关于嗅觉感知对高温环境下人体热舒适度影响的研究

《ENERGY AND BUILDINGS》：Study on the effect of olfactory perception on human thermal comfort in high temperature environment

嗅觉刺激对高温环境下人类热舒适的影响研究。通过对比薄荷（Mentha canadensis）与中国茉莉（Aglaia odorata var. microphyllina）的嗅觉效应，发现两者均能显著降低热不适感，但中国茉莉的缓解效果更持久。研究表明嗅觉感知与热舒适呈正相关，且心理认知层面的调节作用优于生理指标。该研究为多感官综合的热环境评价体系提供依据，助力绿色建筑空间设计。

　　

陈旭|李娟|金鹤仙

中国浙江省农林大学，杭州311300

摘要

随着人类社会的发展，全球气候变化以及极端天气事件的频繁发生，公众对城市生活环境的关注度日益提高。本研究选择了两种芳香植物——薄荷（Mentha canadensis）和香叶女贞（Aglaia odorata var. microphyllina）作为嗅觉刺激的来源。通过收集参与者的生理参数和主观问卷数据，研究了不同芳香植物香气在高温度环境下对人类热不适的缓解效果。结果表明，嗅觉感知对人类的热舒适度有显著影响。在嗅觉刺激阶段，薄荷和香叶女贞组的热感觉和热不适感均显著降低。值得注意的是，香叶女贞的香气在缓解热感觉方面的效果比薄荷更持久。关于嗅觉感知与热感知之间的相关性，香气引起的热感觉与整体热感觉呈显著正相关，而嗅觉舒适度与热舒适度和整体舒适度也呈显著正相关。这项研究可以为建立更全面的热环境评估系统以及创造绿色舒适的室内空间提供参考。

引言

虽然城市发展带来了便利和舒适，但也引发了一些意想不到的问题。全球气温上升和城市热岛效应的负面影响使人们意识到城市热是一种无形的危害。研究表明，在与健康相关的各种环境因素中，热环境对人类身心健康的影响最大[1]。在高温环境下，热应激往往是引发心血管、呼吸系统和脑血管疾病急性发作的直接因素，而因热应激导致的死亡人数往往被低估[2]。Tuholske等人基于对全球13,000多个城市和城镇的数据分析发现，近四分之一的人口暴露在极端高温中，在某些国家，城市热对人类死亡率构成了最大的环境风险[3]。关于心理健康，现有研究证实了热暴露与心理健康之间的联系。温度升高会显著降低幸福感，当平均日温度超过21.1°C时，尤其是32.22°C时，情绪幸福感会显著下降[4]。黄等人在对北京的研究中进一步发现，在夏季高温期间，居民的敌对情绪与户外活动时间呈倒“U”形关系：当户外活动时间超过120分钟时，敌对情绪会随着时间的延长而增加，快速适应温度差异变得困难[5]。因此，在高温环境下保持良好的热舒适度不仅与个人的主观感受和幸福感有关，也是确保工作效率、降低与热相关的疾病风险以及提高室内和室外环境宜居性的关键公共卫生问题。自20世纪20年代以来，全球学者一直在持续研究室内热舒适度。目前，随着人们追求生态宜居的生活环境，室内环境质量受到了高度重视。优化室内热湿环境并创造动态热环境以提高用户舒适度是绿色建筑设计的重要标准。

热感觉是人体对周围气候环境的综合感知，包括对热刺激的生理反应和主观心理态度。基于这种热感觉的热舒适度是对热环境的满意状态，是评估热环境质量的关键指标[6]。在建筑实践中，热舒适度标准为精确评估室内热环境提供了重要的基准，其相关指标和参数指导了整个建筑设计、工程评估和运营管理过程[7]。热感知作为影响室内环境健康的中介因素，与个人健康水平密切相关[8]。舒适度是一种个体对热环境感到满意的状态，受多种因素影响，包括物理环境参数、个体生理因素和主观感觉。最早的热舒适度研究出现在建筑领域，主要关注温度、湿度、空气速度等物理参数以及代谢率和衣物隔热性等个体因素。然而，人类对热环境的感知是一个多感官整合的复杂过程，主观心理因素的作用尚未完全纳入综合评估框架[9]。

近年来，多感官交互对热舒适度的影响越来越受到关注，视觉、听觉和嗅觉是主要的研究焦点。例如，李等人从视觉角度研究了不同温度和色温下与热感知相关的生理参数的显著差异[10]。Chinazzo和Wienold的室内实验表明，环境颜色会影响热感觉；例如，橙色玻璃比蓝色玻璃让人感觉更温暖[11]。陈等人探讨了室内热声交互对人类舒适度的影响，发现听觉和热感知都会显著影响人类舒适度[12]。刘在研究不同活动水平下情绪诱导状态下的热舒适度差异时发现，主观情绪状态显著影响人类热舒适度[13]。值得注意的是，嗅觉作为一种重要的感官通道，在调节情绪和舒适度方面具有独特的潜力。例如，张等人在研究热嗅觉交互感知下的情绪变化时发现，热舒适度、热感觉、气味舒适度和情绪之间存在强相关性[14]。刘等人通过构建结构方程模型发现，视觉、听觉和嗅觉主要通过影响游客的热感觉和心理认知间接影响他们的热舒适度[15]。

芳香植物作为天然香气来源，含有丰富的化学成分，是芳香疗法的主要材料[16]。崔等人分析了12种芳香植物释放的挥发性成分，发现不同植物对人类身心健康有不同的影响[17]。芳香植物可以有效用于室内，以调节心理、情绪和生理健康。另一方面，传统上，嗅觉和热感觉之间往往存在内在联系；气味常被赋予“凉爽”或“温暖”的主观品质。在泰国，许多食物和草药可以用“凉热二分法”来分类。例如，干姜（Zingiber officinale）被认为是温暖的，而茉莉（Jasminum sambac）和薄荷（Mentha canadensis）则被认为是凉爽的[18]。此外，传统中药中的草药也具有寒、热、温、凉四种性质[19]。因此，作为天然嗅觉材料，芳香植物及其气味感知特性与热环境感知可能存在关联。然而，现有研究大多集中在单一合成香料成分（如薄荷醇）上。目前还缺乏关于不同天然植物在真实热应激条件下完整气味谱的差异影响的系统实证比较和机制分析，以及气味本身的“热属性”与环境热量评估之间的路径。

现有研究从跨模态感知和生理学的角度证实，嗅觉刺激会影响人类的热感知和舒适度。例如，薄荷醇等成分可以通过激活三叉神经冷感受器直接产生凉爽感[20]，[21]，并可以在实验室环境中改善热舒适度评估[22]。然而，大多数研究集中在单一或少数合成香料成分上，缺乏对各种天然植物在高温热应激环境下完整气味谱差异效果的系统比较。此外，两种相关但不同的机制路径——气味本身的固有温度属性及其对环境热量评估的调节作用——尚未得到充分区分和探索。

基于此，本研究选择了两种在夏季室内常用的芳香植物，它们具有对比鲜明的嗅觉感知（清爽刺激的薄荷与舒缓温和的香叶女贞（Aglaia odorata var. microphyllina）以及稳定的香气作为研究材料。目的是系统比较这两种天然植物香气在高温度环境下对人类热舒适度的不同影响，并阐明气味热感觉与环境热感觉之间的关系。本研究旨在深入理解非物理因素调节热舒适度的机制，为构建更全面的热环境评估系统提供新的科学基础，同时为创造绿色健康的室内环境提供依据。

实验材料

本实验旨在研究吸入不同芳香植物香气在高温度环境下对人类热不适的缓解效果。选择了夏季常见的两种植物——香叶女贞和薄荷作为嗅觉材料。为了确保香气的真实性并模拟自然嗅觉体验，直接使用了活体植物标本作为原料。我们在植物相同生长阶段统一收集了特定部位。

结果与分析

表4展示了基线血压值的一元方差分析（ONE-WAY ANOVA）结果，表5展示了其他指标基线值的Kruskal-Wallis H检验结果。各组之间的任何指标均无显著差异（p > 0.05）。因此，后续分析不会受到基线数据初始差异的干扰。

嗅觉感知对高温环境下生理数据的影响

对高温环境下嗅觉感知的实验分析表明，虽然嗅觉刺激并未显著影响反映自主神经系统活动的生理指标（如LF/HF比率），但确实显著改善了参与者的TSV和TCV。这表明，在热应激条件下，嗅觉感知对人类热舒适度的调节作用主要发生在心理和认知层面。

结论

本研究通过分析实验数据，研究了嗅觉感知对高温环境下人类热舒适度的影响。主要结论如下：

1) 在高温环境下，嗅觉刺激并未显著影响人类血压或心电图（ECG）数据得出的LF/HF比率。

2) 不同类型气味的感知对人类热舒适度有不同的影响。薄荷和香叶女贞的香气都有缓解作用。

作者贡献声明

陈旭：撰写——初稿、可视化、软件应用、数据分析、概念化。李娟：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、验证、方法论。金鹤仙：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资金获取。

资助

本研究由中国国家自然科学基金（52278084）资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。