李畅 于航 焦瑜 石翔宇 易志明
同济大学机械与能源工程学院
摘要：本文以生活在上海地区的13名老年人和16名年轻人为受试对象，在2015年1月进行了温度突变的动态环境下老年人和年轻人热反应变化的对比实验研究，获取了热感觉、热舒适和皮肤温度的实验数据。实验结果发现，温度突变时，老年人和年轻人的热感觉与热舒适稳定时间均超前于皮肤温度调节；遇冷时生理调节速度比遇热时缓慢；当温度突降时，年轻人出现明显的冷感超越现象而老年人则未表现出此特征。
关键词：老年人温度突变热感觉热舒适皮肤温度
0 引言
据国家统计局发布的信息，截至2014年底，全国60周岁及以上人口比例上升为15.5%，社会老龄化程度进一步加深。随着年龄增长伴随的感觉功能衰老，老年人对环境变化的敏感性降低；同时，由于体温调节机制的衰退，老年人对热环境的适应能力减弱。
日常生活中经常遇到在不同温度区域间穿梭的情况，如进出房间、出入不同建筑物的过渡空间等。在养老机构中，老人为了锻炼身体及缓解心理上的孤独感，更加频繁地出入房间进行日常活动。了解温度突变下老人心理和生理反应的变化，是为老人提供安全舒适过渡空间温度环境控制基础。温度突变环境下人体热反应变化最早由Gagge教授于1967年展开实验研究，随后de Dear，Zhang H，Nagano，Parsons，敖顺荣，王良海，端木琳，张宇峰等人进行了进一步研究，得到了一些基本共识：温度突降时，热感觉变化强烈，出现冷感超越现象；温度突变时，心理反应超前于生理反应达到平衡，皮肤温度并不能独立地作为热感觉评价尺度。但是，以上实验的受试对象均为年轻人，关于老年人在温度突变环境下热反应变化的研究尚未见报道。
本文以老年人和年轻人作为受试对象，进行了空间转换下温度突降与突升的实验，并对热感觉、热舒适和皮肤温度变化结果进行了统计对比分析，探索老年人在温度突变的动态环境下心理及生理热反应的变化特点。期望日后利用本实验及更多工况下实验的结果，最终为将来养老建筑内过度环境空调温度设定与控制的策略提出建议。
1 研究方法
1.1受试对象
本次实验地点为上海市，共选择13位老年人，16位年轻人作为受试对象，其基本信息如表1。为保证实验数据真实准确，具有代表性，受试老人均为Rockwood老年人虚弱等级中1～3级的健康老人，年轻人均健康无病症。受试者均在上海市生活一年以上。受试者在实验前一天避免饮酒，避免进行剧烈运动及熬夜，实验前一小时禁止饮食，保证实验期间的
代谢率稳定。
1.2实验场所
实验在同济大学某办公楼的两个相邻房间进行，房间布局如图1。房间A为采用辐射供暖加新风的空调房间，房间B为非空调房间。实验过程中，房间A门窗关闭，窗帘闭合，空调开启；房间B门关闭，窗稍开启，窗帘闭合。
1.3环境、生理、心理参数测量
实验进行期间测量的室内环境参数有温度、相对湿度、黑球温度。测量所用仪器型号及精度列于表2。仪器布置在房间中心1.1 m高度。温湿度每分钟自计一次，黑球温度每5 min手动记录一次。风速经测量小于0.1 m/s，认为室内为无风状态。
本实验测量的生理参数为皮肤温度。采用T型热电偶测量（精度±0.20C），通过透气型医用胶布贴附于受试者右手背处，每分钟采集一次。
心理测试通过问卷方式进行。问卷内容包括热感觉投票、热舒适度投票，热感觉投票采用7点标度，热舒适投票采用4点标度，如图2所示。
1.4实验流程
实验在2015年1月17日至1月20日的四天内连续进行。每天2组，每组共四个人，包括年轻男、年轻女、老年男、老年女各一名。每组实验共90 min，每天上午9:00至11:30，下午14:00至16:00进行。实验流程如图3所示。每组受试者首先在房间A中静坐30 min，在第20、25、30 min时分别作一次问卷投票，第20 min至第30 min连续测量皮肤温度。而后受试者以正常速度移动至房间B（第一小组在房间A进行实验时，第二小组在房间B休息。当第一小组移至房间B，第二小组进入房间A开始实验）。为获取温度突变条件下受试者热反应的动态变化，在缺乏相关实验设计规范情况下参照已有研究做法，在受试者进入房间后的前8 min时间内，每隔2 min投一次票；第8 min至第20 min，每3 min投一次票；第20 min至第30 min，每5 min投一次票。在受试者进入房间后10 min内完成热电偶的贴附工作，随后采集第10 min至第30 min受试者皮肤温度。然后第一组受试者返回到房间A（第二小组进入房间B），重复上述实验。30 min后结束实验（第二小组进入房间A）。
1.5环境参数采集
实验期间的室外天气状况见表3。本实验中，为了避免太阳辐射的影响关闭了窗户及窗帘，因此室内空气温度与黑球温度差异较小(<1.5℃)且无风，实验房间的操作温度见表4。房间A的实测空气湿度在35%左右，房间B的空气湿度在40%左右。
2 实验结果与讨论
2.1热感觉
将上午进行的实验和下午进行的实验结果分别处理，得到上午工况（20.6℃→15.6℃→21.0℃）和下午工况（20.90C→17.4℃→21.0℃）温度突变条件下热感觉随时间的变化情况。图4、图5显示了两种工况下热感觉投票（Thermal Sensation Vote，TSV）的均值，PMV预测值及标准偏差。
从图中观察可知，当温度突然降低时，两种工况下，年轻人的热感觉都会出现比较明显的冷感超越现象。空间转换初始时刻年轻人的热感觉投票值比其后时刻低，随后热感觉不断回升达到稳定，、研究结果一致。根据实验统计结果，在16位年轻人的32次温度突降过程中，有20次突变初始时刻投票值比后时刻低，占比62.5%。而在13位老年人25次温度突降过程中，仅8次突变初始时刻投票值比后时刻低，占比32%，说明年轻人出现冷感超越的比例更大，超越的幅度更明显。但对于老年人，在温度突降环境下并未出现明显的冷感超越现象。
当温度突然升高时，年轻人和老年受试者均未观察到明显的热感觉超越现象，报导了类似的实验结果。可能的原因是人体皮肤下的热感受器相对于冷感受器更少而且深，对温度突升的反应不如温度突降敏感。
本文通过对实验结果进行组内方差分析（with-subjects ANOVA）确定热感觉达到稳定的时刻(p>0.05)，如表5所示。从统计学意义上证明了上述对图4-5的分析结果。
2.2热舒适
将上午进行的实验和下午进行的实验结果分别处理，得到上午工况（20.6℃→15.6℃→21.0℃）和下午工况（20.9℃→17.4℃→21.0℃）温度突变条件下热舒适投票随时间的变化情况。图6、7显示了两种工况下热舒适投票( Thermal Comfort Vote，TCV)的均值和标准偏差。稳定时间见表6。
对比图6、7和图4、5，可发现年轻人热感觉和热舒适投票值的变化趋势一致。从图5可看出，下午工况从房间A到房间B，老年人热舒适投票值略有上升，回到A房间对老年人来讲为偏热房间。如图4所示，上午工况，老年人在A，B房间热感觉投票值为0.5，-0.5左右，偏离中性程度相同，但图6中老年人在房间A中热舒适投票值明显高于房间B。可推断，冬季，老年人更偏爱中性偏暖环境；据此本文推测老年人的舒适温度与热中性对应温度可能存在偏离。
2.3皮肤温度
由于本实验中受试者非暴露部位皮肤温度测量困难，故选择右手手背温度表征平均皮肤温度的变化趋势。图8是受试者皮肤温度平均值的全天变化曲线，对应的温度突变为（20.7℃→16.7℃→21.0℃）。表7为手背温度稳定时间。
如图8所示，当温度突降时，老年人与年轻人的手背温度均持续下降，直至空间转换后第30 min还未达到稳定。Collins KJ指出当人遇冷时，皮下血管收缩，身体表层血流量减小，血液带到皮肤表面的热量减少，皮肤温度下降，人体辐射和对流散热降低。当温度突升时，血管扩张血流量增加，老年人与年轻人的手背温度均上升，并在空间转换后第22 min达到稳定。说明当人体遇冷皮肤温度所需稳定时间比遇热时更长，即人体的体温调节机能在遇冷时反应比较迟钝，而遇热时相对敏感。另一方面，在温度上升时老年人与年轻人手背皮肤温度变化并未发现差别。年轻人在偏冷环境中手背皮肤温度明显比老年人低，很可能为年轻人服装热阻较小所致。老年人与年轻人在体温调节方面的差异有待进一步研究。
对比表5、6、7中热感觉，热舒适和手背温度变化稳定时间可知，当温度发生突变时，老年人和年轻人的心理热反应均超前于生理热反应，皮肤温度与热感觉出现分离。
3 结论
本文通过对上海地区冬季空间转换温度突变实验，获取了老年人和年轻人热感觉、热舒适和皮肤温度随时间的变化特征，得到以下结论：
1)本实验环境下，温度突降，年轻人出现明显的冷感超越现象，老年人则无此现象；温度突升，年轻人和老年人均未出现热感超越现象。
2)温度突变下，老年人和年轻人的热感觉和热舒适先于皮肤温度达到稳定，即心理热反应超前于生理热反应。
3)老年人与年轻人在温度突降时的生理热调节速度较慢，温度突升时较快。
