室內缺氧程度對數評價方法

周志強 曾長健

（中鐵二院工程集團有限責任公司 成都 610031）

0 引言

一般評價室內環境的舒適度包括以下幾個方面：溫度、噪聲、光線、空氣品質，而在高原地區，由于空氣中氧氣含量減少，人體會出現一系列缺氧反應，故室內空氣中氧氣的含量也是影響人體舒適度的一重要因素。

彌散式供氧是指通過增加空氣中氧氣的體積濃度實現增加氧氣分壓的目的，隨著經濟的發展和技術的進步，彌散式供氧技術逐漸在青藏高原地區普及[1]，而目前評價供氧效果的依據主要是判斷空氣中氧氣的體積濃度或等效換算的血氧飽和度[2,3]。但相同的氧氣體積濃度在不同的海拔下供氧效果是不同的，而使用等效換算的血氧飽和度雖然可以從生理角度對環境缺氧程度作出判斷，但不方便與其他室內化學污染因素進行比較分析。

在室內空氣質量評估方法中，有研究[4]引用噪聲評價的方法對室內空氣污染物濃度進行評估，并提出了污染物濃度的對數評價指標ICO2、ITVOC、IHCHO。本文將缺氧程度視作一種空氣污染，將引用噪聲評價中的分貝概念評價室內污染物濃度的方法進行推廣，將其應用至評價室內缺氧程度中，提出了評價室內缺氧程度的對數指標IdO2，應用該指標可以對彌散式供氧的效果進行評價，通過將各污染因素（噪聲、CO2、TVOC）統一為134個分貝刻度，可以方便地確定環境中哪一因素對人體舒適度的影響更大，也有利于對高原地區室內環境進行綜合評價。

1 化學污染物評價指標

捷克布拉格大學M V Jokl的研究[5]中首次引用分貝方法來評估室內空氣污染程度，并定義了二氧化碳和總揮發性有機物的分貝評價指標。

CO2評價指標定義式如下：

式中，ICO2為對數評價指標，單位：dCd，評價指標的下限1dCd對應CO2的可感知閾值485ppm（875mg/m3），即Yaglou建立的心理-生理單位1，5.8%不滿意度時的濃度。指標的上限134dCd對應毒性范圍的初始值15000ppm，即醫學研究中的短期暴露濃度限值。ρiCO2為CO2體積濃度，90是為將下限值與上限值之間分為134個分貝所取的系數

TVOC評價指標定義式如下：

式中，ITVOC為TVOC的對數評價指標，單位：dTv，與CO2評價指標相似，其起始點也是TVOC的可感知閾值，其值為50μg/m3。所取終點也是為毒性范圍的起始值，即25000μg/m3，與CO2指標中的系數90相同，式中的50為將起始點和終止點之間分為134個刻度所取的系數。

2 缺氧程度評價指標

醫學研究中常用Sa（O2），即血氧飽和度作為判斷人體是否缺氧及人體缺氧程度的依據，陳寧的研究[3]中用其作為評估彌散式供氧效果的依據，并提出了血氧飽和度與環境中大氣氧分壓擬合計算公式。人的正常Sa（O2）指標范圍為93%～98%，低于93%時認為是低氧血癥的標準，一般低于90%都屬于比較危險的情況。血氧飽和度的降低會導致人體出現不同程度的缺氧癥狀，當低于85%時可導致腦集中力減退和肌肉精細協調能力下降，人體出現明顯的高原反應癥狀。當下降到75%時可能出現判斷上的錯誤，情緒不穩定和肌肉功能障礙；60%時可能出現意識喪失，中樞神經系統的進行性抑制[6]。

根據陳寧的研究結果，血氧飽和度與環境中氧氣分壓的擬合計算式如下：

式中，P（O2）為環境中氧氣分壓。

依據該計算公式反推可得，當血氧飽和濃度為93%時，對應環境中氧氣分壓為17.54kPa，環境中氧氣分壓低于此值時人體血氧低于正常范圍，開始出現低氧血癥；當血氧飽和度為60%時，對應環境中氧氣分壓為8.69kPa，環境中氧氣分壓低于此值時，機體的代償性活動不足以保證大腦皮層的最低供給，該值為大腦皮層喪失意識的閾值；環境中標準氧氣分壓取海平面處氧氣分壓約為21.2kPa。

如果將室內空氣中的缺氧程度視作一種化學污染的污染程度，將對缺氧程度的感知和人體反應類比對化學污染物的感知和反應，根據相似理論認為人體對缺氧這一刺激的反應也成對數關系，按照dCd和dTv的定義方法，筆者將環境缺氧程度的對數評價指標定義為：

式中，IdO2為缺氧程度對數評價指標（單位：dOx），PO2為環境中氧氣分壓，起始值3.66kPa為標準氧氣分壓與醫學上人體開始出現低氧血癥時環境中氧氣分壓之差，以此作為缺氧反應可感知的閾值。終值（毒性范圍起始值）為標準氧氣分壓與血氧飽和度為60%時對應環境中氧氣分壓之差，即短期暴露限值。系數251是為了使起始值與終值之間分為134個刻度，使之與噪聲評價指標分貝、室內污染物評價指標ICO2、ITVOC、IHCHO[7]具有完全相同數量級。

3 IdO2與高原反應風險分析

課題組于2019年7月對青藏鐵路沿線的西寧、格爾木、那曲、拉薩火車站候車廳內人員高原反應發生情況進行了實地調研[8]。

若以發生嘔吐癥狀作為發生較為嚴重高原反應的判定依據，則得到主要站點高反發生情況如下表所示，站廳氧氣濃度為體積濃度，為問卷調查期間所測平均值。

表1 各個車站發生高原反應頻率Table 1 Frequency of altitude sickness at each station

4 結論及展望

本文提出了評價室內環境缺氧程度的對數指標IdO2，將客觀的氧氣分壓參數與人體主觀舒適度建立聯系，并利用高原反應風險評級研究結果，對室內缺氧程度進行了分級。根據室內的熱、聲、光環境及空氣品質指標，目前已有相對完善的室內環境的綜合評價方法[9]，但在高原地區引入氧環境的評價指標后，如何進行高原室內環境的綜合評價還需進一步的研究。由于可以在相同尺度上分析判斷哪種污染影響更大，使用IdO2指標評價室內氧環境也有利于高原地區室內環境的綜合評價。