高原地区弥散供氧方案设计
弥散式供氧系统就是种通过提高密封空间(比如卧室、办公室等)的氧含量(氧浓度来改善人体所在的外环境,使人体沐浴在一个富氧的环境中,从而达到改善人体呼吸内环境,促进代谢过程的良性循环,增进健康为目的的系统。
高原智能氧终端是针对高原地区的酒店、宾馆、办公室、家庭、储藏室等室内场合研制的环境氧气浓度监测和控制的仪器。
智能终端通过氧传感器实时监测室内氧浓度的变化情况,并自动控制供氧开关,实现室内环境氧浓度的稳定控制。
智能终端支持弥散和鼻吸两种供氧方式,能灵活地满足用户的供氧需求,实时在线监测室内空气氧浓度,保证使用安全。测量环境氧气变化的同时,也能实现环境氧浓度的调节:可提供氧浓度、等效海拔、绝对海拔、相对湿度、温度、大气压力、供氧状态的显示。
以下是一个简化的海拔与氧气含量对照表:
从表中可以看出,随着海拔高度的增加,氧气含量逐渐降低。这是由于随着海拔的升高,大气压力逐渐降低,导致空气中的氧气分子间距增大,从而使得单位体积内的氧气分子数量减少。
海拔高度(米) | 氧气含量(%) |
0 | 20.95 |
500 | 约19.6 |
1000 | 约18.5~19.35 |
1500 | 约17.3~17.4 |
2000 | 16.3 |
2500 | 15.3 |
3000 | 14.4 |
3500 | 13.5 |
4000 | 12.7 |
4500 | 11.8 |
5000 | 11.1 |
三 项目设计方案
(一)设计依据
DBJ-2018西藏自治区民用供氧工程设计标准
GB/T 35414-2017 高原地区室内空间弥散供氧(氧调)要求
GB/T 7106《建筑外门窗气密、水密、抗风压等级性能及检测方法》
GB50016-2006 《建筑设计防火规范》
GB50030-2013《氧气站设计规范》
GB/T14976_1994流体输送用不锈钢无缝钢管参数
GB/T 5237.1-2000 铝合金建筑型材 第1部分: 基材
GB 3836.4—2000 爆炸性气体环境用电气设备
(二)设计范围
弥散供氧系统
(三)设计思想
1、严格按照国家有关标准、规范进行工程设计,从技术上确保设计图纸符合国家有关标准、规范的规定,满足客户方提出的各项要求。
2、努力贯彻设计的安全性、可靠性和实用性。
(四)项目概况
本次计划对该项目进行弥散供氧设计,共分宿舍区和办公区,结合项目情况,将弥散区域统计如下:
名称 | 数量 | 总面积(㎡) | 层高(m) | 供氧容积 (m³) | 智能终端(台) | 备注 |
客房区 | 140间 | 4200 | 2.8 | 11760 | 140 | |
会议区 | 7间 | 300 | 4 | 1200 | 22 | |
合计 | 147间 | 12960 | 162 |
(五)富氧目标
依据GB/T 35414-2017 高原地区室内空间弥散供氧(氧调)要求,设计安装弥散式供氧工程时,为了既符合医学上的安全要求,也使等效海拔的变化在人体适应的范围内,氧浓度提高并维持在23%~24% 适宜。
1. 人体生理适应原则
低幅度提升更安全:高海拔环境下,人体对氧浓度变化的适应需要渐进过程。研究表明,氧浓度每小时提升 1%-1.5% 时,人体血氧饱和度(SpO₂)可平稳上升至88%-94%(正常生理阈值),避免因浓度骤升导致的血氧波动(如“氧冲击”)。
急性高原反应阈值:当氧浓度提升速率超过 2%/小时 且最终浓度超过25%时,可能引发肺泡氧分压过高,增加氧中毒风险(如胸骨后不适、咳嗽),尤其对初次进入高原者风险更高。
2. 安全规范与浓度限值
国标强制要求:GB 50751-2012《医用气体工程技术规范》规定,高原民用场所氧浓度 长期维持值应≤25%,瞬时峰值不得超过27%。若初始氧浓度为14%(典型高海拔环境):
提升1%/小时:6小时后浓度达20%(接近平原水平),符合“逐步改善缺氧”的医疗原则。提升2%/小时:3小时后浓度达20%,但需警惕后续持续供氧可能导致浓度超过25%(如8小时后达28%,超出安全限值)。
消防安全性:氧浓度超过23%时,可燃物燃烧速度加快,提升2%/小时的场景下,若通风系统故障,易快速突破火灾风险阈值。
根据本项目实际情况,建议每小时提升室内浓度1%适宜。
针对该项目的实际情况及GB∕T 35414-2017 高原地区室内空间弥散供氧(氧调)要求,计划将目标房间氧浓度提高到(A级富氧水平),并予以维持。
四 弥散供氧系统设计说明
(一)弥散式供氧流量计算公式
富氧房间需氧量理论值应按下式计算:
Q1=×K1
式中 Q1 — 房间氧含量每小时提升a%所需氧气流量(m³/h);
VF — 富氧房间容积(m³);
a% — 富氧房间每小时氧含量提升的体积百分比;
Rθ — 供氧管道出口氧气浓度(%);
K1 — 房间密封性修正系数。
供氧总体积VF =12000 m³;
a%=1%,即计划3小时提升室内氧气浓度3%;
Rθ=99±0.5%,为方便计算并考虑到高原环境,以99%计;
《建筑外门窗气密、水密、抗风压等级性能及检测方法》GB/T7016 公共建筑密封等级:K1 =1。
故计算得知:Q1=×K1=
×1=121.21m³/h
121.21*70%(实际使用率)=84.85m³/h
五 富氧的必要性
高原是海拔高度一般在1000米以上,面积广大,地形开阔,周边以明显的陡坡为界,比较完整的大面积隆起地区。高原与平原的主要区别是海拔较高,它以完整的大面积隆起区别于山地。
氧是人体生理代谢的基本元素,空气中的氧经过呼吸进入血液,与红细胞的血红蛋白结合,再经血液循环到全身组织。
海拔3000米以上的高原地区,由于空气的氧分压低,呼吸进入人体的氧也相应减少,进入动脉血液的氧也减少,不能完全满足机体的需要,造成机体缺氧。机体缺氧程度不同,所产生的反应也不同。
进入较低高原时,由于缺氧程度较轻,机体所受影响仅是因氧气供应不足而引起的代谢增强及功能代偿。当缺氧较重时,一些缺氧敏感的器官则可能出现损害。缺氧的典型症状为:头昏、头痛、恶心、呕吐、心慌、气促、烦燥、食欲减退、乏力、失眠或嗜睡等。
生活在低海拔地区的人们到高海拔地区后,睡眠质量下降,人们常发生惊醒、做噩梦及清晨醒后精神不振的情况,睡眠中经常出现周期性呼吸暂停情况,这可能是引发睡觉早醒的重要原因。在高海拔地区的绝大多数人都感到(较之低海拔地区),他们的计算错误增多,注意力范围缩小,精神疲劳增加,视觉敏感度降低,尤其在从事精密工作时,在脑缺氧的情况下,可能常会做出一些错误的决定,这些情况应引起充分的重视。
在这种环境下工作和生活对人体的机能有很大的影响,缺氧使得血液中含氧量降低,导致心血管系统工作负担加大,长期缺氧会使器官发生病变。缺氧会引起肺血管的收缩,引起肺动脉的高压,有引发急、慢性心血管系统疾病的可能,例如肺气肿、肺心病、心脏机能衰竭等病症;同时缺氧会损伤脑组织细胞,使整个组织细胞能量代谢出现障碍,进而出现细胞变性和坏死。艰苦和恶劣的自然条件对人体机能有很大的损害,影响人体机能的正常发挥,身体长期处于亚健康状态,对生命安全造成严重威胁。
人体缺氧是对高原地区生产和建设最核心的挑战,供氧是个关键问题——吴天一院士
高原制氧成果已在全线得到推广采用,使过去仅在急救时使用的氧气,成为高原铁路建设人员必备的劳保品,为大规模开展高原建设人员供氧提供了完整的成套经验——孙永福院士
以上是在高原富氧上享有国际声誉的专家对高原富氧应用的一些看法。国际上,把海拔3000米定为医学高原的标准,如果在海拔3000米以下人体还能通过代偿反应来在一定程度上弥补缺氧的问题,那3000米以上地区则对生活在该区域的人员的身体或多或少有一定的身体损伤。轻者注意力难于集中,思维紊乱,头晕脑胀,容易迷失方向等缺氧特征,重者有可能出现生命危险。
项目所在地区处于高原地区,为了保障入住,建立健全富氧系统是有必要且急需解决的问题。
一)对于个人的富氧意义
保障生命
对于急进高原人员而言,高原的缺氧环境对其生命安全造成严重威胁,在海拔3000米以上地段,约60%一100%的人均发生急性缺氧反应或者疾病,其症状常见的有头痛、头昏、心慌、气短、食欲不振、恶心呕吐、腹胀、胸闷、胸痛、疲乏无力、面部轻度浮肿、口唇干裂、鼻衄等。危重时血压增高,心跳加快,甚至出现昏迷状态以致死亡。
而对于长期身处高原的人员而言,体内将产生一系列适应性改变,大多数人可以正常的工作和生活,但少数人不能适应,体力和脑力活动能力不同程度地受损,出现症状,称之为高原病或叫高山病、高原适应不全症、高山适应不全症等。
因而,缺氧环境无论对于急进高原或长期处于高原中的人员均存在致命威胁。进入富氧环境,及时吸氧,对缓解高原缺氧,降低高原疾病发病率,保障人员生命安全有着直接的正面作用。
消除疲劳、提高智力和工作效率
人脑耗氧占全身20%,且对缺氧特别敏感。供氧不足,则引起体力不足、体力不支、头昏、失眠、记忆力下降及食欲不振等疲劳综合症,影响人的智力和工作效率,富氧环境后可以明显改善上述症状。
提高身体抵抗力、祛病防病
在富氧环境内吸氧可增加人体细胞,组织和器官的物质代谢,增强各器官的功能,提高机体免疫力,对脑供血不足、脑梗塞、冠心病、哮喘、神经衰竭等常见病有很好的防治作用。据德国医学专家研究,吸氧对防治肿瘤有绝对的医疗作用。
经常吸氧能抗衰老,加强整体系统活力
随着年龄的增长,血管硬化及肺功能减退,体内动脉血氧分压逐渐下降,吸烟者更为明显,吸氧可明显提高氧分压,预防不少老年病的发生,吸氧可提高超氧化物歧化(SOD)的生物活性,抑制体内有害自由基对细胞的损伤,从而对老年性痴呆症等多种老年性疾病有防治作用。
保健功能
氧保健是一种高级强身方法,吸氧可增强视力,改善老花眼,保持旺盛精力改善生活质量;吸氧还可以促进运动后体力的恢复。
二)对于单位的富氧意义
建设一个高原富氧环境为地处高原的单位“健康”“可持续地”“发展”提供了保障。如果身处相对很高的海拔时,提供一个富氧环境,不但会减少高原环境对身体的损害,还会提高人们思维的效率。
吸引人才,保障项目顺利进行
项目的顺利进行离不开离不开高素质高水平的专业人才。而身处高原的项目因为其高海拔的局限性,限制了其吸引各地人才的机会。建设一个高原补氧环境可以帮助单位克服吸引人才难的问题,对人才的选择留有更大的空间,使低海拔地区的人才不再畏惧高原反应。
减少意外,降低职工健康风险
在高海拔就业人员,本身就可能不适应高海拔环境或者对高海拔存在一定恐惧,而又处于高海拔地区,在紧张情绪下,更容易诱发各类急性疾病导致不可预估的危险,为保证来访人员安全,降低事故风险,我们更应该建立起完善的高原富氧环境,减少意外的发生。
综上所述,我们不难看出建设一个高原补氧环境,无论是对个人还是贵单位都是很有必要的。
氧气浓度(%体积) | 征兆(大气压力下) |
100% | 致命/6分钟(密闭环境,如高压氧舱或深水) |
50% | 致命/4~5分钟经治疗可痊愈(绝对密闭环境,如高压氧舱); |
>23.5% | 富氧 |
20.9% | 氧气浓度正常 |
19.5% | 氧气小允许浓度 |
15%~19% | 降低工作效率,并可导致头部、肺部和循环系统问题 |
10%~12% | 呼吸急促,判断力丧失,嘴唇发紫 |
8%~10% | 智力丧失,昏厥,无意识,脸色苍白,嘴唇发紫,恶心呕吐 |
6%~8% | 8分钟 |
4%~6% | 40秒内抽搐,呼吸停止,死亡 |