不同活动水平下中国人群代谢率特征及预测模型研究

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人体新陈代谢率(met)是六个影响人体热舒适的主要因素之一,它决定着人们暴露在热环境中的舒适度或疲劳度,是计算人体热平衡、生理和心理热反应的前提。然而新陈代谢率的测量方法复杂,测试仪器昂贵,并且在ISO和ASHRAE标准中给定参照值的数据来源为欧洲和北美人群,长期没有更新。因此,针对标准中缺少中国人群特征的代谢率数据值,以及高效便捷的代谢率数据获取方法,本文的研究内容为不同活动水平下中国人群的代谢率值及其特征,同时对可穿戴设备的热舒适现场应用可行性进行探索。本文通过便携式可穿戴气体代谢分析仪(Cosmed K5)测量了111名20-69岁长期处于室内办公状态的中国人群在办公活动类、家庭活动类和走步活动类等18种活动工况下的新陈代谢率,结果发现热舒适标准中给定的代谢率参照值并不同样适用于中国人群。ISO和ASHRAE标准值倾向于低估坐姿活动和高估站姿活动的代谢率约0.1-0.2 met(10-20%);且ISO标准显著低估走步活动的代谢率0.2-0.4 met(7-17%),ASHRAE标准则低估约20%以上。分析代谢率性别年龄差异发现,女性在中高活动水平下的代谢率水平略低于男性约10%,差异显著(p<0.001);20-29岁和50-59、60-69岁之间走步2-6 km/h时存在显著年龄差异。进一步研究代谢率现场数据获取方法,以本文中代谢率实测值为因变量,以受试者个人信息、心率以及加速度计活动计数的不同组合为自变量,通过逐步回归方法建立代谢率预测方程并对其结果分析对比发现,ISO 8996标准中的心率预测代谢率方程高估了在相同心率水平下的代谢率;三轴运动加速度计可以应用热舒适现场研究进行代谢率预测,能够一定程度改善心率预测方程的准确性,并且同时使用手、腰、脚三个部位加速度计的组合方程可以降低预测误差至10%。综上,本研究通过对长期处于室内办公状态的人群在不同活动水平下的代谢率测量,可能对环境设计的热舒适性和能源效率产生重要影响。当前研究中的代谢率实测值可以用于预估中国人群在实验室和现场研究中的活动水平和代谢率值,也为将来建立中国人群的代谢率数据库贡献力量。同时,对于代谢率现场数据获取方法的探索为也热舒适现场研究的数据获取提供更多的可能性。
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