高原富氧環(huán)境可行性實施實施計劃書

./高海拔地區(qū)富氧環(huán)境可行性研究報告上海筑星實業(yè)有限公司一總論建設高海拔地區(qū)富氧環(huán)境,是適應和應對高海拔地區(qū)惡劣自然環(huán)境對人體乃至工作、生活帶來不利影響的有效途徑之一。隨著科學技術和工業(yè)革命的飛速發(fā)展,大氣中維持人體生命的氧含量呈逐漸下降趨勢,加之部分長期生活在高海拔地區(qū)人群因缺氧和低氣壓原因最終呼吸到血液中的氧含量也出現(xiàn)相對減少,嚴重影響高海拔地區(qū)人群的生命質(zhì)量和工作效率。上海筑星實業(yè)有限公司,借助國內(nèi)外先進成熟的制氧技術,投入巨大財力和人力,研究開發(fā)并突破了在高海拔地區(qū)建設富氧環(huán)境的世界難題,這一技術的基本原理和思路是：通過建設中心供氧機房向局部空間增氧,提高局部空間環(huán)境的氣氧濃度,從而營造模擬狀態(tài)下的低海拔地區(qū)自然環(huán)境,實現(xiàn)和達到人在高原、享受在平原甚至海平面的氧氣環(huán)境。我們堅信,通過這一科技手段的改進和運用,人類改造自然、戰(zhàn)勝自然的夢想,一定會成為當前乃至未來提高高原人民生命質(zhì)量的主要發(fā)展方向。二高原低氧環(huán)境對人體的影響隨著海拔高度的不斷提升,大氣中的氧含量和大氣壓也相應下降,人體的自然反應也隨之劇烈,造成如心率加快、反應遲緩、情緒急躁、免疫力下降等人體傷害,出現(xiàn)如頭痛、腹脹、脫發(fā)、呼吸困難、精神不振、睡眠質(zhì)量不高、記憶力減退等一系列外在不適癥狀。首先高原低氧環(huán)境使血液中的氧含量〔血氧飽和度降低〔詳見表1、2。血液中氧含量降低,會導致心血管系統(tǒng)的工作負擔加大,長期缺氧會使身體各器官出現(xiàn)病變,嚴重時會引起肺血管收縮、肺動脈高壓,使引發(fā)急、慢性心血管系統(tǒng)疾病的風險增大,易患如肺氣腫、肺心病、心臟肌能衰竭等病癥；同時,血液中的氧含量降低,還會使整個腦組織能量代謝出現(xiàn)障礙,損傷腦細胞,從而導致腦組織細胞變性或壞死；另外,血液中的氧含量降低,還會對人體的肌能有很大損害,影響人體肌能作用的正常發(fā)揮,使人整天處于亞健康狀態(tài),工作效率下降。表1：不同海拔人體血氧飽和度參考值海拔高度〔地區(qū)血氧飽和度范圍48．86米〔北京97.3±0.61000米〔XX省XX市96.3±0.62000米〔XX省XX市93.2±1.33000米〔XX省格爾木市90.2±2.24000米〔XX自治區(qū)XX市83.6±3.25000米〔XX省的玉龍雪山76.6±4.55500米〔XX省的玉珠峰71.4±4.4表2：不同氧濃度下人體肌體反應狀態(tài)其次高原低氧環(huán)境使維持人體生命的細胞攜氧量減少〔詳見表3。細胞是組成人體生命的最小單元,人體的一切活動和生命現(xiàn)象都是通過每一個細胞的能量代謝完成的。當維持人體生命的細胞能量〔氧分子不足或降低時,則持續(xù)為人體各個器官如腦、五臟六腑提供動力的細胞就會出現(xiàn)障礙或病變,從而引發(fā)人體患高血壓、心血管病、肺氣腫、肺心病、腸胃病、生殖系統(tǒng)疾病以及癌癥等病癥的概率增大。大量科學研究證明,高原缺氧環(huán)境〔細胞攜氧量低對人體許多臟器系統(tǒng)造成的病理損害是長期的,并隨著缺氧時間的延長而加重。醫(yī)學研究證明,在高原連續(xù)工作8年以上者,100%的人患有高原不適應癥〔俗稱高原病,90%的人患有高原心臟病〔在患者中右心室肥厚占20%、左心室肥厚占10%、雙心室肥厚占10%、其他類占60%；100%的人血色素明顯增高,其中58%的人患有高原紅細胞增多癥；65%的人患消化道疾病,58%的患有脫發(fā)、肺心病、關節(jié)炎、精神病、性功能障礙等疾??；多數(shù)長期在高原工作的人常常集數(shù)病于一身。同時,由于高原缺氧對人身體健康的影響,造成其子女90%智力偏低,其中有6%的患先天性心臟病,2%的患有癡呆癥,2%的患有腦水腫、腦癱或其他疾病。其危害可概括為四點：一是細胞缺氧對心臟的影響。心臟是一個低灌流、高耗氧的器官。醫(yī)學研究表明,人從平原到高原工作、生活一段時間后〔大約2年左右,其心臟泵血功能逐漸衰退,甚至出現(xiàn)心肌變性壞死、心室肥厚、心率失常、休克、心力衰竭等癥狀,比如,駐XX果洛州某上市企業(yè)〔1000多名員工,每年就有6-8人因患高原性心臟病搶救不及時而猝死；又比如,據(jù)XX阿里軍分區(qū)對駐海拔3700-4500米的107名官兵調(diào)查發(fā)現(xiàn),約有24.9%的人出現(xiàn)右心室肥大,約有96.2%的人患有不同程度的高原性心臟病。二是細胞缺氧對神經(jīng)系統(tǒng)和大腦的影響。中樞神經(jīng)系統(tǒng)對缺氧極其敏感,不同部位的腦組織對缺氧的敏感程度不同。在一般情況下,腦組織缺氧15秒即可引起昏厥；完全缺氧3分鐘以上,可致昏迷數(shù)日；完全缺氧8-10分鐘,可使腦組織發(fā)生不可逆轉的損害。長期在高原生活可導致慢性缺氧,重者會抑制大腦功能,表現(xiàn)為智力和記憶力明顯下降、反應遲鈍、注意力不集中、產(chǎn)生幻覺等,還會出現(xiàn)精神心理失常,極易造成個人異常偏激,導致案件事故發(fā)生。據(jù)XX省XX州地震援建指揮部提供的資料顯示,兩年多來共有49人死亡,其中89%死于交通事故,其主要原因就是因司機腦缺氧產(chǎn)生幻覺對方向和距離判斷失誤所致。三是細胞缺氧對內(nèi)分泌、免疫、消化系統(tǒng)及性腺等生理功能的影響。為適應高原缺氧環(huán)境,人體各部分功能都要做出相應調(diào)整,而調(diào)整的基礎以神經(jīng)核內(nèi)分泌為主。功能一旦失調(diào),機體應急調(diào)節(jié)功能將出現(xiàn)障礙,從而引起如高原紅細胞增多、腦溢血等。同時消化系統(tǒng)功能也隨之紊亂,消化道疾病發(fā)病率高達80%,尤以萎縮性胃炎為主。高原缺氧環(huán)境對性腺的影響為國內(nèi)外學者所公認,其主要表現(xiàn)為性欲下降,精子數(shù)質(zhì)量降低。據(jù)測定,從平原到高原工作半月后,精子數(shù)量明顯減少,其平均值從每毫升兩億六千萬下降到九千八百萬,下降約2.7倍。表3：不同海拔人體的脈搏參考值海拔高度脈搏范圍〔次/分鐘1000米以下〔平原地區(qū)72-782000-2800米〔次高原地區(qū)80-903000米以上〔高原地區(qū)96-1004500米以上106-128再次高原低氧環(huán)境使大氣中的氧濃度明顯不足〔詳見表4、5、6。人作為自然體中一分子,與自然界共榮共生并保持相對平衡。當自然體中氧分子不足或減少時,維持自然界生態(tài)平衡的機制就會受到影響,自然界的綠色植被就會銳減或者生長緩慢,造成水土流失加大、荒漠化巨增,從而影響人體的心理反應,導致諸多心理疾患,引發(fā)一系列如情緒急躁、性格偏執(zhí)、注意力不集中、缺乏毅力、處事簡單粗暴、工作效率不高等心理不適癥。表4：高海拔地區(qū)氧濃度對比表海拔高度〔米大氣壓力〔mmHg氧濃度缺氧程度250076076%24%280054372%28%610035647%53%884422830%70%表5：XX地區(qū)不同月份空氣含氧量〔g/m3對比表月份區(qū)分1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月XX236234228222219216214215219224234234格爾木222218213208205202200201206212218227瑪多縣189187184181178177175176178182181190XX縣196194191189186185183184187190194197表6：不同海拔高度氧分壓對比表地區(qū)海拔高度<米大氣壓氧分壓肺泡氣氧分壓kPa<mmHg>kPa<mmHg>kPa<mmHg>XX10101.6〔762.019.2〔144.013.90〔104.2XX226077.3〔580.016.2〔121.89.7〔72.9XX365865.2〔488.913.6〔101.9XX395064.0〔480.013.4〔100.87.3〔54.9海晏320069.8〔524.015.2〔113.88.3〔62.2瑪多427261.87〔464.111.62〔87.17.32〔55.2林芝300070.7〔530.015.2〔110.4昌都324168.1〔510.814.2〔106.5XX383663.6〔478.413.2〔99.3那曲450758.7〔440.6〔91.8一氧濃度、氧分壓及大氣壓之間的函數(shù)關系海拔高度與大氣壓的關系海拔/m氣溫〔℃氣壓〔kPa海拔/m氣溫〔℃氣壓〔kPa海拔/m氣溫〔℃氣壓〔kPa-40017.6106.224800-16.255.4810000-50.026.44-20016.3103.755000-17.554.0210200-51.325.64015.0101.335200-18.852.5910400-52.624.8620013.798.955400-20.151.1910600-53.924.1040012.496.615600-21.449.8310800-55.223.3660011.194.325800-22.748.4911000-56.522.638009.892.086000-24.047.1811500-56.520.9210008.589.876200-25.345.9012000-56.519.3312007.287.726400-26.644.6512500-56.517.8714005.985.606600-27.943.4313000-56.516.5116004.683.526800-29.242.2313500-56.515.2618003.381.497000-30.541.0614000-56.514.1020002.079.507200-31.839.9214500-56.513.0322000.777.547400-33.138.8015000-56.512.052400-0.675.637600-34.437.7115500-56.511.132600-1.973.757800-35.736.6416000-56.510.292800-3.271.918000-37.035.6017000-56.58.793000-4.570.118200-38.334.5818000-56.57.503200-5.868.348400-39.633.5919000-56.56.413400-7.166.628600-40.932.6220000-56.55.473600-8.464.928800-42.231.6722000-54.54.003800-9.763.269000-43.530.7424000-52.52.934000-11.061.649200-44.829.8426000-50.52.154200-12.360.059400-46.128.9628000-48.51.594400-13.658.499600-47.428.1030000-46.51.174600-14.956.979800-48.727.2632000-44.50.87〔1標準狀態(tài)〔0℃、101.325KPa下,氧氣濃度〔體積分數(shù)為20.9〔常數(shù)?！?海拔越高,大氣壓力越低,氧分壓〔由氧氣產(chǎn)生的壓力越低。其三者之間的函數(shù)關系為：=×C,比如：在海拔為3000m的地域,由表可查大氣壓力為70.11kPa,則在標準環(huán)境下氧分壓為70.11×20.9%=14.65kPa。如果要對處于3000米海拔的環(huán)境富氧〔比如富氧到2800的水平,則分別計算出3000米和2800米海拔的氧分壓,即3000米=70.11kPa〔×20.9%〔C=14.65kPa,2800O米=71.91kPa〔×20.9%〔C=15.03kPa；然后計算出兩個不同海拔的氧分壓的差值為15.03kPa-14.65kPa=0.38kPa；第三再計算氧分壓的差值在3000米處的體積分數(shù)〔=×C即C=/=0.38/70.11=0.0054=0.54%〔即在3000米處要使氧氣含量達到2800米的水平,氧氣濃度需要上升0.54個百分點,氧氣的體積分數(shù)為0.54%。再比如,以果洛銅礦〔海拔為4050米,大氣壓為61.64Kp為例,富氧后測氧儀顯示體積分數(shù)為24.5%,=/C=<=×24.5%>/C=70.78則計算出富氧區(qū)域的大氣壓Kp,爾后由70.78Kp查表可知富區(qū)域的海拔為2800米,即相當于XX省格爾木市水平。一高原富氧環(huán)境主要依據(jù)富氧空間的氧氣量主要由五個方面確定：<1>房間的富氧水平；<2>房間的密封性；<3>門窗的開啟頻率；<4>氧氣的流速；<5>人員的氧氣消耗。由于人體實際消耗的氧氣含量很少,一般在方案中最后進行修正處理；門窗開啟對房間氧氣濃度影響很大,建議富氧后盡量減少開啟門窗,且氧氣輸出口盡量遠離需經(jīng)常開啟的門或窗戶。二富氧空間供氧量計算〔以XX石油富氧大廈為例：第一步：分別計算2260米海拔、600米海拔的大氣壓值折算到標準狀態(tài)〔0℃,101.325kPa時的壓力值：2260米時,查上表得0.7℃時,大氣壓為775.4百帕,根據(jù)理想氣態(tài)方程有：Pa=PN×Ta/TN=0.07754×273/〔273＋0.7=0.0773〔MPa式中Pa——折算到標準狀態(tài)〔0℃,101.325kPa時的壓力值<MPa>PN——使用狀態(tài)下的壓力值<MPa>TN——氣體在使用狀態(tài)下的溫度修正,TS=273+使用溫度〔KTa——標態(tài)下的絕對溫度273〔K600米時,查上表得9.8℃時,大氣壓為920.8百帕,根據(jù)理想氣態(tài)方程有：Pa=PN×Ta/TN=0.09208×273/〔273+9.8＝0.0889〔MPa式中Pa——折算到標準狀態(tài)〔0℃,101.325kPa時的壓力值<MPa>PN——使用狀態(tài)下的壓力值<MPa>TN——氣體在使用狀態(tài)下的溫度修正,TS=273+使用溫度〔KTa——標態(tài)下的絕對溫度273〔K第二步：由"海拔高度與大氣壓含氧量的關系"圖查出在標準狀態(tài)下海平面的含氧量為299.3g/m3由于大氣含氧量與大氣壓成正比,則可計算出2260米和600米海拔時的大氣含氧量2260米時：Pa/Po=ηa/ηoηa=Pa×ηo/Po=0.0773×299.3/0.101325=228.32g/m3式中Pa——折算到標準狀態(tài)〔0℃,101.325kPa時的壓力值<MPa>Po——標準狀態(tài)的壓力值<0.101325MPa>ηa——使用海拔狀態(tài)下的含氧量〔g/m3ηo——標準狀態(tài)下海平面的含氧量〔g/m3600米時：Pa/Po=ηa/ηoηa=Pa×ηo/Po=0.0889×299.3/0.101325=262.58g/m3式中Pa——折算到標準狀態(tài)〔0℃,101.325kPa時的壓力值<MPa>Po——標準狀態(tài)的壓力值<0.101325MPa>ηa——使用海拔狀態(tài)下的含氧量〔g/m3ηo——標準狀態(tài)下海平面的含氧量〔g/m3由以上氧含量可知：2260米海拔要達到600米海拔的氧分壓的水平,每立方空氣必須彌散進的氧氣量：m=262.58-228.32=34.26g標準狀態(tài)下的體積：VN=m/ρ=34.26/1.43=24L=0.024Nm3需要富氧的體積：VN總=27086×0.024≈650Nm3三富氧方案設計大廈富氧空間需要增加的氧氣體積數(shù)為650標準立方米,在富氧上升階段,我們預設4小時可達到房間富氧水平〔事實上制氧機一旦開啟,幾乎全天運行,則在上升階段每小時需要氧氣總量為162.5標準立方米。但當富氧空間氧氣濃度達到設定上限時,即標志制氧機進入富氧維持階段。每間需氧氣按0.5m3/h來計算,共需要氧氣81m3/h。合計：在滿負荷的情況下,富氧維持階段共需要氧氣≥81m3/h,按PSA制氧設備氧氣濃度≥93%計算,需要制氧機的制氧流量≥81m3/h。根據(jù)以上計算,考慮到大廈用房并非同時開啟,也非24小時需要,故：配置2臺50m3/h的制氧設備每小時產(chǎn)氧100m3,同時外加2臺20m3〔每臺大儲氧罐內(nèi)壓力為9Kg,可提供標準大氣壓氧氣80m3的大儲氧罐,則首次第一個小時可產(chǎn)氧量為260m3/h,即整個大廈首次供氧需2.5個小時,爾后將進入富氧維持階段,兩臺制氧機除為整個大廈供氧外,多余部分將繼續(xù)向儲氧罐儲存滿足富氧設計需求。本工程要求氧分壓從2260m降至600m水平,由于需要富氧的空間大、房間數(shù)量多,所以本方案配置了2臺20m3氧氣儲罐[大儲氧罐的儲氧上限壓力值為1MPa〔相對壓力,一般到1.0MPa,以下同,用氧下限壓力值為0.2MPa,則1個大儲氧罐能儲存約160m3標準立方米的有效氧氣],假設為空罐,則夜晚設備開啟,儲罐也能在半小時內(nèi)存滿〔罐內(nèi)滿氣后設備自動會關閉。當儲罐整個充滿時,使用儲罐內(nèi)的氧氣能使所有客房在短時間內(nèi)達到富氧要求,即房間氧分壓達到海拔600米水平,隨后進入維持階段。注：大氧氣儲罐的作用不僅起到了氣流的緩沖效果,而且可以將制氧機儲存的氧氣靈活地運用于富氧上升階段或者應急備用使用。富氧方法制氧技術及供氧量的確定,目前主要的制氧方法有變壓吸附法、深冷法、薄膜法、化學法、水電解法,或者采用液氧作為氧源