D010.13374斤.isn100W53x.2010.08.028 第32卷第8期 北京科技大学学报 Vo132 No 8 2010年8月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Aug 2010 矿井密闭空间中人体呼吸商计算 栗 婧》金龙哲)汪声)朱军2) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)北京长城计量测试技术研究所，北京100095 摘要为深入研究矿用密闭空间的生命保障技术，4名实验人员在实验舱内分别进行了7组密闭空间人体生存实验，得出 了人体在不同活动强度状态下的耗氧量和二氧化碳产生量，并计算了人体在密闭空间中生存的呼吸商. 关键词密闭空间：人体：呼吸商：耗氧量：生命保障 分类号D77十4 Respiratory quotient ca lculaton of the hum an body at a con fined space in coal m nes LI Jing).JIN Long.he.WANG Sheng)ZHU Jure) 1)SchoolofCiil and Envirammenl Engineering University of Science and Technokgy Beijing Beijng 100083 China 2)Beijng Changcheng Instimte ofMetrobgy and Measurement Beijng 100095 China ABSTRACT In order o sudy life suppont tchn Hues in a con fined space seven cases were exam ined w ith pur test personnel living a confined space The test dan of oxygen consump ton and carbon d pxie production were obtained under different active states and the resp irapry quotient of the human body in the confined space was numericaly calu lted KEY WORDS confined space human body respiratory quotent oxygen consum ption life support 矿用密闭空间是为矿井事故发生后无法及时撤 在不同劳动强度下的耗氧量和产生的二氧化碳量 离的矿工提供的一个安全的密闭空间-，对外抵 进行了7组人体生存实验，并对人体呼吸商进行 御爆炸冲击、高温烟气，隔绝有毒、有害气体对内为 计算. 被困矿工提供氧气、食物和水，去除有毒、有害气体， 1实验准备 为被困矿工赢得较长的生存时间，同时通过舱内通 信监测设备，引导外界救援3 1.1实验条件 要在密闭空间中长时间生存，最重要的是氧气 实验在矿用密闭空间模拟舱（图1）内进行，舱 与二氧化碳的控制，氧气过低或二氧化碳过高均会 体为双层气密门结构，内部体积约8.舱内供氧 致命。一般氧气最小允许体积分数为185%，二 系统为医用氧气钢瓶川，净化系统采用自研制矿用 氧化碳长时间暴露最高允许体积分数为Q8%6), 密闭空间空气净化装置（图2，环境监测系统采用 而人体耗氧多少与劳动强度和体质强弱有关，劳动 K0型煤矿安全生产监控系统可实时监测舱内、 强度越大耗氧量越多89.为了维持密闭空间内的 外环境参数，包括氧气、二氧化碳、一氧化碳、硫化 人体的长时间生存，以等待救援，一般规定应当满足 氢、甲烷和温度等（图3），并提供血压脉搏计、体温 8人生存4￠这就要求必须提供足量的氧气，并及 计用于测量密闭空间内人员的生理指标. 时去除呼吸产生的二氧化碳，使舱内环境参数保持 1.2实验方法 在人体需求范围之内.为准确获得密闭空间内人体 选取4名健康男性进行生存模拟实验，进入舱 收稿日期：2009-09-04 基金项目：“十一五"国家科技支撑计划资助项目(N9D06BK25D0-4) 作者简介：栗婧(1980-)，女，博士研究生：金龙哲(1963-)，男，教授，博士生导师.Ema1ji@ce5uscm
第 32卷 第 8期 2010年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.8 Aug.2010 矿井密闭空间中人体呼吸商计算 栗 婧 1) 金龙哲 1) 汪 声 1 ) 朱 军 2) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083 2) 北京长城计量测试技术研究所, 北京 100095 摘 要 为深入研究矿用密闭空间的生命保障技术, 4名实验人员在实验舱内分别进行了 7组密闭空间人体生存实验, 得出 了人体在不同活动强度状态下的耗氧量和二氧化碳产生量, 并计算了人体在密闭空间中生存的呼吸商. 关键词 密闭空间;人体;呼吸商;耗氧量;生命保障 分类号 TD77 + 4 Respiratoryquotientcalculationofthehumanbodyataconfinedspaceincoal mines LIJing1) , JINLong-zhe1) , WANGSheng1) , ZHUJun2) 1) SchoolofCivilandEnvironmentalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China 2) BeijingChangchengInstituteofMetrologyandMeasurement, Beijing100095, China ABSTRACT Inordertostudylifesupporttechniquesinaconfinedspace, sevencaseswereexaminedwithfourtestpersonnelliving aconfinedspace.Thetestdataofoxygenconsumptionandcarbondioxideproductionwereobtainedunderdifferentactivestates, and therespiratoryquotientofthehumanbodyintheconfinedspacewasnumericallycalculated. KEYWORDS confinedspace;humanbody;respiratoryquotient;oxygenconsumption;lifesupport 收稿日期:2009--09--04 基金项目:“十一五”国家科技支撑计划资助项目 (No.2006BAK25B00--4) 作者简介:栗 婧 ( 1980— ), 女, 博士研究生;金龙哲 ( 1963— ), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:lzjin@ces.ustb.edu.cn 矿用密闭空间是为矿井事故发生后无法及时撤 离的矿工提供的一个安全的密闭空间 [ 1--2] , 对外抵 御爆炸冲击 、高温烟气, 隔绝有毒、有害气体, 对内为 被困矿工提供氧气、食物和水, 去除有毒、有害气体, 为被困矿工赢得较长的生存时间, 同时通过舱内通 信监测设备, 引导外界救援 [ 3--4] . 要在密闭空间中长时间生存, 最重要的是氧气 与二氧化碳的控制, 氧气过低或二氧化碳过高均会 致命.一般氧气最小允许体积分数为 18.5% [ 5] , 二 氧化碳长时间暴露最高允许体积分数为 0.8% [ 6--7] , 而人体耗氧多少与劳动强度和体质强弱有关, 劳动 强度越大, 耗氧量越多 [ 8--9] .为了维持密闭空间内的 人体的长时间生存, 以等待救援, 一般规定应当满足 8人生存 4 d, 这就要求必须提供足量的氧气, 并及 时去除呼吸产生的二氧化碳, 使舱内环境参数保持 在人体需求范围之内 .为准确获得密闭空间内人体 在不同劳动强度下的耗氧量和产生的二氧化碳量, 进行了 7 组人体生存实验, 并对人体呼吸商进行 计算 . 1 实验准备 1.1 实验条件 实验在矿用密闭空间模拟舱 (图 1)内进行, 舱 体为双层气密门结构, 内部体积约 8 m 3 .舱内供氧 系统为医用氧气钢瓶 [ 11] , 净化系统采用自研制矿用 密闭空间空气净化装置 (图 2 ), 环境监测系统采用 KJ70型煤矿安全生产监控系统, 可实时监测舱内、 外环境参数, 包括氧气、二氧化碳、一氧化碳 、硫化 氢、甲烷和温度等 (图 3), 并提供血压脉搏计、体温 计用于测量密闭空间内人员的生理指标 . 1.2 实验方法 选取 4名健康男性进行生存模拟实验, 进入舱 DOI :10 .13374 /j .issn1001 -053x .2010 .08 .028
。964 北京科技大学学报 第32卷 2密闭空间内人体生存实验 2.1人体氧气消耗量计算方法 人体消耗氧气量按如下方法计算.在使用状态 下，流过流量计的气体流量公式如下： Q-Q ONR T NPwP不 (1) 式中，Q为被测气体实际量，Q为流量计的读取示 值(20℃，101325Pa,A为空气在20℃、101325Pa 图1矿用密闭空间 F1 Canfned space of coalmnes 时的密度(1.2046ksm3,Ps为被测气体在20℃， 101325P时的密度，、T分别为标准状态下压力 (101325P马和温度(20℃)，Ps.T分别为被测气体 流过流量计时的压力、温度. 使用状态下流过流量计的气体流量换算成标准 状态下的流量公式如下： Q=QR正 PsR (2) 式中，Q为被测气体换算成标准状态(20℃ 101325P下的流量. 已知=TPsR=2:1P=1.46kg m代入式(1式(2)得： Qv=1.284Q (3) 图2空气净化装置 Fg2 Air purifing device 舱内除设备外，体积大致为8m实验时间为 T氧气体积分数变化为M,实验人数为Ⅹ则正常 呼吸氧气需要量为： QQT-8X1000M_1284QT-8000M TX X (4) 2.2人体二氧化碳呼出量计算方法 人体呼出二氧化碳量按如下公式计算： Wo, (5) 图3K0型煤矿安全生产监控系统 Fg 3 Kto tpe coa lm ne safety productionmonioring and oontooL 式中，X为实验人数，为二氧化碳呼出量，V为舱内 ling syswem 体积.M如为二氧化碳体积分数上升时的变化量. 前期系列基础实验证明，空气净化装置在未运行的 后，关闭舱门，同时运行供氧系统、环境监控系统，并 状态下，舱内二氧化碳变化几乎为零，可以忽略不 记录通入氧气流量和时间.舱内空气净化装置采用 计，所以人体二氧化碳呼出量是空气净化装置在未 间歇式运行模式，运行上限、下限分别为二氧化碳体 运行状态下，人体呼吸使舱内二氧化碳体积分数变 积分数为0.3%和08%.实验期间记录舱内人员 化的量. 活动状态，实时监测氧气和二氧化碳变化曲线.实 2.3不同情况下氧气消耗量 验结束后，根据实验数据得出人体耗氧量和呼出二 为了测试不同状态下人体耗氧量，选取4名健 氧化碳的量，计算呼吸商 康男性，针对睡眠和轻度活动状态分别进行3组实
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 1 矿用密闭空间 Fig.1 Confinedspaceofcoalmines 图 2 空气净化装置 Fig.2 Airpurifyingdevice 图 3 KJ70型煤矿安全生产监控系统 Fig.3 KJ70 typecoalminesafetyproductionmonitoringandcontrollingsystem 后, 关闭舱门, 同时运行供氧系统、环境监控系统, 并 记录通入氧气流量和时间 .舱内空气净化装置采用 间歇式运行模式, 运行上限 、下限分别为二氧化碳体 积分数为 0.3%和 0.8%.实验期间记录舱内人员 活动状态, 实时监测氧气和二氧化碳变化曲线.实 验结束后, 根据实验数据得出人体耗氧量和呼出二 氧化碳的量, 计算呼吸商. 2 密闭空间内人体生存实验 2.1 人体氧气消耗量计算方法 人体消耗氧气量按如下方法计算 .在使用状态 下, 流过流量计的气体流量公式如下: QS =QN ρNPNTS ρSNPSTN ( 1) 式中, QS为被测气体实际量, QN为流量计的读取示 值 ( 20℃, 101 325 Pa), ρN为空气在 20 ℃、101 325 Pa 时的密度 ( 1.2046 kg·m -3 ), ρSN为被测气体在 20 ℃、 101 325 Pa时的密度, PN、TN分别为标准状态下压力 ( 101 325Pa)和温度 ( 20 ℃), PS、TS分别为被测气体 流过流量计时的压力、温度. 使用状态下流过流量计的气体流量换算成标准 状态下的流量公式如下 : QSN =QS PSTN PNTS ( 2) 式中, QSN 为被测 气体换算 成标准 状态 ( 20 ℃, 101 325 Pa)下的流量 . 已知 TN = TS, PS∶PN =2︰ 1, ρSN =1.46 kg· m -3 , 代入式 ( 1) 、式 ( 2)得: QSN =1.284QN ( 3) 舱内除设备外, 体积大致为 8 m 3 , 实验时间为 T, 氧气体积分数变化为 MO2 , 实验人数为 X, 则正常 呼吸氧气需要量为 : Q= QSNT-8 ×1000MO2 TX = 1.284QNT-8 000MO2 TX ( 4) 2.2 人体二氧化碳呼出量计算方法 人体呼出二氧化碳量按如下公式计算: Y= VMCO2 TX ( 5) 式中, X为实验人数, Y为二氧化碳呼出量, V为舱内 体积, MCO2为二氧化碳体积分数上升时的变化量. 前期系列基础实验证明, 空气净化装置在未运行的 状态下, 舱内二氧化碳变化几乎为零, 可以忽略不 计, 所以人体二氧化碳呼出量是空气净化装置在未 运行状态下, 人体呼吸使舱内二氧化碳体积分数变 化的量. 2.3 不同情况下氧气消耗量 为了测试不同状态下人体耗氧量, 选取 4名健 康男性, 针对睡眠和轻度活动状态分别进行 3组实 · 964·
第8期 栗婧等：矿井密闭空间中人体呼吸商计算 965 验，选取2名健康男性进行中度活动状态下1组实 22.5 验（中度活动状态的实验舱体积为86m,通过计 220 算得人体氧气消耗量，实验结果如下 21 +睡眠状态下实验1 2.3.1睡眠状态下人体氧气消耗量 ·睡眠状态下实验2 21.0 +睡眠状态下实验3 如图4所示，睡眠状态下设计了3组实验，3组 205 实验中供氧量不同，实验1、3供氧流量为605 20 从图中可以看出，两条曲线的变化趋势相近，氧气体 19.5 100 150 200250 300 积分数略有上升，说明供氧量偏大.实验2中供氧 时间min 量为20上下，氧气体积分数呈下降趋势，说明供氧 图4密闭空间内人体睡眠状态下消耗氧气与时间关系 量偏低，根据实验曲线和供氧流量，通过式(4)计算 Fg 4 Relatons of the oxgen consumpton of the human body n a 得睡眠状态下人体氧气消耗量，见表1. confined space under a sleeping state with tie 表1密闭空间内人体睡眠状态下氧气消耗量 Tab le1 Oxygen consumption of the human body in a con fned space under a sleeping sta te 实验名称 时间mn 供氧流量（上h) 体积分数变化% 每人耗氧量/（上mr!) 睡眠状态实验1 202 60 21.3-221 024 睡眠状态实验2 164 20 22.1-21.0 024 睡眠状态实验3 296 60 19.7-207 0.25 225 2.3.2活动状态下人体氧气消耗量 →轻度活动状态下实验1 22.0 →轻度活动状态下实验2 如图5所示，轻度活动状态下进行3组实验，中 +轻度活动状态下实验3 $215 度活动状态下进行1组实验.从图中可以看出，实 21.0 验3中，氧气体积分数前后一致，供氧量平衡，此时 ￥20.5 一中度话动状态 供氧量为70，！，说明4人轻度活动状态下供氧 流量为70h即可.实验1、2中供氧量偏大，根 80 120 160 200 时间min 据实验曲线和供氧流量，通过式(4)计算得活动状 图5密闭空间内人体活动状态下消耗氧气与时间关系 态下人体氧气消耗量见表2 Fg 5 Relatons of the oxygen consumpton of the human body n a confined space under amovem ent state with tie 表2密闭空间内人体活动状态下氧气消耗量 Table2 Oxygen consumption of the hum an body in a confned space under amovem ent state 实验名称 时间/mn 供氧流量/（上一） 体积分数变化% 每人耗氧量（上mr1) 轻度状态实验1 183 100 204-221 036 轻度状态实验2 168 100 207-21.5 038 轻度状态实验3 85 70 21.0-21.0 037 中度活动状态 0 209-200 084 2.4不同情况下二氧化碳呼出量 24.2活动状态下人体二氧化碳呼出量 2.41睡眠状态下人体二氧化碳呼出量 如图7所示，舱内空气净化状态呈间歇性运行 如图6所示，舱内空气净化状态呈间歇性运行 状态，取空气净化器关闭状态下二氧化碳体积分数 状态，取空气净化器关闭状态下二氧化碳体积分数 上升量，通过实验数据和式(5)计算人体二氧化碳 上升量，通过实验数据和式(5)计算人体二氧化碳 呼出量，见表4 呼出量，见表3
第 8期 栗 婧等:矿井密闭空间中人体呼吸商计算 验, 选取 2名健康男性进行中度活动状态下 1 组实 验 (中度活动状态的实验舱体积为 8.6 m 3 ), 通过计 算得人体氧气消耗量, 实验结果如下 . 2.3.1 睡眠状态下人体氧气消耗量 如图 4所示, 睡眠状态下设计了 3组实验, 3组 实验中供氧量不同, 实验 1、3供氧流量为 60 L·h -1 . 从图中可以看出, 两条曲线的变化趋势相近, 氧气体 积分数略有上升, 说明供氧量偏大.实验 2中供氧 量为 20 L·h -1 , 氧气体积分数呈下降趋势, 说明供氧 量偏低, 根据实验曲线和供氧流量, 通过式 ( 4)计算 得睡眠状态下人体氧气消耗量, 见表 1. 图 4 密闭空间内人体睡眠状态下消耗氧气与时间关系 Fig.4 Relationsoftheoxygenconsumptionofthehumanbodyina confinedspaceunderasleepingstatewithtime 表 1 密闭空间内人体睡眠状态下氧气消耗量 Table1 Oxygenconsumptionofthehumanbodyinaconfinedspaceunderasleepingstate 实验名称 时间 /min 供氧流量 /( L·h-1 ) 体积分数变化 /% 每人耗氧量 /( L·min-1 ) 睡眠状态实验 1 202 60 21.3 ～ 22.1 0.24 睡眠状态实验 2 164 20 22.1 ～ 21.0 0.24 睡眠状态实验 3 296 60 19.7 ～ 20.7 0.25 2.3.2 活动状态下人体氧气消耗量 如图 5所示, 轻度活动状态下进行 3组实验, 中 度活动状态下进行 1 组实验 .从图中可以看出, 实 验 3中, 氧气体积分数前后一致, 供氧量平衡, 此时 供氧量为 70 L·h -1 , 说明 4人轻度活动状态下供氧 流量为 70 L·h -1即可 .实验 1、2中供氧量偏大, 根 据实验曲线和供氧流量, 通过式 ( 4)计算得活动状 态下人体氧气消耗量见表 2. 图 5 密闭空间内人体活动状态下消耗氧气与时间关系 Fig.5 Relationsoftheoxygenconsumptionofthehumanbodyina confinedspaceunderamovementstatewithtime 表 2 密闭空间内人体活动状态下氧气消耗量 Table2 Oxygenconsumptionofthehumanbodyinaconfinedspaceunderamovementstate 实验名称 时间 /min 供氧流量 /( L·h-1 ) 体积分数变化 /% 每人耗氧量 /( L·min-1 ) 轻度状态实验 1 183 100 20.4 ～ 22.1 0.36 轻度状态实验 2 168 100 20.7 ～ 21.5 0.38 轻度状态实验 3 85 70 21.0 ～ 21.0 0.37 中度活动状态 46 0 20.9 ～ 20.0 0.84 2.4 不同情况下二氧化碳呼出量 2.4.1 睡眠状态下人体二氧化碳呼出量 如图 6所示, 舱内空气净化状态呈间歇性运行 状态, 取空气净化器关闭状态下二氧化碳体积分数 上升量, 通过实验数据和式 ( 5)计算人体二氧化碳 呼出量, 见表 3. 2.4.2 活动状态下人体二氧化碳呼出量 如图 7所示, 舱内空气净化状态呈间歇性运行 状态, 取空气净化器关闭状态下二氧化碳体积分数 上升量, 通过实验数据和式 ( 5)计算人体二氧化碳 呼出量, 见表 4. · 965·
。966° 北京科技大学学报 第32卷 0.9 +睡眠状态下实验】一睡眠状态下实验2 一轻度括动状态下实验】+轻度活动状态下实验2 0.8 一轻度活动状态下实验3 03 睡民状态下实验3 →中度活动状态 150200250 80 120 160 200 时间ain 时间min 图6密闭空间内人体睡眠状态下呼出二氧化碳与时间关系 图7密闭空间内人体活动状态下呼出二氧化碳与时间关系 Fg 6 Reltions of the carlon dioxide exha ation of the human boly Fg 7 Relations of the caton dicx ide exhalaticn of the human body i a confined space under a sleeping state with tme n a confned space under amovement state with tme 表3密闭空间内人体睡眠状态下二氧化碳呼出量 Table 3 Ca ton dioxde exhalation of te hm an body in a confined space under a skeeping state 时间段/ 二氧化碳体积 时间/ 每人呼出二氧化碳量/ 每人呼出二氧化碳量 实验名称 min 分数变化% min (L:m) 均值/（上mr1) 24-65 034-080 41 0.22 睡眠状态实验1 0.22 111-152 030-078 41 0.23 1-49 032-079 48 020 睡眠状态实验2 0.21 81-127 030-081 46 022 22-68 026-080 46 023 82-127 030-080 45 022 睡眠状态实验3 0.22 148-189 030-079 41 0.24 209-255 030-078 号 0.21 表4密闭空间内人体活动状态下二氧化碳呼出量 Table4 Cabon dioxide exhalatin of the human body n a confined space under amovement ste 实验名称 时间段/ 二氧化碳体积 时间/ 每人呼出二氧化碳量/每人呼出二氧化碳量 min 分数变化% min (L mi) 均值/（上mr1) 1-31 026-080 31 035 轻度状态实验1 69-96 032-081 28 0.34 0.32 122-159 031-080 38 0.26 1-47 009-081 46 031 轻度状态实验2 0.33 104-133 031-080 29 034 轻度状态实验3 1-33 032-082 32 031 031 中度活动状态 1-47 008-089 46 076 0.76 2.5呼吸商计算 呼吸商即单位时间内，机体（即人体）所产生的 通过以上7组实验分别得到睡眠、轻度活动及 二氧化碳与所耗去的氧气的体积比9-0 中度活动状态下人体氧气消耗量和二氧化碳呼出 呼吸商(RQ= 产生的C0体积 量，并根据式(6)计算不同状态下的人体呼吸商，结 消耗9体积 (6) 果见表5
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 6 密闭空间内人体睡眠状态下呼出二氧化碳与时间关系 Fig.6 Relationsofthecarbondioxideexhalationofthehumanbody inaconfinedspaceunderasleepingstatewithtime 图 7 密闭空间内人体活动状态下呼出二氧化碳与时间关系 Fig.7 Relationsofthecarbondioxideexhalationofthehumanbody inaconfinedspaceunderamovementstatewithtime 表 3 密闭空间内人体睡眠状态下二氧化碳呼出量 Table3 Carbondioxideexhalationofthehumanbodyinaconfinedspaceunderasleepingstate 实验名称 时间段 / min 二氧化碳体积 分数变化 /% 时间 / min 每人呼出二氧化碳量/ ( L·min-1 ) 每人呼出二氧化碳量 均值 /( L·min-1 ) 睡眠状态实验 1 24 ～ 65 0.34 ～ 0.80 41 0.22 0.22 111 ～ 152 0.30 ～ 0.78 41 0.23 睡眠状态实验 2 1 ～ 49 0.32 ～ 0.79 48 0.20 0.21 81 ～ 127 0.30 ～ 0.81 46 0.22 22 ～ 68 0.26 ～ 0.80 46 0.23 睡眠状态实验 3 82 ～ 127 0.30 ～ 0.80 45 0.22 0.22 148 ～ 189 0.30 ～ 0.79 41 0.24 209 ～ 255 0.30 ～ 0.78 46 0.21 表 4 密闭空间内人体活动状态下二氧化碳呼出量 Table4 Carbondioxideexhalationofthehumanbodyinaconfinedspaceunderamovementstate 实验名称 时间段 / min 二氧化碳体积 分数变化 /% 时间 / min 每人呼出二氧化碳量/ ( L·min-1 ) 每人呼出二氧化碳量 均值 /( L·min-1 ) 1 ～ 31 0.26 ～ 0.80 31 0.35 轻度状态实验 1 69 ～ 96 0.32 ～ 0.81 28 0.34 0.32 122 ～ 159 0.31 ～ 0.80 38 0.26 轻度状态实验 2 1 ～ 47 0.09 ～ 0.81 46 0.31 0.33 104 ～ 133 0.31 ～ 0.80 29 0.34 轻度状态实验 3 1 ～ 33 0.32 ～ 0.82 32 0.31 0.31 中度活动状态 1 ～ 47 0.08 ～ 0.89 46 0.76 0.76 2.5 呼吸商计算 通过以上 7组实验分别得到睡眠 、轻度活动及 中度活动状态下人体氧气消耗量和二氧化碳呼出 量, 并根据式 ( 6)计算不同状态下的人体呼吸商, 结 果见表 5. 呼吸商即单位时间内, 机体 (即人体 )所产生的 二氧化碳与所耗去的氧气的体积比 [ 9--10] : 呼吸商 ( RQ) = 产生的 CO2 体积 消耗 O2 体积 ( 6) · 966·
第8期 栗婧等：矿井密闭空间中人体呼吸商计算 ·967 表5密闭空间内人体不同活动状态下呼吸商 Table 5 R espira ory quotient of he hum an body in a confined space under diffe rent act ivity states 氧气消耗量(mr1) 二氧化碳呼出量（上mr) 活动状态 呼吸商 测试值 均值 测试值 均值 睡眠 024024025 0.24 02202102 021 0.875 轻度活动 036038037 0.37 032033031 032 0860 中度活动 084 084 076 076 0900 【习W ang PX Aepsoe EnviomelControl and Life Suppon En 3结论 gneerng Fundamentals Beijing National De fense Industry Press 2003 通过人体生存实验分别得出了人体在密闭空间 (王普秀.航天环境控制与生命保障工程基础.北京：国防工 生存时睡眠状态、轻度活动状态、中度活动状态下的 业出版社.2003) 氧气消耗量和二氧化碳产生量. I Natinal Scentific and Industral Technobgy Conm itee GB 确定了维持人体在密闭空间生存所需的氧气供 11 3-91 Pem issible Concentation of Amoshere Campositin 应流量下限：每人024m前：在不超过中等活动 AboardD iesel SulmarneComparm ents Be ijng Na timna IMilitary 强度时，人体所需氧气供应量为每人024~0.80上 Sundad Press 1992 (国防科学技术工业委员会.GB11.3一91常规动力潜艇舱 mr.因此在设计密闭空间生命保障系统时，氧气 室空气组分容许浓度.北京：国家军用标准出版社，1992) 供应系统流量应具有较大的调节区间，以满足不同 [7Yuan ZY FuLH ZhangH B Air pollution source in the closed 人数、不同活动的需求 erviorment hp SiTehnol 1999(6):59 在密闭空间中不超过中度活动状态生存时，人 (袁之炎，付丽华，张洪彬.密闭环境空气污染源的控制.舰船 体呼吸商保持在0.86~0.90可作为二氧化碳处理 科学技术，1999(6)：59) [8 LiH J LuSQ Safety Egonon ics Beijng China Universie of 系统控制速率与供氧速率的控制函数. Geoscience Pess 2006 (李红杰，鲁顺清.安全人机工程学.北京：中国地质大学出版 参考文献 社，2006) I 1]MichaelA Parametric Design of a ConlMine Refuge Chamber [9 W angX J The Oxgen Suppy Syswm Research pr PasegerCars D issenaton.West Virgmnia University 2007 onQirgzang Raiway Dissertatio.Beijng Be ijing Un iversity [2 Gao GW.ZhangLH Desgn pric pes ofmovable coalmine ref ofAernautics and A storautics 2004 uge chamber J Saf SciTednol 2009 5(4):162 (王雪品.青藏铁路客车供氧系统研究[学位论文】.北京：北 (高广伟，张禄华.煤矿井下移动救生舱的设计思路。中国安全 京航空航天大学，2004 生产科学技术，20095(4)：162) 【10 LiX T Shiw X Anifical ErviramenmlS知ces Beijng 【3】LiR Mne efge chanber Yunnan Mea‖1989(1片4p China Architecure&Buidng Press 2006 (李荣生.矿井避难室.云南治金，1989(1h47) (李先庭，石文星.人工环境学北京：中国建筑工业出版社， [4 XangG The applica tin of emergency refuge chamber n mn 2006) ing accilent rescue labour Prot 2006(4):92 【1lQiZ】Medicala您n supply technopgy development C (相桂生.应急避难室在矿难救援中的应用.劳动保护，2006 gmig1990(4):53 (4:92) (曲忠家.医用供氧技术的发展.低温工程，1990(4)：53)
第 8期 栗 婧等:矿井密闭空间中人体呼吸商计算 表 5 密闭空间内人体不同活动状态下呼吸商 Table5 Respiratoryquotientofthehumanbodyinaconfinedspaceunderdifferentactivitystates 活动状态 氧气消耗量 /( L·min-1 ) 二氧化碳呼出量 /( L·min-1 ) 测试值 均值 测试值 均值 呼吸商 睡眠 0.24, 0.24, 0.25 0.24 0.22, 0.21, 0.22 0.21 0.875 轻度活动 0.36, 0.38, 0.37 0.37 0.32, 0.33, 0.31 0.32 0.860 中度活动 0.84 0.84 0.76 0.76 0.900 3 结论 通过人体生存实验分别得出了人体在密闭空间 生存时睡眠状态 、轻度活动状态 、中度活动状态下的 氧气消耗量和二氧化碳产生量 . 确定了维持人体在密闭空间生存所需的氧气供 应流量下限 :每人 0.24 L·min -1 ;在不超过中等活动 强度时, 人体所需氧气供应量为每人 0.24 ～ 0.80 L· min -1 .因此在设计密闭空间生命保障系统时, 氧气 供应系统流量应具有较大的调节区间, 以满足不同 人数、不同活动的需求 . 在密闭空间中不超过中度活动状态生存时, 人 体呼吸商保持在 0.86 ～ 0.90, 可作为二氧化碳处理 系统控制速率与供氧速率的控制函数 . 参 考 文 献 [ 1] MichaelA.ParametricDesignofaCoalMineRefugeChamber [ Dissertation] .WestVirginiaUniversity, 2007 [ 2] GaoGW, ZhangLH.Designprinciplesofmovablecoalminerefugechamber.JSafSciTechnol, 2009, 5( 4 ):162 (高广伟, 张禄华.煤矿井下移动救生舱的设计思路.中国安全 生产科学技术, 2009, 5 ( 4) :162 ) [ 3] LiRS.Minerefugechamber.YunnanMetall, 1989( 1 ):47 (李荣生.矿井避难室.云南冶金, 1989( 1 ):47 ) [ 4] XiangGS.Theapplicationofemergencyrefugechamberinminingaccidentrescue.LabourProt, 2006( 4) :92 (相桂生.应急避难室在矿难救援中的应用.劳动保护, 2006 ( 4) :92 ) [ 5] WangPX.AerospaceEnvironmentalControlandLifeSupportEngineering Fundamentals. Beijing: NationalDefense Industry Press, 2003 (王普秀.航天环境控制与生命保障工程基础.北京:国防工 业出版社, 2003) [ 6] NationalScientificandIndustrialTechnologyCommittee.GJB 11.3— 91 PermissibleConcentrationofAtmosphereComposition AboardDieselSubmarineCompartments.Beijing:NationalMilitary StandardPress, 1992 (国防科学技术工业委员会.GJB11.3— 91常规动力潜艇舱 室空气组分容许浓度.北京:国家军用标准出版社, 1992) [ 7] YuanZY, FuLH, ZhangHB.Airpollutionsourceintheclosed environment.ShipSciTechnol, 1999( 6 ):59 (袁之炎, 付丽华, 张洪彬.密闭环境空气污染源的控制.舰船 科学技术, 1999( 6) :59) [ 8] LiHJ, LuSQ.SafetyErgonomics.Beijing:ChinaUniversityof GeosciencePress, 2006 (李红杰, 鲁顺清.安全人机工程学.北京:中国地质大学出版 社, 2006 ) [ 9] WangXJ.TheOxygenSupplySystemResearchforPassengerCars onQingzangRailway[ Dissertation] .Beijing:BeijingUniversity ofAeronauticsandAstronautics, 2004 (王雪晶.青藏铁路客车供氧系统研究[ 学位论文] .北京:北 京航空航天大学, 2004) [ 10] LiXT, ShiW X.ArtificialEnvironmentalSciences.Beijing: ChinaArchitecture＆BuildingPress, 2006 (李先庭, 石文星.人工环境学.北京:中国建筑工业出版社, 2006 ) [ 11] Qǜ ZJ.Medicaloxygensupplytechnologydevelopment.Cryogenics, 1990 ( 4) :53 (曲忠家.医用供氧技术的发展.低温工程, 1990 ( 4) :53) · 967·
