亲水性聚合物污染对水泥浆水化作用、硬化性能及微观结构的影响

《Journal of Building Engineering》：Influence of hydrophilic polymers contamination on hydration, hardened properties, and microstructure of cement paste

本研究通过基线参考（23°C，4000K）框架，考察温度与光照组合对老年人感知、生理及认知的影响。22名老年人完成五次测试，发现温度每变化5°C显著影响热感知与偏好，光照差异需10°C温度变化才被感知。生理响应与感知强相关，认知影响存在性别差异：男性呈生理-感知-认知链条，女性则感知直接作用于认知。工作记忆测试显示，光照每感知温暖一级，得分下降26点；视觉学习测试中，瞳孔每扩大1mm对应116点得分下降，热偏好每增一级对应12点下降。研究表明环境设计需兼顾感官与认知需求。

　　

作者：Seonghyuk Son、Nina Sharp、Dongwoo (Jason) Yeom

美国南卡罗来纳州克莱姆森大学Richard A. McMahan建筑学院

摘要

本研究探讨了热环境和光照条件结合对老年人感知、生理及认知反应的影响，以基线参考变化作为比较框架。22名老年人（平均年龄75.15岁）完成了五次实验，包括一个基线条件（23°C，4000K）以及四种温度组合（18°C，28°C）和两种光照水平（3200K，5500K）的组合。收集了包括热感和光照感受及偏好在内的感知反应数据，并与基线条件进行了对比分析。结果显示，温度变化5°C时，热感和偏好有显著变化；当温度相差10°C时，3200K的光照条件比5500K更温暖。感觉和偏好的变化与生理反应有显著关联，而与认知的关联则更具选择性，男性表现出从生理到感知的模式，女性则表现出从感知到认知的模式。在工作记忆方面，将光照感知为比基线温度高1°C会导致表现下降26分。在视觉学习和空间工作记忆（VOLT）方面，瞳孔直径每增加1毫米，表现会下降116分；热偏好每增加1级，表现会下降12分。光照感受还通过影响瞳孔直径间接影响VOLT，表明温暖的光照会改变生理状态并预测表现下降。这些发现表明，感知和生理敏感性对老年人的认知差异有重要影响，强调了设计支持感官和认知功能的室内环境的重要性。

引言

到2030年，全球每6个人中就有1人年龄在60岁或以上，这一比例将从2020年的10亿增加到14亿[1]。预计到2050年，这一人数将达到21亿，占全球总人口的约22%[2][3]。痴呆症仍然是一个全球性问题，目前有超过5500万人受到影响，在65岁以上的成年人中，约10.9%患有阿尔茨海默病，22%表现出轻度认知障碍[4][5]。由于老年人约95%的时间都在室内度过[6]，因此了解室内环境条件如何影响他们的舒适度和日常功能变得日益重要。因此，建筑环境的特点在促进福祉和支持老年人就地养老方面起着关键作用[7]。

温度和光照条件是最重要的环境因素之一。室内温度对于营造舒适的环境至关重要[8][9]，会影响生理反应[8][10]并影响认知功能[11][12]。住宅调查显示，舒适的室内温度通常在21.5°C至23.4°C之间[13]。生理信号（如皮肤温度[14][15]和心率[8][10]）会受到室内温度变化的显著影响。Choi和Yeom[8]进一步证明了整体室内热舒适度、身体特定部位皮肤温度和心率之间的强相关性。研究表明，较低的室内温度可以提高健康成年人的认知表现[16]。Wolkoff等人[17]还报告称，在温带或寒冷气候下，22-24°C的工作和学习效果最佳，高于或低于此温度范围的表现会下降。除了温度，光的作用（尤其是其非视觉途径）也越来越受到重视，因为它对舒适度和生理健康有显著影响[18][19][20]。例如，参与者在照度为500勒克斯、色温（CCT）为6500K的条件下报告了更高的视觉满意度[21]。生理反应（如瞳孔直径[22][23]和心率[24]）受到室内光照条件的显著影响，傍晚的强光照射会增加心率、核心体温[24]和皮肤温度[25]。光照还被证明可以提高认知警觉性和生产力[26][27]以及特定的大脑功能[28][29]。在多任务工作模式下，最佳条件是高照度（700勒克斯）和中性白光（4000K），优于6500K的冷光[22]。类似地，Lu等人[30]报告称，在不同照度（75-500勒克斯）和色温（3000K、4000K、6000K）设置下，中性色温显著提高了阅读效率。最近的研究探讨了光色温如何影响热感受，即所谓的“色调-热量”或“色温-热量”假说[31][32]。研究发现，低色温的光常引起较温暖的感觉，而高色温在温暖条件下能提高舒适度[33][34]。然而，证据并不一致，有些研究甚至报告了相反或可忽略的效果[35][36]。尽管越来越多地将温度和光照一起进行研究，但仍缺乏直接测试这两个因素如何相互作用以塑造人类反应的研究。

老年人是目前研究环境因素对其福祉和功能影响的主要对象[12][37]。由于活动水平较低和与年龄相关的身体衰退，他们通常需要比年轻健康的人更温暖的环境[38][39]。值得注意的是，老年人倾向于偏好高2°C的环境温度，并且对温度变化的敏感度更高[40][41]。然而，其他研究表明老年人对温度变化的敏感度较低，舒适范围更广[42][43]。Taylor等人[44]发现，老年人在寒冷条件下的皮肤温度较低，但报告的不适感较少。在热暴露期间，两组的热感受相似，尽管老年人感觉更舒适。相比之下，van Hoof等人[45]认为老年人和年轻人在热舒适度感知上没有显著差异。值得注意的是，研究表明较高的环境温度与老年人的认知衰退密切相关，长时间暴露会增加风险[46][47]。每月最高温度每升高1°C，全球认知得分下降0.48分；最低温度每降低1°C，认知得分下降0.14分[47]。除了热舒适度，研究还探讨了光照如何影响老年人的生理反应。Wang等人[48]发现，虽然大多数光照条件对心电图指标没有显著影响，但心率对光照更敏感。这些关于老年人对光照的感知和生理反应的混合结果表明，需要进一步研究以更好地了解这一群体的热舒适度以及光照对其福祉的广泛影响。

尽管已有初步发现，但热环境和光照条件对老年人感知、生理和认知反应的全面影响仍不完全清楚。尽管有一些尝试探索室内热环境和光照条件对人类舒适度的影响[49][50]，以及这些条件的交叉效应[51][52]，但大多数研究集中在年轻人身上，主要依赖于自我报告的感受。这造成了理解这些环境因素如何影响老年人的关键空白，而老年人往往对室内条件更为敏感。现有的老年人研究通常分别评估热舒适度和光照舒适度，而本研究则探讨了它们在感知、生理和认知领域的综合影响。

本研究通过使用基于基线的框架，通过感知、生理和认知指标来探讨老年人对热环境和光照条件结合的反应，填补了这一空白。与反映被动感知的感觉不同，偏好代表了改变的主动愿望，可能更好地预测个体是否会寻求环境调整[53][54]。通过将感觉和偏好归类为感知反应，并评估它们与生理和认知结果的关系，本研究为理解老年人的环境舒适度提供了更清晰和集中的结构。此外，还分析了性别差异，以确定男性和女性在从感知到生理和认知的过程中是否遵循不同的路径。此外，通过基于基线的比较，这种方法不仅考察了绝对环境变化的影响，还揭示了感知变化本身如何影响生理反应和认知结果。这一视角强调了主观体验作为认知表现的主动决定因素，而不仅仅是环境的被动反映，为设计支持老年人福祉和认知韧性的室内条件提供了更精细的基础。

实验设置

实验环境

在亚利桑那州立大学的一栋学术建筑的类似办公室的实验室中进行了一系列人体实验，以研究热环境和光照条件对老年人感知、生理反应和认知表现的影响。类似办公室的环境是指一个配备桌子和椅子的专用室内空间，旨在提供一个安静、封闭的环境，以支持持续注意力并减少外部干扰。

热感受和偏好

分析显示，实验条件对热感受有显著影响，χ²(4) = 70.79，p < .001，Kendall’s W = .84，表明效果显著。经过Bonferroni校正后的Wilcoxon符号秩检验显示，18°C 3200K条件显著低于28°C 3200K (p < .001)、28°C 5500K (p < .001) 和基线 (p = .002)，如图3所示。同样，18°C 5500K条件也显著低于28°C 3200K (p < .001)、28°C 5500K (p < .001)

老年人感知和生理反应的比较解释

研究结果表明，热环境和光照环境显著塑造了老年人的感受和偏好。在解释特定条件的差异之前，需要注意的是，选定的基线热环境和光照条件对老年人来说是感知上的中性参考设置。在23°C的基线温度下，热感受(-0.18)和偏好(-0.09)的评分接近零，表明偏离中性很小

结论

本研究探讨了热环境和光照条件如何影响老年人的感受、偏好、生理反应和认知表现，以基线参考变化作为共同的比较框架。通过关注变化而非绝对值，研究结果超越了强调固定温度变化的传统方法，而是突出了主观感知和偏好的变化如何塑造生理反应和认知表现

作者贡献声明

Dongwoo (Jason) Yeom：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、方法论、资金获取。Nina Sharp：撰写——审稿与编辑、资源管理、项目管理、方法论、资金获取。Seonghyuk Son：撰写——初稿撰写、数据可视化、软件使用、方法论、调查实施、数据分析

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

数据可用性

数据可应要求提供。

资金支持

本研究得到了“Edson痴呆症护理与解决方案计划”和亚利桑那州立大学的“Herberger研究所”研究-建筑投资的支持。

利益冲突声明

? 作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Dongwoo (Jason) Yeom报告称获得了亚利桑那州立大学Herberger研究所研究-建筑投资的财务支持。Nina Sharp报告称获得了亚利桑那州立大学Edson痴呆症护理与解决方案计划的财务支持。Dongwoo (Jason) Yeom与Beyond Lynk LLC存在关系，包括股权或

致谢

作者衷心感谢所有使这项研究成为可能的参与者。