陳言桂，李 莉，施 靈

(1.集美大學機械與能源工程學院，福建 廈門 361021；2.海洋可再生能源裝備福建省高校重點實驗室，福建 廈門 361021)

0 引言

呼吸是人體與外界進行氣體交換的過程，外界環(huán)境參數(shù)的變化影響著人體呼吸，良好的空氣參數(shù)不僅能改善人體呼吸順暢度，而且對人的健康有益，同時可以提高工作效率，使人富有創(chuàng)造力。

目前，國內(nèi)外的相關(guān)研究主要集中在環(huán)境參數(shù)對呼吸系統(tǒng)疾病影響方面。如Carder等[1]認為氣溫與大氣顆粒物對呼吸系統(tǒng)的影響存在交互作用，過低或過高的空氣溫度均能加劇大氣顆粒物對呼吸系統(tǒng)的損害，并造成嚴重的健康問題；Michelozzi等[2]的研究發(fā)現(xiàn)，高溫會引起呼吸系統(tǒng)疾病入院率升高，中東和北歐城市的氣溫從某個臨界值開始每升高1 ℃，呼吸系統(tǒng)疾病入院率增加4.5%；陶輝等[3]對北京H區(qū)研究結(jié)果顯示，日平均氣溫大于 25 ℃時，氣溫每升高1 ℃，呼吸系統(tǒng)疾病死亡率增加25.7%；Barreca[4]，陶燕等[5]認為人體暴露于極端濕度環(huán)境下同樣也會增加呼吸系統(tǒng)疾病的死亡風險；王敏珍等[6]研究發(fā)現(xiàn)，平均氣溫與相對濕度對呼吸系統(tǒng)疾病急診就診人數(shù)的影響均呈現(xiàn)U型的非線性分布特征，其中低溫、低濕是呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)生的重要環(huán)境因素。

綜上所述，目前相關(guān)研究側(cè)重于呼吸系統(tǒng)疾病方面，尚缺乏對人體正常呼吸順暢度方面的研究；且未發(fā)現(xiàn)室內(nèi)CO2濃度對人體呼吸順暢度影響方面相關(guān)文獻。故本文在廈門市教室自然通風環(huán)境下，測試該環(huán)境參數(shù)(輻射溫度tf，干球溫度tg，相對濕度ψ，風速v，CO2n)，收集受試者在該環(huán)境下對呼吸順暢度所做的主觀評價指標，研究教室在自然通風情況下環(huán)境參數(shù)對人體呼吸順暢度的影響，以期為同類課題研究提供參考。

1 研究方法

1.1 受試者背景和測試地點

本次課題受試者為建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)學生，受試者人數(shù)77人，其中男生66人，女生11人。受試者已在廈門生活3年，已基本適應廈門市氣候。受試者背景情況見表1。

表1 受試者背景情況

測試地點位于集美大學大唐樓2504教室，該教學樓是一座6層建筑物，南北朝向，教室南面為窗戶，北面為內(nèi)墻及門，測試時將門窗開啟，實現(xiàn)自然通風。

1.2 數(shù)據(jù)采集

1.2.1 環(huán)境參數(shù)采集

采用型號為Testo 480的德圖多功能測量儀測試教室自然通風環(huán)境參數(shù),每隔1 s自動采集一次數(shù)據(jù)，每次采集15 min。

1.2.2 問卷調(diào)查方案

本課題制定的呼吸順暢度指標m為4水平的因變量，見表2。

表2 統(tǒng)計結(jié)果

利用現(xiàn)流行的微信——騰訊投票調(diào)查小程序，制作呼吸順暢度指標問卷調(diào)查內(nèi)容。課題組于2018年3月至4月期間，在測試地點，對受試者的呼吸順暢度進行問卷調(diào)查和現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)采集，得到自然通風環(huán)境下82組環(huán)境參數(shù)和呼吸順暢度指標。

廈門市3月至4月為傳統(tǒng)的梅雨季節(jié)，溫濕度變化較大，測試期間教室內(nèi)干球溫度tg為17.4～29.6 ℃，相對濕度ψ為51.45%～83.35%，風速v為0.04～1.14 m/s，CO2體積分數(shù)n為442～1137，說明測試數(shù)據(jù)具有較大適用性。

測試時要求受試者著長袖單衣和長褲，忽略衣服熱阻對人體呼吸順暢度的影響。為減少受試者剛進入教室時產(chǎn)生感官誤判以及教室自然通風條件下環(huán)境參數(shù)產(chǎn)生波動的不穩(wěn)定因素，要求受試者靜坐30 min，再開始問卷調(diào)查。

2 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)受試者的呼吸順暢度問卷調(diào)查內(nèi)容，將頻數(shù)在90%以上的呼吸順暢度指標作為測試最終結(jié)果。整理Testo 480多功能測量儀測試得到的環(huán)境參數(shù)，建立輻射溫度tf，干球溫度tg，相對濕度ψ，風速v，CO2體積分數(shù)n與呼吸順暢度指標的對應關(guān)系，分別對這些參數(shù)和指標進行單因素分析的χ2檢驗，以顯著水平P=0.05為標準[7]。檢驗的均值、偏差和顯著水平P值，見表2。根據(jù)表2，相對濕度ψ和CO2體積分數(shù)n存在顯著差異(P<0.01)；干球溫度tg存在差異顯著(P<0.05)。

因測試季節(jié)正處于廈門市春夏過渡季，氣候適宜，且所測環(huán)境為教室，輻射溫度與干球溫度溫差較小，其對人體呼吸順暢度指標影響與干球溫度一致，故輻射溫度tf無明顯差異(P>0.05)；教室風速較低(0.04～1.14 m/s)，對人體呼吸順暢度影響無明顯差異(P>0.05)，但當風速變大時，風速是否人體呼吸順暢度產(chǎn)生影響，將在后期研究中進一步深化。

綜上所述，在教室內(nèi)自然通風條件下，呼吸順暢度指標與干球溫度、相對濕度和CO2體積分數(shù)有關(guān)，與風速和輻射溫度未發(fā)現(xiàn)相關(guān)性。

3 有序邏輯回歸模型

3.1 有序邏輯回歸模型的建立

在本課題中，人體呼吸順暢度是4水平的因變量，即存在有序多分類，傳統(tǒng)模型回歸方式無法對這種因變量進行擬合，而有序邏輯回歸方式能解決這類問題，其原理是將因變量的多個分類依次分割為多個二元的邏輯回歸[8]。

為了正確估計多因素的綜合影響，根據(jù)表2的單因素分析結(jié)果，將P<0.01的因素進行有序邏輯回歸分析，P<0.05的因素為保留條件，來擬合回歸方程，則進入模型的變量有相對濕度ψ、CO2體積分數(shù)n和干球溫度tg，因變量有呼吸順暢度指標m，所建立的有序邏輯回歸模型，如式(1)所示：

(1)

式中：π1為呼吸順暢度m=1的概率；π2為呼吸順暢度m=2的概率；π3為呼吸順暢度m=3的概率；π4為呼吸順暢度m=4的概率；β1、β2、β3分別為tg、φ和n的自變量系數(shù)；α1、α2、α3為常數(shù)。

3.2 模型檢驗

有序邏輯回歸分析建立的基礎(chǔ)是自變量之間無多重共線性(即平行線檢驗)和模型滿足“優(yōu)勢比”這兩個假設(shè)條件，故所建立的模型需對這兩個假設(shè)條件進行檢驗。

平行線檢驗是在不同指標的有序分類結(jié)果中，解釋變量的效應(βi值)應保存一致，不會隨著指標的不同而變化。當模型的回歸系數(shù)(βi值)相等的限制條件取消時，公式(1)的對數(shù)似然值改變，其統(tǒng)計量服從χ2分布，在平行線假設(shè)成立的條件下，βi應保持一致或接近，不存在系統(tǒng)的差別，即顯著水平P≥0.05。[8]

4 模擬結(jié)果及因素分析

4.1 模擬結(jié)果

采用SPSS20軟件對82組樣本數(shù)據(jù)進行有序邏輯分析，得出有序邏輯分析的平行線檢驗，見表3，其中df為自由度；模型的參數(shù)估計值見表4；實測指標與模型模擬指標對比情況如圖1所示。

表3 平行線檢驗

由表3的平行線檢驗結(jié)果，可以看出零假設(shè)邏輯模型和廣義邏輯模型回歸方程中，各自變量與因變量的檢驗影響結(jié)果相同，即P=0.394>0.05，說明各回歸方程是相互平行的，可以使用有序回歸模型來進行分析。

由表4可以得出自變量系數(shù)顯著水平P均小于0.01，說明干球溫度、相對濕度和CO2體積分數(shù)與該有序邏輯回歸模型具有顯著的相關(guān)性。

表4 模型的參數(shù)估計值

由圖1可以看出，模擬指標與實測指標89.8%吻合，說明所建立的有序邏輯回歸模型與實測值具有較高的擬合結(jié)果。

4.2 因素分析

由表4可得，β1>β2>β3。根據(jù)式(1)可知，對呼吸順暢度指標的影響重要程度依次為干球溫度>相對濕度>CO2體積分數(shù)。

干球溫度的OR值為4.707>1，即在呼吸順暢度指標m在高1個指標的可能性判斷中，干球溫度的高是低的4.707倍，說明干球溫度越高，呼吸順暢度就越差。

相對濕度的OR值為1.510>1，即呼吸順暢度指標m在高1個指標的可能性判斷中，相對濕度的高是低的1.510倍，說明相對濕度越高，呼吸順暢度就越差。

CO2體積分數(shù)的OR值為1.066，即在呼吸順暢度指標m在高1個指標的可能性判斷中，CO2體積分數(shù)的高是低的1.066倍，說明CO2體積分數(shù)越高，呼吸順暢度就越差。在教室自然通風環(huán)境下，CO2體積分數(shù)對呼吸順暢度影響較干球溫度和相對濕度弱。

5 結(jié)論

1)在教室自然通風環(huán)境下，呼吸順暢度指標與干球溫度、相對濕度和CO2體積分數(shù)有關(guān)，它們對呼吸順暢度指標的影響程度依次為干球溫度>相對濕度>CO2體積分數(shù)。

2)用有序邏輯回歸理論來建立呼吸順暢度指標回歸模型是可行的，89.8%的模擬指標與實測指標吻合，具有較高的擬合結(jié)果。