高海拔地区弥散供氧应用场所研究综述

刘雨婷，李晓虹 （西华大学 建筑与土木工程学院，四川 成都 610039）

1 前言

我国高原面积占国土陆地面积的33%以上。随着西部大开发战略的实施，带动西部地区经济发展，到西部高原地区旅游、经商、科研的人数在大幅度增加，人们在平原和高原之间来往频繁。缺氧一直是高原对人类的重大挑战，所谓缺氧就是指随着海拔的升高，大气压下降，大气压中的氧气分压也随之下降，也就是说，空气中的氧含量降低，从而导致人们吸入空气的氧气含量降低，造成人体的低氧血症，即习惯所说的“缺氧”

[1]。高原缺氧易引发急性高原病，如高原肺水肿、高原脑水肿等。高原肺水肿起病急、发展快、在海拔4000m 以上发病率为1%～2%，如果不及时救治，死亡率会达到10%以上；高原脑水肿起病急、死亡率高，在海拔高度为3700m 以上地区，发病率为0.05%～2%[2]。由此可见，高海拔地区供氧尤为重要。

目前高原地区供氧方式主要有鼻吸式供氧和弥散式供氧，鼻吸式供氧由于对鼻黏膜有较强的刺激，并且需要佩戴导管，对个体有较强的束缚性，目前不作为人们供氧的首选方式，因此弥散供氧在高海拔地区有较大的应用市场。本文主要针对弥散供氧在高海拔地区的应用场所进行综述。

2 弥散供氧介绍

弥散供氧是氧源通过管路输送到密封性较好的房间，蔓延至房间的每个角落，将房间内空气的氧浓度提升至合理的范围内，使人们在氧气含量充足的环境中工作、学习和生活，从而保障急进高原人员的工作效率和健康水平。相比于传统吸氧方式,弥散供氧是直接提高人体所处环境的氧含量,且不需要佩带各种吸氧装备，例如呼吸面罩、喷嘴等,以此来解除传统吸氧方式的各种束缚[3]。20 多年前West 首次提出弥散供氧概念,还将弥散供氧调节与空气调节进行比较，对比发现两者都处理房间或建筑物通风的空气，本质上的区别是，空调降低空气的温度，然后使其循环，而氧气调节则是增加氧气浓度[4-5]。

3 弥散供氧应用场所

3.1 密闭狭小空间

3.1.1高原隧道

缺氧问题是围绕着高海拔地区隧道施工的首要难题，为保障高原隧道施工人员的健康和生命安全，部分学者对隧道如何供氧进行研究。刘应书[6]提出隧道掌子面弥散供氧与氧吧车结合的供氧方法解决隧道施工的缺氧问题，并结合实际工程青藏铁路风火山隧道施工进行应用，应用结果表明隧道掌子面弥散供氧和隧道氧吧车供氧方法提高工人们的工作效率,保障施工人员的生命健康，相较于个人携氧的补氧方式而言更经济实用，适合高原隧道工程应用。房锐[7]通过对比携氧方式供氧、全富氧供氧和综合供氧的优缺点及经济性，选择采用隧道掌子面弥散供氧结合输氧管道预留可控吸氧装置和氧吧房屋相结合的方式解决了白茫雪山1#隧道施工缺氧问题。王科[8]利用Fluent 软件模拟通风供氧与弥散式供氧这两种不同的供氧方式，研究表明，掌子面弥散式供氧方法相较于通风供氧方法而言对提高掌子面附近氧气质量分数更加有效，同时也更加的经济。

3.1.2 高原列车

随着高原铁路的建设开通，高原列车的制氧补氧问题引发学者们的关注。欧阳仲志[9]从对车辆气密性要求、对车辆供电要求、对设备安装要求这三个方面对比了在车上采用制氧机制氧的方式和对车室内增压增氧，并携带氧气瓶的供氧方式的好坏，认为青藏铁路客车应采用制氧机制氧的供氧方案。胡松涛[10-11]推导出列车在弥散供氧方式下需氧量的计算公式，并分析了弥散供氧方式下影响高原列车需氧量的因素，为高原列车制定供氧方案、选取供氧设备提供参考价值。于海飞[12]认为现有的制氧系统管路总装时间长，施工不规范，便提出使列车供氧管路模块化，其优点是管路模块相对独立、互换性强、通用性强，生产成本相对于传统设计的供氧管路系统降低。

3.1.3 高原矿山

我国高原土地矿产资源储量丰富，但随着开采深度的增加，高度缺氧的恶劣环境严重影响矿工的身体健康。学者贾彦翔[13]通过生理指标及观察指标对氧气增补效果进行分析，并对矿工进行弥散式增氧、背负式供氧和不增氧测试，结果表明弥散供氧更加适合于高原矿山补氧。杨均[14]对比分析弥散增氧和背负式增氧两种不同供氧方式下，掘进人员动脉血氧饱和度、脉率、每分钟呼吸次数、血压等生理指标，得出弥散供氧在矿山开采中更具有优势。Li[15]利用CFD 研究了供氧管道末端不同的送氧口对富氧效果的影响，结果表明，对矿山进行弥散供氧是经济且有效的供氧方式。

3.1.4 高原野外移动富氧室

西部高原地区是我国反恐维稳的重要战场，为保障官兵在高原野外环境中有清醒的头脑和充沛的体力，研究可移动的富氧室是有必要的。单帅[16]结合帐篷与高原弥散富氧机，研制出气肋型弥散富氧充气帐篷，该帐篷不仅可以作为移动富氧室，还能在富集氧气的同时提升帐篷内的温湿度，提高帐篷内的舒适性。冉庄[17]研发了一种弥散供氧住宿方舱，由住宿舱和设备舱组成，通过对住宿方舱居住环境的环境参数进行检测，并分析舱内人员试住效果，结果表明，住宿方舱弥散供氧不仅可以保障人员随时吸氧，缓解高原缺氧对机体的损害，还可保证人员的居住生活的舒适度，解决高原寒冷对机体的危害。

3.2 密闭建筑空间

密闭建筑室内由于场所密闭、环境污染等因素造成室内长期处于“微缺氧”状态，人们长时间工作和生活在这种状态下容易引发头痛、胸闷、皮肤过敏等生理问题。因此，刘应书[18]提出了富氧空调的概念，富氧空调是指在空调系统中加入专用制氧设备，将制氧设备所制的洁净氧气送入空调环境中，使室内氧气浓度在正常范围内。杨国萍[19]学者在相对封闭的房间内进行供氧实验研究，以此来探索相对封闭环境增氧时氧气的浓度变化规律，并与传统用增加新风的方式增氧进行经济性分析，结果表明相对封闭环境下增氧运行成本较低。张传钊[20]通过实验研究了送氧口个数、送氧口管径、送氧流量、送氧方式对建筑室内弥散供氧的富氧特性及富氧效果，发现送氧口个数、送氧口管径、送氧流量及送氧方式不同时，氧气轴向最大浓度随轴向距离的增加而递减。王浩宇[21]则是利用实验及CFD 模拟非空调工况及空调工况下送氧口个数、送氧口管径、送氧流量、送氧方式及不同气流组织对建筑室内弥散供氧的富氧特性及富氧效果进行研究，研究表明非空调工况下，上述因素对富氧面积影响较大，而空调工况下，上述因素不同，富氧区域形状相似，均为“椭圆”形。

4 结论

本文通过对部分弥散供氧在高海拔地区的应用场所研究进行总结，得到的主要结论如下。

①将弥散供氧技术应用在高海拔地区的隧道、矿山可以提升掘进工人的工作效率，加快施工进度；应用在列车上可以缓解急进高原人员的高原反应，保障进入高原人员的旅行安全；应用在野外移动富氧室能保障作战人员的精神状态及身体健康；应用在建筑室内能更好地保障人们健康水平，减少高原疾病的发病率。

②在弥散供氧的研究中，学者们对封闭狭小、人流量低的空间研究相对较多，而车站、学校等人员相对密集的高大空间，仅通过送新风来送氧气是完全不能满足人们对氧气的需求的区域却鲜少涉及，因此笔者认为可以将弥散供氧技术应用到车站、学校等人员密度较大的地方，设计出适合此类高大空间且人员密集的送氧气流组织形式。