南昌高校宿舍夏季睡眠環境現場調查與統計分析*

劉 晨 龔 劍 田瑛文 陳璐絲 鐘延芬

(南昌航空大學,南昌)

0 引言

人一生中有1/3的時間是在睡眠中度過的,睡眠是人體消除疲勞、恢復精力的重要過程,睡眠不足會增加患肥胖、二型糖尿病和心血管疾病的風險[1-2]。同時高校宿舍是學生生活休息的重要場所,具有人員密度大、通風狀況差、熱調節手段少、同宿舍人員熱需求可能不統一等特點,因此營造一個良好的睡眠環境對提高學生睡眠質量與日常學習效率很有必要。

除了身體狀況與心理狀態等因素外,睡眠環境也會對睡眠質量產生重要影響[3-4]。睡眠環境包括熱濕環境及室內空氣品質等,在多項關于睡眠環境的研究中,觀察到溫度[5-14]、濕度[7-8]、CO2濃度[9-10,15-17]都會對睡眠質量產生不同的影響。目前國內外學者主要在氣候實驗室及居住建筑中進行熱環境對睡眠質量影響的研究。Lan等人通過實驗比較了3種溫度工況下的睡眠質量,結果表明在26 ℃工況下相比23、30 ℃工況入睡時長更短,慢波睡眠時間更長[5]。Liu等人通過實驗室營造了5種冬季典型室內溫度,在18.3 ℃下受試者感覺熱中性,15.8 ℃下受試者睡眠質量最好[6]。Xu等人在上海的現場調查中發現夏季室內溫度越高,深度睡眠時長越短[9]。Zhang等人在過渡季的調查中發現睡前中性偏暖的氣溫有利于睡眠質量提升[10]。Zhu等人對夏季3種不同類型的臥室開展了調查,發現室內標準有效溫度SET越高,受試者睡眠質量越差[11]。Wang等人在冬夏季的調查中發現睡眠時熱感覺偏離中性時,睡眠質量顯著低于熱感覺為中性的情況[12]。Zhang等人現場調研了北京地區的學生宿舍,觀察到受試者熱環境滿意度與睡眠質量滿意度呈良好線性關系[13]。Tsang等人在中國香港地區學生宿舍的調查中也發現,對睡眠環境熱滿意和感覺熱中性的受試者睡眠質量更好[14]。

關于室內空氣品質對睡眠質量的影響,學者們大多通過研究CO2濃度對睡眠質量的影響來獲得。Lei等人對北京某高校宿舍夜間室內通風開展了調研,結果表明即使在室外溫度-9 ℃的情況下,也需適當開窗以降低室內CO2濃度[18]。Xu等人比較了3種CO2濃度下受試者的睡眠質量,發現CO2濃度越高,睡眠質量越差,表現為入睡潛伏期變長和慢波睡眠時長縮短[15]。Mishra等人在一項現場調查中研究了開、關窗2種情況下的睡眠質量差異,發現開窗情況下室內低CO2濃度更有利于睡眠[16]。在另幾項現場調查中也得到了同樣的結論[9-10,17]。但目前關于CO2濃度對睡眠質量產生影響的閾值還未確定,未來還需進一步研究。

目前對于夏熱冬冷地區高校宿舍睡眠環境的現場調查還相對較少,且該地區范圍較廣,各地氣候存在較大差異,現有研究還不足以令人全面了解這一氣候區學生睡眠環境現狀。為此本文著眼于南昌地區,對高校宿舍的睡眠環境、學生熱舒適及睡眠質量開展現場調查,分析環境因素對睡眠質量的影響,為夏熱冬冷地區高校宿舍夏季睡眠環境評價與設計提供參考。

1 研究方法

1.1 受試者篩選

本次調查于2022年暑假進行,對50名學生發放線上問卷,問卷包括匹茲堡睡眠質量指數量表(PSQI)、身體質量指數(BMI)及生活習慣的調查。根據問卷結果篩選出PSQI得分低于8分[19](被認為近期無睡眠障礙)、BMI在正常范圍(18.5～24.9 kg/m2)、無不良生活習慣且身體健康的學生,最終26名受試者(男12人,女14人)參與了本次調查。其中男性受試者平均年齡為(25.1±1.56)歲,平均BMI為(22.3±1.71) kg/m2;女性受試者平均年齡為(22.8±1.42)歲,平均BMI為(19.7±1.39) kg/m2。26名受試者分布在3棟宿舍樓的7間宿舍內,宿舍樓層均在2、3層,面積為16 m2,且都安裝了空調。所有受試者都在南昌生活了1年以上,已適應當地的氣候環境。

1.2 環境參數測試及儀器

調查期間對宿舍室內熱環境和室內空氣品質(IAQ)進行了為期22天的測試,測量參數及儀器精度見表1。其中風速在受試者睡前記錄1次,其余環境參數在睡眠期間每隔3 min自動記錄1次。所有儀器都放置在床尾,避免受試者呼吸影響測量精度,儀器布置高度為0.6 m,與睡眠人體頭部同高。

表1 測試儀器型號及精度

1.3 主觀調查

測試期間,受試者在睡眠前和醒來后各填寫一份問卷。睡前問卷調查受試者對睡前室內環境的主觀評價;醒后問卷包括睡眠基本信息、受試者對睡眠時室內環境主觀評價及睡眠質量。睡前和醒后各收到272份有效問卷。問卷詳細內容如下:

1) 睡眠基本信息問卷包括受試者睡眠時的被褥使用情況(床墊、席子、被子類型、睡眠時被子覆蓋率、睡衣)、睡眠時間和醒來時間、空調和風扇使用情況。

2) 室內環境主觀評價包括熱感覺投票(TSV)、濕感覺投票及對室內空氣品質滿意度的評價。熱濕感覺投票使用ASHRAE 7點標度:-3(冷/很濕)、-2(涼/濕)、-1(微涼/有點濕)、0(適中)、1(稍暖/有點干)、2(暖/干)、3(熱/很干)。IAQ滿意度評價分為5級:5(非常滿意)、4(滿意)、3(一般)、2(不滿意)、1(非常不滿意)。

3) 睡眠質量問卷包括5項條目[20],分別為睡眠安寧度、入睡難易度、醒來難易度、醒來振作度和睡眠滿意度。

1.4 統計分析

將測試期間室內環境參數歸為連續變量,受試者主觀投票結果歸為分類變量。首先采用Kolmogorov-Smirnov方法對數據進行正態分布檢驗,室內環境參數及主觀投票均不服從正態分布。對于非正態分布數據,采用Mann-Whitney U檢驗2個獨立樣本之間的顯著性,2個配對樣本之間的差異通過Wilcoxon秩檢驗進行評估,如果顯著性水平p≤0.05,則認為結果具有統計學意義。在對2個變量進行相關性分析時,如果2個變量都是連續變量,使用Pearson相關分析;如果2個變量都是分類變量或者有一個是分類變量,采用Spearman相關分析。所有數據采用IBM SPSS 26版進行分析。

2 結果分析

2.1 睡眠環境參數測試結果

圖1顯示了測試期間各個宿舍平均溫濕度的分布?？梢钥闯?高校宿舍夜間平均溫度變化范圍為20.6～29.2 ℃,總平均值為(25.5±2.1) ℃;男生宿舍睡眠溫度多數情況下高于女生宿舍,平均溫度比女生宿舍高2.3 ℃;室內相對濕度普遍偏高,平均相對濕度為58.6%～94.1%,總平均值為(78.7±7.5)%。此外睡眠期間風速為0～0.48 m/s,風速小于0.2 m/s的樣本占50%,平均值為(0.20±0.13) m/s;平均黑球溫度為20.3～28.8 ℃,總平均值為(25.3±2.0) ℃。

圖1 測試宿舍夜間平均溫濕度

圖2顯示了測試期間室內CO2濃度累計占比分布?？梢钥闯?睡眠時各宿舍室內平均CO2體積分數變化較大,在(818～3 110)×10-6之間,總平均值為(1 893±671)×10-6;根據GB/T 18883—2022《室內空氣質量標準》[21],室內CO2體積分數推薦值為1 000×10-6,睡前有18.9%的宿舍平均CO2體積分數低于1 000×10-6,睡眠時僅有13.5%的宿舍低于該值,峰值更是降低到2.3%;以CO2體積分數2 000×10-6為標線,睡前有94.6%的宿舍低于該值,睡眠時降至59.5%的宿舍低于該值,峰值降至45.9%的宿舍低于該值;睡眠時CO2體積分數在受試者醒來時達到峰值,范圍為(1 000～3 969)×10-6,有16.2%的宿舍在睡眠時CO2體積分數峰值大于3 000×10-6。由此可見,應該加強通風,提高室內空氣品質。

圖2 測試期間CO2濃度累計分布

2.2 床褥系統熱阻

本次調查床褥系統熱阻參照文獻[22]進行估算,床褥系統熱阻在0.90～3.26 clo之間,平均值為(1.98±0.56) clo,男性受試者平均熱阻為(1.90±0.54) clo,低于女性的(2.06±0.57) clo。采用溫度頻率法,將睡眠期間室內平均操作溫度以每0.5 ℃進行分組,計算每組操作溫度及對應的服裝熱阻的平均值,將所得的操作溫度與服裝熱阻平均值進行加權線性回歸(權值取各組樣本數與總樣本數的比值),結果如圖3所示。受試者床褥系統熱阻與室內操作溫度呈負相關(p<0.01),操作溫度每升高1 ℃,床褥系統熱阻下降0.126 clo。

圖3 床褥系統熱阻與室內操作溫度的回歸關系

2.3 室內環境主觀評價

圖4顯示了受試者睡前和醒后熱感覺投票分布。由圖4可知:超過60%的受試者在睡前和醒后感覺熱中性,睡前和醒后熱感覺投票在稍涼和稍暖之間的比例分別為91.8%和93.7%,說明大部分受試者對睡眠熱環境感到滿意;受試者睡前平均熱感覺為0.10±0.88,與睡前相比,醒后平均熱感覺更偏向熱中性,為0.05±0.84,睡前和醒后的熱感覺投票值無顯著性差異(Wilcoxon秩檢驗)。高校宿舍睡眠環境濕度較高,在睡前和醒后各有42.6%和32.1%的受試者潮濕感覺低于中性水平。睡前和醒后的濕感覺投票值存在顯著性差異(Wilcoxon秩檢驗,p<0.01),兩者平均值分別為-0.51±0.80和-0.27±0.91。

圖4 受試者對室內熱環境的熱感覺投票分布

睡眠期間受試者對IAQ的滿意度評價分布如圖5所示,睡前和醒后受試者評價為滿意和非常滿意的比例分別為56.7%和46.3%,結合圖2可知,隨著夜間室內CO2濃度升高,受試者IAQ滿意度降低。睡前和醒后IAQ評價存在顯著性差異(Wilcoxon秩檢驗,p<0.01),兩者平均得分分別為3.60±0.69和3.45±0.72。

圖5 受試者對IAQ的滿意度評價分布

2.4 熱中性溫度

使用溫度頻率法將睡眠期間室內平均操作溫度以每0.5 ℃進行分組,計算每組操作溫度平均值top及對應實測熱感覺投票平均值MTS,對兩者進行加權線性回歸,權值取法與上文一致,睡前和醒后MTS擬合結果如圖6所示。實測熱感覺投票與室內操作溫度正相關(p<0.01),令MTS等于0,可得到學生宿舍夏季實測熱中性溫度,睡眠狀態與睡前清醒狀態熱中性溫度都為25 ℃,可為學生宿舍夏季空調參數設定提供參考。由圖6可知,睡前的MTS擬合式斜率大于醒后的MTS擬合式斜率,即當操作溫度每變化1 ℃時,清醒狀態下的MTS變化大于睡眠狀態。令MTS等于±0.5,得到睡眠狀態和清醒狀態90%可接受溫度范圍分別為21.6～28.5 ℃和22.6～27.4 ℃,睡眠狀態有比清醒狀態更寬的可接受溫度范圍。

圖6 MTS與室內操作溫度的回歸關系

2.5 睡眠質量及相關性分析

受試者主觀睡眠質量各項條目的評分占比及平均值如圖7所示,單項條目總分為5分,得分越高說明睡眠質量越好。大部分受試者各項條目的評分為3和4,各條目評分平均值在3.3～3.8之間。

圖7 主觀睡眠質量各條目評分占比及平均值

將室內環境參數與睡眠質量主觀評價進行Spearman相關性分析,結果見表2?？梢钥闯?睡前溫度與睡眠安寧度、入睡難易度顯著負相關;睡眠溫度與入睡難易度顯著負相關,說明睡眠期間較高的室內溫度會導致睡眠質量下降;睡前與睡眠時的室內濕度與主觀睡眠質量部分條目顯著負相關,說明較高的室內相對濕度也會導致睡眠質量下降;未發現CO2濃度與主觀睡眠質量之間存在顯著相關性。

表2 室內環境參數與睡眠質量相關性

3 討論

3.1 睡眠熱舒適與睡眠質量

為探討睡眠熱舒適與睡眠質量之間的關系,將受試者醒后的熱感覺投票根據投票值為負值、0和正值分為3類,分別定義為偏涼環境(樣本量N=49)、中性環境(N=170)和偏暖環境(N=53),3類環境平均空氣溫度分別為(24.3±2.3) ℃、(25.2±2.0) ℃和(26.9±1.5) ℃。3類環境對應的相對濕度與濕感覺投票之間都沒有顯著性差異(Mann-Whitney U檢驗)。圖8顯示了3類睡眠環境下受試者的主觀睡眠質量評分情況,中性環境睡眠質量最好,偏涼次之,偏暖環境睡眠質量最差。經Mann-Whitney U檢驗,偏暖環境與中性環境在主觀評價多數條目上都存在顯著性差異;偏涼環境中,部分條目與中性環境存在顯著性差異。由此可見,受試者睡眠時感覺熱中性時,往往也能獲得更好的睡眠質量。

注:*表示p<0.05;**表示p<0.01。

3.2 室內CO2濃度與睡眠質量

受試者睡眠質量受到室內溫濕度影響,由于各個測試宿舍室內熱環境并不統一,表2中相關性分析的結果并不能直接證明CO2濃度對睡眠質量無影響。為確定兩者之間的關系,選取室內操作溫度與本研究實測熱中性溫度接近的樣本(N=30)作為研究對象。該樣本平均操作溫度為24.9 ℃,睡前和睡眠平均CO2體積分數分別為1 450×10-6和2 482×10-6。采用Spearman相關性分析檢驗該樣本室內CO2濃度與主觀睡眠質量的相關性,結果見表3。睡眠期間室內CO2濃度與睡眠滿意度呈顯著負相關,表明室內CO2濃度的升高會導致睡眠質量下降。相關研究也指出室內CO2體積分數高于800×10-6時,出現病態建筑綜合征的風險會顯著提高[23],因此有必要提高夜間室內的通風率,以保證人體健康和良好的睡眠質量。

表3 中性溫度樣本室內CO2濃度與睡眠質量相關性

4 結論

1) 夜間室內平均溫度為(25.5±2.1) ℃,平均相對濕度為(78.7±7.5)%。睡前和醒后的平均熱感覺投票值都接近于0,大部分受試者對睡眠熱環境感到滿意。

2) 夜間CO2體積分數平均值為(1 893±671)×10-6,僅有13.5%的宿舍CO2平均體積分數低于1 000×10-6,應加強宿舍室內通風。隨著夜間CO2濃度升高,受試者醒后的IAQ滿意度相比睡前顯著降低。

3) 當室內操作溫度為25 ℃時,可保證睡眠狀態與睡前清醒狀態都處于熱中性;睡眠、清醒狀態90%可接受溫度范圍分別為21.6～28.5 ℃和22.6～27.4 ℃。

4) 睡眠時熱感覺為中性時,睡眠質量最好;熱感覺偏離中性時會導致睡眠質量下降。

5) 由相關性分析結果可知:夜間較高的溫度、相對濕度和CO2濃度都會導致睡眠質量下降;夜間室內環境涼爽且室內CO2濃度低、通風良好的宿舍更有利于提高學生睡眠質量。