冬季暖气房环境下被子睡眠舒适性能分析

摘 要：为研究不同种类的被子睡眠舒适性，提出了睡眠质量、热湿舒适性、主观评价等评价被子睡眠舒适性的主客观数据指标，通过真人实验对比分析了被子睡眠舒适性能的差异。在人工气候室内模拟冬季暖气房环境（温度20℃，湿度40%），选择纱布夹棉被、羽绒被、蚕丝被、化纤被、羊毛被5种被子作为实验样品，测试受试者在使用不同被子睡眠过程中睡眠质量、平均皮肤温、肩腰部湿度和心率，以及睡眠后的热湿舒适性和睡眠质量的主观评价。客观数据结果表明：在冬季暖气房环境下，被子材料显著影响睡眠质量，对热湿舒适性影响较小；化纤被和纱布夹棉被睡眠效率较高，深睡眠时长较长，平均皮肤温和肩腰部湿度均处于舒适范围，在冬季暖气房下睡眠效果较好；蚕丝被睡眠效率和深睡眠占比均较低，睡眠舒适性最差。此外，主观评价结果显示，化纤被和纱布夹棉被的睡眠满意度更好，这与客观数据相一致，说明在冬季暖气房下可以优先覆盖化纤被或纱布夹棉被入睡。

关键词：被子；睡眠质量；热湿舒适性；冬季暖气房；深睡眠

中图分类号：TS941.75

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2024）09-0083-08

收稿日期：2023-09-20

网络出版日期：2024-04-19

基金项目：江苏省高等学校基础科学（自然科学）重大项目（21KJA540004）；苏州市科技计划项目（SS202147）

作者简介：翟若彤（1997—），女，安徽宿州市人，硕士研究生，主要从事睡眠舒适性评价方面的研究。

通信作者：卢业虎，E-mail：yhlu@suda.edu.cn

睡眠作为人体生命过程中必不可少的一项生理活动，约占人一生1/3的时间，其质量好坏对人类日常生活具有很大影响。研究发现睡眠质量差的人不仅具有更高患病率，而且伴随有心理健康问题的风险^［1］。St-Onge等^［2］发现睡眠障碍与心脏血管和代谢疾病的风险增加有关，因此对于睡眠舒适性的研究是非常有必要的。

睡眠质量受到众多因素影响，大致可以分为两类，一类是自身心理因素，另外一类是客观存在的睡眠条件。在心理因素方面，压力、焦虑等情绪易引起睡眠障碍发生，如失眠、易觉醒等^［3］，对于此类睡眠问题可以通过寻求心理医生帮助或服用药物进行调节^［4］。在睡眠条件方面，它主要包括睡眠环境和睡眠寝具，其中睡眠寝具由于其长时间与人体直接接触，因此对睡眠有重大影响^［5-6］。但对于睡眠寝具影响睡眠舒适性的研究多集中于床垫上^［7-9］，对于其他床上用品的研究较少。被子作为睡眠寝具的另一重要产品，它的存在能够使床上用品与室内环境隔绝开来，弥补因环境条件的改变而带来生理参数的差异^［10］。He等^［11］针对中国北方无供暖环境，对比分析了鸭绒被、鹅绒被以及棉被的睡眠舒适性能差异，结果显示鹅绒被在11℃的气候条件下睡眠质量和热湿舒适性最好，棉被最差；Zheng等^［10］对比了不同重量的涤纶被在环境温度为14、16、18℃和22℃下的保暖效果，证明了被褥保暖性越好，受试者热舒适性越好。然而这些研究仅局限于少数几种被子类型上，不同被子种类对睡眠质量和热湿舒适性的影响仍需深入研究。

被子可以在一定程度上帮助人们削弱不同季节变换导致的睡眠参数差异^［12］。研究显示，寒冷的环境比炎热的环境更容易影响睡眠，且冷暴露会影响心脏的自主活动，从而对健康造成显著的影响^［13］。因此本文章环境条件选择为冬季暖气房，通过比较不同被子在该环境下的热湿舒适性和睡眠质量差异，来探究被子对人体睡眠舒适性的影响，为不同环境下被子的科学选择提供参考。

1 实验

1.1 受试者

招募10名受试者（5男5女）进行睡眠试验。选用匹兹堡睡眠质量调查表评估招募人员近一个月的睡眠质量情况^［14］，如果受试者PSQI评分大于5则被排除，以确保受试者平时睡眠质量较好，不存在入睡困难、失眠、易觉醒等睡眠障碍。女性参与者的实验日期避开月经期。他们的平均年龄、身高、体重、体表面积以及身体质量指数分别为（23.4±1.2）岁、（1.7±0.1）m、（60.2±6.8）kg、（1.7±0.1）m²、（20.5±1.2）kg/m²。所有受试者在实验前24 h内禁止饮酒和含有咖啡因的饮料，也禁止进行高强度的运动。实验前，受试者被告知实验流程和注意事项。

1.2 实验被子

本文选择北方冬季暖气房卧室中较为广泛使用的5种被子作为实验样品：纱布夹棉被、羽绒被、蚕丝被、化纤被和羊毛被，分别对应1#、2#、3#、4#和5#，基本规格信息如表1所示。

1.3 实验过程

睡眠实验在人工气候室（ESPEC公司，日本）中进行，采用纯棉床单和丝绵枕头，床垫为独立弹簧床垫，受试者统一穿着薄款纯棉针织长袖和长裤。气候室尺寸为4.0 m×3.0 m×2.5 m，床架尺寸为2.0 m×0.9 m。为模拟冬季暖气房环境，气候室内设定温度（20±1）℃，湿度（40±5）%，风速0.2 m/s。待气候室条件稳定后，受试者进入人工气候室静坐休息30 min，佩戴多导睡眠记录仪，分别连接脑电电极、眼电电极并配备心率带，设置仪器为每30 s获取一次数据。在受试者额头、小臂、手、肩胛、大腿、小腿、腰后、腰前以及脚上贴上温湿度传感器，每1 min监测一次数据；湿度测试位置选择为肩胛和后腰，以此来监测整个夜间的热湿舒适性，仪器佩戴效果如图1所示。以上准备工作完成后，受试者在气候室放置的床上躺好，并覆盖被子样品，关灯正式开始睡眠实验，直至受试者早晨醒来实验结束（从关灯起达到8 h唤醒受试者）。

1.4 数据测量

1.4.1 睡眠和热湿数据测试

采用多导睡眠记录仪（SOMNO medics GmbH，德国）监测整个夜间睡眠质量，包括睡眠效率、深睡眠时长、REM时长、清醒时长及心率。另外，使用MSR145温湿度传感器（MSR公司，瑞士）记录睡眠过程中人体皮肤表面温湿度，采用7点法计算人体平均皮肤温度^［15］。

1.4.2 主观评价

为了评估受试者的睡眠舒适性和睡眠质量，于每日早晨唤醒受试者后要求其对昨晚睡眠情况作出主观评分。如表2所示，睡眠质量采用5级评分量表，涉及5个指标，即睡眠是否平静、昨晚是否容易入睡、昨晚是否容易醒来、醒后是否神清气爽和对昨晚的睡眠满意度。热感觉采用9级评分量表，评分范围为-4到4，分别为-4（非常热）、-3（热）、-2（暖）、-1（较暖）以及0（舒适）、1（较凉）、2（凉）、3（冷）、4（非常冷）；湿感觉采用7级评分量表，分别为-3（非常干燥）、-2（干燥）、-1（轻微干燥）、0（舒适）、1（轻微潮湿）、2（潮湿）和3（非常潮湿）。

1.4.3 热阻测试

参照T/HOMETEX21—2021 《被子舒适使用温度测定方法》，采用34区出汗暖体假人Newton（Thermetrics，美国）测试被子的热阻。每个样品测试3次取平均值。假人使用的被子、枕头、床单、床垫和服装均与真人睡眠实验一致。

1.5 统计分析

测试数据以均数±标准差的形式表示。采用SPSS分别对5种被子在冬季暖气房（20℃，40%）下的REM时长、清醒时长以及深睡眠时长和睡眠效率进行单因素重复测量方差分析。当违反Mauchly球度检验时，采用Greenhouse-Geisser校正作为统计显著性。所有检验的显著性水平均为P<0.1（标记为^*），P<0.05（标记为^**），以及P<0.01（标记为^***）。使用双向重复方差分析平均皮肤温、肩胛湿度以及腰部湿度，评估被子种类（纱布夹棉被、羽绒被、化纤被、蚕丝被和羊毛被）与时间［（即第0、1、2、3、4、5、6、7 h和8 h）］对温湿度的影响。当测量结果具有显著性时，在每个时间点进行配对样本T检验。此外，采取非参数检验的Mann-Whitney U 检验分析在主观评价指标上各被子样品之间的差异性。

2 结果分析

2.1 睡眠质量

不同种类被子夜间睡眠质量情况如图2所示。在冬季暖气房条件下，被子填充材料对睡眠质量具有很大影响，5种被子之间存在显著性差异。其中，在REM时长上，2#极显著高于4#（P＜0.01），REM时长占比最大；对于清醒时长，5#清醒时长占了总睡眠时长的6.93%，占比最大，同1#差异显著（P＜0.1）；相应地，1#睡眠效率最高，且显著高于2#（P＜0.05）；另外，1#深睡眠时长较2#、3#以及5#高，占整体睡眠的28.63%，因此睡眠效果较好；4#深睡眠时长最长，占整体睡眠的33.51%，显著高于3#（P＜0.05），并且与2#差异显著（P=0.1）。

深睡眠作为衡量睡眠质量好坏的标准之一，使人从生理和心理的疲劳中恢复过来，得到有效休息^［16］，深睡眠的增加对人体睡眠健康极为重要。1#和4#较为轻盈，透气性较好，因此深睡眠占比较另外3种被子好，取得了较好的睡眠效果；蚕丝被的深睡眠占比最小，这可能与其覆盖较为厚重，舒适性体验较差不易进入深度睡眠有关；另外，由于环境条件为冬季暖气房，羊毛被保暖性好，但透气性差，可能夜间睡眠过程中存在燥热的情况出现，因此睡眠期间清醒次数较多，睡眠效果稍差。综上，在睡眠质量上，1#和4#睡眠效果最好，其次是5#和2#，3#睡眠效果差。

2.2 热湿舒适性

不同种类被子热阻比较如图3所示，可以看出5#热阻最大（3.2 clo），极显著高于1#和3#（P<0.01），同4#差异显著（P<0.05）；3#热阻最小，除极显著小于5#外，与2#和4#之间也存在显著性的差异（P<0.05）。此外，不同种类被子夜间平均皮肤温度变化趋势如图4所示，可以看出5种被子平均皮肤温在整个睡眠期间的变化趋势相似，均在实验开始1 h内不断上升，之后逐渐趋于稳定。其平均皮肤温度分别为33.88、33.93、33.80、33.87℃和34.00℃，最大差值仅有0.2℃。重复测量方差分析结果显示该5种被子之间的差异不显著，说明在冬季暖气房环境下，被子材料的改变对平均皮肤温度不存在显著性的影响。研究表明，人体热中性平均皮肤温为34.1℃，可接受舒适温度区间为32.5～35.7℃^［16］，因此，即使3#热阻显著小于其他被子，但在冬季暖气房条件下仍可以保持良好的热舒适性。

不同种类被子肩腰部湿度变化趋势如图5（a）和图5（b）所示。5种被子平均肩胛湿度分别为50.96%、51.48%、54.85%、52.95%和47.93%，平均腰后湿度分别为48.26%、51.9%、47.54%、46.82%以及46.65%，均与气候室内湿度条件相接近，两两之间差异不显著。SONG等^［17］的研究表明当人体处于热舒适时被内微气候的湿度区间为40%～60%，因此，该5种被子无论是肩胛湿度还是腰后湿度均处于舒适范围内，湿舒适性均较好。

进入睡眠时有一个过渡期，在此期间发生渐进性血管扩张引起皮肤温度值增加，导致身体核心体温下降，而睡眠通常发生在核心体温下降时期^［16］。因此，5种被子在睡眠开始1 h内平均皮肤温均逐渐升高，说明此时正在进入睡眠，这与He等^［11］的研究结果一致。但本文不同种类被子间热湿舒适差异不显著，与He等研究结果不同，这可能与其环境条件为冬季无供暖的室内，而本文是较为舒适的冬季暖气房，且被子样品的选择为冬季暖气房较常使用的被子有关。

由图3热阻数据可以看出5#热阻最大，其次是2#，因此图4中的5#和2#平均皮肤温均较高。说明被子热阻越大，对应平均皮肤温越大，保暖性越好；但1#热阻较4#小，平均皮肤温却高于4#，这可能是因为受试者覆盖1#睡眠过程中包裹性较好造成的。此外，1#和4#透湿性较好，对应肩腰部湿舒适性也较好，5#透湿性最差，对应湿舒适性也最差。说明被子材料可以通过其透湿性的差异对夜间湿舒适性产生影响，透湿性越好，湿舒适性对应也越好。由图2可以看出，1#和4#深睡眠占比较大，睡眠效率较高，说明良好的热湿舒适性可以促进睡眠质量的提升；3#由于平均皮肤温度最低，深睡眠占比最小，说明冬季暖气房下，保暖性是促进深睡的重要条件。此外，1#面密度较小，较为轻盈，3#面密度较大，较为厚重，压力舒适性较差，这也是影响睡眠质量的原因之一；但4#在面密度较2#大的情况下，睡眠质量却较2#好，说明被子的热湿舒适性对睡眠质量的影响较大，面密度影响较其小。

综上，1#和4#由于较好的保暖性和透湿性，热湿舒适性较好，睡眠效果较好；3#保暖性较差，透湿性稍差，因此热湿舒适性较其他被子差，深睡时长较短，但其仍处于热湿舒适区间范围内，可以保证夜间基本处于舒适状态。

2.3 心率分析和主观评价结果

不同种类被子心率分布如图6所示，受试者覆盖1#、2#、3#、4#和5#入睡时的睡眠心率呈现出正态分布，平均心率分别为48.0、56.4、57.4、56.9 bpm和55.4 bpm，均低于70 bpm，说明受试者睡眠状态稳定。1#平均心率最低，低频心率占比较高，在40～55 bpm的心率范围内，占比较其他被子高，尤其在45～55 bpm范围内表现更为明显，占比高达39.5%，这与其睡眠效率最高的结果一致，表明心率可以从侧面反映睡眠效果。有研究表明，整个睡眠期间，深睡眠时期心率值最低^［17］，清醒阶段心率较快，因此心率低频占比较大的情况下，受试者睡眠平静度高，深睡占比较大，有效休息程度较好。这也与部分市售手环等产品使用心率表征睡眠质量的原理一致。

联系上文可知3#热湿舒适性最差，而本节显示其平均心率最大，说明夜间热湿舒适程度对受试者心率具有一定影响，热湿舒适性较差易引起心率升高，从而导致易觉醒，这也解释了3#清醒期较长的原因。1#热湿舒适性较好，其对应心率较低，低频占比较大，因此深睡占比也较大。此外，1#较为轻盈，He等^［11］的研究表明，人们更偏好较轻的被子，这也可能是受试者覆盖1#入睡心率较为平静和睡眠质量较好的原因之一。

受试者对于自己夜间睡眠情况作出的主观评价如图7所示。对于主观热感觉和湿感觉，评价等级均接近舒适，其中除5#是中性偏暖感外，其余被子热感觉均处于微凉区间，尤其是3#更为明显，说明5#的保暖性能优于其他被子，这与前面热舒适的结果一致。通过统计分析的数据结果显示，3#与5#在主观热感觉上存在一定的差异性（P＜0.1），说明被子材料对热感觉具有一定影响。对于舒适度，5种被子均被认为比较舒适，尤其是4#和5#舒适度最好（评分均为0），主观上被认为最舒适。关于睡眠质量的主观评价指标，结果显示5种被子间均不存在显著性差异。其睡眠平静程度都比较好；对于是否容易入睡和睡眠满意度，3#优于其他被子，且不易觉醒，其次是1#和2#表现最差；另外，1#醒后神清气爽程度最好，说明夜间睡眠效果较好，有效休息程度高，3#醒后神清气爽度最差。

联系前文客观数据可以看出：5#热阻最大，保暖性最好，睡眠过程中平均皮肤温较高，因此主观暖感也较好，在冬季暖气房条件下，睡眠效果较好，与其主观舒适度最好、较好的睡眠满意度一致；3#主观热感觉评分较差，感觉偏冷，与其平均皮肤温度较低的结果一致，说明客观热湿数据可以反映主观热湿舒适性的情况。另外，3#醒后精神状态最差，说明睡眠期间不易进入深度睡眠，与其深睡眠占比最低的结果一致；1#醒后神清气爽度最高，有效休息程度最好，与其较高的深睡眠占比一致，且其睡眠效率最高，因此睡眠效果好。以上结果均反映了睡眠体验对主观睡眠评分有着一定的影响。但3#客观睡眠数据较差，睡眠满意度却最高，被认为容易入睡，这可能是因为其材质柔软，亲肤性较好。说明主观结果的评分不仅受被子睡眠体验的影响，还受到被子物理特性和受试者本人偏好的影响。

3 结论

本文通过比较5种不同填充材料的被子在冬季暖气房下的睡眠质量和热湿舒适性能的差异，结合受试者的主观评定结果，评估了被子的整体睡眠舒适性能，得出以下结论：

a）5种被子在冬季暖气房下的睡眠质量存在显著性差异，化纤被和纱布夹棉被睡眠效率较高，深睡眠时长较长，蚕丝被睡眠效率和深睡眠占比均最低，羽绒被和羊毛被处于中间。

b）在冬季暖气房条件下，被子材料对睡眠过程中的热湿舒适性不存在显著性影响，5种被子热湿舒适性均处于舒适区间范围内。

c）在冬季暖气房下，被子材料对睡眠质量的影响主要是体现在夜间睡眠的热湿舒适性上，受试者使用热湿舒适性较好的被子睡眠质量较好。此外，被子面密度引起的压力舒适性也是影响睡眠质量的原因之一，但影响程度较热湿舒适性小。

d）在冬季暖气房下，受试者对被子保暖性和透气性的需求仍较大，主客观的数据结果均显示纱布夹棉被和化纤被睡眠效果较好，建议优先考虑覆盖热阻较大、透气性较好的被子入睡。

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Study on the sleep comfort of quilts in a winter heating room environment

ZHAI Ruotong¹， SHI Tingting²， SONG Haibo²， LU Yehu¹， YIN Lanjun²

（1.College of Textile and Clothing Engineering， Soochow University， Suzhou 215006， China;

2.Shenzhen Purcotton Technology Co.， Ltd.， Shenzhen 518110， China）

Abstract： The study， with sleep quality， thermal and moisture comfort， and subjective assessments as the key evaluation indicators， aimed to assess and compare the sleep comfort provided by different types of quilts in a winter heating room environment， so as to provide reference for exploring how different quilts affect human sleep comfort and to facilitate the scientific selection of quilts in various environments.

This paper analyzed the differences in quilt sleep comfort through human trial tests. Five types of quilts， namely gauze quilts with cotton padding， down quilts， silk quilts， chemical fiber quilts and wool quilts， were selected in a climate chamber simulating a winter heating room environment （20℃， 40%）， and subjects' subjective assessments of thermal and moisture comfort， as well as sleep quality， were collected by using polysomnography and temperature and humidity sensors， which were used to characterize sleep quality， mean skin temperature， shoulder and waist humidity and heart rate during sleep with the different quilts.

The filling materials of quilts had a significant effect on the measured sleep quality （P＜0.1）， for instance， the gauze quilts with cotton padding exhibited the highest sleep efficiency， which was significantly greater than that of the down quilts （P＜0.05）， and the gauze quilts with cotton padding ranked second only to the chemical fiber quilts in terms of deep sleep duration， accounting for 28.63% of the total time in bed. Furthermore， the chemical fiber quilts were significantly better than the silk quilts in terms of deep sleep duration. The sleep quality results indicated that the gauze quilts with cotton padding and chemical fiber quilts provided the best sleep quality， followed by the wool quilts and the down quilts， and the silk quilts were the lowest. The quilt filling material had little effect on thermal and moisture comfort property and all five quilts performed well. To be specific， the gauze quilts with cotton padding had the best thermal and moisture comfort， the wool quilts showed the greatest thermal resistance and provided the best thermal insulating property. The gauze quilts with cotton padding had a higher percentage of low frequency heart rate and better sleep performance. The subjective thermal and moisture sensation ratings were all close to comfort， locating in the slightly cool range， especially for the silk quilts， whereas that for the wool quilts was between neutral and slightly warm. All five quilts were rated as comfortable， with the chemical fiber and wool quilts receiving the highest comfort ratings （both rated 0）. For the ease of falling asleep and sleep satisfaction， the silk quilts were better than the others and less likely to wake up， followed by the gauze quilts with cotton padding， and the down quilts were the worst. In addition， the gauze quilts with cotton padding were the best in terms of being refreshed after sleep， and the silk quilts were the worst.

The chemical fiber quilts show the longest deep sleep duration， the highest sleep efficiency and the best sleep performance， the gauze quilts with cotton padding have the highest sleep efficiency， the second longest deep sleep and also achieve better sleep quality， the wool quilts have the highest thermal resistance to provide good warmth and the best thermal and moisture comfort， but are thicker and have a poorer fit， the silk quilts have the worst sleep quality and the lowest proportion of deep sleep， and the down quilts provide a better sleep performance. In summary， in a winter heating room， chemical fiber quilts or gauze quilts with cotton padding can lead to better sleep performance. If the indoor temperature is slightly lower than this simulated environment， wool quilts can provide good thermal and moisture comfort during the night. Therefore， it is recommended to select quilts with higher thermal insulation and improved breathability to ensure optimal sleep quality.

Keywords： quilts; sleep quality; thermal and moisture comfort; winter heating room; deep sleep