高海拔地區(qū)彌散供氧應(yīng)用場(chǎng)所研究綜述

劉雨婷，李曉虹 （西華大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都 610039）

1 前言

我國(guó)高原面積占國(guó)土陸地面積的33%以上。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，帶動(dòng)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，到西部高原地區(qū)旅游、經(jīng)商、科研的人數(shù)在大幅度增加，人們?cè)谄皆透咴g來(lái)往頻繁。缺氧一直是高原對(duì)人類的重大挑戰(zhàn)，所謂缺氧就是指隨著海拔的升高，大氣壓下降，大氣壓中的氧氣分壓也隨之下降，也就是說，空氣中的氧含量降低，從而導(dǎo)致人們吸入空氣的氧氣含量降低，造成人體的低氧血癥，即習(xí)慣所說的“缺氧”

[1]。高原缺氧易引發(fā)急性高原病，如高原肺水腫、高原腦水腫等。高原肺水腫起病急、發(fā)展快、在海拔4000m 以上發(fā)病率為1%～2%，如果不及時(shí)救治，死亡率會(huì)達(dá)到10%以上；高原腦水腫起病急、死亡率高，在海拔高度為3700m 以上地區(qū)，發(fā)病率為0.05%～2%[2]。由此可見，高海拔地區(qū)供氧尤為重要。

目前高原地區(qū)供氧方式主要有鼻吸式供氧和彌散式供氧，鼻吸式供氧由于對(duì)鼻黏膜有較強(qiáng)的刺激，并且需要佩戴導(dǎo)管，對(duì)個(gè)體有較強(qiáng)的束縛性，目前不作為人們供氧的首選方式，因此彌散供氧在高海拔地區(qū)有較大的應(yīng)用市場(chǎng)。本文主要針對(duì)彌散供氧在高海拔地區(qū)的應(yīng)用場(chǎng)所進(jìn)行綜述。

2 彌散供氧介紹

彌散供氧是氧源通過管路輸送到密封性較好的房間，蔓延至房間的每個(gè)角落，將房間內(nèi)空氣的氧濃度提升至合理的范圍內(nèi)，使人們?cè)谘鯕夂砍渥愕沫h(huán)境中工作、學(xué)習(xí)和生活，從而保障急進(jìn)高原人員的工作效率和健康水平。相比于傳統(tǒng)吸氧方式,彌散供氧是直接提高人體所處環(huán)境的氧含量,且不需要佩帶各種吸氧裝備，例如呼吸面罩、噴嘴等,以此來(lái)解除傳統(tǒng)吸氧方式的各種束縛[3]。20 多年前West 首次提出彌散供氧概念,還將彌散供氧調(diào)節(jié)與空氣調(diào)節(jié)進(jìn)行比較，對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩者都處理房間或建筑物通風(fēng)的空氣，本質(zhì)上的區(qū)別是，空調(diào)降低空氣的溫度，然后使其循環(huán)，而氧氣調(diào)節(jié)則是增加氧氣濃度[4-5]。

3 彌散供氧應(yīng)用場(chǎng)所

3.1 密閉狹小空間

3.1.1高原隧道

缺氧問題是圍繞著高海拔地區(qū)隧道施工的首要難題，為保障高原隧道施工人員的健康和生命安全，部分學(xué)者對(duì)隧道如何供氧進(jìn)行研究。劉應(yīng)書[6]提出隧道掌子面彌散供氧與氧吧車結(jié)合的供氧方法解決隧道施工的缺氧問題，并結(jié)合實(shí)際工程青藏鐵路風(fēng)火山隧道施工進(jìn)行應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果表明隧道掌子面彌散供氧和隧道氧吧車供氧方法提高工人們的工作效率,保障施工人員的生命健康，相較于個(gè)人攜氧的補(bǔ)氧方式而言更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適合高原隧道工程應(yīng)用。房銳[7]通過對(duì)比攜氧方式供氧、全富氧供氧和綜合供氧的優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性，選擇采用隧道掌子面彌散供氧結(jié)合輸氧管道預(yù)留可控吸氧裝置和氧吧房屋相結(jié)合的方式解決了白茫雪山1#隧道施工缺氧問題。王科[8]利用Fluent 軟件模擬通風(fēng)供氧與彌散式供氧這兩種不同的供氧方式，研究表明，掌子面彌散式供氧方法相較于通風(fēng)供氧方法而言對(duì)提高掌子面附近氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)更加有效，同時(shí)也更加的經(jīng)濟(jì)。

3.1.2 高原列車

隨著高原鐵路的建設(shè)開通，高原列車的制氧補(bǔ)氧問題引發(fā)學(xué)者們的關(guān)注。歐陽(yáng)仲志[9]從對(duì)車輛氣密性要求、對(duì)車輛供電要求、對(duì)設(shè)備安裝要求這三個(gè)方面對(duì)比了在車上采用制氧機(jī)制氧的方式和對(duì)車室內(nèi)增壓增氧，并攜帶氧氣瓶的供氧方式的好壞，認(rèn)為青藏鐵路客車應(yīng)采用制氧機(jī)制氧的供氧方案。胡松濤[10-11]推導(dǎo)出列車在彌散供氧方式下需氧量的計(jì)算公式，并分析了彌散供氧方式下影響高原列車需氧量的因素，為高原列車制定供氧方案、選取供氧設(shè)備提供參考價(jià)值。于海飛[12]認(rèn)為現(xiàn)有的制氧系統(tǒng)管路總裝時(shí)間長(zhǎng)，施工不規(guī)范，便提出使列車供氧管路模塊化，其優(yōu)點(diǎn)是管路模塊相對(duì)獨(dú)立、互換性強(qiáng)、通用性強(qiáng)，生產(chǎn)成本相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的供氧管路系統(tǒng)降低。

3.1.3 高原礦山

我國(guó)高原土地礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量豐富，但隨著開采深度的增加，高度缺氧的惡劣環(huán)境嚴(yán)重影響礦工的身體健康。學(xué)者賈彥翔[13]通過生理指標(biāo)及觀察指標(biāo)對(duì)氧氣增補(bǔ)效果進(jìn)行分析，并對(duì)礦工進(jìn)行彌散式增氧、背負(fù)式供氧和不增氧測(cè)試，結(jié)果表明彌散供氧更加適合于高原礦山補(bǔ)氧。楊均[14]對(duì)比分析彌散增氧和背負(fù)式增氧兩種不同供氧方式下，掘進(jìn)人員動(dòng)脈血氧飽和度、脈率、每分鐘呼吸次數(shù)、血壓等生理指標(biāo)，得出彌散供氧在礦山開采中更具有優(yōu)勢(shì)。Li[15]利用CFD 研究了供氧管道末端不同的送氧口對(duì)富氧效果的影響，結(jié)果表明，對(duì)礦山進(jìn)行彌散供氧是經(jīng)濟(jì)且有效的供氧方式。

3.1.4 高原野外移動(dòng)富氧室

西部高原地區(qū)是我國(guó)反恐維穩(wěn)的重要戰(zhàn)場(chǎng)，為保障官兵在高原野外環(huán)境中有清醒的頭腦和充沛的體力，研究可移動(dòng)的富氧室是有必要的。單帥[16]結(jié)合帳篷與高原彌散富氧機(jī)，研制出氣肋型彌散富氧充氣帳篷，該帳篷不僅可以作為移動(dòng)富氧室，還能在富集氧氣的同時(shí)提升帳篷內(nèi)的溫濕度，提高帳篷內(nèi)的舒適性。冉莊[17]研發(fā)了一種彌散供氧住宿方艙，由住宿艙和設(shè)備艙組成，通過對(duì)住宿方艙居住環(huán)境的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并分析艙內(nèi)人員試住效果，結(jié)果表明，住宿方艙彌散供氧不僅可以保障人員隨時(shí)吸氧，緩解高原缺氧對(duì)機(jī)體的損害，還可保證人員的居住生活的舒適度，解決高原寒冷對(duì)機(jī)體的危害。

3.2 密閉建筑空間

密閉建筑室內(nèi)由于場(chǎng)所密閉、環(huán)境污染等因素造成室內(nèi)長(zhǎng)期處于“微缺氧”狀態(tài)，人們長(zhǎng)時(shí)間工作和生活在這種狀態(tài)下容易引發(fā)頭痛、胸悶、皮膚過敏等生理問題。因此，劉應(yīng)書[18]提出了富氧空調(diào)的概念，富氧空調(diào)是指在空調(diào)系統(tǒng)中加入專用制氧設(shè)備，將制氧設(shè)備所制的潔凈氧氣送入空調(diào)環(huán)境中，使室內(nèi)氧氣濃度在正常范圍內(nèi)。楊國(guó)萍[19]學(xué)者在相對(duì)封閉的房間內(nèi)進(jìn)行供氧實(shí)驗(yàn)研究，以此來(lái)探索相對(duì)封閉環(huán)境增氧時(shí)氧氣的濃度變化規(guī)律，并與傳統(tǒng)用增加新風(fēng)的方式增氧進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，結(jié)果表明相對(duì)封閉環(huán)境下增氧運(yùn)行成本較低。張傳釗[20]通過實(shí)驗(yàn)研究了送氧口個(gè)數(shù)、送氧口管徑、送氧流量、送氧方式對(duì)建筑室內(nèi)彌散供氧的富氧特性及富氧效果，發(fā)現(xiàn)送氧口個(gè)數(shù)、送氧口管徑、送氧流量及送氧方式不同時(shí)，氧氣軸向最大濃度隨軸向距離的增加而遞減。王浩宇[21]則是利用實(shí)驗(yàn)及CFD 模擬非空調(diào)工況及空調(diào)工況下送氧口個(gè)數(shù)、送氧口管徑、送氧流量、送氧方式及不同氣流組織對(duì)建筑室內(nèi)彌散供氧的富氧特性及富氧效果進(jìn)行研究，研究表明非空調(diào)工況下，上述因素對(duì)富氧面積影響較大，而空調(diào)工況下，上述因素不同，富氧區(qū)域形狀相似，均為“橢圓”形。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)部分彌散供氧在高海拔地區(qū)的應(yīng)用場(chǎng)所研究進(jìn)行總結(jié)，得到的主要結(jié)論如下。

①將彌散供氧技術(shù)應(yīng)用在高海拔地區(qū)的隧道、礦山可以提升掘進(jìn)工人的工作效率，加快施工進(jìn)度；應(yīng)用在列車上可以緩解急進(jìn)高原人員的高原反應(yīng)，保障進(jìn)入高原人員的旅行安全；應(yīng)用在野外移動(dòng)富氧室能保障作戰(zhàn)人員的精神狀態(tài)及身體健康；應(yīng)用在建筑室內(nèi)能更好地保障人們健康水平，減少高原疾病的發(fā)病率。

②在彌散供氧的研究中，學(xué)者們對(duì)封閉狹小、人流量低的空間研究相對(duì)較多，而車站、學(xué)校等人員相對(duì)密集的高大空間，僅通過送新風(fēng)來(lái)送氧氣是完全不能滿足人們對(duì)氧氣的需求的區(qū)域卻鮮少涉及，因此筆者認(rèn)為可以將彌散供氧技術(shù)應(yīng)用到車站、學(xué)校等人員密度較大的地方，設(shè)計(jì)出適合此類高大空間且人員密集的送氧氣流組織形式。