重新审视热舒适性和热感
重新审视热舒适性和热感
热环境与人类的生活息息相关，不仅影响着人们的舒适度和健康状况，还关系到工作效率和建筑能耗。在评估热环境时，热舒适性和热感是两个核心概念，但它们之间存在复杂的对应关系。本文将深入探讨热舒适性研究的现状、影响热舒适性的多个因素，以及如何更准确地评估热环境。
热舒适性研究的现状
主观测量是评估热环境的一种经常采用且可靠的方法。其他评估方法，例如基于环境或生理参数的热舒适建模，通常以主观评估的结果为基础作为基准。因此，对热环境的准确和有效的评估与建立科学严谨的主观投票量表有着内在的联系。在当前对热环境的评估中，采用的主要指标是热感，通常使用 ASHRAE-55 （ ASHRAE 2020 ） 和其他一些标准推荐的 7 级量表（冷、冷、微冷、中性、微暖、暖、热）。问卷中常见的问题是，受访者被问到：“你的一般热感觉是什么？然而，这项调查缺乏与情绪态度有关的信息，例如满意度、舒适度、可接受性。 Parsons （2014） 阐明了热感觉主要构成对热感受器状态的心理反应， Liu et al. （2020） 同样将量表描述为属于知觉描述领域，没有情感信息。
然而，在对热环境的众多评估中，热感觉通常与舒适度、满意度和相关投票直接相关。ASHRAE-55 解决了热感觉和舒适度可接受性之间的对应关系，指出：“在七点热感觉量表上，-1.5 到 +1.5（含）之间的投票应除以总票数，以获得在调查期间观察到的舒适可接受性的概率。（ ASHRAE 2020 年）。这种对应关系的两个前提值得进一步讨论：（1） 热中性状态是否真的与舒适、满足、可接受等的最高概率一致？（2） 个体是否仅仅基于处于相同的热感觉状态而体验到相同的舒适、满足等情绪？大量研究强调，热中性温度不一定对应于与热舒适或偏好相关的温度（ Albadra 等人，2017 年）。人类的感觉被认为是多维的，而热感觉被认为是更广泛的舒适概念的一个组成部分。此外，热舒适度可能会受到对空气速度、湿度、衣服等的感知的影响。因此，热感觉可能无法充分代表热舒适（ Liu 等人，2020 年）。
然而，目前流行的指数和指南主要基于热感觉。PMV 模型 （ Fanger 1970 ） 是热环境评估发展的一个里程碑，并且仍然是当今工程应用中应用最广泛的指标之一。PMV 以热平衡方程为基础，在六个参数和热感觉之间建立了定量关系。然而，它从根本上说是一个依赖于热感觉投票的经验公式，缺乏对热舒适度和满意度等主观反应的考虑。PMV-PPD 关系的基础假设是，热感觉投票超过 ±2 的个体会表达对热环境的不满（ Fanger 1970 ）。另一个更常用的指标是基于双节点模型计算的标准有效温度 （SET），它假设与标准环境具有相同热损失、皮肤湿润度和皮肤温度的环境将引起相同的热感觉，而不涉及舒适度等情感方面。ASHRAE-55、ISO 7730、GB 50736 等标准对热环境的评估主要基于 PMV 或 SET 计算。因此，目前对热环境的评估严重依赖于热感觉，在很大程度上忽略了与热舒适度和满意度等主观反应相关的概念。
影响热舒适性的多个因素
环境本身及其对个人的影响是复杂的。同时，人类能动性确保人体不会被动地对环境变化做出反应，而是参与包括生理、心理、认知和行为方面的多方面反应，如图 1 所示。这种复杂性强调了热感知不能仅仅通过单个维度（如热感觉）来描述。
图 1 人与环境多维关联模型
（1） 环境的复杂性
一般来说，直接影响热感觉的主要因素有 6 个，包括四个环境因素：空气温度、辐射温度、风速和湿度，以及衣服绝缘和代谢率。温度通常与热感觉的相关性最高，而风速和湿度等因素不仅会影响热感觉，还会引入额外的感觉，例如气流或闷热感。因此，即使这六个参数的组合达到了中性热感状态，气流仍然可能引起不适。除了与热感觉直接相关的因素外，声音、光线或空气质量等其他因素也可能影响热感知（ Wu 等人，2020 年）。此外，心理因素可能是热感觉和热舒适之间的中介（ Schweiker 等人，2017 年），使热舒适比热感觉更容易受到更广泛的影响。这使得仅依靠热感觉来表示热舒适水平的能力进一步复杂化，使定量分析和预测更具挑战性。
（2） 人类反应的复杂性
人类不是外部环境的被动接受者，相反，我们有能力不断感知周围的环境，调节生理状态，并通过行为提供反馈。人体对环境的复杂反应涉及生理反应、主观反应和认知加工，不同的反应相互影响。
例如，热环境最初会影响皮肤中的热感受器，触发某些不自主的神经生理调节反应，例如出汗、颤抖和激素分泌，以维持热平衡和中性。当生理调节不足以维持热中性时，就会出现主观感觉，例如热感或冷感。在这些感觉的驱动下，个体表现出调节行为，例如调整衣服、改变活动、改变位置或调整窗户，以寻求热中性（ Brager 和 de Dear 1998 ）。此外，环境刺激除了影响热感受器外，还可能引起不适，例如气流和潮湿的感觉，促使个体寻求更舒适的状态。更复杂的是，认知加工在调节主观反应中起着至关重要的作用。对环境的高期望可能会使最初舒适的环境感到不舒服。例如，空调房的人通常比自然通风房对热环境的要求更高。此外，当个人可以控制环境，有机会调整衣服、窗户或空调等因素时，他们更有可能在舒适度和满意度方面积极评价环境（ Parsons 2014 ）。
在实验室研究中，重点往往是特定因素的影响，而忽视了整体环境对人体的综合影响，限制了一些调节行为。这种限制可能会导致在真实环境中获得的结果与在实验室环境中观察到的结果之间存在差异。例如，PMV 模型在预测真实环境中的热感觉的准确率仅为 34%，甚至低于仅使用温度作为预测因子所达到的准确率。使用 PMV-PPD 模型预测不满意的表现甚至更差（ Cheung 等人，2019 年）。
如何适当地评估热环境
（1） 选择合适的指标
随着经济的发展、技术的进步和对热舒适领域的深入探索，我们现在有能力追求更舒适、更令人满意、更健康的环境。然而，盲目地使用热感觉或热中性来评估环境或 HVAC 系统会阻碍这一追求的实现。
为了更正确、更有效地评估热环境，首先明确环境设计的目的至关重要。最终目标可能因环境而异，例如在住宅环境中寻求舒适，在工作或学习环境中追求效率，以及在睡眠环境中追求睡眠质量。根据某些目标选择适当的评估指标可能比仅依赖热中性或热感觉更合理。此外，值得注意的是，在健康研究方面，主观测量的有效性可能会受到限制，在这种情况下，长期的生理数据收集是必不可少的。
（2） 建立基于心理学研究的统一问卷
主观测量，包括在问卷中描述问题的方法、选项是连续的还是离散的，以及用于选项描述的语言，即使在相同类型的投票中也可能引入偏差。这些问题也阻碍了全球尺度数据集的建立和统一分析。因为热感知的不同反应可能源于他们自身热感知的变化，所以它也可能源于对问题或量表的不同解释。在对韩文版热感觉量表的分析中， Kim 等人（2022 年） 发现，由于语言的原因，韩文版和英文版之间存在显着差异。 Schweiker 等人（2017 年） 还指出，当使用连续热感觉量表时，与离散量表相比，感知到的热感觉变化更小。
考虑到上述偏见，对描述同一投票的关键细节进行更彻底的调查可能会显着有助于实现评估热环境的一致性。具体来说，在特定投票中采用不同的问题和量表描述时，仔细检查关键分析结果的变化至关重要，例如舒适区或中性区以及热敏感性。例如，在处理各种语言的差异时，迫切需要进行统一的研究，以确定合适的翻译或描述，确保分析结果尽可能的一致性。特别是在比较不同研究的结果时，应更多地关注因问题描述或投票规模而产生的差异。
（3） 开发更准确的预测模型
维持室内热环境会消耗大量能源，但无法满足大多数人的需求。这促使我们考虑为热环境设计建立更准确的指导方针。在实际环境中，热舒适性是整体环境中各种因素与人体综合相互作用的结果。这不仅仅是基于六个主要因素的简单计算。因此，更准确的模型应该考虑更多因素的影响。此外，它应该继续建立真正的热舒适、满意度等预测模型，而不是仅仅依赖预测热感觉的模型。目前，常用的模型提供总体平均结果。为了进一步提高整体满意度，必须将每个人视为具有独特需求的独立实体，以开发个性化的舒适模式。同时，大规模数据库的建立和共享、物理和生理传感器的高度集成以及机器学习和人工智能的进步为实现上述概念提供了充足的可能性。