张传钊等：密闭建筑空间缺氧环境下富氧特性研究 ·1381· opposing port.Under back-to-back oxygen feeding,the oxygen-enriched area that forms in double oxygen-feeding ports with the pipe diameter of 6 mm generally exhibits a two-bladed fan shape,whereas that in double oxygen-feeding ports with the pipe diameter of 10 mm appears as two overlapping semicircles.Under the total oxygen delivery flow rate of 1mh,the range of oxygen feeding in doub- le oxygen-feeding ports with the pipe diameter of 6 mm and 45 angle is the largest and that in double oxygen-feeding ports with the pipe diameter of 10 mm and vertical forward position is the smallest.Under a constant total oxygen flow rate and oxygen-feeding mode, the oxygen-enriched area that forms in the single oxygen-feeding port in the vertical forward position is 20%larger than that in the double oxygen-feeding ports in the vertical forward position.Under the same number of oxygen-feeding port,oxygen flow rate,and oxy- gen-feeding mode,the oxygen-enriched area in the oxygen-feeding port with the pipe diameter of 6 mm is approximately 60%larger than that in the oxygen-feeding port with the pipe diameter of 10 mm. KEY WORDS anoxic conditions;oxygen enrichment characteristics;oxygen-feeding mode;oxygen-enriched area 随着近年来全国大部分地区雾霾污染频发，人 制氧装置、缓冲罐、氧化锆氧浓度检测器、转子流量 们在室外活动的时间被迫压缩，室内空气品质 计、氧浓度传感器、数据采集卡、上位机等组成[】 (indoor air quality,LAQ)受到的关注度持续升高[). 如图1所示.变压吸附制氧装置为本课题组之前开 IAQ保障的两个关键点，一个是污染物去除，一个缺 发的双级变压吸附制氧系统[20-21]，制取氧气体积分 氧环境的供氧问题.近年来密闭空间室内污染物问 数为99%.Z0-101T型氧化锆氧浓度检测器是用 题较为突出，因此对密闭空间室内污染物去除的研 来测量变压吸附制氧机所制出的氧气浓度，测量范 究和应用较多2-刀.但是单纯去除密闭建筑空间室 围为0.1%~100%，测量精度±2%S:DK800-6F 内空气污染物并不能根本解决室内环境问题，还要 转子流量计控制送氧流量，测量范围为0~2m3· 考虑缺氧环境的供氧问题，尤其是在建筑节能和室 h-:USB5936型数据采集卡用于采集氧浓度信号并 外大气污染的背景下，如何解决高效、节能的建筑空 进行实时采集和记录；日本费加罗氧气传感器KE- 间的供氧问题更为重要.事实上，密闭建筑内部的 25用于测量不同位置的氧浓度，测量范围0~ 缺氧问题较为严重，且容易被忽视.人们长期在“微 100%,响应时间14±2s,范围精度为±1%. 缺氧”的密闭建筑内生活和工作，容易产生头痛、胸 闷、疲劳、烦躁、失眠、皮肤过敏等诸多身体问题] 北京科技大学刘应书教授也指出，利用专用制氧设 8 备产生的氧气，增加了密闭建筑空间环境中的氧含 量，有望为改善室内空气品质提供一条新途径]. 1213 313233 以往的供氧研究主要针对窄小的密闭空间（如 飞船、潜艇、矿井救生舱等)[0)]，技术相对比较成 0 熟：对于密闭建筑空间缺氧问题的研究和应用较少， 特别是缺少对密闭建筑空间内部供氧装置的选择、 布置、富氧特性及富氧效果的相关研究.仅见杨国 1一变压吸附制氧装置：2一氧化锆氧浓度检测器：3一缓冲罐：4， 萍等1]对北京地区的典型房间内部的氧浓度进行 5,7,8一球阀：6一转子流量计：9一圆形送氧口：10一数据采集卡： 了实地测量，测试结果表明人员密集、封闭性较强的 11一上位计算机：12~33一氧浓度传感器 图1实验装置示意图 房间内部的0，浓度普遍偏低.因此，本文通过实验 Fig.1 Schematic diagram of the experimental unit 研究送氧口个数、送氧口管径、送氧流量及送氧方式 等发生变化时密闭建筑空间室内的富氧特性及富氧 1.2实验内容 效果，以期为密闭建筑空间缺氧环境下的供氧装置 密闭建筑空间缺氧环境下的富氧特性实验在北 的选择、布置及密闭建筑空间内的富氧安全标准制 京某高校人工气候室内完成，变压吸附制氧装置制 定提供参考 取出的高浓度富氧气体通入缓冲罐，经氧化锆氧浓 度检测器检测其浓度后，流经转子流量计控制其送 1实验部分 氧流量，再通过设置于侧墙壁面中心位置距地面 1.5m处的圆形送氧口，并以射流形式进入密闭建 1.1供氧装置 筑房间内.送氧口管径分别选择10mm和6mm,并 密闭建筑房间的供氧系统实验装置由变压吸附 以单送氧口和双送氧口的供氧方式进行送氧.氧浓张传钊等: 密闭建筑空间缺氧环境下富氧特性研究 opposing port. Under back鄄to鄄back oxygen feeding, the oxygen鄄enriched area that forms in double oxygen鄄feeding ports with the pipe diameter of 6 mm generally exhibits a two鄄bladed fan shape, whereas that in double oxygen鄄feeding ports with the pipe diameter of 10 mm appears as two overlapping semicircles. Under the total oxygen delivery flow rate of 1 m 3·h - 1 , the range of oxygen feeding in doub鄄 le oxygen鄄feeding ports with the pipe diameter of 6 mm and 45毅 angle is the largest and that in double oxygen鄄feeding ports with the pipe diameter of 10 mm and vertical forward position is the smallest. Under a constant total oxygen flow rate and oxygen鄄feeding mode, the oxygen鄄enriched area that forms in the single oxygen鄄feeding port in the vertical forward position is 20% larger than that in the double oxygen鄄feeding ports in the vertical forward position. Under the same number of oxygen鄄feeding port, oxygen flow rate, and oxy鄄 gen鄄feeding mode, the oxygen鄄enriched area in the oxygen鄄feeding port with the pipe diameter of 6 mm is approximately 60% larger than that in the oxygen鄄feeding port with the pipe diameter of 10 mm. KEY WORDS anoxic conditions; oxygen enrichment characteristics; oxygen鄄feeding mode; oxygen鄄enriched area 随着近年来全国大部分地区雾霾污染频发,人 们在室外活动的时间被迫压缩, 室内空气品质 (indoor air quality,IAQ)受到的关注度持续升高[1] . IAQ 保障的两个关键点,一个是污染物去除,一个缺 氧环境的供氧问题. 近年来密闭空间室内污染物问 题较为突出,因此对密闭空间室内污染物去除的研 究和应用较多[2 - 7] . 但是单纯去除密闭建筑空间室 内空气污染物并不能根本解决室内环境问题,还要 考虑缺氧环境的供氧问题,尤其是在建筑节能和室 外大气污染的背景下,如何解决高效、节能的建筑空 间的供氧问题更为重要. 事实上,密闭建筑内部的 缺氧问题较为严重,且容易被忽视. 人们长期在“微 缺氧冶的密闭建筑内生活和工作,容易产生头痛、胸 闷、疲劳、烦躁、失眠、皮肤过敏等诸多身体问题[8] . 北京科技大学刘应书教授也指出,利用专用制氧设 备产生的氧气,增加了密闭建筑空间环境中的氧含 量,有望为改善室内空气品质提供一条新途径[9] . 以往的供氧研究主要针对窄小的密闭空间(如 飞船、潜艇、矿井救生舱等) [10鄄鄄17] ,技术相对比较成 熟;对于密闭建筑空间缺氧问题的研究和应用较少, 特别是缺少对密闭建筑空间内部供氧装置的选择、 布置、富氧特性及富氧效果的相关研究. 仅见杨国 萍等[18]对北京地区的典型房间内部的氧浓度进行 了实地测量,测试结果表明人员密集、封闭性较强的 房间内部的 O2浓度普遍偏低. 因此,本文通过实验 研究送氧口个数、送氧口管径、送氧流量及送氧方式 等发生变化时密闭建筑空间室内的富氧特性及富氧 效果,以期为密闭建筑空间缺氧环境下的供氧装置 的选择、布置及密闭建筑空间内的富氧安全标准制 定提供参考. 1 实验部分 1郾 1 供氧装置 密闭建筑房间的供氧系统实验装置由变压吸附 制氧装置、缓冲罐、氧化锆氧浓度检测器、转子流量 计、氧浓度传感器、数据采集卡、上位机等组成[19] , 如图 1 所示. 变压吸附制氧装置为本课题组之前开 发的双级变压吸附制氧系统[20鄄鄄21] ,制取氧气体积分 数为 99% . ZO鄄鄄 101T 型氧化锆氧浓度检测器是用 来测量变压吸附制氧机所制出的氧气浓度,测量范 围为 0郾 1% ~ 100% ,测量精度 依 2% FS;DK800鄄鄄 6F 转子流量计控制送氧流量,测量范围为 0 ~ 2 m 3· h - 1 ;USB5936 型数据采集卡用于采集氧浓度信号并 进行实时采集和记录;日本费加罗氧气传感器KE鄄鄄 25 用于 测 量 不 同 位 置 的 氧 浓 度,测 量 范 围 0 ~ 100% ,响应时间 14 依 2 s,范围精度为 依 1% . 1—变压吸附制氧装置;2—氧化锆氧浓度检测器;3—缓冲罐;4, 5,7,8—球阀;6—转子流量计;9—圆形送氧口;10—数据采集卡; 11—上位计算机;12 ~ 33—氧浓度传感器 图 1 实验装置示意图 Fig. 1 Schematic diagram of the experimental unit 1郾 2 实验内容 密闭建筑空间缺氧环境下的富氧特性实验在北 京某高校人工气候室内完成,变压吸附制氧装置制 取出的高浓度富氧气体通入缓冲罐,经氧化锆氧浓 度检测器检测其浓度后,流经转子流量计控制其送 氧流量,再通过设置于侧墙壁面中心位置距地面 1郾 5 m 处的圆形送氧口,并以射流形式进入密闭建 筑房间内. 送氧口管径分别选择 10 mm 和 6 mm,并 以单送氧口和双送氧口的供氧方式进行送氧. 氧浓 ·1381·