夏热冬冷地区冬季卧室室内睡眠环境实测研究

文／吕杲洋 罗晓予 葛 坚 周 煜

引言

实施健康中国战略是党在十九大作出的重大决策部署，为落实健康中国战略，解决当前健康问题，我国在国家层面成立了健康中国行动推进委员会并印发《健康中国行动（2019—2030年）》[1]（简称《行动》），从个人、家庭、社会及政府实施等层面对开展行动进行了指导。《行动》提倡重视睡眠健康，睡眠时间也被纳入个人与社会倡导性指标。睡眠是影响人类健康的一个关键因素。睡眠质量差不仅影响生理健康，还可能导致认知损伤、情绪变化、内分泌紊乱和工作效率下降[2,3]。此外，之前的研究表明，睡眠不足或睡眠质量差可能会增加心血管疾病和2 型糖尿病等疾病的风险[4,5]。睡眠问题威胁着大约45%的世界人口[6]。一项跨国调查指出，美国、西欧和日本的睡眠问题患病率分别为56%、31%和23%[7]。怀银平等人对长沙市成年人睡眠健康现状进行了调研，结果显示样本的失眠发生率为27.2%，研究还发现睡眠健康与光线强度和交通情况具有显著相关性[8]。苏畅等人在对中国15 个省份（自治区、直辖市）的12579 名成年居民进行睡眠状况调研后发现，超过1/4 的调查人群存在睡眠不足或睡眠过多的问题[9]。

影响睡眠质量的因素很多，包括生理和心理因素、室内环境、床上微气候和昼夜节律[10-14]。近年来，室内环境与睡眠质量的相关性越来越受到人们的关注。睡眠环境可以促进或阻碍与睡眠有关的心理和生理过程，睡眠环境不适会导致睡眠问题[15]。许多学者针对睡眠环境对人体睡眠质量的影响展开了实验室研究，但目前针对人们实际睡眠环境的实测研究较少，缺乏对人们室内真实睡眠环境现状以及相应人的主观感受的了解。

1 研究内容

为了了解居民卧室睡眠环境现状，本文针对夏热冬冷地区居民展开入户实测，并对获得的数据进行分析，研究卧室实际睡眠环境（声、光、热环境及室内空气品质）现状及居民睡眠环境主观满意度，同时探讨睡眠环境满意度与环境参数之间的关系。本文旨在为后续进一步室内睡眠环境对人体睡眠质量的影响以及未来良好卧室睡眠环境营造提供参考。

2 研究方法

实测工作于2019 年11 月中旬至2020 年1 月底展开（部分样本于2020 年11 月底至2021 年1月底进行补测），本研究随机选择了夏热冬冷地区的24 间住宅，进行了入户实测调研，每间住宅连续测试5 天。受试者详细信息如表1 所示。本研究共有40 名受试者参与，其中男性19 名，女性21 名，平均年龄38.5（±11.01）岁，平均身高和体重分别为167.6（±7.20）cm 和58.8（±10.01）kg，平均BMI20.8（±2.60）。住宅卧室房间以南向为主，每间住宅卧室有一到两名受试者。

表1 受试者基本情况（平均值±标准差）（表格来源：作者自绘）

本次调研记录的室内环境参数包括室内空气温度和相对湿度、室内风速、室内平均声压级、室内照度和室内CO2浓度。除室内风速外，其他参数均连续记录。测量仪器信息如表2 所示，所有仪器均可自动记录数据。大多数被试者在正常夜间睡眠时都习惯性关闭窗户，无论窗户是否打开，室内风速均小于0.15m/s。图1 为测试仪器放置位置。

表2 测试仪器基本信息（表格来源：作者自绘）

图1 测试仪器放置位置（图片来源：作者自绘）

受试者对睡眠前和睡眠后卧室环境的满意度通过问卷调查的方式来获得，该方法在以往研究中被采用并被证明是有效的[16,17]。问卷由三个部分组成：匹兹堡睡眠质量指数（PSQI），睡眠前问卷（Q1）和睡眠后问卷（Q2）。PSQI 只填写一次，为对最近一个月的睡眠评估，另外两个部分分别在睡觉前和早晨苏醒后填写一次。受试者需要在问卷中记录睡觉和起床的时间。Q1问卷记录了窗户开启状态、床上用品和睡眠衣着状况、空调开启状况、受试者的睡前瞬时热感觉和环境的满意度；Q2 问卷记录了受试者早晨苏醒后的瞬时热感觉、夜间环境满意度与睡眠质量评估。热感觉采用ASHRAE 的7 级热感觉标尺（表3）进行评估，而室内环境满意度采用5 级评估（表4）。本次调研共发放346 份问卷，其中回收有效问卷336 份。

表3 瞬时热感觉评价标尺（表格来源：作者自绘）

表4 睡眠环境满意度评价标尺（表格来源：作者自绘）

3 案例研究

3.1 睡眠习惯

测试期间作者对受试样本人员夜间睡眠习惯进行了调研（图2）。可以看到，20.7%的人员在夜间保持窗户部分开启，大部分人（84.3%）在夜间将窗帘关闭。测试期间，空调的使用相对较少（23.8%），这与目前地暖、热水瓶、电暖器、散热器等手段代替空调被广泛使用作为冬季室内热环境调节方式有关。所有受试样本均穿着睡衣，其中“仅短裤”“短裤+背心”“短裤+短袖”“长裤+短袖”“长裤+长袖”“短裙+短袖”的穿着率分别为14.6%、16.9%、2.2%、2.3%、56.3%、7.7%。所有样本夜间睡眠均盖被，薄棉被和厚棉被的使用率分别为33.3%和66.7%。受试者睡眠与起床时间如表5 所示，考虑到仪器记录数据的间隔时间，因此以23:15 ～7:15 为参考睡眠时间。

表5 受试者作息时间（表格来源：作者自绘）

图2 受试者睡眠习惯（图片来源：作者自绘）

3.2 卧室室内环境参数

样本房间整体环境参数的结果如图3 所示，图中的睡眠时间如前文所述。如图3（a）所示，样本房间室内平均空气温度为17.4℃（最大值35.0℃，最小值3.3℃），测试期间室外平均空气温度为7.4℃（最大值15.3℃，最小值-5.1℃）。由图3（b）可知，测试期间室内外空气平均相对湿度分别为64.6%（最大值86.1%，最小值23.1%）和74.7%（最大值95.1%，最小值40.8%）。

睡眠时间的夜间平均噪声水平显著低于非睡眠时间，如图3（c）所示（图中各点为测试期间每天同一时刻声压级的平均值）。睡眠时间声压级平均值为31.9dB（A），如图3（d）所示，低于《民用建筑隔声设计规范》规定的夜间允许噪声级限值（≤37dB（A））。所有样本房间夜间室内声压级达标率为75.5%，样本房间整体声环境较好。

室内24hCO2浓度变化及夜间睡眠时间平均CO2浓度统计分别见图3（e）和图3（f）所示（图中每个点表示测试期间每天同一时刻CO2浓度的平均值）。绝大多数部分样本房间睡眠时间的平均CO2浓度明显高于非睡眠时间，前文已述，84.3%的样本夜间睡眠关闭窗户，缺少自然通风，导致室内CO2浓度累积升高。样本房间在睡眠时间内的平均CO2浓度为1299ppm，最高值达到3058ppm。

图3 住宅卧室与宿舍环境参数（a）睡眠时间室内空气温度；（b）睡眠时间室内空气相对湿度；（c）24h 室内平均声压级变化；（d）睡眠时间室内声压级；（e）24h 室内CO2 浓度变化；（f）睡眠时间室内CO2 浓度。（图片来源：作者自绘）

样本房间夜间室内平均照度平均值最大值与最小值分别为23.297lux 和0.003lux，平均值5.240lux，夜间照度变化不大。

3.3 睡眠环境满意度

受试者对夜间室内热、声、光环境和室内空气品质的满意度如图4 所示。室内环境满意度最低的是室内空气品质（42.9%），其次是热环境（45.2%），环境满意度最高的是光环境（66.6%）。本次测试调研的室内空气品质参数为CO2浓度，吴旸等人采用Meta 分析对210 位成年人的研究后发现，低氧环境会导致成年人睡眠障碍，有效睡眠时长缩短、睡眠深度比例降低[18]。热环境对睡眠的影响近年来已越来越受到关注，热环境对睡眠的影响是多方面的，包括室内空气温度、被褥寝具情况、辐射和湿度影响，此外夜间变温环境也可能对睡眠会造成一定影响[19,20]。噪声会对睡眠产生不利影响，噪声会造成觉醒次数增加、睡眠时长减少、睡眠周期碎片化、睡眠质量降低等问题[21]。有研究表明，当室内的持续噪音污染到达30 分贝时，就会干扰人的正常睡眠[22]。本次调研样本房间因整体声环境较好，因此声环境满意度较高。除室内空气品质外，男性对睡眠环境的满意度普遍高于女性（图5）。Kim 等人在研究中指出，相较男性，女性对热舒适、空气质量、光环境和声环境等所有室内环境因素的满意度较低[23]，尽管他们的研究主要集中在办公大楼，但这可能意味着男性对环境的容忍度高于女性。另一方面，男性更容易出现睡眠呼吸系统问题，这可能在一定程度上导致他们对室内空气品质的满意度低于女性[24]。

图4 睡眠环境满意度（图片来源：作者自绘）

图5 男女环境满意度差异（图片来源：作者自绘）

4 睡眠环境参数与满意度

4.1 热环境

热环境满意度（ST）与室内平均空气温度（T）的关系如图6 所示。对睡眠热环境满意度与室内平均温度之间的关系进行曲线拟合，可表示为等式（1）：

随着室内空气温度的升高，受试者对睡眠热环境的满意度先升高后降低。总的来说，男性对环境温度的满意度高于女性。有研究指出，女性比男性更容易对热舒适表达不满，尤其是在较冷的条件下[25]。而潘黎等人在实验室研究中发现，女性更喜欢温暖的热环境，这与本研究的结论相似[26]。当室内空气温度在16.0 ～18.0℃时，受试者热环境满意度最高。有学者在实验室中研究了室内温度对人体睡眠的影响，同时以主观问卷形式记录睡眠质量，研究发现19℃是最适宜的室内温度，任何偏离该温度的热环境都会造成不适[27-30]。宋聪通过客观测试和主观调查分析指出人体头部对室内温度的热舒适需求范围较宽，约为10.7 ～22.0℃，在典型冬季床褥热阻条件下，覆体对室内温度的舒适需求范围约为11.2 ～18.8℃[31]。因此，冬季夜间睡眠热舒适不仅取决于室温，被褥情况对热舒适也非常重要，未来针对被褥温度与睡眠热舒适之间的关系值得进一步探讨。此外，王兴卫指出，当人处于冬季睡眠热舒适状态时，可接受的最低室内操作温度约为6.0℃[20]。从图6 结果可看出，当室内平均气温低于8℃时，受试者主观满意度在“一般”以下。图7 表示相同温度下，睡眠前和睡眠后的热感觉差异，睡眠前（TSVpre）和睡眠后热感觉（TSVpost）分别记其中录于受试者躺下睡觉前及第二天早晨醒来后。从图中可知，相同的室内温度，睡眠后热感觉相较睡眠前更凉，即人们在睡眠后偏好更高的温度。表6 利用线性回归得出了受试样本睡眠前后的热中性温度。结果显示，睡眠后的热中性温度比睡眠前高出约1.2℃。女性睡眠前和睡眠后的热中性温度分别相应地比男性高0.3℃和0.7℃。

表6 热中性温度（表格来源：作者自绘）

图6 室内空气温度与热环境满意度（图片来源：作者自绘）

图7 睡眠前后热感觉差异（图片来源：作者自绘）

线性回归方程：TSVpre/TSVpost=aT+b；

TSVpre— 睡眠前热感觉

TSVpost— 睡眠后热感觉

T— 室内平均温度

a、b— 回归系数

4.2 声环境

声环境满意度（SA）与室内平均声压级（L）的关系如图8 所示。通过非线性曲线拟合确定睡眠声环境满意度和室内平均声压级之间的关系，可表示为等式（2）：

图8 室内平均声压级与声环境满意度（图片来源：作者自绘）

结果表明，睡眠声环境满意度随着室内平均声压级的升高而降低，尤其是当L 高于38.0dB（A）时，声环境满意度下降明显。近年来，声环境对睡眠的影响也受到较多关注。据生态环境部公布的《中国环境噪声污染防治报告》显示，我国噪声污染严重，夜间监测总点次达标率仅为74.4%，其中建筑工地噪声、社会生活噪声及工业噪声投诉率最高[32]。世界卫生组织（World Health Organization, WHO）的指南指出，一年以上40dB 的平均夜间噪音水平（Lnight,Outside）为相当于在人群中产生不良影响的最低阈值，同时高噪音水平会使睡眠破碎[33]。此外，相关研究指出噪声对睡眠的影响取决于噪声类型[34,35]。有学者对比了受试者分别在有空调噪声（43dB）和无空调噪声的环境下完成睡眠，实测结果表明，空调噪声对夜间睡眠无明显影响[35]。就室内平均声压级对声环境满意度的影响而言，男性满意度高于女性，但男女之间满意度随着室内平均声压级变化的差异不显著。

4.3 光环境

光环境满意度（SL）与夜间室内平均照度（I）的关系如图9 所示。对睡眠光环境满意度与室内平均照度之间的关系进行非线性曲线拟合，可表示为等式（3）：

SL= -0.04I+3.86

R2=0.270 （3）

由于大多数受试者在睡觉时会拉上窗帘，样本整体夜间光环境较好，室内照度取决于窗帘的遮光性能。从图9 可以看出，随着室内平均照度的增加，睡眠光环境满意度降低，尤其是女性。光环境对睡眠产生影响主要取决于两个原因。首先，光线改变了人体自身昼夜节律，导致昼夜节律相对于预定睡眠周期的时间发生变化；其次，光线是一种环境刺激，可导致睡眠中断和夜间醒来[15]。国外一项研究对比了受试样本在夜间照度≥5lux 和＜5lux 环境下睡眠质量差异，结果发现，前者表现出明显降低的睡眠效率、更长的睡眠延迟时间和苏醒时间[36]。

图9 室内平均照度与光环境满意度（图片来源：作者自绘）

4.4 室内空气品质（IAQ）

室内空气品质满意度（SIAQ）与夜间室内CO2浓度（CCO2）的关系如图10 所示。对睡眠室内空气品质满意度与室内CO2浓度之间的关系进行拟合，可表示为等式（4）：

图10 室内平均CO2 浓度与室内空气品质满意度（图片来源：作者自绘）

结果发现，室内平均CO2浓度越高，人们对室内空气品质的满意度越低。尤其当CO2浓度小于1200ppm 时，随着室内平均CO2浓度升高，室内空气品质满意度迅速降低，当CO2浓度大于1200ppm 时，室内空气品质满意度变化不大。国外一项针对宿舍环境的研究表明，相比那些通风良好的宿舍条件，学生在密闭、高室内二氧化碳浓度的条件下睡眠被扰乱，睡眠质量降低[37]。在另一项研究中，他们比较了开窗和关窗实验条件下受试者的睡眠质量（室内平均CO2浓度分别为660ppm和2585ppm），研究结果表明，人们在开着窗户的情况下似乎更容易入睡，醒来后的精神状态也更好[38]。此外，女性相较男性对室内空气质量的满意度略高。虽然有很多研究表明夜间室内高CO2水平会影响睡眠[39]，但影响睡眠质量的室内平均CO2浓度阈值仍值得探讨，未来相关的实验室研究有待进一步开展。

结语

本研究选取夏热冬冷地区居住建筑进行案例研究，旨在了解居住建筑睡眠环境现状及受试者对睡眠环境的满意度。此外本文探讨了睡眠环境满意度与环境参数之间的关系，为未来睡眠环境改善及良好的卧室室内环境营造提供参考。调研结果发现：

（1）住宅卧室的室内平均空气温度和相对湿度分别为17.4℃和64.6%。样本房间夜间声压级达标率为77.5%，样本整体夜间声环境较好。睡眠时间的室内CO2浓度明显高于非睡眠时间，最高达到3058ppm。大多数受试者都会在晚上关上窗帘，睡眠时间室内照度平均值为5.240lux，样本整体室内光环境较好。

（2）睡眠环境满意度最低的是室内空气品质（42.9%），其次是热环境（45.2%），环境满意度最高的是光环境（66.6%）。除室内空气品质外，男性对睡眠环境的满意度高于女性。

（3）随着室内空气温度的升高，受试者对睡眠热环境的满意度先升高后降低，男性对环境温度的满意度高于女性，当室内空气温度在16.0 ～18.0℃时，受试者热环境满意度最高。人们在睡眠后偏好更高的温度，睡眠后的热中性温度比睡眠前高出约1.2℃。女性睡眠前和睡眠后的热中性温度分别比男性高0.3℃和0.7℃。睡眠声环境满意度随着室内平均声压级的升高而降低，尤其是当室内平均声压级高于38.0dB（A）时，声环境满意度下降明显。随着室内平均照度的增加，睡眠光环境满意度降低，尤其是女性。室内平均CO2浓度越高，人们对室内空气品质的满意度越低。