中国老年人的热舒适评价

马 婷 连之伟



中国老年人的热舒适评价

马 婷 连之伟

（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院 上海 201100）

老年人由于感知和调节能力的衰退，更容易受到室内环境变化的影响，甚至健康和生命也会受到威胁。要为老年人提供一个健康舒适的室内环境的第一步就是准确评价老年人的热舒适状况。通过引入老年人热舒适模型，结合文献综述，并基于胸足温差生理参数，对中国老年人的热舒适评价进行了探索，结果表明：评价室内热环境时，不能仅局限于老年人的主观评价，还应结合生理等客观参数进行评价。基于该研究，夏季室温在热中性温度附近时，老年人的胸足温差一般处于1.0—1.5℃之间。

老年人；胸足温差；热感觉；体温调节；评价

0 引言

老龄化是指总人口中老年人的比例上升。目前，世界人口正在快速老龄化，在中国这也变成了一个越来越严重的问题。截至2014年底，中国60岁以上的老年人超过2.12亿人，占总人口的15.5%，是世界上唯一一个老年人人数过亿的国 家[1]，预计到2050年时，60岁以上人口将占中国总人口的三分之一[2]。积极应对人口老龄化，加快发展养老服务业，不断满足老年人持续增长的养老服务需求，已成为全世界的一个重要课题。

世界卫生组织统计表明，人的一生中，至少有80%的时间是在室内环境度过，行动不便的老年人则可能有高达95%的时间是在室内环境中生活，另一方面，由于气候的多变性，室温大部分时间都不在中性温度附近，在极端室温下会增加老年人的患病和死亡风险，因此，设计老年人居住建筑室内环境时，需综合考虑老年人生理、心理以及行为的特殊性，满足老年人的健康和舒适要求。

1 老年人热舒适的评价方法

近年来，有关老年人热舒适方面的研究已有不少。Wong等[3]对香港19家养老机构的384位老人进行了现场调查，结果表明80岁以上高龄老人的热偏好温度比60～79岁年龄组老年人高1.5～2℃。Jiang[4]等人对日本2家养老院119名老年人现场调研，结果表明虽然通过实测计算得到的PMV超出了标准规定的热舒适范围，但老年人的热感觉依旧是“中性”，并且发现老年人难以感觉竖直温差。刘红[5]对6家养老机构和14个居民小区进行了现场研究，结果表明夏季热环境中，老年人的热感觉投票值偏低，不满意率也较低，可接受上限温度值偏高。纪秀玲[6]对江浙地区1814名不同年龄层次人群在非空调环境下的人体热感觉进行了调查，结果表明在高温环境下，老年人比年轻人对热的敏感性差，这与张恒[7]对老年人夏季住宅环境热舒适调查结果一致。

以上有关老年人热舒适现场研究结果表明：老年人偏好更温暖的室内环境，且老年人热感觉迟钝，往往无法及时感受室内环境温度的变化。接下来我们将从热生理学的角度尝试对老年人热感觉迟钝给予探讨。

1.1 基于生理研究的热舒适评价

从生理学上讲，衰老是复杂的自然现象，表现为结构和机能衰退。表1是反映人体生理参数预测公式的汇总，其中为身体质量指数，为人体的体重（kg），A代表年龄，为身高（cm）。

表1 生理参数预测公式

表2为老年人与年轻人生理参数方面的对比，表中标准老年男女性的身高、体重、年龄参数由研究[8]确定。根据表1，通过预测公式（1）、（2）、（3）确定了老年男女的基础代谢率、心输出量、体脂含量的值，与周鑫[9]研究里的标准年轻男女生理参数相比，结果表明：老年人的基础代谢率（BMR）和心输出量（CO）下降幅度在10%～25%间，下降幅度较大，体脂含量（BF%）上升幅度在30%左右，上升幅度大，且老年女性体脂含量的上升比男性更显著。

表2 标准老年男女性与年轻男女性生理参数对比

研究[15]表明老年人基础代谢率的降低可能是由肌肉质量和器官重量的改变引起的，其中最为显著的改变是老年人大脑的萎缩。低的基础代谢率意味着老年人体内产热量的减少，冷暴露下，这给老年人维持核心温度的平稳加重了负担。研究表明[16]老年人安静仰卧时，心输出量更低，全身血管阻力更高。心输出的降低往往伴随着皮肤表面血流量的减小[17,18]，这导致老年人在热浪下无法有效通过皮肤表面血流量的增加来散热。衰老造成的动脉硬化、血管增厚影响身体外周血液循环，皮肤血管对冷热反应迟钝，血管收缩和扩张能力均下降，这些都导致老年人在环境改变时不能做出及时有效的调节。根据袁中满等人[19-21]的研究，图1为老年人与年轻人体脂分布对比，体脂分布随年龄增长呈向心化趋势，其中老年男性腹部脂肪含量相比年轻男性增加5.5%，男性体脂分布向心化趋势更明显。女性脂肪堆积呈“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轻女性增加8.5%，表明老年女性脂肪堆积呈“梨子型”这一趋势更明显。体脂含量的增加虽然使得老年人在冷暴露下蓄热能力有所提高，但在热浪下，则会大大阻隔体内热量的散热，不利于老年人维持稳定的核心温度。另外，汗腺分泌汗液速度的减弱和出汗的延迟也容易导致老年人核心温度的上升和热应激反应。

图1 老年人与年轻人体脂分布对比

一方面，生理机能的衰弱伴随着老年人体温调节能力的衰退，体温调节系统的衰退则影响了老年人表面皮肤温度，另一方面，皮肤内神经末梢密度随着衰老而减少，这两方面导致老年人对室内温度的变化感觉迟钝，无法做出及时有效的行动保证核心温度的平稳。因此，将室内温度的控制权完全交给老年人是不可靠的。

图2 老年人实测热感觉和模型预测值的对比

图2为夏季工况下，室温从冷到热变化时老年人实测热感觉和模型预测值的对比。实测值来自刘红[5]、纪秀玲[6]等人的热舒适现场研究，通过老年人热调节模型[10,22]计算得到老年人的皮肤温度，将皮温输入中国人热感觉模型得到热感觉。从图2可知，当操作温度为22、26、33℃时，模型和实测值间存在一定差异，这种差异是老年人温度识别能力差，热感觉迟钝导致的，尤其在低温时差异可达2级，说明老人往往不能及时意识到寒冷。但由于基础代谢率的下降，老年人在低温下有低体温症的危险，老年人感觉的迟钝使得冷环境对其有更大的潜在危害。因此，在对室内热环境评价时，不能仅仅单一的局限于老年人主观评价，还应结合生理参数等进行客观评价，以保证给老年人营造一个健康安全和舒适的生活环境。

1.2 基于热调节模型的热舒适评价

1.2.1 老年人热调节模型介绍

热调节模型通过模拟人体内部及人体与外界传热过程和体温调节系统，预测人体表面皮肤温度和核心温度。热调节模型包括被动系统和主动系统。在被动系统中，将人体划分为头部、腹部、小腿等14个节段，每一节段从内到外为核心层、肌肉层、脂肪层和皮肤层，由此建立起一个标准人的物理结构，用传热学方程来描写人体内部和人体与外界的传热。而主动调节系统则量化了人体对外界冷热刺激的体温调节过程，用数学语言量化了血管收缩与扩张、颤栗、出汗四种效应。模型的输入参数包括物理环境参数和人员参数。物理环境参数包括室内温湿度、平均辐射温度、空气流速。人员参数包括人员活动量和服装热阻。

基于已有的中国年轻人热调节模型[10]，根据中国老年人生理学方面的研究，修改了包括基础代谢率、心输出量、脂肪含量以及人体物理尺寸参数，建立了适合中国老年人的热调节模型。对模型做了较广泛的验证，包括实验和其他文献数据验证，验证结果表明模型的准确度较高，能够较好的预测老年人的皮肤温度（相关结果已发表于第11届暖体假人及数学建模国际会议）。

1.2.2 基于胸足温差的热舒适评价

胸足温差指的是人体胸部和足背皮肤温度的差值。中国疾病预防控制中心研究者[23]指出胸踝温差能够反映人体对环境的热感觉。胸踝温差越大，人体会感觉越不舒服，耐受性越弱。余娟[24]通过测量皮温、心电等生理参数研究不同室内热经历人群生理反应的不同，其中包括对不同温度工况下的胸足温差（近似胸踝温差）的探讨，结果表明：胸足温差在冬季工况下普遍大于夏季工况。

表3为国内老年人热舒适现场研究[7,25-29]的环境和人员参数，这些研究主要采用室内物理环境参数测量和问卷调查的方式，研究了热感觉（TSV）与作业温度T的关系，得到了老年人的热中性温度。

表3 老年人热舒适现场研究环境和人员参数

采用中国老年人热调节模型，应用与上述现场研究一样的环境参数和人员参数，可得到冬夏季不同热中性温度下的老年人胸足温差，如图3所示。

图3 冬夏季中性温度下老年人胸足温差

由图3可知，冬季的胸足温差均大于夏季的胸足温差，这与文献[24]的研究结果一致。对于冬季工况，三个热中性温度（16.6、17.2、23.2℃）下的胸足温差相差不大，约在1.5—1.6℃之间。三个热中性温度间，23.2℃与其他两个（16.6和17.2℃）热中性温度相差约6℃左右，胸足温差相差0.06左右，相差很小。原因在于，热中性温度为16.6℃时对应服装热阻为2.04clo，而热中性温度为23.2℃时对应服装热阻为0.75clo，偏低的热中性温度下大的服装热阻起到了保暖的效果。

由图3还可得到，对于过渡季节，胸足温差约在1.5℃左右。对于夏季工况，胸足温差约在1.1—1.4℃之间。综合文献[10,30]的研究，这个范围可以扩展到1.0—1.5℃间。另外，当热中性温度自25.9℃至26.5℃变化时，服装热阻接近的情况下，胸足温差由1.33℃变化至1.10℃，变化幅度较大。可能的解释是老年人偏好较温暖的室内环境，当室温越温暖时，老年人的胸足温差在一定范围内相对越小，热感觉越接近中性，对热环境越满意。

2 结论

（1）老年人热感觉变得迟钝导致老年人主观热感觉与模型预测值在低温下存在一定差异，因此，评价室内热环境时，不能仅仅单一的局限于老年人主观评价，还应结合其生理参数等进行综合评价，以保证给老年人营造一个健康安全和舒适的生活环境。

（2）基于本文的研究，夏季室温在热中性温度附近时，老年人的胸足温差一般处于1.0—1.5℃之间。

（3）基于中国老年人热生理研究建立的中国老年人热调节模型，经实验和文献数据验证，模型的预测精度良好，能够较为准确的反应老年人的热舒适状态。

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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

民用建筑室内热环境设计与评价指标体系研究；国家自然科学基金重点项目（51238005）

马 婷（1992-），女，在读硕士研究生，E-mail：shinexz@126.com

连之伟（1963-），男，博士，教授，博士生导师，E-mail：zwlian@sjtu.edu.cn

2016-11-10