研究的熱舒適評(píng)價(jià)

從生理學(xué)上講，衰老是復(fù)雜的自然現(xiàn)象，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)和機(jī)能衰退。表1是反映人體生理參數(shù)預(yù)測(cè)公式的匯總，其中為身體質(zhì)量指數(shù)，為人體的體重（kg），A代表年齡，為身高（cm）。

表1 生理參數(shù)預(yù)測(cè)公式

表2為老年人與年輕人生理參數(shù)方面的對(duì)比，表中標(biāo)準(zhǔn)老年男女性的身高、體重、年齡參數(shù)由研究[8]確定。根據(jù)表1，通過(guò)預(yù)測(cè)公式（1）、（2）、（3）確定了老年男女的基礎(chǔ)代謝率、心輸出量、體脂含量的值，與周鑫[9]研究里的標(biāo)準(zhǔn)年輕男女生理參數(shù)相比，結(jié)果表明：老年人的基礎(chǔ)代謝率（BMR）和心輸出量（CO）下降幅度在10%～25%間，下降幅度較大，體脂含量（BF%）上升幅度在30%左右，上升幅度大，且老年女性體脂含量的上升比男性更顯著。

表2 標(biāo)準(zhǔn)老年男女性與年輕男女性生理參數(shù)對(duì)比

研究[15]表明老年人基礎(chǔ)代謝率的降低可能是由肌肉質(zhì)量和器官重量的改變引起的，其中最為顯著的改變是老年人大腦的萎縮。低的基礎(chǔ)代謝率意味著老年人體內(nèi)產(chǎn)熱量的減少，冷暴露下，這給老年人維持核心溫度的平穩(wěn)加重了負(fù)擔(dān)。研究表明[16]老年人安靜仰臥時(shí)，心輸出量更低，全身血管阻力更高。心輸出的降低往往伴隨著皮膚表面血流量的減小[17,18]，這導(dǎo)致老年人在熱浪下無(wú)法有效通過(guò)皮膚表面血流量的增加來(lái)散熱。衰老造成的動(dòng)脈硬化、血管增厚影響身體外周血液循環(huán)，皮膚血管對(duì)冷熱反應(yīng)遲鈍，血管收縮和擴(kuò)張能力均下降，這些都導(dǎo)致老年人在環(huán)境改變時(shí)不能做出及時(shí)有效的調(diào)節(jié)。根據(jù)袁中滿等人[19-21]的研究，圖1為老年人與年輕人體脂分布對(duì)比，體脂分布隨年齡增長(zhǎng)呈向心化趨勢(shì)，其中老年男性腹部脂肪含量相比年輕男性增加5.5%，男性體脂分布向心化趨勢(shì)更明顯。女性脂肪堆積呈“梨子型”，其脂肪主要集中于腰部以下至大腿的部位，老年女性的大腿脂肪含量相比年輕女性增加8.5%，表明老年女性脂肪堆積呈“梨子型”這一趨勢(shì)更明顯。體脂含量的增加雖然使得老年人在冷暴露下蓄熱能力有所提高，但在熱浪下，則會(huì)大大阻隔體內(nèi)熱量的散熱，不利于老年人維持穩(wěn)定的核心溫度。另外，汗腺分泌汗液速度的減弱和出汗的延遲也容易導(dǎo)致老年人核心溫度的上升和熱應(yīng)激反應(yīng)。

圖1 老年人與年輕人體脂分布對(duì)比

一方面，生理機(jī)能的衰弱伴隨著老年人體溫調(diào)節(jié)能力的衰退，體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的衰退則影響了老年人表面皮膚溫度，另一方面，皮膚內(nèi)神經(jīng)末梢密度隨著衰老而減少，這兩方面導(dǎo)致老年人對(duì)室內(nèi)溫度的變化感覺(jué)遲鈍，無(wú)法做出及時(shí)有效的行動(dòng)保證核心溫度的平穩(wěn)。因此，將室內(nèi)溫度的控制權(quán)完全交給老年人是不可靠的。

圖2 老年人實(shí)測(cè)熱感覺(jué)和模型預(yù)測(cè)值的對(duì)比

圖2為夏季工況下，室溫從冷到熱變化時(shí)老年人實(shí)測(cè)熱感覺(jué)和模型預(yù)測(cè)值的對(duì)比。實(shí)測(cè)值來(lái)自劉紅[5]、紀(jì)秀玲[6]等人的熱舒適現(xiàn)場(chǎng)研究，通過(guò)老年人熱調(diào)節(jié)模型[10,22]計(jì)算得到老年人的皮膚溫度，將皮溫輸入中國(guó)人熱感覺(jué)模型得到熱感覺(jué)。從圖2可知，當(dāng)操作溫度為22、26、33℃時(shí)，模型和實(shí)測(cè)值間存在一定差異，這種差異是老年人溫度識(shí)別能力差，熱感覺(jué)遲鈍導(dǎo)致的，尤其在低溫時(shí)差異可達(dá)2級(jí)，說(shuō)明老人往往不能及時(shí)意識(shí)到寒冷。但由于基礎(chǔ)代謝率的下降，老年人在低溫下有低體溫癥的危險(xiǎn)，老年人感覺(jué)的遲鈍使得冷環(huán)境對(duì)其有更大的潛在危害。因此，在對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境評(píng)價(jià)時(shí)，不能僅僅單一的局限于老年人主觀評(píng)價(jià)，還應(yīng)結(jié)合生理參數(shù)等進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，以保證給老年人營(yíng)造一個(gè)健康安全和舒適的生活環(huán)境。

1.2 基于熱調(diào)節(jié)模型的熱舒適評(píng)價(jià)

1.2.1 老年人熱調(diào)節(jié)模型介紹

熱調(diào)節(jié)模型通過(guò)模擬人體內(nèi)部及人體與外界傳熱過(guò)程和體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，預(yù)測(cè)人體表面皮膚溫度和核心溫度。熱調(diào)節(jié)模型包括被動(dòng)系統(tǒng)和主動(dòng)系統(tǒng)。在被動(dòng)系統(tǒng)中，將人體劃分為頭部、腹部、小腿等14個(gè)節(jié)段，每一節(jié)段從內(nèi)到外為核心層、肌肉層、脂肪層和皮膚層，由此建立起一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)人的物理結(jié)構(gòu)，用傳熱學(xué)方程來(lái)描寫(xiě)人體內(nèi)部和人體與外界的傳熱。而主動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)則量化了人體對(duì)外界冷熱刺激的體溫調(diào)節(jié)過(guò)程，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言量化了血管收縮與擴(kuò)張、顫栗、出汗四種效應(yīng)。模型的輸入?yún)?shù)包括物理環(huán)境參數(shù)和人員參數(shù)。物理環(huán)境參數(shù)包括室內(nèi)溫濕度、平均輻射溫度、空氣流速。人員參數(shù)包括人員活動(dòng)量和服裝熱阻。

基于已有的中國(guó)年輕人熱調(diào)節(jié)模型[10]，根據(jù)中國(guó)老年人生理學(xué)方面的研究，修改了包括基礎(chǔ)代謝率、心輸出量、脂肪含量以及人體物理尺寸參數(shù)，建立了適合中國(guó)老年人的熱調(diào)節(jié)模型。對(duì)模型做了較廣泛的驗(yàn)證，包括實(shí)驗(yàn)和其他文獻(xiàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明模型的準(zhǔn)確度較高，能夠較好的預(yù)測(cè)老年人的皮膚溫度（相關(guān)結(jié)果已發(fā)表于第11屆暖體假人及數(shù)學(xué)建模國(guó)際會(huì)議）。

1.2.2 基于胸足溫差的熱舒適評(píng)價(jià)

胸足溫差指的是人體胸部和足背皮膚溫度的差值。中國(guó)疾病預(yù)防控制中心研究者[23]指出胸踝溫差能夠反映人體對(duì)環(huán)境的熱感覺(jué)。胸踝溫差越大，人體會(huì)感覺(jué)越不舒服，耐受性越弱。余娟[24]通過(guò)測(cè)量皮溫、心電等生理參數(shù)研究不同室內(nèi)熱經(jīng)歷人群生理反應(yīng)的不同，其中包括對(duì)不同溫度工況下的胸足溫差（近似胸踝溫差）的探討，結(jié)果表明：胸足溫差在冬季工況下普遍大于夏季工況。

表3為國(guó)內(nèi)老年人熱舒適現(xiàn)場(chǎng)研究[7,25-29]的環(huán)境和人員參數(shù)，這些研究主要采用室內(nèi)物理環(huán)境參數(shù)測(cè)量和問(wèn)卷調(diào)查的方式，研究了熱感覺(jué)（TSV）與作業(yè)溫度T的關(guān)系，得到了老年人的熱中性溫度。

表3 老年人熱舒適現(xiàn)場(chǎng)研究環(huán)境和人員參數(shù)

采用中國(guó)老年人熱調(diào)節(jié)模型，應(yīng)用與上述現(xiàn)場(chǎng)研究一樣的環(huán)境參數(shù)和人員參數(shù)，可得到冬夏季不同熱中性溫度下的老年人胸足溫差，如圖3所示。

圖3 冬夏季中性溫度下老年人胸足溫差

由圖3可知，冬季的胸足溫差均大于夏季的胸足溫差，這與文獻(xiàn)[24]的研究結(jié)果一致。對(duì)于冬季工況，三個(gè)熱中性溫度（16.6、17.2、23.2℃）下的胸足溫差相差不大，約在1.5—1.6℃之間。三個(gè)熱中性溫度間，23.2℃與其他兩個(gè)（16.6和17.2℃）熱中性溫度相差約6℃左右，胸足溫差相差0.06左右，相差很小。原因在于，熱中性溫度為16.6℃時(shí)對(duì)應(yīng)服裝熱阻為2.04clo，而熱中性溫度為23.2℃時(shí)對(duì)應(yīng)服裝熱阻為0.75clo，偏低的熱中性溫度下大的服裝熱阻起到了保暖的效果。

由圖3還可得到，對(duì)于過(guò)渡季節(jié)，胸足溫差約在1.5℃左右。對(duì)于夏季工況，胸足溫差約在1.1—1.4℃之間。綜合文獻(xiàn)[10,30]的研究，這個(gè)范圍可以擴(kuò)展到1.0—1.5℃間。另外，當(dāng)熱中性溫度自25.9℃至26.5℃變化時(shí)，服裝熱阻接近的情況下，胸足溫差由1.33℃變化至1.10℃，變化幅度較大。可能的解釋是老年人偏好較溫暖的室內(nèi)環(huán)境，當(dāng)室溫越溫暖時(shí)，老年人的胸足溫差在一定范圍內(nèi)相對(duì)越小，熱感覺(jué)越接近中性，對(duì)熱環(huán)境越滿意。

2 結(jié)論

（1）老年人熱感覺(jué)變得遲鈍導(dǎo)致老年人主觀熱感覺(jué)與模型預(yù)測(cè)值在低溫下存在一定差異，因此，評(píng)價(jià)室內(nèi)熱環(huán)境時(shí)，不能僅僅單一的局限于老年人主觀評(píng)價(jià)，還應(yīng)結(jié)合其生理參數(shù)等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以保證給老年人營(yíng)造一個(gè)健康安全和舒適的生活環(huán)境。

（2）基于本文的研究，夏季室溫在熱中性溫度附近時(shí)，老年人的胸足溫差一般處于1.0—1.5℃之間。

（3）基于中國(guó)老年人熱生理研究建立的中國(guó)老年人熱調(diào)節(jié)模型，經(jīng)實(shí)驗(yàn)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，模型的預(yù)測(cè)精度良好，能夠較為準(zhǔn)確的反應(yīng)老年人的熱舒適狀態(tài)。

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Thermal Comfort Evaluation of Chinese Elderly

Ma Ting Lian Zhiwei

( School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai, 201100 )

Old people are more vulnerable to thermal-related comforts and health issues because of their weakening abilities to perceive and adapt to ambient thermal environment. It calls for building a healthy and comfortable indoor environment for the elderly, thus it’s essential to accurately evaluate the thermal comfort of the older people. Some research on thermal comfort evaluation of the elderly was done based on thermoregulation model, literature review and the skin temperature difference between the thorax and foot. The result indicates not only the subjective evaluation but also the objective parameters are necessary to the evaluation of the indoor environment. According to our research, skin temperature difference between the thorax and foot of the Chinese elderly were generally between 1.0 to 1.5℃ when indoor temperature in the summer near the thermal neutral temperature range.

the elderly; the skin temperature difference between the thorax and foot; thermal sensation; thermoregulation; evaluation

1671-6612（2017）04-341-05

TU111.19

A

民用建筑室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究；國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（51238005）

馬 婷（1992-），女，在讀碩士研究生，E-mail：shinexz@126.com

連之偉（1963-），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail：zwlian@sjtu.edu.cn

2016-11-10