分子筛制氧机对拉萨地区房间弥散式供氧效果检测

臧 斌，肖华军，王桂友，顾 昭

0 引言

西藏拉萨地区的海拔高度为3 600m左右，其大气压力约为平原地区的3/5，大气中的氧气压力（又称为氧分压）也相当于平原地区的3/5，这就是我们通常所说的高原地区空气稀薄。从平原地区初到拉萨的人或多或少都有一定的缺氧反应（也称为高原反应），感觉头重脚轻、四肢乏力[1]。

为了缓解初到拉萨人员的缺氧反应，火车上或宾馆里提供一种鼻伺式供氧装置。鼻伺式供氧装置主要由氧源、供氧流量调节开关、供气软管、出气喷嘴等部件组成。当人员有缺氧反应需要氧气时，把出气喷嘴放置在鼻孔处并接通供氧流量调节开关，一定连续流量的氧气就从喷嘴流出，供缺氧人员吸用。受供氧软管的长度限制，鼻伺式供氧装置将影响人员的活动范围，再加上鼻孔处有气流流动，也影响人员使用的舒适性。

为了避免鼻伺式供氧的不足，可使用弥散式供氧。弥散式供氧就是向人员活动的区域直接供氧，通过氧气弥散使人员活动区域达到所需的氧气体积分数。弥散式供氧要耗费大量氧气，因此要求其氧源能提供充足的氧气且供氧区域要保持一定的气密性。分子筛制氧机作为弥散式供氧的氧源是比较合适的，其利用晶态硅酸盐化合物及氧氮分子特性，将压缩空气中的氧气和氮气分离，从而源源不断地向外提供富氧气体[2]。由晶态硅酸盐化合物构成的装置称为分子筛，采用这种装置的制氧机称为分子筛制氧机。

2011年5月，在西藏拉萨，我们对分子筛制氧机弥散式供氧的效果进行了现场检测。

1 方法

1.1 检测对象

1.1.1 拉萨地区某单位工作人员的宿舍及向其供氧的2台MB-10F/A型分子筛制氧机

工作人员的宿舍为简单装修的双人房间，长5m，宽3m，窗户为铝合金窗户，房门为木质房门。

MB-10F/A型制氧机由温州瑞气空分设备制造有限公司生产。分子筛制氧机包括室外机和室内机2个部分，室外机位于房间外，主要包括电源组件、空气压气机、分子筛床、储气罐、控制组件等；室内机主要包括出气组件、氧浓度测量显示组件和氧浓度设定组件等。室内机悬挂于室内墙壁上，距地面2m。室外机的编号分别为002、004。

1.1.2 试验人员

试验人员为世居平原并乘飞机急进高原的适龄（26～55岁）男性和女性，身高 1.58～1.76m，身体健康，未患过呼吸系统疾病。试验人员分为2组，进行供氧组（供氧房间）和非供氧组（非供氧房间）对照检测。

1.1.3 检测仪器

（1）腕式睡眠监测仪（4套）：航空医学研究所研制，血氧饱和度精度为±3%，心率精度为±3%。

（2）氧浓度计（2套）：北京英世智博测控技术有限公司研制，精度为±0.5%。

（3）二氧化碳浓度测量仪（1套）：北京英世智博测控技术有限公司研制，精度为±0.01%。

（4）气压高度表（1套）：太原航空仪表有限公司研制，精度为±0.5%。

（5）温度计（2套）：普通市售温度计，精度为±1℃。

检测仪器处于良好状态，检测仪器在检定有效期内。

1.2 检测内容及方法

1.2.1 供氧房间氧、二氧化碳浓度的检测

弥散式供氧房间布局如图1所示。在房间内选取床头1、床头2、沙发处、门口（离地面1.65m左右）和卫生间洗漱处等5处为测试点，进行制氧机开机前、开机2 h后、开机4 h后和第2 d早晨8点左右（开机11 h）的相关参数测试。测试参数有氧气体积分数、二氧化碳体积分数、环境温度、房间有无异味等[3]。

图1 供氧房间气体采样布点图

1.2.2 供氧房间内试验人员睡眠血氧饱和度、心率检测

供氧房间内的试验人员为供氧组，通过腕式睡眠监测仪监测供氧组人员在睡眠状态的血氧饱和度和心率[4]。供氧组人员可在房间内进行正常活动，入睡前记录其血氧饱和度、心率作为即刻时间点数据。分析数据时以1 h为时间间隔记录供氧组人员的血氧饱和度、心率数据。

1.2.3 非供氧房间内试验人员睡眠血氧饱和度、心率检测

非供氧房间内的试验人员为非供氧组，同样通过腕式睡眠监测仪监测非供氧组人员在睡眠状态的血氧饱和度和心率。在入睡前记录其血氧饱和度、心率作为即刻数据。分析数据时，以1 h为时间间隔记录非供氧组人员的血氧饱和度、心率数据。

1.2.4 主观感觉评价

主观评价缺氧反应及不适耐受情况，主要针对是否头晕、憋气、胸闷以及睡眠质量不好等情况进行客观询问[5]。

2 结果

2.1 供氧房间的氧气体积分数

当将房间内的氧气体积分数（相对于1个标准大气压平面的氧气体积分数[5]）设定为20%时，氧气体积分数检测结果见表1。制氧机开机2 h后，房间内床头的氧气体积分数（单位体积内氧分子数的比例值）为27.46%，沙发处的氧气体积分数为27.37%，门口的氧气体积分数为26.60%，卫生间洗漱处的氧气体积分数为26.65%。制氧机开机4 h后，房间内的氧气体积分数基本稳定，床头的氧气体积分数为30.02%～32.12%，沙发处的氧气体积分数为31.57%～32.05%，门口的氧气体积分数为31.12%～31.30%，卫生间洗漱处的氧气体积分数为30.61%～30.97%。房间内二氧化碳体积分数为0.14%～0.18%，且无异味。

表1 3 600m高度，室温19℃，房内氧气体积分数测量值%

当将房间内的氧气体积分数先设定为20%，开机2h后再将氧气体积分数设定为16%（高度2 500m的大气氧气体积分数），氧气体积分数检测结果见表2。制氧机开机2 h后，床头的氧气体积分数为27.14%，沙发处的氧气体积分数为27.28%，门口的氧气体积分数为26.28%，卫生间洗漱处的氧气体积分数为25.51%。制氧机开机4 h后，床头的氧气体积分数为25.72%～25.85%，沙发处的氧气体积分数为

表2 3 600m高度，室温20℃，房内氧气体积分数%

24.13%～25.81%，门口的氧气体积分数为24.13%～25.06%，卫生间洗漱处的氧气体积分数为24.13%～24.95%。房间内二氧化碳体积分数为0.14%～0.22%，且无异味。

2.2 供氧组与非供氧组睡眠血氧饱和度、心率

检测数据见表3、4。检测结果表明，供氧组的血氧饱和度平均为90%～96%、心率平均为56～74次/min；对照组的血氧饱和度平均为74%～81%、心率平均为65～85次/min。供氧组血氧饱和度高于未供氧组，供氧组心率低于未供氧组[6]。

表3 供氧房间试验人员的睡眠血氧饱和度（%）、心率（次/m in）

表4 非供氧房间试验人员的睡眠血氧饱和度（%）、心率（次/m in）

2.3 主观感觉

供氧组普遍反映睡眠质量好、易入睡、能得到较好的休息，无任何高原缺氧的反应。非供氧组大部分反映不易入睡，睡眠过程中时睡时醒，有胸闷、憋气现象，未得到充分休息。供氧组睡眠质量总体评价优于对照组[7]。

3 讨论

3.1 大型分子筛制氧机可作为弥散式供氧房间的氧源

目前，普通家用制氧机大部分为小型分子筛制氧机，其富氧气体输出流量为3～5 L/min，供氧气体积分数为95%。其主要用来对人体进行鼻伺式供氧。

分子筛制氧机的制氧原理是利用晶态硅酸盐化合物将空气中的氮气和氧气分离出来，从而向外提供富氧气体。作为分子筛的主要成分，晶态硅酸盐化合物是一种与氧分子大小相当的多微孔、有极性的材料，由于它对空气中的氮气吸附力较大，而对氧分子的吸附力很小，当外界压力变化时，分子筛材料中的氮分子可以重心分离出来，使其恢复对氮分子的吸附能力，通过吸附—变压—解吸附的原理使空气中的氮气和氧气被分离，从而利用压缩空气周而复始不断产出含氧气体积分数较高的富氧气体[8]。

分子筛制氧机可以通过空气压气机把房间外的空气变为压缩空气，再通过分子筛将氧气和氮气分离，把分离出的氧气输送到房间内，提高房间内空气的氧气体积分数。在房间内设置一个氧气体积分数传感器，当氧气体积分数达到给定值时切断富氧气体的输出，从而达到控制房间氧气体积分数的目的。

3.2 房间内的供氧水平可达到2 200m以下高度范围内的氧气体积分数

采用2台MB-10F/A型分子筛制氧机（单台制氧机富氧气体输出流量为16～25 L/min，氧气体积分数为65%～95%，供电电源为市电220 V交流电）向房间进行弥散式供氧，将房间内的氧含量设定为20%的情况下，在制氧机开机2 h后，房间内的供氧水平可以达到1 400～1 700m高度的氧气体积分数[9]。制氧机开机4 h后，房间的氧气体积分数基本稳定，房间内的供氧水平达到平原地带的氧气体积分数。

当将房间内的氧含量先设定为20%，开机2 h后再将氧气体积分数设定为16%，制氧机开机4 h后，房间的氧气体积分数基本稳定，工作人员主要活动区域（床头1、床头2、沙发处）的供氧水平达到且高于1 900m高度的氧气体积分数，门口和卫生间洗漱处的供氧水平达到且高于2 200m高度的氧气体积分数[9]。

4 结语

在拉萨地区，采用分子筛制氧机向房间内进行弥散式供氧，当室内供氧水平达到2 200m以下高度的氧气体积分数时，人体能够较好适应，无明显缺氧症状，睡眠情况较好，能避免工作人员的缺氧反应[10]。

[1] 周兆年.低氧与健康研究[J].中国基础科学，2003，5（5）：22-27.

[2] 肖华军，孙兵，任兆生，等.航空供氧防护装备生理学[M].北京：军事医学科学出版社，2003.

[3] 贾司光.航空航天缺氧与供氧[M].北京：人民军医出版社，1989：42-58.

[4] 肖华军.缺氧与加压呼吸复合因素对人体生理功能的影响[J].中华航空医学杂志，1991（1）：6-8.

[5] 《航空医学》编委会.航空医学[M].北京：人民军医出版社，1992：87-91.

[6] 陈信，袁修干.人-机-环境系统工程生理学基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，1995：163-166.

[7] 余志斌.航空航天生理学[M].西安：第四军医大学出版社，2008：135-138.

[8] 肖华军.机载分子筛供氧防护生理学研究[J].中华航空医学杂志，1999，10（2）：100.

[9] 贺登焰，肖华军.航空供氧生理学的研究与应用[J].中华航空医学杂志，1994，6（2）：74-78.

[10] 张汝果，徐国林.航天生保医学[M].北京：国防工业出版社，1999：72-87.