非均匀热环境下人体睡眠热舒适和睡眠质量研究

Thermal environment could be one of the most important factors that affect human sleep, but there is very limited research on thermal comfort of sleeping people. The current thermal comfort standards and practices in air conditioning that are primarily concerned with people in waking state may not be applicable for sleeping people. In this interdisciplinary research, we will measure such physiological parameters as brain wave, heart rate variability and skin temperatures etc. to investigate the effects of local thermal stimuli on thermoregulation, thermal comfort and sleep quality of sleeping people. Objective nuerobehavioral tests and subjective questionnaires will also be performed. The mechanism by which local thermal stimuli affects sleep quality will be elucidated and the model predicating thermal comfort of sleeping people under non-uniform thermal environment will be developed. The achievements of this study will help to create a healthy and comfortable sleeping environment while achieving energy saving. They also will be served as the fundaments of standards for design of thermal environments for sleeping people.

睡眠热环境对人体睡眠质量有重要影响，但关于热环境对睡眠人体热舒适和睡眠质量影响的研究还很缺乏。而当前基于人体清醒状态研究结果而建立的热舒适标准和卧室空调应用并不适用于睡眠环境，因此有必要研究人体在睡眠状态下对热环境的需求。本项目拟结合医学，通过脑电、心电、皮温等生理参数的测量和人员工作效率的神经行为能力测试，结合主观问卷调查，对人体睡眠质量和热舒适进行定量评价，分析非均匀热环境下睡眠人体的热生理、热舒适和睡眠质量反应，探索局部热暴露对人体睡眠质量影响的生理机理，建立非均匀热环境下人体睡眠热舒适预测评价模型，以期实现用较少的能耗营造更健康舒适的睡眠环境，并为建立行业设计标准提供理论基础和实际指导。

睡眠使人的精神和体力得到恢复，是组成人体健康的重要部分。热环境对人体睡眠质量有重要影响，而当前热舒适研究主要围绕清醒人群展开。基于人体清醒状态研究结果而建立的热舒适标准和空调应用可能并不适用于睡眠环境。本项目与医学结合，通过脑电、心电、皮温等生理参数的测量和人员工作效率神经行为能力的测试，结合主观问卷评价，围绕对流和接触式局部热刺激，以及动态环境热刺激对人体睡眠质量和热舒适的影响展开研究，主要研究成果包括：（1）局部送风能提高人员热舒适和睡眠质量主观评价水平，使人体心率变异性LF/HF比值显著下降，改善睡眠舒适度。（2）在偏热环境下，对人体背部和头颈部进行局部接触式冷却能有效降低热应力，改善热舒适，让受试者的平均睡眠效率提高到95.3%，慢波睡眠时长增加，维持很好的睡眠质量。（3）科学的环境温度动态变化有助于改善睡眠和醒后工作效率，睡眠初始阶段环境温度偏凉时人们更难入睡。（4）针对睡眠人体与环境换热特征，建立睡眠状态人体热平衡预测模型，并验证模型有较好的预测准确度。模型可用于睡眠热环境的评价，设计和优化。本项目取得的研究成果可为睡眠环境通风形式及末端设备的研发、睡眠局部微环境低能耗营造技术和睡眠环境空调系统控制策略优化和节能运行提供理论基础和实际支撑。