热中性环境下室内二氧化碳浓度对睡眠质量的影响研究

Concerning the issue of indoor air pollution in sleep environment of residential buildings, the purpose of the proposed project is to study the effect of indoor carbon dioxide on sleep quality in thermal neutral environment, by means of field investigation and laboratory experiment with human subjects. Firstly, a large number of residential buildings will be investigated to inspect sleep environment and collect human responses including subjective assessment on sleep quality. Based on field investigation, typical condition of sleep environment will be summarized. Secondly, a series of experiments with human subjects will be conducted in a climate chamber to examine the effects of carbon dioxide and human bioeffluents on physiological responses and sleep quality. Based on experimental results, physiological parameters reflecting effects of exposure to carbon dioxide and human bioeffluents on sleeping people will be selected; a tentative exposure-response relationship will be proposed between indoor carbon dioxide concentration and responses of sleeping people; a reasonable indoor carbon dioxide level will be determined for sleep environment. The research results will proceed to a theoretical foundation for the establishment of indoor air quality standard and ventilation standard in sleep environment. This project is innovative in two aspects: the examined conditions are originated from real sleeping environment; the effects of indoor carbon dioxide on responses of sleeping people are studied qualitatively and quantitatively throughout subjective measurement, sleep quality monitoring, physiological measurement and next-day performance measurement.

本项目针对居住建筑睡眠环境室内空气品质问题，拟通过实测调研和人体睡眠实验研究的方法，研究热中性环境下室内二氧化碳浓度对睡眠质量的影响。首先拟进行现场环境测试和实际主观反应调查，分析居住建筑睡眠环境的现状；然后据此设计典型工况，开展人体睡眠实验，研究热中性环境下不同室内二氧化碳浓度对人员睡眠状态下的生理反应和睡眠质量的影响，筛选出反映二氧化碳浓度对睡眠质量影响的敏感生理指标,得到人体在睡眠状态下的室内二氧化碳浓度暴露-反应关系。最终确定合理的睡眠环境室内二氧化碳浓度水平，为居住建筑睡眠环境室内空气质量标准和通风标准的制定提供理论依据。项目的研究特点在于紧密联系居住建筑睡眠环境实际问题，结合建筑环境学、生理学和心理学的基础理论和实验分析方法，采用主观评价（问卷调查）和客观测量（睡眠监测、脑力任务测试、生理生化指标测量）的方法定性和定量描述热中性环境下室内二氧化碳浓度对睡眠质量的影响。

本项目针对居住建筑睡眠环境室内空气品质问题，通过实测调研和人体睡眠实验研究的方法，研究热中性环境下室内二氧化碳浓度对睡眠质量的影响。首先在北京城镇地区开展了过渡季（104户）和冬季（48户）卧室夜间环境参数测量和居民主观反应调查。环境参数测量结果显示，过渡季和冬季住户温度集中在18°C -24°C，与冬季相比过渡季卧室温度更为分散；相对湿度过渡季分布在40%-60%，冬季集中在20%-40%；CO2浓度过渡季为468-4327ppm，冬季为600-4570ppm，超过1000ppm的占比分别为54%和79%。居民主观反应调查表明，与过渡季相比，受试者感觉冬季卧室环境更暖和、更干燥，异味评价更强烈，气味可接受水平更低。无论过渡季还是冬季，受试者对卧室热湿环境的接受程度很高。临睡前和睡眠期间人员热中性温度存在显著差异：过渡季临睡前热中性温度为23.6°C，睡眠期间为26.5°C；冬季临睡前热中性温度为21.4°C，睡眠期间为19.1°C。可见，过渡季临睡前比睡眠期间热中性温度低2-3°C，而冬季相反。这可能是由于人体生理节律及睡眠热阻的不同所造成的。睡眠质量主客观数据的相关性分析表明，手环测得的客观结果与问卷反映的主观评价具有一致性。睡眠质量数据与卧室环境的关联分析发现，当夜间卧室平均CO2浓度越低，人员感知空气质量越好，临睡前热感觉中性偏暖时，睡眠质量越好。通过夏季空调工况下人体睡眠实验，研究不同浓度的人体代谢污染、纯CO2暴露对人员睡眠状态下的生理反应和睡眠质量的影响。结果表明，暴露于高浓度人员污染时(CO2浓度为2000 ppm)，受试者睡眠质量显著下降，吸入二氧化碳分压、呼吸末二氧化碳分压和收缩压显著升高；暴露于高浓度纯CO2时（3000 ppm），受试者睡眠质量和生理参数无显著变化。此外，对患呼吸道过敏症特殊人群的调研还发现，在相同的睡眠环境中，与健康学生相比，过敏组学生睡眠质量较差、鼻子与喉咙干燥等不适症状较多。项目研究成果可为居住建筑睡眠环境以消除人员污染为目标的室内空气质量标准和通风标准的制定提供理论依据。