热舒适的“度”，多少算合适？

朱颖心/ZHU Yingxin

热舒适的“度”，多少算合适？

朱颖心/ZHU Yingxin

随着经济的发展，人们对生活品质的要求越来越高，也由此出现了追求极致舒适室内环境的现象。例如，认为越是严格无偏差的、不冷不热的中性环境才是更高品质的，并被写入很多国家和ISO的室内环境标准中。但控制严格的室内环境会导致更大的初期投资，并消耗更多的能源。近年来，国内外越来越多的研究成果表明，这种稳定无变化的、恒温恒湿的中性环境对人体来说是不健康的，而略为偏离舒适的、对人体有一定刺激锻炼作用的环境反而是更健康的。

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1 前言

人类源自于热带雨林，是一种高度复杂的恒温动物。人体的生理机能要求体温必须维持近似恒定才能保证各项功能正常，所以，人体的生理反应总是尽量维持人体重要器官的温度相对稳定。因此，自从人类在世界上出现以来，寻求和创造适合生存的热环境一直是保证人类能够繁衍下去的一项重要任务。

随着人类的活动逐渐向两极移动，为了抵御不利的自然环境，人们创造了建筑。在近代工业革命之前，人们在长期的建筑活动中，结合各自生活所在地的资源、自然地理和气候条件，就地取材、因地制宜，积累了很多设计经验用于建造活动，即我们今天所说的充分利用自然能源的“被动式设计”。

近代的工业革命为人类提供了主动谋取舒适热环境的手段。1902年，能够实现全年运行的空调系统首次在美国的一家印刷厂内建成，这标志着人们可以不受室外气候的影响，在室内自由地创造出所需要的物理环境，我们似乎已经拥有了能够随心所欲地在室内营造任何温、湿度和空气品质的能力。随后，早期工业建筑室内环境控制的经验被移植到民用建筑中来，导致人们认为，高水平的室内环境品质应该包括精准控制的空气温湿度和洁净度。

现在，广泛应用于衡量环境冷热的指标是丹麦技术大学方格教授（P. O. Fanger）提出的PMV指标（预测平均评价）。这是一个集空气温度、湿度、平均辐射温度、风速、服装热阻和人体代谢率综合计算得出的指标[1]，其值范围是-3～0～+3，其中0表示不冷不热（即“热中性”或简称“中性”），负值为冷，正值为热，绝对值越大偏离热中性就越多。这个指标是通过在温湿度、气流速度和辐射都被精确控制的人工气候室内进行受试者的人体实验得出的统计值，目前世界各国的室内环境标准都采用了这个指标。例如，国际标准组织的EN ISO-7730、美国室内环境标准ASHRAE Standard 55、欧洲标准 CEN EN 15251均把PMV=0作为追求的目标，认为是最舒适的，并根据其偏差的大小把室内环境分成A、B、C 3级，PMV浮动幅度越小的室内环境被定为级别越高，被认为是更好的环境。所以，在室内环境的营造过程中，人们为了获得更高的环境品质，就拼命地追求无偏差、无刺激、稳定的室内环境，把建筑造得越来越密闭，全部采用空调供暖等机械系统并加上先进的自动控制系统来进行全范围的严格控制。而我国的房地产市场出现以追求“恒温恒湿”甚至“恒氧”作为卖点，宣传这是“绿色、健康”的建筑。

目前，发达国家的人均或者单位面积建筑能耗都数倍于我国，一个重要的原因就是在建筑环境营造中追求这种严格机械控制的所谓高档次的室内环境。有人断言，随着中国人对高品质生活水平的追求，中国的建筑能耗最终也会达到发达国家目前的水平。

那么，问题是“恒温恒湿”的热中性环境真的符合人类健康舒适的需求吗？为此消耗大量的能源和资源值得吗？

2 稳定的“热中性”环境能否带来真正的“舒适”？

人对冷热的反应其实是描述自己皮下和粘膜下的冷热感受器获得的信号，叫做热感觉，从生理学的角度来说是客观的。不冷不热的时候人的自主性体温调节系统不需要工作，因此不存在热应力，故而感到轻松。在偏冷或偏热的环境下，人的体温调节系统就需要投入工作，会出汗甚至打冷颤，调节幅度比较大且时间比较长，人就会感到疲劳而导致不适。

随着经济的发展，人们追求生活水平的提高、提高舒适度是无可厚非的。但对“舒适”的定义却有很大的商榷空间。从西方学术界发展起来的传统热舒适理论的主流观点是无刺激、不需自主性调节的“热中性”就等于“舒适”[1，2]，这也是PMV指标导出的理论依据。但学术界也存在另一种不同的观点，就是认为舒适是一种暂时的愉快，是伴随着不舒适的消除而产生的。这种观点认为，当人体一直处于不冷不热的稳定状态时是感觉不到“舒适”的。而盛夏在室外热出一身汗的人用较凉的水洗澡时会感到很舒服，但他当时实际的感觉应该是“凉快”而非不冷不热。“舒适”又经常与预期有关：如果现状超过预期，或者确信可能发生的不利事物都能在自己调控的范围内，人们就会忽略掉不利的刺激，从而感到舒适。因此，“热舒适”与“热感觉”之间最大的差别是前者有很大的心理影响。这两种不同的舒适观的存在，使得“舒适”变成了一个有哲学争议的问题。当人们受到外界的刺激导致痛苦不适时，就会自然而然地认为消除掉这样的刺激就是舒适的，所以会误认为没有不适的刺激就是最舒适的。其实一旦不适的刺激不复存在，舒适感也就随之消失了。这应该就是两种对立的舒适观存在的原因。

阿仁斯（Arens）等几位在国际热舒适领域的著名教授联合对世界上现有的3个建筑环境现场调查数据库的数据进行了仔细的分析[3]。他们把按照国际标准ISO-7730规定的A、B、C 3个环境级别来设计运行的建筑中使用者的满意度数据进行了归纳，发现这些满意度数据并没有差别，均与C级建筑的预测与实际满意度处于同等水平。但A级建筑的初投资和运行能耗都远高于B、C级建筑，而C级则是最节省的。也就是说，这些分布于世界各地的案例在建筑室内环境方面的高投资、高能耗并没有为室内人员带来额外的舒适感受。

深圳建科院大楼是一个连ISO的C级都够不上却达到了相同舒适度的建筑。其建筑设计与当地同类写字楼不同，大量采用了向室外半开敞的空间，如每层设置的综合会议、休闲、打印机区、茶水区、过道、楼梯间等诸多功能的室外平台（图1），以及整面外墙都可以打开进行自然通风的报告厅（图2）等。这样的设计有效地将建筑能耗降低到当地平均值的60%，建安费仅为4200元/m2，却保证了室内人员的较高满意度。实测室外平台的温度范围为29～31℃时，人们依然喜欢在平台上召开组会讨论工作，而不喜欢去有空调的会议室。尽管在进行问卷投票时他们都认为空调会议室处于“热中性”，而室外平台“有点热”，但他们又都认为室外平台的环境更舒适，因而喜欢到平台上来开会（图1）。尽管这些场合的实测温湿度参数均远离传统热舒适区，但人们却对此感到满意。[4]

人体还有一个重要的自然特征，是对自然风的接受度远高于对同等温湿度和平均风速水平下的机械风的接受度。尤其是在偏热的环境中，自然风往往会给人们带来愉悦和舒适感。其原因之一是人类在几十万年的进化过程中已经适应了具有自然界特征的事物。自然风的风速是一种非周期性的相对低频的波动，与近似白噪声的高频脉动机械风速有着很大的区别。如果从前文提到的“舒适”是消除不适过程之中产生的愉悦感的角度来解析，自然风低风速时人们会感到略热，但随着风速的提高，这种略热感被解除。由于自然风的风速是连续波动的，人们就会反复不断地感受到消除轻微不适的愉悦，从而感觉到连续的舒适[5]。清华大学热舒适团队多年来的研究成果已经证明了这一点。

此外，PMV指标没有考虑不同气候区和生活环境下人体对热环境的适应性。实际上，当年方格教授在推广PMV指标的同时，国际上另有一批“非主流”的学者如悉尼大学的狄迪尔教授（Richard de Dear）等提出人体对热环境具有适应性的观点，并提出适应性模型[6]。也就是说，用PMV=0表征不冷不热，不见得对所有地区的人都适用。而且在室外气温变化时，人体感到舒适的室内温度也是随之变化的，所以舒适温度的真正范围要宽得多。近年来，人们逐渐认识到热适应理论的科学性，因此有越来越多的人逐渐接受了这一观点。

针对人体对冬季供暖温度的反应，余娟等分别对上海和北京地区的居民进行了人工气候室的实验，温度工况包括12℃、14℃、16℃、18℃、20℃。实验时所有受试者穿着相同的服装，包括棉质秋衣秋裤、厚毛衫、长裤、棉线袜和拖鞋。实验结果显示在所有室温工况下，上海组的热感觉投票均比北京组更暖和；上海组与北京组感到相同热感觉的温度均比后者低2.5℃，也就是说上海组处于15.5℃的热感觉与北京组处于18℃的热感觉是一样的[7]。这种差别是由于上海地区冬季长期室内温度偏低使得居住者适应偏冷室内环境造成的。因此在当地居民已经普遍具有自采暖措施且经济相当宽裕的情况下，人们依然习惯于把室温控制在15℃以下。

上述事实说明，热环境方面的“舒适”实际上是不能都用这个已经普遍采用的PMV指标来进行衡量的，需要考虑人的个体差异、对环境的生理和心理习惯，以及人体对自然界事物反应的自然属性，因为人体并不是工业生产过程中的无生命产品，而是对环境有很强适应力和应激能力的生物。

3“舒适”能否带来健康？

即便认为这种无刺激无应力的热环境算是“舒适”的环境，那么这种“舒适”是否能够为人类带来健康，是否值得我们投入能源、环境的成本去追求呢？已经有很多研究给出证据，证明追求这种“舒适”对人体健康是有害的。

2000年及2001年夏季，中国疾病预防控制中心对华东地区人群进行了“使用空调对健康影响”的流行病学调查，发现包括神经和精神类不适感、消化系统类不适感、呼吸系统类不适感、皮肤黏膜类不适感在内的12类人体常见不适感，在空调人群中的发生率均高于非空调人群，且特别明显地表现在暑期“伤风、咳嗽、流鼻涕”的发病率上；使用空调的人群对热的耐受力较不使用空调的人群要差；缺乏热适应经历的人群在注意力、反应速度、视觉记忆和抽象思维方面均表现较差[8，9]。

1 室外平台

2 报告厅

3 受试者血液中热应激蛋白HSP70含量的检测结果（参考文献[10]）

余娟通过人工气候室对比实验，发现整个夏季全天呆在空调环境中的人群（空调组）与每天接触空调环境不足2小时的人群（非空调组）相比，前者不仅对偏热环境（36℃）的耐受能力差、不适感强，而且通过生理参数检测，发现他们的皮温调节迟缓、出汗率低，导致体内代谢热难以散出；更具有说服力的是表征热应激和热适应能力的热应激蛋白HSP70在前者血液中的含量还不及后者的2/3 （图3）。也就是说，长期在空调环境里逗留，他们身体的热调节系统的能力已经部分退化了[10]。这个实验结果证明了长期缺乏环境热应力的刺激锻炼，对人体来说是不健康的。

在医学领域已经发现人体内存在一种棕色脂肪可分解引发肥胖的白色脂肪，促进新陈代谢，防止肥胖，但又普遍认为这种棕色脂肪仅在婴儿期发挥作用，成人体内只残余很少的量。而肥胖是2型糖尿病最主要的诱因，表现为产生对胰岛素的不敏感性，亦称对胰岛素的抵抗性。荷兰的热生理学教授冯·马肯·立克腾贝（van Marken Lichtenbelt）于2015年5月19日欧洲健康建筑国际会议的大会主旨报告中介绍了其研究团队的最近发现。报告表示，把人放到14～15℃的偏冷环境中每天暴露6个小时，共训练10天，人体内残余的棕色脂肪就会被激活，代谢率提高10%～20%，热感觉得到显著改善。对2型糖尿病人受试者进行相同的冷暴露实验还发现其体内的胰岛素敏感性也得到了显著提高[11]，从而有助于治疗糖尿病。该团队在热暴露实验中也同样发现了人体代谢率显著提高的现象，只是不如冷暴露提高的幅度大。所以冯·马肯·立克腾贝认为，适度不舒适的环境对人体反而是更健康的。

2013年8月，《美国科学院院报》发表了一篇关于淮河两岸供暖区与非供暖区人群健康的调查，由北京大学、清华大学、美国MIT等多国学者联合撰写[12]。因为中国长期以来采取了以淮河来划分采暖区的政策，所以他们选取淮河南北两岸150km以内地区的人群作为调查对象。这些人群所处的气候、文化、教育、饮食、习俗、建筑、衣着等条件均类似，唯一区别是北岸有集中供暖，而南岸只有居民独户自采暖。调查结果发现，南岸居民的预期平均寿命比北岸居民要长5年左右。由于作者认为有室内供暖对健康的影响是正面的，所以他们把导致北岸预期寿命损失的原因归于冬季的空气污染——因为北岸有燃煤供暖，北岸冬季室外的悬浮颗粒物浓度比南岸高184μg/m3。但是，如果冯·马肯·立克腾贝的发现最终能够被证明是真理，即偏离舒适的较低室内温度对健康的影响是正面的话，那么，南岸人群冬季供暖温度偏低也可能是南北岸预期寿命5年之差的原因之一。

根据上述国内外现有的科研成果可以初步证明：这种恒定的、无刺激的极致热环境对人体来说是不健康的，会导致人体多项功能的退化，也不可能真正为人们带来有愉悦感的舒适。类似的现象同样存在于空气质量控制领域。有不少人认为空气里面完全没有污染物对人体来说才是最健康的，持有这种观点的不乏一些著名学者。但目前发达国家非常洁净的室内外空气质量并不能有助于他们控制过敏症、哮喘病等与空气质量相关的疾病发病率的增长，而且这类疾病在发达国家的发病率往往高于被认为比较“脏”的发展中国家。例如，日本的室外空气是非常洁净的，居民也非常注重居室的通风，但却有超过25%的国民患有花粉过敏症，以致被称作“国民病”。可以判定，长期缺乏外界的刺激，人体的免疫系统已经变得不正常，以至于大自然里天然存在的花粉都会被当做污染物，产生过度反应而导致过敏。而刚到日本一两年的中国人并不会出现这种症状，但在日本居住多年后就有患上花粉过敏症的风险，这也体现出在过度洁净的环境里人体免疫系统会逐渐退化的过程。

4 讨论与结论

工业革命以来，人类绝大部分的发明都为降低劳动强度发挥了重要作用。但人们又公认缺乏体力活动是不健康的，因而应该坚持长期的体育锻炼。那么，在室内环境领域，我们难道不应该也这样做吗？

我们还应该记住的是，人类是在大自然中进化的产物，大自然中并无“恒温恒湿”这样稳定的“中性”环境，它只是工业革命带来的一个人造的环境特例。我们为什么要花费很大的能源和资源代价去让人类子孙后代来适应这样的环境特例，从而丧失掉大自然赋予人类身体用于抵抗不利环境的能力呢？正如过强的体育运动和过重的体力劳动会有损人类健康并带来明显的不适，所以人类发明新工具、新设备来降低这些负面影响一样，人类营造室内环境也是为了消除不利于人类生存与健康的极端环境。但是无论技术怎么发展，人体仍然需要每天保证有适量的运动，也需要周围的物理环境保持有一定的变化，维持适度的刺激，这样才能保持人体的健康。因此，我们营造室内环境的目标，不应该再是追求极致的“舒适”，而应该是追求有变化的“可接受”，这样才能达到既有益于维持人体的健康，同时又能降低资源和能源消耗的目的，使得人类的世界可持续发展下去。□

[1]Fanger, P.O. Thermal Comfort [M]. Copenhagen, Denmark: Danish Technical Press, 1970.

[2]Gagge A. P. Introduction to Thermal Comfort [M]. France: INSERM, 1977.

[3]Arens E., Humphreys M.A., de Dear R., Zhang H. Are 'class A' temperature requirements realistic or desirable? [J]. Building and Environment. 45(2010): 4-10.

[4]清华大学建筑节能研究中心. 中国建筑节能年度发展研究报告2014[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2014.

[5]Zhu Y., Luo M., Ouyang Q., Huang L., Cao B. Dynamic characteristics and comfort assessment of airflows in indoor environments: A review[J]. Building and Environment. 91(2015): 5-14.

[6]de Dear R.J., Brager G.S. Developing an adaptive model of thermal comfort and preference[G]. ASHRAE Transactions, 104, 145-167, 1998.

[7]余娟，欧阳沁，朱颖心 等. 供暖地区与非供暖地区居民对室内偏冷环境的热适应性研究：以北京与上海地区为例[J]. 暖通空调，2011，41(11)：96-100.

[8]Cao B., Shang Q., Dai Z. et al. The impact of airconditioning usage on sick building syndrome during summer in China[J]. Indoor Built Environment. 2013, 22: 490-497.

[9]谭琳琳，戴自祝，刘颖. 空调环境对人体热感觉和神经行为功能的影响[J].中国卫生工程学，2003，2(4)：193-195.

[10]Yu J., Ouyang Q., Zhu Y. et al. A comparison of the thermal adaptability of people accustomed to air conditioned environments and naturally ventilated environments[J]. Indoor Air. 2012, 22: 110-118.

[11]van Marken Lichtenbelt W. To comfort or not to comfort? [EB/OL].Eindhoven, The Netherlands: International Conference of Healthy Buildings Europe. [2015-05-18]. https://hb2015europe.files. wordpress.com/2015/05/hb2015eu_keynote_ woutervanmarkenlichtenbelt.pdf.

[12]Chen Y.Y., Ebenstein A., Greenstone, M. et al. Evidence on the impact of sustained exposure to air pollution on life expectancy from China's Huai River policy[J]. PNAS. 2013, 110: 32-41.

Thermal Comfort, What Level Is Adequate?

With the development of economy, people hope to promote life quality, hence pursuing perfect comfortable built environment. The uniform neutral thermal environment with minimal variations is regarded as the high quality environment, and has been defined in the built environment standards of ISO and many countries. However, such kind tight controlled neutral environment lead to higher investment and higher building energy consumption. More and more recent research achievements show that this kind of stable and neutral indoor environment is not healthy. The mild discomfort thermal environment is likely to be healthier because it can train human bodies and keep their functions.

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清华大学建筑学院，生态规划与绿色建筑教育部重点实验室（清华大学）

2015-06-08