中国人群代谢率数据库的建立与应用

高斯如，李艳艳，杨柳，翟永超*

0 引言

新陈代谢率是影响人体热舒适的重要因素之一，获取精确的代谢率数据是计算人体热平衡、评价人体热舒适的前提。相较于其他影响因素，代谢率由于测量过程复杂、测量设备昂贵，一直是热舒适研究的难点。当前的实验与现场研究中，鲜有对代谢率进行直接测量，多采用查取标准规范的方法获取某一活动类型下的代谢率参考值。常用的标准有ISO 8996-2004[1]、ISO 7730-2005[2]，及ASHRAE 55-2017[3]等，然而以上标准给定的代谢率取值均来自基于欧美青年人群的测量数据，忽略了不同人群、不同性别和年龄造成的代谢率差异。发表于Science期刊的一项研究发现：年龄是影响人体基础代谢变化的重要因素[4]。近年来基于中国人群的实验研究发现，实验测得的代谢数据与标准给定值存在差异，但存在测试样本较小，活动工况少，未关注年龄影响的问题[5-6]。综上当前热舒适领域代谢率基础数据严重缺乏，建立系统的中国人群代谢率数据库，是精确评价人体热舒适、提升室内热环境设计的重中之重。

1 方法

现有的代谢率测试方法可划分为筛分法、观测法、解析法和测量法，以上4 种测试方法精度逐级递增，其中以测量法最为准确，被称为代谢率测量的“金标准”。测量法中使用最为普遍的为间接测热法，即通过测定受测者的耗氧量和CO2生成量，根据相应的氧热价计算出单位时间的代谢产热量。便携式气体代谢分析仪因具有便携、实时、精确的特性，能够满足对日常活动进行长时间不间断测量。本研究采用便携式气体代谢分析仪COSMED K5，测试了20～69 岁共151 名（男女比例1:1）受测者从事平躺、办公活动（坐姿休息/阅读/写字/打字、站姿休息/打字/整理文件）、家庭活动（看电视、玩手机、整理衣物、擦窗户、吸尘）、运动（走步2～6km/h）共18 项活动的实时耗氧量与CO2生成量（图1-5），并根据公式（1）-（3）计算得出代谢率，测试过程依据ISO 8996-2004 标准[1]。

1 便携式气体代谢分析仪

2 受测者呼出气体测定

3 办公活动（坐姿阅读、坐姿写字）

4 办公活动（站姿打字、站姿整理文件）

5 家庭活动（吸尘）和走步

式中：RQ 为呼吸商；VCO2为CO2的产生速率，单位ml/min；VO2为耗氧率，单位ml/min；EE 为能量当量，单位W·h/L O2；M 为代谢率，单位W/m2。

2 成果

基于间接测热法，测试并收集代谢率数据2718 组，每组数据包括受测者的性别、年龄、身高（m）、体重（kg）和体脂率（%）等身体特征数据，耗氧率（ml/min）、CO2产生速率（ml/min）等呼吸成分数据，以及计算得出的代谢率（W/m2和met）、代谢产热量（W）。建立了中国首个涵盖老、中、青年人群，覆盖办公、家庭、运动等多种活动类型的代谢率基础数据库，为评价不同年龄人群热舒适提供了精确数据，满足了不同建筑类型室内热环境设计的需求。对数据库进行分类整理，得到了中国人群代谢率的年龄变化规律与性别影响规律，发现全年龄段的男性受测者的代谢产热量及代谢率均高于女性，其差异随活动强度提升逐渐增大。年龄对代谢率变化的影响较小，在20～69 岁范围内基本保持稳定，该结果与以往基础代谢率的研究结果一致。与ISO 和ASHRAE 国际标准中代谢率值（表1）对比表明中国人群代谢率测试值在低强度活动时接近标准值，在高强度活动时则高于标准给定值，因此，“一刀切”地使用基于欧美人群的代谢率标准值，在热舒适评价中势必引起较大的误差。

表1 不同活动类型下国际标准给定代谢率值与中国人群代谢率测量值

3 结论

我国人群代谢率测量值与国际标准给定值之间存在较大差异，“一刀切”地使用基于欧美人群的代谢率标准值，忽略性别和年龄差异，在热舒适评价中会造成较大误差。本研究针对代谢率数据获取难、缺乏中国人群代谢率基础数据的难题，基于间接测热法，开展大样本不同年龄、不同活动类型的代谢率测试，获取2718 组中国人群代谢率数据一手资料，据此建立了中国人群代谢率数据库，成果填补了标准数据中我国不同年龄人群代谢率特征的空白。□