環(huán)境溫度突變時(shí)人體熱感覺(jué)變化機(jī)制研究進(jìn)展

黃倩倩， 李 俊,2

(1. 東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 上海 200051； 2. 東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200051)

人體經(jīng)常在不同環(huán)境之間轉(zhuǎn)換，由于環(huán)境溫度不同而帶來(lái)的溫度突變會(huì)影響人體熱感覺(jué)，目前還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定2個(gè)環(huán)境之間可接受的突變溫差。在穩(wěn)態(tài)條件下，熱感覺(jué)與環(huán)境溫度相關(guān)性較好，ISO 7730：2005《熱環(huán)境工效學(xué)：通過(guò)計(jì)算PMV和PPD指數(shù)及局部熱舒適度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熱舒適度作分析性預(yù)測(cè)和解釋》推薦PMV指標(biāo)(預(yù)測(cè)平均熱感覺(jué)投票值)用于熱感覺(jué)評(píng)價(jià)；而在環(huán)境溫度突變下，PMV適用性不足[1]，現(xiàn)有研究仍處于對(duì)熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)變化機(jī)制的探索中。

1967年，Gagge等[2]率先開(kāi)展了環(huán)境溫度突變下的人體實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)了2條重要規(guī)律：第一，在環(huán)境溫度突變的情況下，人體產(chǎn)生心理超前(anticipatory)現(xiàn)象，表現(xiàn)為熱感覺(jué)等心理反應(yīng)變化超前于皮膚溫度的變化；第二，在突變瞬間，人體出現(xiàn)熱感覺(jué)超越(overshooting)現(xiàn)象，表現(xiàn)為環(huán)境溫度突然上升或下降時(shí)，熱感覺(jué)的初始反應(yīng)非常強(qiáng)烈，而后逐漸減弱至穩(wěn)態(tài)水平。隨后Dear[3]、Nagano等[4]、Tsutsumi等[5]的研究也得到了相似的結(jié)論。人體通過(guò)溫度感受器快速捕捉外界冷熱刺激，并將刺激信號(hào)傳遞給下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞獲得冷熱感覺(jué)，下丘腦再根據(jù)冷熱感知結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，包括控制血管舒縮、皮膚出汗、骨骼肌戰(zhàn)栗等，皮膚溫度產(chǎn)生相應(yīng)變化，因此，人體能夠即刻產(chǎn)生熱感覺(jué)變化，而皮膚溫度變化相對(duì)滯后，這可能是造成心理超前現(xiàn)象的主要原因[2]。至于熱感覺(jué)超越，可能與瞬時(shí)皮膚溫度變化率過(guò)大有關(guān)[2]。

為量化環(huán)境溫度突變下人體熱感覺(jué)的動(dòng)態(tài)變化特征，學(xué)者們重點(diǎn)研究了熱感覺(jué)與各項(xiàng)生理參數(shù)的關(guān)系。首先關(guān)注到的是皮膚溫度，發(fā)現(xiàn)熱感覺(jué)與皮膚溫度存在一定相關(guān)性，結(jié)合皮膚溫度變化率可對(duì)溫度突變下的熱感覺(jué)進(jìn)行預(yù)測(cè)[6]。Chen等[7]發(fā)現(xiàn)皮膚毛細(xì)血管血流量在降溫突變時(shí)也表現(xiàn)出了類(lèi)似的超越現(xiàn)象，但并未進(jìn)一步研究熱感覺(jué)與血流量的關(guān)系。其次，核心溫度也可能是影響熱感覺(jué)的重要參數(shù)，在Zhang的模型[8-9]與Fiala的模型[10]中展開(kāi)了討論。此外，目前研究發(fā)現(xiàn)，熱感覺(jué)與皮膚表面熱損失之間存在線(xiàn)性關(guān)系(復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.91)，為熱感覺(jué)預(yù)測(cè)提供了新的方向[11]。

為充分理解環(huán)境溫度突變特征對(duì)人體熱感覺(jué)的作用規(guī)律，建立更加完善的熱感覺(jué)評(píng)價(jià)體系，本文就環(huán)境溫度突變研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行整理與回顧，包括溫度突變特征對(duì)人體熱感覺(jué)的作用規(guī)律，以及溫度突變引起人體熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)變化的生理機(jī)制，最后總結(jié)了研究前沿并對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1 環(huán)境溫度突變特征參數(shù)

人體熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)變化受多種因素的影響，本文從環(huán)境溫度突變這一因素，根據(jù)環(huán)境溫度的大小、變化幅度與升降情況，主要?dú)w納了初始溫度、突變溫差與突變方向等特征參數(shù)對(duì)熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)變化的作用。

1.1 初始溫度

本文將初始溫度界定為突變前的環(huán)境溫度，包括高溫、中性溫度及低溫的情況。一般是研究高(低)溫的室外與中性的室內(nèi)之間的溫度突變，且熱環(huán)境與冷環(huán)境的研究通常是分開(kāi)的，這可能會(huì)忽略高低溫瞬間轉(zhuǎn)變引起的人體熱感覺(jué)特異性變化。單獨(dú)分析初始環(huán)境溫度的影響較少，通常是與突變溫差一起，對(duì)熱感覺(jué)變化幅度、達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間進(jìn)行分析[12]。

1.2 突變溫差

突變溫差是指2個(gè)環(huán)境的溫度差值，可概括為大溫差(≥20 ℃)、中溫差(5～20 ℃)與小溫差(≤5 ℃)。目前的研究范圍集中在中小溫差的環(huán)境溫度突變。研究點(diǎn)在于探討一個(gè)可接受突變溫差的閾值，使得人體在不同環(huán)境間轉(zhuǎn)換時(shí)熱感覺(jué)變化符合ISO 7730：2005中80%可接受性的要求。有學(xué)者[11-12]發(fā)現(xiàn)從“熱→中性”突變，可接受的突變溫差最大為 5 ℃。文獻(xiàn)[7]考察了溫差更小的情況發(fā)現(xiàn)，溫差突變?yōu)? ℃，人體生理參數(shù)無(wú)顯著性變化。目前研究“中性?非中性”突變中最小溫差為3 ℃，引起約0.5個(gè)單位(7級(jí)標(biāo)尺)的熱感覺(jué)變化，該變化仍處于熱舒適范圍(ISO 7730：2005推薦的-0.5～0.5區(qū)間)內(nèi)[13]，并且熱感覺(jué)在3 min內(nèi)便達(dá)到平衡[14]，因此認(rèn)為，3 ℃以?xún)?nèi)的溫度突變對(duì)熱感覺(jué)變化的影響較小，但是否溫差小于3 ℃時(shí)就能夠采用穩(wěn)態(tài)環(huán)境下的PMV指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

與小溫差相比，較大溫差突變會(huì)引起熱感覺(jué)更大范圍的變化，甚至達(dá)到熱感覺(jué)極值。文獻(xiàn)[15]發(fā)現(xiàn)，15 ℃的中溫差突變會(huì)引起頭暈、疲勞、呼吸急促、心率加快等生理應(yīng)激反應(yīng)。此外，室內(nèi)外溫差過(guò)大可能與心腦血管疾病發(fā)病率存在相關(guān)性[16]。

就大溫差而言，存在于消防救援等特殊高溫作業(yè)情形，比如消防員進(jìn)出火場(chǎng)所面臨的幾十度溫差突變。然而，目前研究鮮有考慮，為保障消防員健康安全，對(duì)大溫差下人體熱感覺(jué)的研究很有必要。

1.3 突變方向

突變方向分為升溫與降溫2個(gè)方向。熱感覺(jué)對(duì)降溫突變更加敏感，對(duì)升溫突變更加遲鈍，這可能與人體皮膚溫度感受器的數(shù)量與分布位置有關(guān)。生理學(xué)研究[17]發(fā)現(xiàn)，人體皮膚的冷感受器數(shù)量是熱感受器的4～10倍，且冷感受器在皮膚層中分布的位置較熱感受器更淺(冷感受器和熱感受器分別位于皮表下0.2與0.5 mm[18])，因此，皮膚溫度感受器能夠更迅速和更易感受環(huán)境的冷刺激，使得冷感變化更強(qiáng)烈。

1.4 其他特征參數(shù)

除以上基本特征參數(shù)外，突變次數(shù)與停留時(shí)長(zhǎng)也會(huì)影響熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)變化。突變次數(shù)可分為單次升降、2個(gè)環(huán)境間的往返式突變以及多次突變3種類(lèi)型。Ozaki等[19]對(duì)寒冷環(huán)境(-25 ℃)進(jìn)行了3次重復(fù)溫度突變，結(jié)果表明，熱感覺(jué)、直腸溫度、皮膚溫度、體內(nèi)蓄熱量、血壓、手顫抖等熱反應(yīng)在不同階段都有顯著差異。為進(jìn)一步探究突變次數(shù)引起熱感覺(jué)變化差異的原因，Chun等[20]進(jìn)行了18次溫度突變實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熱感覺(jué)主要是受到熱經(jīng)歷的影響，在最后一次中性環(huán)境中的熱感覺(jué)是由整個(gè)過(guò)程中的溫度變化所決定的。這也表明人類(lèi)具有熱適應(yīng)能力，可根據(jù)環(huán)境的變化及時(shí)運(yùn)用生理機(jī)制調(diào)節(jié)人體與外界的熱交換大小，以保持體溫在一個(gè)合適的范圍內(nèi)[21]。

就突變停留時(shí)長(zhǎng)而言，現(xiàn)有研究大都將其設(shè)置在30 min以上，2 h以下，以保證人體熱感覺(jué)及其他熱反應(yīng)能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但實(shí)際上，并非在所有溫度突變下的人體熱反應(yīng)都會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)檫€受到突變溫差與方向等因素的影響。另外，短時(shí)多次環(huán)境溫度突變更接近實(shí)際情況，因此，有必要針對(duì)短時(shí)多次環(huán)境溫度突變下人體非穩(wěn)態(tài)熱感覺(jué)進(jìn)行研究。

2 熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的研究是量化環(huán)境溫度突變特征參數(shù)對(duì)熱感覺(jué)影響機(jī)制的基礎(chǔ)，也可為建立熱感覺(jué)預(yù)測(cè)模型提供參考依據(jù)。根據(jù)ISO 7730：2005，熱感覺(jué)采用-3～3的7級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)尺，依次表示冷、涼、稍涼、不冷不熱、稍暖、暖、熱。在環(huán)境溫度突變后，熱感覺(jué)產(chǎn)生超越現(xiàn)象，然后逐漸減弱并趨于穩(wěn)態(tài)，在往返式的溫度突變中存在熱感覺(jué)不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象。本節(jié)從熱感覺(jué)超越、熱感覺(jué)變化量、趨于穩(wěn)態(tài)的時(shí)間、熱感覺(jué)不對(duì)稱(chēng)4個(gè)方面進(jìn)行熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的總結(jié)。

2.1 熱感覺(jué)超越現(xiàn)象

熱感覺(jué)超越的發(fā)生存在一定條件，首先可能與突變溫差有關(guān)[4,7,18]。目前研究中溫差大于5 ℃時(shí)通常會(huì)產(chǎn)生熱感覺(jué)超越[7,11,18]。在5 ℃的溫差突變中，Zhao等[18]發(fā)現(xiàn)在“25 ℃→30 ℃→25 ℃”的升溫突變中未出現(xiàn)熱感覺(jué)超越，但在降溫突變中存在熱感覺(jué)超越。但是，Liu等[11]研究“30 ℃→25 ℃→30 ℃”的溫度突變發(fā)現(xiàn)，升降溫突變均存在熱感覺(jué)超越。2次實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果存在一定差異，可能是受到突變順序的影響。Chen等[7]對(duì)“28 ℃→24 ℃”“20 ℃→24 ℃”的2種4 ℃溫差突變進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，未發(fā)生熱感覺(jué)超越。

其次，突變方向也會(huì)影響熱感覺(jué)超越，降溫突變更易產(chǎn)生熱感覺(jué)超越[11]。對(duì)于升溫突變，一部分研究[2,22]中未發(fā)現(xiàn)熱感覺(jué)超越，熱感覺(jué)表現(xiàn)為隨時(shí)間變化逐漸上升。但有學(xué)者[13-14]在25～32 ℃偏熱環(huán)境的升溫突變中發(fā)現(xiàn)了熱感覺(jué)超越現(xiàn)象，且在環(huán)境相對(duì)濕度較高的情況下表現(xiàn)得更為明顯，但隨著突變溫差的增大，這種現(xiàn)象反而減弱[14]。

此外，熱感覺(jué)超越還受到服裝的影響。如在 1次著裝低溫突變研究中發(fā)生了熱感覺(jué)超越滯后效應(yīng)[23]，這可能是由于所用冬季服裝的熱阻較大，影響了人與環(huán)境間的熱交換能力，但目前大部分研究多采用輕質(zhì)服裝(小于0.6 clo)或不著服裝，這將無(wú)法解釋高溫作業(yè)人員穿著厚重且不透氣的防護(hù)服裝時(shí)面臨的大溫差突變的情況。

2.2 熱感覺(jué)變化量

熱感覺(jué)變化量可分為突變瞬時(shí)變化量與平均變化量2個(gè)方面。瞬時(shí)變化量是指突變時(shí)刻前后的熱感覺(jué)投票差值，受到突變溫差與方向的影響。一般來(lái)說(shuō)，突變溫差越大，熱感覺(jué)瞬時(shí)變化量越大。10 ℃ 溫差的突變可能會(huì)引起3個(gè)單位(7級(jí)標(biāo)尺)以上的熱感覺(jué)瞬時(shí)變化量[24]。降溫突變的熱感覺(jué)瞬時(shí)變化量大約是升溫突變的2倍[3]。平均變化量是指熱感覺(jué)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后的投票值與突變前穩(wěn)態(tài)值的差值。研究發(fā)現(xiàn)，“中性→非中性”“非中性→中性”突變，熱感覺(jué)平均變化量與突變溫差呈良好的線(xiàn)性關(guān)系(R2分別為0.97、0.95)[22]。

熱感覺(jué)變化量是研究的重點(diǎn)，一方面是充分了解溫度突變類(lèi)型對(duì)人體熱舒適影響程度的基礎(chǔ)，另一方面為可接受突變溫差研究提供依據(jù)。現(xiàn)有研究的中小溫度突變條件，限制了熱感覺(jué)變化量的研究范圍，未來(lái)可結(jié)合大溫差突變進(jìn)行擴(kuò)展。

2.3 熱感覺(jué)趨于穩(wěn)態(tài)的時(shí)間

環(huán)境溫度突變引起熱感覺(jué)超越僅發(fā)生在前 10 min，且前2 min最顯著[11]，然后隨著時(shí)間的推移，熱感覺(jué)會(huì)在新的環(huán)境中達(dá)到平衡，但不同的溫度突變條件下，熱感覺(jué)達(dá)到平衡的時(shí)間不同。大部分研究發(fā)現(xiàn)，熱感覺(jué)在突變后30 min內(nèi)能夠達(dá)到穩(wěn)定[14,24-25]。穩(wěn)定時(shí)間主要受到突變溫差的影響，突變前后環(huán)境的溫差越大，熱感覺(jué)達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間越長(zhǎng)[24]。另外，降溫突變時(shí)的熱感覺(jué)比升溫突變時(shí)更快達(dá)到穩(wěn)定[11]：溫差同為6 ℃時(shí)，從中性環(huán)境進(jìn)入冷環(huán)境，熱感覺(jué)在1 min時(shí)迅速下降并快速達(dá)到穩(wěn)定；但從中性到熱環(huán)境時(shí)，熱感覺(jué)需約20 min才能達(dá)到穩(wěn)定[22]。

然而，目前研究無(wú)法定量化解釋熱感覺(jué)隨時(shí)間的變化特性，也就不能量化突變特征參數(shù)對(duì)熱感覺(jué)達(dá)穩(wěn)定時(shí)間的影響。可借鑒杜等[26]引入Knothe時(shí)間函數(shù)探究皮膚溫度隨時(shí)間響應(yīng)特性的方法，進(jìn)行熱感覺(jué)變化規(guī)律的定量化研究。

2.4 熱感覺(jué)不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象

熱感覺(jué)不對(duì)稱(chēng)是指在“中性→熱(冷)→中性”往返式溫度突變時(shí)，前后2次在中性環(huán)境中的熱感覺(jué)投票值不同，表現(xiàn)為經(jīng)歷過(guò)低溫突變后熱感覺(jué)投票升高，經(jīng)歷過(guò)高溫突變后熱感覺(jué)投票降低[22]。這與著名的Weber“三碗水”實(shí)驗(yàn)[17]結(jié)果相吻合。Zhang等[22]對(duì)這種不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象進(jìn)行了如下解釋?zhuān)涸跓岣杏X(jué)達(dá)到穩(wěn)定后，皮膚溫度還在繼續(xù)變化，而此時(shí)的皮膚溫度變化率對(duì)熱感覺(jué)的影響大于皮膚溫度，使得熱感覺(jué)仍繼續(xù)變化，而偏離中性條件下熱感覺(jué)的投票值。

此外，在“熱→中性→熱”往返式突變中也存在熱感覺(jué)不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象[13]，但是，對(duì)于“冷→中性/熱→冷”“熱→冷→熱”等其他條件，是否仍存在熱感覺(jué)不對(duì)稱(chēng)需要進(jìn)一步研究，為全面探究熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)變化機(jī)制提供依據(jù)。

3 環(huán)境溫度突變下熱感覺(jué)預(yù)測(cè)模型

預(yù)測(cè)人體熱感覺(jué)的方法主要有2種：一種是直接建立環(huán)境參數(shù)與人體熱感覺(jué)的關(guān)系，比如預(yù)測(cè)PMV值，這種方法多用于穩(wěn)態(tài)條件，對(duì)于環(huán)境溫度突變下的熱感覺(jué)預(yù)測(cè)偏差較大；另一種是基于人體生理反應(yīng)，重點(diǎn)在于量化生理指標(biāo)與熱感覺(jué)之間的關(guān)系，這種方法建立的熱感覺(jué)預(yù)測(cè)模型適用范圍更廣，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度更高，因此，更受學(xué)者們推崇。本文將適用于動(dòng)態(tài)條件的熱感覺(jué)預(yù)測(cè)模型統(tǒng)稱(chēng)為動(dòng)態(tài)熱感覺(jué)模型，并基于方法2總結(jié)了以下3種構(gòu)建動(dòng)態(tài)熱感覺(jué)預(yù)測(cè)模型的方式：與皮膚溫度感受器所處皮膚層的皮溫建立關(guān)系，與人體表面皮膚溫度及其變化率建立關(guān)系，增加核心溫度的考慮。

3.1 基于脈沖頻率的熱感覺(jué)預(yù)測(cè)

依據(jù)人體的體溫調(diào)節(jié)機(jī)制[17]可知，人體冷熱感覺(jué)的產(chǎn)生與溫度感受器的工作方式有最直接的關(guān)系。Hensel等[27]對(duì)動(dòng)靜態(tài)條件下皮膚溫度感受器脈沖頻率進(jìn)行了測(cè)量，并總結(jié)了其變化規(guī)律：當(dāng)皮膚溫度恒定時(shí)，感受器靜態(tài)放電，熱感受器峰值更高，冷感受器變化范圍更大；當(dāng)皮膚溫度由“低→高→低”時(shí)，在升溫突變時(shí)熱感受器脈沖頻率瞬時(shí)上升至峰值，而后逐漸下降至穩(wěn)態(tài)，在降溫突變時(shí)冷感受器脈沖頻率瞬時(shí)上升至峰值，而后逐漸下降至穩(wěn)態(tài)。

根據(jù)皮膚溫度感受器脈沖頻率的反應(yīng)特性，Ring等[6]提出了動(dòng)態(tài)熱感覺(jué)預(yù)測(cè)模型，該模型將皮膚溫度感受器響應(yīng)分為穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)2個(gè)部分，穩(wěn)態(tài)部分與溫度感受器所在皮膚層溫度有關(guān)，動(dòng)態(tài)部分與溫度感受器所在皮膚層溫度變化率有關(guān)。溫度感受器所在皮膚層溫度是利用關(guān)于均勻平板熱擴(kuò)散的原理[28]，使用溫度感受器厚度與時(shí)間計(jì)算。進(jìn)一步為區(qū)別不同身體部位的溫度熱感受的敏感度，結(jié)合面積求和因子(ASF)，得到人體各部位的熱感覺(jué)預(yù)測(cè)模型：

式中：U為動(dòng)態(tài)熱感覺(jué)(同ISO 7730：2005采用-3到3的7級(jí)主觀評(píng)價(jià))；i表示身體部位；R為溫度感受器脈沖頻率，Hz；ASF為身體部位的面積因子，臉部、頸部、手部的ASF為5，其他部位的ASF為1或2；Ks為靜態(tài)脈沖的比例系數(shù)；Kd為動(dòng)態(tài)脈沖的比例系數(shù)；Ts為溫度感受器所在皮膚層溫度，℃。

可以發(fā)現(xiàn)，用溫度感受器脈沖頻率表征人體熱感覺(jué)最為直接有效，但溫度感受器脈沖頻率的獲取具有一定難度，最終構(gòu)建的熱感覺(jué)模型實(shí)際是通過(guò)皮膚溫度感受器所在皮膚層溫度及其變化率計(jì)算得到。這使得該類(lèi)模型的應(yīng)用性不強(qiáng)，更適用于熱調(diào)節(jié)機(jī)制的理論研究。

3.2 基于皮膚溫度的熱感覺(jué)預(yù)測(cè)

皮膚溫度感受器所在皮膚層的溫度測(cè)量較為困難，為簡(jiǎn)化問(wèn)題，相關(guān)學(xué)者們開(kāi)展了大量人體實(shí)驗(yàn)，探究熱感覺(jué)與皮膚溫度之間的關(guān)系[14,29-30]。Wang等[29]進(jìn)一步提出了動(dòng)態(tài)熱感覺(jué)的預(yù)測(cè)模型：

U=U0+ΔU

式中：U0為穩(wěn)態(tài)項(xiàng)；ΔU為動(dòng)態(tài)項(xiàng)。

早期KEN等[31]認(rèn)為穩(wěn)態(tài)項(xiàng)與皮膚溫度呈線(xiàn)性關(guān)系，但隨著人體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的增多，尤其是極端冷熱環(huán)境條件下人體熱反應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)項(xiàng)與皮膚溫度呈曲線(xiàn)關(guān)系。其中，F(xiàn)iala等[10]對(duì)220次熱暴露實(shí)驗(yàn)下熱感覺(jué)穩(wěn)態(tài)項(xiàng)進(jìn)行分析，采用tanh雙曲函數(shù)進(jìn)行非線(xiàn)性回歸，在13～48 ℃的穩(wěn)態(tài)環(huán)境下熱感覺(jué)預(yù)測(cè)精度較高。此外，Zhang模型[8]考慮局部皮膚溫度的影響，并建立了非線(xiàn)性回歸函數(shù)，提高了預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。

如前所述，熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)項(xiàng)受到皮膚溫度變化率的影響，而對(duì)于動(dòng)態(tài)項(xiàng)的具體計(jì)算，目前仍存在爭(zhēng)議。Wang等[29]建立了動(dòng)態(tài)項(xiàng)與皮膚溫度變化率的線(xiàn)性關(guān)系式。張宇峰等[14]利用動(dòng)態(tài)熱感覺(jué)與穩(wěn)態(tài)項(xiàng)的差值得到動(dòng)態(tài)項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)項(xiàng)隨皮膚溫度變化率的變化而變化，其中，初始時(shí)刻的皮膚溫度變化率較大，其后時(shí)刻的變化率較小，進(jìn)而得到2個(gè)不同的動(dòng)態(tài)項(xiàng)與皮膚溫度變化率的線(xiàn)性回歸關(guān)系式(R2=0.97、0.77)。此外，楊宇[30]利用大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)項(xiàng)還受到皮膚溫度變化率變化范圍的影響：當(dāng)皮膚溫度變化率大于0時(shí)，動(dòng)態(tài)項(xiàng)與皮膚溫度變化率成對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系；當(dāng)皮膚溫度變化率小于0時(shí)，動(dòng)態(tài)項(xiàng)與皮膚溫度變化率成二次函數(shù)關(guān)系。

一般認(rèn)為在穩(wěn)態(tài)條件下，熱感覺(jué)與皮膚溫度呈較好的相關(guān)性[31]；而在溫度突變條件下，熱感覺(jué)與皮膚溫度具有離散性，可能的原因是皮膚溫度變化率的突然增大[2]。目前關(guān)于熱感覺(jué)穩(wěn)態(tài)項(xiàng)與動(dòng)態(tài)項(xiàng)的計(jì)算方式還未有統(tǒng)一定論。

3.3 考慮核心溫度的熱感覺(jué)預(yù)測(cè)

從生理學(xué)角度來(lái)說(shuō)，熱感覺(jué)是大腦對(duì)溫度感受器傳入信號(hào)綜合分析的結(jié)果，溫度感受器廣泛分布于皮膚、黏膜、內(nèi)臟和肌肉等各處，因而Arens等[32]認(rèn)為人體熱感覺(jué)除了受皮膚溫度的影響外，還受到核心溫度變化的影響。進(jìn)而，Zhang等[8]通過(guò)5次環(huán)境溫度突變實(shí)驗(yàn)，以及242次局部身體冷熱突變，對(duì)人體13個(gè)部位分別建立了局部熱感覺(jué)回歸模型，該模型增加了核心溫度這一因素(其中核心溫度的影響體現(xiàn)在動(dòng)態(tài)項(xiàng)上)，公式為

式中：Tsk,i為局部皮膚溫度，℃；Tsk,i,set為熱中性時(shí)的局部皮膚溫度，℃；Tsk為平均皮膚溫度，℃；Tsk,set為熱中性時(shí)平均皮膚溫度，℃；Tcr為核心溫度，℃；t為時(shí)間，s；C1為穩(wěn)態(tài)項(xiàng)系數(shù)，對(duì)于胸部或背部等部位，其皮膚溫度的小幅下降就會(huì)引起較大的降溫感覺(jué)，C1的經(jīng)驗(yàn)值為1，而對(duì)于手部等肢體末端部位，皮膚溫度變化范圍較大，C1的經(jīng)驗(yàn)值為0.5；K1為穩(wěn)態(tài)項(xiàng)系數(shù)，考慮局部熱感覺(jué)受全身熱狀態(tài)的影響；C2i、C3i為動(dòng)態(tài)項(xiàng)系數(shù)，利用溫?zé)峄蛑行原h(huán)境下局部冷卻的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸獲得，文獻(xiàn)[8]給出各部位的參考值。

由公式可知，C1、K1、C2i、C3i系數(shù)對(duì)模型的精度十分關(guān)鍵，但文獻(xiàn)[8]未考慮偏冷環(huán)境的局部加熱，以及熱環(huán)境的局部冷卻等情形，因此，對(duì)于此類(lèi)環(huán)境突變條件，模型系數(shù)C2i與C3i可能需要進(jìn)行驗(yàn)證與優(yōu)化。另外，模型中人體熱中性皮膚溫度設(shè)定值Tsk,i,set與Tsk,set是根據(jù)熱調(diào)節(jié)模型計(jì)算得到[33]，并非真實(shí)人體實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。再者，模型主要是基于身體局部通風(fēng)方式構(gòu)建的，與整體進(jìn)行不同環(huán)境間的溫度突變具有差異，這種差異是否影響局部熱感覺(jué)占整體熱感覺(jué)的權(quán)重需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

此外，F(xiàn)iala熱感覺(jué)模型[10]的動(dòng)態(tài)項(xiàng)也考慮了核心溫度的影響，采用核心溫度對(duì)熱中性狀態(tài)的偏離量作為變量，而不是Zhang模型使用的核心溫度變化率。Koelblen等[34]對(duì)比了中性條件下的小溫差突變時(shí)Fiala與Zhang模型預(yù)測(cè)的精度，通過(guò)比較二者的均方根誤差(RMSD)認(rèn)為，前者的精度略高(RMSDFiala=0.7；RMSDZhang=0.9)，但值得注意的是，研究?jī)H涉及到偏中性的環(huán)境溫度條件(17～32 ℃)，對(duì)于大溫差環(huán)境溫度突變的適用性有待商榷，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于歐美人體，針對(duì)于中國(guó)人體的適用性值得進(jìn)一步探究。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前研究對(duì)于環(huán)境溫度突變下會(huì)發(fā)生心理超前與熱感覺(jué)超越的現(xiàn)象已達(dá)成共識(shí)，從熱舒適的角度提出5 ℃突變溫差可作為2個(gè)環(huán)境溫度突變的最大可接受閾值，但無(wú)法為特殊高溫作業(yè)人員提供有效防護(hù)。此外，服裝的熱濕傳遞性能會(huì)影響熱感覺(jué)變化規(guī)律，相比現(xiàn)有研究多采用的裸體或輕薄服裝，厚重防護(hù)服或其他著裝方式在環(huán)境溫度突變下對(duì)人體熱感覺(jué)的影響不可忽視。對(duì)于環(huán)境溫度突變下熱感覺(jué)預(yù)測(cè)模型的研究，主要是通過(guò)建立皮膚溫度、核心溫度與動(dòng)態(tài)熱感覺(jué)的回歸關(guān)系的方式。目前大部分研究將動(dòng)態(tài)熱感覺(jué)分為穩(wěn)態(tài)項(xiàng)與動(dòng)態(tài)項(xiàng)分別進(jìn)行計(jì)算，關(guān)于穩(wěn)態(tài)項(xiàng)與動(dòng)態(tài)項(xiàng)的計(jì)算方法仍需討論與驗(yàn)證。綜上，未來(lái)環(huán)境溫度突變的研究可以考慮以下3個(gè)方面：

1)環(huán)境溫度突變強(qiáng)度分級(jí)規(guī)則研究。目前研究以“中性?高(低)溫”的突變?yōu)橹鳎雎粤嗽凇案邷?低溫”瞬間轉(zhuǎn)變而引起的人體應(yīng)激反應(yīng)，無(wú)法解釋高溫作業(yè)人員常面臨的冷熱環(huán)境溫度突變下人體熱反應(yīng)特性，例如火場(chǎng)高溫現(xiàn)場(chǎng)與冬季戶(hù)外的大溫差突變，這可能帶來(lái)強(qiáng)烈的不舒適感甚至健康問(wèn)題。此外，目前主要考慮初始溫度、突變溫差與方向3個(gè)特征參數(shù)的影響，較少考慮突變次數(shù)與停留時(shí)長(zhǎng)，這不利于全面探究溫度突變特征對(duì)人體熱感覺(jué)的影響機(jī)制，因此，有必要擴(kuò)展突變溫差范圍，增加突變特征參數(shù)，揭示人體動(dòng)態(tài)熱反應(yīng)變化規(guī)律，基于整體與局部熱感覺(jué)、皮膚溫度、核心溫度等指標(biāo)，建立環(huán)境溫度突變強(qiáng)度分級(jí)規(guī)則。

2)環(huán)境溫度突變下服裝的熱濕傳遞規(guī)律及其對(duì)人體熱感覺(jué)的影響機(jī)制研究。服裝作用于人與環(huán)境之間，其熱濕傳遞性能會(huì)影響人體熱感覺(jué)，且在環(huán)境溫度突變下，人體通常會(huì)改變著裝方式進(jìn)行行為調(diào)節(jié)，如增減衣物或調(diào)節(jié)服裝開(kāi)口大小與方向，因此，探究環(huán)境溫度突變下服裝的熱濕傳遞規(guī)律有利于建立環(huán)境與人體之間的量化關(guān)系，理解熱感覺(jué)動(dòng)態(tài)變化機(jī)制。

3)熱感覺(jué)預(yù)測(cè)模型在冷熱環(huán)境溫度突變下的適用性研究。目前比較先進(jìn)的熱感覺(jué)模型是Fiala與Zhang模型，對(duì)模型的驗(yàn)證主要集中在溫?zé)岬缴岳涞姆秶鷥?nèi)，對(duì)于冷熱突變的適用性，需要結(jié)合中國(guó)人體實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，Zhang模型的系數(shù)、熱中性局部皮膚溫度設(shè)定值，以及局部熱感覺(jué)占整體熱感覺(jué)的權(quán)重在特定溫度突變條件下的適用性也有必要通過(guò)人體實(shí)驗(yàn)展開(kāi)討論，以全面提高熱感覺(jué)預(yù)測(cè)模型的適用范圍。