关于热带亚热带地区空调对睡眠环境的影响的综述

关于热带/亚热带地区空调对睡眠环境的影响的综述摘要人花费他/她的生命大约三分之一的时间在睡眠上。

睡眠能帮助人们克服疲劳，并且对一个人的记忆力非常重要的。

同时，在逐步了解到在睡眠环境中，温度参数对睡眠质量的影响，有不同的热环境控制方法，如电热毯（用于在寒冷的睡眠环境中取暖）和循环风扇，还有空调在睡眠环境中生热，都被用于为睡眠保持一个合适的热环境，以便睡眠质量不受到不利的影响。

在这篇综述文章中，首先，热舒适度可适用于睡眠环境的概念被有关研究引入和讨论。

其次，提出了这两个重要问题与空调设备在热带和亚热带地区对睡眠环境影响，即夜间空间冷却负荷的特点以及一个人睡眠的通风要求的关系的探讨。

第三，对在睡眠环境中不同的空调系统使用这些相关的能源消耗进行研究，其重点是，以在床上的时间为基础（任务/环境调节）的适用于睡眠环境的合适的环境温度，这将有助于节约更多的能源，而不损害床铺和室内空气质量的热舒适性。

最后，报道说在若干研究领域中还需要未来更多的研究，包括开发用于空调系统，根据夜间睡眠环境的空间冷却负荷特性，用新的TAC系统来调节睡眠环境以达到节省更多能源的优化的控制策略。

关键词：睡眠空调热舒适能源效率1.简介人花费他/她的生命的大约三分之一的时间用于睡眠。

睡眠不是简单的休息状态，而有其特定的，积极的作用[1]。

睡眠能帮助人们克服疲劳，对一个人的记忆力很重要。

几十年来，许多医学研究人员调查了影响睡眠[2E6]质量的各种因素。

人们普遍承认，睡眠的质量，主要是受睡眠的人的心理生理因素和卧室的环境因素的影响。

尽管后者包括照明，噪声还有热环境，但对于睡眠质量的睡眠环境的热参数的影响已经逐渐被人所了解[7e10]。

以往的实验结果表明，当在卧室的热环境从所谓的“热舒适区”大大的偏离，睡眠质量会受到干扰，甚至一旦恶化，体温调节会立刻做出反应。

因此，不同的热环境控制方法，如电热毯[11,12]和水灌注恒温器[13]，被用来保持一个睡眠环境中的“热舒适区”，从而使睡眠质量不受到不利影响。

另外，在冷睡眠环境中增加一个被褥系统的保温，或在高温的睡眠环境中减少使用被褥有助于实现用较低的能耗达到热舒适区，可见一个被褥系统在维持热舒适的睡眠环境中发挥了显着作用[14e17]。

然而，减少一个被褥系统的保温材料的作用对一个在自然环境中睡眠的人事很小的，在热带和亚热带地区，如香港，夏季炎热和潮湿，而且可能会持续超过7个月，在无空调的情况下减少床上用品系统的保温材料不足以维持舒适的室内热环境。

因此，在热带和亚热带地区，在夜间为了保持热舒适的睡眠环境有必要使用空调。

根据在香港居民楼在卧室使用空调以及睡眠热环境的调查指出。

调查结果显示，受访者68％的人会保持自己的（房间空气调节器）RAC开启在整个睡眠的时间，其余的使用他们的RAC仅适用于睡眠过程中的特定时间。

越来越多地使用空调来保持热舒适的睡眠环境对建筑物的电能使用总量有着显著影响。

因此，关于空调在热带和亚热带地区调节温度的使用方法，应进行调查和适当的研究，从而较低的能量消耗来保持一个舒适的热环境。

在这篇综述文章中，首先对热舒适的概念可适用于睡眠环境进行了介绍及相关研究回顾。

其次在热带和亚热带地区，有关空调对睡眠环境影响的两个重要问题，即夜间空间冷却负荷的特点以及睡眠情况下的通风要求的进行了探讨，提出为睡眠环境选择有合适的冷却能力和新鲜气流流速的空调，以节省更多能量。

第三，不同的空调系统根据不同的能耗运用于不同的睡眠环境，并以在床上的时间的睡眠环境的调节任务为主。

最后，报道说在若干研究领域中还需要未来更多的研究，包括开发用于空调系统，根据夜间睡眠环境的空间冷却负荷特性，用新的TAC系统来调节睡眠环境以达到节省更多能源的优化的控制策略。

AHU 空气处理单元 B 毯CAC 定风量SCTM 睡眠计算热人体模型CTM 计算热人体模型TAC 空气调节任务DOM 白天的工作模式WRAC 窗式房间空调器FAC 全空调FCU 风机盘管IAQ 室内空气质量NOM 夜间操作模式RAC 室内空气调节器RH 相对湿度2.睡眠环境的热舒适度要了解一个人的睡眠质量以及他/她睡眠热环境之间的关系，在医疗或其他相关学科领域中，“热舒适区”的定义是：稳定在一个热中性温度的环境温度，在其内的睡眠的定量测量，如睡眠阶段的延迟，时间在每个睡眠阶段，数量和醒来的花费，只略作修改[9].尽管如此，还是有实验，理论和数据研究根据睡眠热环境和睡眠质量的关系，找出不同的条件下的热中性温度。

在这些研究中，提出了可适用于睡眠环境的热舒适度的概念和在热带和/或亚热带设计空调在睡觉环境时的设计标准，标准如下。

2.1.实验研究许多医学研究人员研究了睡眠环境的热力参数对睡眠质量的影响。

不同的研究人员进行的实验研究有关高或低的环境温度对人体睡眠阶段的影响，在睡眠环境下，在20到32摄氏度的范围内采取了不同的热中性温度。

在研究哈斯克尔[8]，其中当人体是赤裸的，观察到适温温度为29℃。

宫泽[24]表明热中性温度范围为约22±3℃。

通过问卷调查和测量一间卧室空气温度和湿度和五个专科生为期214天食道的温度。

表1列出了在不同的相关研究中所采用的不同的热中性温度的细节。

可以看出，适温温度有一个相当大的范围，这表明良好的确定的适温温度尚未建立。

在相关的睡眠的调查研究中，只有环境空气温度被提及，但平均辐射温度或运行温度和空气流速并没有考虑到。

当20到25摄氏度被选为热中性温度的情况下，人体最好要覆盖着床上用品，而在另一些情况下，受试者可能是赤裸的。

虽然不同的研究者确定了热中性温度是因为不同的实验条件（即覆盖或裸），但它可以清楚地看出，在睡眠环境中所确定的热中性温度（20-25摄氏度覆盖状况;28-32摄氏度下为赤裸状态）与夏天的工作场所通常的空气温度（24-26摄氏度）是不同的。

除了室内空气的温度，其它热环境参数，例如空气流速和空气湿度也在睡眠质量方面发挥了重要的作用。

在都筑等人[7]的研究中，17位男性受试者穿着短睡衣睡在一个铺着在三个测试条件棉毯的床上：（1）空气温度26 ℃，湿度为50％和0.2米/秒空气流速; （2）空气温度32 ℃，湿度为80％和1.7米/秒空气流速; （3）空气温度32℃，湿度为80％和0.2米/秒的空气流速。

实验结果表明，睡眠环境内部具有适当的空气流速有助于减少清醒的时间通过降低皮肤和直肠温度，和身体质量损失在温暖而潮湿的条件。

冈本，美津浓等 [10]发现，在夜间，对于一个人在高气温高湿度的环境下睡眠所增加的热负荷会抑制直肠温度的降低，并因此而增加醒来的时间。

表1.在不同的相关研究中采用的不同的热中性温度。

Literature Thermal neutral temperature ( ℃)Condition of test subjects RemarkMacpherson, 1973 [19] 29e32 Naked Air temperatureKaracan et al., 1978 [20] 22.2 Covered Air temperatureHaskell et al., 1981 [8] 29 Naked Air temperatureSewitch et al., 1986 [21] 20e22 Covered Air temperature Palca, 1986 [22] 29 Naked Air temperature Dewasmes et al., 2003 [23] 25 Covered Air temperature2.2.理论研究可适用于睡眠热环境舒适度方程[16]通过引入适当的假设和修改，以公认的的范格舒适度方程计算，内容如下：()()()0.06.34.6400.056340.6925.87imlr Psks Pa to ta Rt Rt Pa --=++-+- 其中，Rt ，寝具系统的总热阻受被褥，睡衣，床和床垫的影响，体表面积的百分比覆盖率由寝具和床上，气流速度，气流和姿势的方向等影响[16]。

通过解等式（1），适用于睡眠环境中舒适度方程，它结合了环境和个人变量，以产生一个热中性的概念，推导出：()()()1 4.7.4034.60.37625.524.70.056340.06925.87tr hc ta pa Rt hc ta pa ⎡+⎤⎛⎫=-+- ⎪⎢⎥+⎝⎭⎣⎦+-+-五个变量，Rt，tr，ta，pa，和hc在公式（2）。

对流热传递系数，hc，是空气流速的函数，V;因此，四个变量（即，tr，ta，pa，和v）是与一个给定的寝具系统的热中性环境的热的环境变量。

通过求解公式（2）各种组合的变量，关于睡眠环境的舒适的图表（如示于图1和2）被确定，并且可以被用于确定在给定的床上用品系统的热中性环境。

图1示出了舒适线表示控制温度，湿球温度与总隔热值，根据该热的可以实现的中立的组合。

可以看出的是，相对湿度的热的影响一个人睡觉的舒适性相对较小。

从绝对干燥的空气（RH¼0％）改变为饱和空气（RH¼100％）可仅通过0.95-1.63摄氏度（在2.4-0.8 CLO总绝缘值的范围）操作温度的减少来补偿。

总的绝缘值越高，控制温度的降低越少。

例如，当总绝缘值为1.0 CLO，降低1.5摄氏度操作温度能够充分对相对湿度从0％变化为100％进行补偿，相比于以2.0clo的总绝缘降低1.1摄氏度控制温度。

另一方面，对睡眠者来说通过一个被褥系统所提供的总的绝缘值对热中性温度有显著影响。

这清楚地示于图2，它表示出了热中性温度和被褥系统在不同室内的相对湿度水平的总的热绝缘之间的关系。

从图2可以看出，即在50％相对湿度，在从1.0 clo与2.0 clo总绝缘值增加时，热中性温度将降低从29.2到23.4摄氏度。

它也可从图2的控制温度和总隔热值之间的线性关系的论证看见。

因此，热中性温度和由被褥系统所提供的总的绝缘值之间的关系已经建立。

例如，热中性温度为29.3摄氏度，在50％相对湿度下裸身睡觉的人，床上用品的系统是0.98 CLO的总绝缘值。

这个符合在裸身睡觉的环境下有关28到32摄氏度的范围内是热中性温度的各种早起研究。

图2.控制温度和隔热值总额与不大于0.15米/秒[16]的室内空气流速之间的关系。

2.3.数值模拟研究越来越多的（计算的热人体模型）的CTM已经提出了用于识别和评估非常昂贵或非常困难的参数，以通过实验获得的目的[25-28]。

（计算睡眠人体热模型）SCTM，如示于图3中，被开发数值分析围绕一个睡眠者的微气候和相关热中立温度的问题[29]。

使用开发的SCTM对微气候周围的两个数值研究，以及在一个有通风换气系统的处于睡眠状态的人的热中立温度的计算，都已经开始了。