高海拔地區彌散供氧應用場所研究綜述

劉雨婷，李曉虹 （西華大學 建筑與土木工程學院，四川 成都 610039）

1 前言

我國高原面積占國土陸地面積的33%以上。隨著西部大開發戰略的實施，帶動西部地區經濟發展，到西部高原地區旅游、經商、科研的人數在大幅度增加，人們在平原和高原之間來往頻繁。缺氧一直是高原對人類的重大挑戰，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，即習慣所說的“缺氧”

[1]。高原缺氧易引發急性高原病，如高原肺水腫、高原腦水腫等。高原肺水腫起病急、發展快、在海拔4000m 以上發病率為1%～2%，如果不及時救治，死亡率會達到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，發病率為0.05%～2%[2]。由此可見，高海拔地區供氧尤為重要。

目前高原地區供氧方式主要有鼻吸式供氧和彌散式供氧，鼻吸式供氧由于對鼻黏膜有較強的刺激，并且需要佩戴導管，對個體有較強的束縛性，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有較大的應用市場。本文主要針對彌散供氧在高海拔地區的應用場所進行綜述。

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，蔓延至房間的每個角落，將房間內空氣的氧濃度提升至合理的范圍內，使人們在氧氣含量充足的環境中工作、學習和生活，從而保障急進高原人員的工作效率和健康水平。相比于傳統吸氧方式,彌散供氧是直接提高人體所處環境的氧含量,且不需要佩帶各種吸氧裝備，例如呼吸面罩、噴嘴等,以此來解除傳統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,還將彌散供氧調節與空氣調節進行比較，對比發現兩者都處理房間或建筑物通風的空氣，本質上的區別是，空調降低空氣的溫度，然后使其循環，而氧氣調節則是增加氧氣濃度[4-5]。

3 彌散供氧應用場所

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，部分學者對隧道如何供氧進行研究。劉應書[6]提出隧道掌子面彌散供氧與氧吧車結合的供氧方法解決隧道施工的缺氧問題，并結合實際工程青藏鐵路風火山隧道施工進行應用，應用結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，相較于個人攜氧的補氧方式而言更經濟實用，適合高原隧道工程應用。房銳[7]通過對比攜氧方式供氧、全富氧供氧和綜合供氧的優缺點及經濟性，選擇采用隧道掌子面彌散供氧結合輸氧管道預留可控吸氧裝置和氧吧房屋相結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供氧方法而言對提高掌子面附近氧氣質量分數更加有效，同時也更加的經濟。

3.1.2 高原列車

隨著高原鐵路的建設開通，高原列車的制氧補氧問題引發學者們的關注。歐陽仲志[9]從對車輛氣密性要求、對車輛供電要求、對設備安裝要求這三個方面對比了在車上采用制氧機制氧的方式和對車室內增壓增氧，并攜帶氧氣瓶的供氧方式的好壞，認為青藏鐵路客車應采用制氧機制氧的供氧方案。胡松濤[10-11]推導出列車在彌散供氧方式下需氧量的計算公式，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、選取供氧設備提供參考價值。于海飛[12]認為現有的制氧系統管路總裝時間長，施工不規范，便提出使列車供氧管路模塊化，其優點是管路模塊相對獨立、互換性強、通用性強，生產成本相對于傳統設計的供氧管路系統降低。

3.1.3 高原礦山

我國高原土地礦產資源儲量豐富，但隨著開采深度的增加，高度缺氧的惡劣環境嚴重影響礦工的身體健康。學者賈彥翔[13]通過生理指標及觀察指標對氧氣增補效果進行分析，并對礦工進行彌散式增氧、背負式供氧和不增氧測試，結果表明彌散供氧更加適合于高原礦山補氧。楊均[14]對比分析彌散增氧和背負式增氧兩種不同供氧方式下，掘進人員動脈血氧飽和度、脈率、每分鐘呼吸次數、血壓等生理指標，得出彌散供氧在礦山開采中更具有優勢。Li[15]利用CFD 研究了供氧管道末端不同的送氧口對富氧效果的影響，結果表明，對礦山進行彌散供氧是經濟且有效的供氧方式。

3.1.4 高原野外移動富氧室

西部高原地區是我國反恐維穩的重要戰場，為保障官兵在高原野外環境中有清醒的頭腦和充沛的體力，研究可移動的富氧室是有必要的。單帥[16]結合帳篷與高原彌散富氧機，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富氧室，還能在富集氧氣的同時提升帳篷內的溫濕度，提高帳篷內的舒適性。冉莊[17]研發了一種彌散供氧住宿方艙，由住宿艙和設備艙組成，通過對住宿方艙居住環境的環境參數進行檢測，并分析艙內人員試住效果，結果表明，住宿方艙彌散供氧不僅可以保障人員隨時吸氧，緩解高原缺氧對機體的損害，還可保證人員的居住生活的舒適度，解決高原寒冷對機體的危害。

3.2 密閉建筑空間

密閉建筑室內由于場所密閉、環境污染等因素造成室內長期處于“微缺氧”狀態，人們長時間工作和生活在這種狀態下容易引發頭痛、胸悶、皮膚過敏等生理問題。因此，劉應書[18]提出了富氧空調的概念，富氧空調是指在空調系統中加入專用制氧設備，將制氧設備所制的潔凈氧氣送入空調環境中，使室內氧氣濃度在正常范圍內。楊國萍[19]學者在相對封閉的房間內進行供氧實驗研究，以此來探索相對封閉環境增氧時氧氣的濃度變化規律，并與傳統用增加新風的方式增氧進行經濟性分析，結果表明相對封閉環境下增氧運行成本較低。張傳釗[20]通過實驗研究了送氧口個數、送氧口管徑、送氧流量、送氧方式對建筑室內彌散供氧的富氧特性及富氧效果，發現送氧口個數、送氧口管徑、送氧流量及送氧方式不同時，氧氣軸向最大濃度隨軸向距離的增加而遞減。王浩宇[21]則是利用實驗及CFD 模擬非空調工況及空調工況下送氧口個數、送氧口管徑、送氧流量、送氧方式及不同氣流組織對建筑室內彌散供氧的富氧特性及富氧效果進行研究，研究表明非空調工況下，上述因素對富氧面積影響較大，而空調工況下，上述因素不同，富氧區域形狀相似，均為“橢圓”形。

4 結論

本文通過對部分彌散供氧在高海拔地區的應用場所研究進行總結，得到的主要結論如下。

①將彌散供氧技術應用在高海拔地區的隧道、礦山可以提升掘進工人的工作效率，加快施工進度；應用在列車上可以緩解急進高原人員的高原反應，保障進入高原人員的旅行安全；應用在野外移動富氧室能保障作戰人員的精神狀態及身體健康；應用在建筑室內能更好地保障人們健康水平，減少高原疾病的發病率。

②在彌散供氧的研究中，學者們對封閉狹小、人流量低的空間研究相對較多，而車站、學校等人員相對密集的高大空間，僅通過送新風來送氧氣是完全不能滿足人們對氧氣的需求的區域卻鮮少涉及，因此筆者認為可以將彌散供氧技術應用到車站、學校等人員密度較大的地方，設計出適合此類高大空間且人員密集的送氧氣流組織形式。