严寒地区小学儿童的热感觉和舒适度：季节特征、体重影响和局部敏感性

《Building and Environment》：Children’s thermal sensation and comfort in a severe cold region primary school: Seasonal characteristics, body weight effects, and local sensitivity

　　

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  严寒地区儿童的冷舒适状况表现出季节差异。
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  在暖环境下，儿童的最低服装热阻约为0.44 clo。
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  总体而言，超重儿童的冷感觉更高，但舒适度更低。
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  躯干部位的冷感觉评价与整体冷感觉评价的相关性最强。
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  基于成人的冷舒适模型不适用于儿童。

引言

冷舒适是影响人类健康、工作效率和生活质量的关键环境因素[1,2]。在学校建筑中，良好的冷环境与学生的身体健康和学习表现密切相关，同时也与其认知发展和心理健康息息相关[3,4]。不适当的室内温度、湿度和辐射条件会对学生的学业表现产生不利影响[5]。因此，为儿童营造舒适的室内环境已成为学校建筑设计的一项核心任务。

然而，尽管儿童是学校的主要使用者，学校建筑的冷环境设计通常基于源自以成人为中心的研究的冷舒适标准。因此，儿童往往被迫接受由成人偏好所塑造的教室环境。广泛使用的冷舒适标准，如ISO 7730[6]、ASHRAE 55[7]和EN 16798-1[8]，主要基于气候箱实验以及在真实办公环境中对健康成人的现场研究[9,10]。处于生长发育过程中的儿童的体温调节机制、代谢特征和心理适应性明显不同于成人，导致其对冷环境的反应更为敏感和复杂[11]。儿童通常偏好较低的室内温度，其中性或舒适温度通常低于成人[12,13]。此外，儿童对暖环境的耐受性较低，但对凉爽环境的适应性较好[14,15]。他们每单位体表面积散热量高于成人，表明在相同环境条件下体内产热量更大[16]。综合作用，这些因素可能导致儿童的冷舒适特征与成人存在显著差异。

近年来，关于儿童冷舒适的现场研究逐渐增加，涵盖多种气候区和季节尺度。在温带英国，Teli等人[17]在非供暖季进行的研究发现，在自然通风的小学教室中，儿童的舒适温度比PMV和EN 15251预测值分别低约4°C和2°C，且儿童对高温的敏感性高于成人；在此基础上，Korsavi和Montazami[13]将研究扩展至涵盖非供暖季和供暖季的完整年度周期，量化了儿童在两个季节中的舒适度分别低于成人参考值1.9 K和2.8 K。在尼日利亚的湿热气候区，Munonye和Ji[18]对雨季和旱季进行了调查，报告了较高中性温度（28.1–28.8°C）和小学学生明显的高温耐受性。在中国夏热冬冷地区，Wu和Wagner[19]进行了一年四季的研究，观察到中学生中性温度出现显著的季节性变化（夏季25.7°C、过渡季19.2°C、冬季14.9°C），而Sun等人[20]聚焦于夏季，提出了一种基于冷感觉评价的空调策略，小学冷却设定温度为28°C。然而，总体而言，这些研究主要集中在温和或夏热气候区，很少有研究在严寒地区捕捉到儿童跨越完整年度周期的冷环境反应。

严寒地区（如中国东北地区）具有独特的气候和室内冷环境特征[21]。首先，冬季集中供暖造成显著的室内外温差：室内温度维持在18–22°C的舒适范围内，而室外温度可能低于?20°C，温差可达数十度。因此，学生在室内外之间移动时必须适应剧烈的冷环境变化。其次，严寒地区年温差大，冬季漫长，夏季可能炎热。在春秋季过渡季节，室外温度急剧波动，供暖系统的启停与气候变化并不完全吻合，导致教室冷环境不稳定。中国西北严寒地区的一项研究仅评估了冬季供暖季，发现教室中学生的舒适温度范围约为13.0–18.0°C[22]。需要注意的是，这个相对较低的范围（13.0–18.0°C）反映了调查对象（中国西北寒冷地区农村儿童）的强适应性特征——高服装热阻（1.4–1.6 clo）以及长期低温适应。另一项针对中国东北沈阳小学的研究报告冬季室内中性温度约为18.5°C，远低于基于成人标准得出的推荐值[21]。这些发现表明，在严寒气候条件下，儿童在供暖季可能适应并偏好较低的室内温度。然而，由于缺乏过渡季和夏季的同时观测，严寒地区儿童的年度冷舒适特征仍未得到充分了解。

严寒地区有限的全年证据限制了对儿童冷感知和穿衣行为季节性变化的表征。它也阻碍了对先前的冷体验是否会跨越季节延续的评估——适应性冷舒适研究[23,24]已指出这种可能性。连续的年度观测有助于识别与建筑运行相关的较高不适时段。严寒地区提供了一个有用的研究场所，因其具有宽大的年温差、剧烈的季节转换、冬季集中供暖和夏季自然通风。

性别差异可能进一步导致儿童冷反应的异质性。在成人群体中，在可比冷条件下，女性通常报告更凉的冷感觉，且偏好比男性更暖的室内环境，这与代谢率差异、身体组成、周围血流量调节和穿衣习惯有关[25]。然而，关于儿童冷舒适中性别差异的证据仍然不一致。一些研究报告女孩偏好更暖的冷环境或对凉爽条件更敏感，而另一些研究则发现学龄儿童中不存在显著的性别差异[26,27]。这些不一致的发现可能与年龄、青春期发育、身体组成、穿衣行为、活动水平和气候环境等方面的差异有关。因此，性别相关的冷反应应在特定的年龄组和环境背景下进行考察，特别是通过跨越不同季节的纵向观察。

除性别差异外，证据表明儿童的冷反应也受体重效应和局部敏感性的影响。例如，儿童在代谢率、身体组成、皮肤温度分布和周围体温调节恢复方面与成人存在显著差异，表明与BMI相关的生理特征可能影响其冷感觉和偏好[28]。此外，如上所述，儿童的体温调节过程与成人存在显著差异，这可能导致与年龄相关的局部冷敏感性模式。然而，这些因素很少在完整年度周期中同时被考虑[11]。

总之，很少有研究在严寒气候下对整个年度周期内儿童的冷感知进行调查，尽管由于冷适应[23,24]、建筑运行[13]和冷敏感性[29,30]的影响，其反应可能在季节间存在显著差异。为弥补这一空白，本研究在中国沈阳的一所以小学生为对象的小学进行了全年四季的现场测量和问卷调查。研究描述了整体和局部冷反应的季节性模式，并考察了它们与服装热阻、BMI和性别之间的关联。研究结果可为未来严寒地区儿童专用冷舒适评估和学校建筑设计提供支持。

各节摘要

研究地点和周期

本研究在中国辽宁省沈阳市（41°48′N, 123°25′E）一所朝南教室的小学中进行，教室面积为54 m²。最热的月份是七月，平均最高温度为28°C，平均最低温度为21°C；最冷的月份是一月，平均最低温度为?17°C，平均最高温度为?6°C[31]。室外气象参数包括室外空气温度（T_a,out）、室外

室内冷环境特征

各季节的教室室内冷环境参数汇总见表3和图2。除三月（处于供暖期内）外，春季室内等效温度T_op受室外空气温度T_a,out的强烈影响，波动明显。相比之下，由于十一月供暖系统已经开启，秋季T_op变化更为平稳。为初步评估室内冷环境

严寒地区教室室内冷环境特征及现行标准的适用性

观察到EN 16798-1冬季阈值与报告的舒适度之间存在差异：教室T_op约有62%的时间低于第三类别下限，而冬季TCV为四个季节中最高[8]。这一发现表明，基于成人的阈值可能无法完全反映在当前条件下这些儿童的反应。在英国小学[17]、沈阳[21]等地也报告了类似的较低舒适或中性温度

结论

本研究在中国沈阳的一所小学进行了四季室内冷环境参数的现场测量，并收集了43名11–12岁学生的主观冷反应。得出以下结论。

• (1)
  在全年周期中，小学教室总体上为儿童提供了令人满意的冷条件。然而，与EN 16798-1对比后发现，冬季T_op低于第三类别下限

CRediT作者贡献声明

侯思琦：撰写——初稿，可视化，验证，方法论，调查，形式分析，数据管理，概念化。南艳丽：撰写——审阅与编辑，可视化，验证。高山：撰写——审阅与编辑，指导，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，概念化。冯驰：撰写——审阅与编辑，指导，资源，项目管理，资金获取，概念化。

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