睡眠占据了人生近三分之一的时间,它有助于消除疲劳,增强免疫力,维持人们的身心健康。Miyata等人 ^[1]和Telzer等人 ^[2]的研究显示,睡眠不足或较差的睡眠质量会损害青少年和老年人的大脑功能和认知能力。因此,提高睡眠质量十分重要。

　　 热舒适是影响睡眠质量的重要因素 ^[3]。目前对于睡眠热舒适的研究大多是在实验室进行的。Wang等人通过对12名大学生进行睡眠实验研究发现,人们喜欢偏冷的睡眠热环境,且在3.55 clo寝具热阻覆盖情况下最舒适且睡眠质量最高的室内操作温度为15.8 ℃,舒适温度范围为14.5～17.5 ℃ ^[4]。潘黎等人进行了夏季温度23,26,30 ℃和冬季温度17,23,30 ℃情况下睡眠热感觉的研究,发现睡眠时的中性温度要高于清醒时,同时提出夏季的睡眠舒适温度为26 ℃,冬季为23 ℃ ^[5,6,7]。Lin等人根据对比实验测得的皮肤温度和问卷得到的主观热舒适得出,有覆盖状态下的中性温度范围为15.8～22.2 ℃,无覆盖状态下为28～32 ℃ ^[8]。目前众多文献认为裸体睡眠状态下舒适温度为29 ℃ ^[9,10,11]。

　　 虽然实验室研究可以精确控制背景条件,但由于其研究环境与日常真实居住环境有差别,会使受试者产生心理不适应性及调节习惯上的不同。因此得出的结论可能与真实住宅中的情况不同。虽然实地研究情况复杂,环境参数较难控制,但是得出的结论更具有实际参考意义。Lin等人 ^[12]在中国香港及Yang等人 ^[13]在新加坡的实地问卷调研发现,住户在睡眠时偏好的室内温度在24 ℃以下,低于推荐设计范围(24～26 ℃)。90%以上住户习惯在夜间睡眠时设定较低的空调温度,同时覆盖被子以减少冷不舒适感。Zhu等人在北京地区的研究中发现,夏季卧室覆盖0.96～1.08 clo寝具热阻时的舒适标准有效温度范围为29.1～29.7 ℃ ^[14]。Liu等人在我国西北地区的农村中进行的睡眠热舒适实地研究发现,冬季在覆盖较厚寝具及长期冷习服的情况下睡眠舒适温度范围为9.08～14.77 ℃,远低于ASHRAE 55推荐的热舒适温度范围 ^[15]。不过目前的实地研究只是局限于一个城市或一个气候区,样本量较少,研究周期较短,不能进行不同气候区或城市之间的横向对比及不同季节下的时间跨度上变化规律的总结,而且未充分考虑实际住宅中居民增减寝具热阻、开关窗、开关空调等行为对睡眠热舒适的影响。

　　 因此,为了解全国不同气候区住户不同季节的睡眠热舒适和夜间调节行为规律,本研究在全国5个气候区的9座城市进行了为期1 a的睡眠热舒适问卷调查。本文展示和分析此次睡眠热舒适的调研结果。

　　 本研究于2018年2月至2019年3月对位于我国5个气候区9座城市中的166户住户展开睡眠热舒适调研。GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》 ^[16]将全国分成严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、温和地区和夏热冬暖地区。调查城市位于东西南北中不同位置,包括:乌鲁木齐、沈阳、北京、天津、西安、上海、重庆、昆明和深圳。每个城市的调研住户数、住户性别比例和平均年龄如表1所示。总体样本男性69名(41.57%),女性97名(58.43%),住户平均年龄为37.5岁,基本为工作或退休人群,均在当地居住1 a以上,基本适应当地气候。

　　 为方便进一步比较,本研究根据1月平均气温0 ℃分界线将研究的城市划分成南、北方城市:该分界线以北,1月平均气温低于0 ℃且设置冬季集中供暖的城市称为北方城市;分界线以南,1月平均气温高于0 ℃且未设置冬季集中供暖的城市称为南方城市 ^[17]。因此,在本研究中乌鲁木齐、沈阳、北京、天津和西安属于北方城市,上海、重庆、昆明和深圳属于南方城市。

　　 本研究的数据采集主要通过向调查者的智能手机发送和收集问卷完成。考虑到工作日和非工作日的影响,问卷每隔10 d发放1次,选择在周三和周日发送。研究人员在发放问卷的前一天晚上告知住户进行问卷调查。第二日早上9:00进行问卷发放,住户通过回忆昨晚睡眠情况进行问卷填写。问卷内容主要包括:1)睡眠质量,分成4级(1非常差,2较差,3较好,4非常好);2)睡眠热感觉,采用ASHRAE的7级指标(-3冷,-2凉,-1稍凉,0中性,1稍暖,2暖,3热);3)寝具使用情况(被子覆盖情况和睡衣穿着情况);4)调节行为(是否使用电热毯、空调、风扇,是否开窗)。每个住户在每次问卷填写中仅限提交1次。在收集到问卷后,将填写时长短于30 s的问卷及全部选择同一选项的问卷视为无效问卷处理,共获得4 260份有效问卷。

　　 睡衣热阻值参考ASHRAE 55-2013 ^[18]中的推荐值;但对于被子热阻,热舒适标准ASHRAE 55-2013 ^[18]和ISO 7730:2005 ^[19]中均未提供参考值和推荐值,因此参考Lin等人 ^[20]的研究结果,选择相近的寝具热阻值。

　　 在实际住宅中人们的寝具种类多样,本研究将寝具覆盖情况简化成5类:无覆盖(0.9 clo),毛巾被(1.65 clo),薄被子(1.98 clo),厚被子(2.7 clo),多床被子(3.38 clo);将睡衣穿着情况分成7种:背心或短裤(0.1 clo),背心+短裤(0.18 clo),短袖T恤+短裤/短袖短睡裙(0.34 clo),短袖T恤+长裤/短袖长睡裙(0.42 clo),长袖T恤+短裤(0.48 clo),普通长袖睡衣+长裤(0.57 clo),保暖睡衣+保暖睡裤(0.96 clo)。总寝具热阻值为住户问卷填写中选择的睡衣及覆盖物对应热阻值的总和。

　　 图1显示了5个气候区的总体睡眠热感觉投票分布。可以看出,有54%以上住户的睡眠热感觉投票为热中性(0),84%以上住户的睡眠热感觉投票为稍冷、中性和稍暖(在-1～1之间)。

　　 以投票值-1,0,1为满意,投票值-2,-3为冷不满意,投票值2,3为热不满意进行统计,结果如表2所示。可以发现:虽然各气候区的室外气候千差万别,但是总满意率都高于84%。在位于北方地区的严寒和寒冷地区中,热不满意率均高于冷不满意率(高1.2%～4.0%);在位于南方地区的夏热冬冷、温和及夏热冬暖地区中,冷不满意率均高于热不满意率(高1.0%～4.4%)。这说明北方城市的夜间睡眠热感觉偏暖比偏冷问题更突出,而南方城市刚好相反。

　　 图2统计了5个气候区住户全年主观睡眠质量评分。可以看出:平均有87.8%的投票为睡眠质量较好及非常好,但仍然有12.2%的投票为睡眠质量较差或非常差。其中温和地区睡眠质量最好,睡眠质量为较好和非常好的投票百分比达91%;夏热冬暖地区睡眠质量最差,睡眠质量为较差和非常差的投票百分比为16.3%。

　　 图3显示了住户热感觉投票和睡眠质量投票之间的关系。可以发现,热感觉为中性时的主观睡眠质量最高,并且睡眠质量随着热感觉变冷或变热而降低。从冷热感觉和睡眠质量分别拟合的线性方程可以看出,偏热方向的拟合斜率为-0.125 8(R²≈0.94),其绝对值大于偏冷方向的拟合斜率0.087(R²≈0.83),即从住户的主观投票中可以看出,当睡眠环境较热时更能影响住户的主观睡眠质量。

　　 在一些实地研究中也发现,夏季由于室内环境过热,人们的睡眠质量最差 ^[21,22],人们喜欢中性偏凉的环境 ^[4,12,13];但在实验室进行的客观生理参数测量发现,室内环境温度过低对睡眠质量的破坏比温度过高更严重 ^[9,23,24],因此室内温度不可过低。

　　 图4显示了5个气候区不同城市在研究期间的月平均夜间室外温度和热感觉投票TSV随时间的变化情况。严寒地区在进入供暖季后,尽管冬季夜间室外温度经常低至-10 ℃以下,但可能由于供暖过量,使得睡眠时的热感觉偏暖。比如乌鲁木齐地区住户1月平均热感觉投票高达0.76。这不仅会增大能源浪费,还会产生热不舒适。而寒冷地区冬季热感觉在中性附近波动,说明室内热环境造成的主观热感觉较为舒适,供暖温度较为合理。南方城市由于冬季室外温度一般在0～15 ℃之间,且没有集中供暖,因此室内温度通常较低,重庆、昆明和上海地区冬季热感觉投票均值在-0.5左右。

　　 在春季3—5月,尽管室外温度逐渐升高,但在严寒地区停止供暖后室外温度仍低于10 ℃,住户的平均热感觉投票显著下降,沈阳地区住户的平均热感觉投票甚至低于-0.5;而此时寒冷地区住户的热感觉在中性附近,上海、昆明和深圳住户出现中性偏暖的热感觉。

　　 所研究的9座城市在夏季的7,8月均出现了全年夜间最高温度,但只在严寒地区、寒冷地区及夏热冬冷地区的重庆出现了显著的热感觉;尽管严寒地区夏季夜间室外温度低于其他地区,但其热感觉最显著,平均热感觉投票超过1,夏季睡眠热舒适问题最突出。上海、昆明和深圳住户的热感觉在9月之前一直在中性附近波动,热环境较为舒适。

　　 从图4可以看出,尽管春季和秋季室外温度相差不大,但各个城市在秋季的9,10月均有较为显著的冷感觉,平均热感觉投票显著低于春季3—5月。这可能说明居民的调节行为滞后于气温的变化。

　　 图5显示了各城市全年的总寝具热阻变化趋势。可以看出,各城市的寝具热阻有显著的季节变化规律,且在相同季节中南北方城市的寝具热阻也有显著差异。睡眠的总寝具热阻值从1.08 clo变化到3.66 clo,说明积极调节寝具热阻是一种普遍采用的热调节行为。

　　 图5中也显示了南北方城市的季节平均热阻值。可以看出,在过渡季3—5月及9—11月北方城市寝具热阻高于南方城市,而在冬季12—2月及夏季6—8月北方城市寝具热阻低于南方城市。在夏季,南方地区住户习惯开启空调营造凉爽的室内环境,因此覆盖较高热阻值寝具(总寝具热阻>2 clo),而北方地区住户尤其是严寒地区住户卧室中大部分未安装空调,主要通过开窗和减小寝具热阻进行热调节。在冬季,南方住户由于没有集中供暖,主要通过调整睡衣和覆盖物厚度(总寝具热阻>3.2 clo)应对室内低温,而北方住户室内有集中供暖,室内温度较高,因此寝具热阻会适当降低。同时结合图4中南方城市的住户在冬季出现显著冷感觉的现象可以看出,增加寝具热阻虽然可以将床微环境和卧室环境隔离,降低睡眠时对卧室热环境的敏感性,但还是不能完全将热感觉调节至中性。同理,北方住户夏季通过减小寝具热阻还是会出现较暖的热感觉。

　　 不同气候区之间在不同季节的寝具热阻变化有显著差异,是因为不同城市所处南北跨度大,在相同季节时不同气候区之间的室内外温度差异大。图6显示了各城市夜间室外温度和寝具总热阻的关系,同时进行了线性回归。由于北方城市冬季室内有集中供暖,此时寝具热阻主要与室内温度相关,因此图6中没有显示北方城市的冬季数据。从图6可以看出,南北方城市的寝具热阻和室外温度均呈较强的线性关系(北方城市线性拟合R²=0.898 6,南方城市线性拟合R²=0.836),且在相同室外温度下,北方住户的寝具热阻值通常小于南方城市。

　　 图7显示了各城市住户卧室空调安装百分比。可以看出,严寒地区80%以上住户卧室未安装空调,寒冷地区74%以上安装有空调,南方城市卧室安装空调比例均在90%以上甚至高达100%,昆明住户卧室均未安装空调。

　　 图8显示了各城市夜间开窗和空调使用的百分比。从夜间开窗百分比可以看出,严寒地区进入冬季后大部分住户在夜间睡眠时会选择关窗,最高的开窗比例出现在夏季,有显著的季节性变化规律。但结合图4中严寒地区住户在夏季偏暖热感觉十分显著的现象可以看出,在严寒地区夏季夜间开窗进行冷却的效果并不理想。寒冷地区住户在冬季睡眠时基本关窗。而南方城市的夜间开窗百分比常年较高,重庆地区常年夜间开窗比例基本高于50%。

　　 从空调使用百分比可以看出,空调使用集中在夏季最热的7,8月,且由北到南空调期越来越长。深圳自4月底、上海自6月底、寒冷地区自7月开始有超过50%住户夜间使用空调。

　　 从图8可以发现,开窗作为不耗能的被动调节行为更容易被住户采用,空调作为耗能的主动调节行为通常在较热的情况下采用,且使用较为集中。夜间使用空调和开窗的百分比呈现良好的互补关系,即住户习惯于夏季开启空调时关闭窗户防止冷量逃逸,从而达到节能效果。

　　 睡眠热感觉对睡眠质量有较大影响。在所调查的样本中有87.2%的住户睡眠热感觉投票在-1～1之间,表明住户对于睡眠热环境有较高的满意度且睡眠质量较好。并且从冷热感觉和睡眠质量分别拟合的线性结果可以看出,偏热的睡眠感觉比偏冷更能影响主观睡眠质量。

　　 睡眠热环境也会影响睡眠热感觉和睡眠质量,住户为获得睡眠热舒适主要通过采取一些适应性措施,如增减寝具热阻、开窗及开启空调等调节行为来改善睡眠热环境。为了解热环境调节行为规律,将各气候区的热感觉投票及热调节行为(寝具热阻、开窗及空调使用)特点汇总成表3。

　　 从表3及上文分析可以看出,寝具热阻在春秋过渡季时北方城市高于南方城市,在冬夏季时南方城市高于北方城市。南北方城市的寝具热阻和室外温度均呈较强的线性关系,且在相同室外温度下,北方城市住户覆盖的寝具热阻值通常低于南方城市住户。

　　 开窗行为有显著的南北差异,北方城市开窗比例随季节变化显著。开窗和空调使用比例从北到南增加,周期也逐渐延长。住户倾向于采用开窗这样不耗能的简单的被动调节行为,且住户习惯在夜间开启空调时关闭窗户。

　　 从上述调节行为规律和热感觉投票可以看出,对北方城市中位于严寒地区的住户来说,夏季过热和供暖前后过冷是最主要问题,对于南方城市住户来说,冬季过冷是主要问题。