【转帖】青藏高原气候对旅客列车室内环境品质的影响

2.2 高原缺氧与人体高原反应
　　高原低气压对人体的影响除了热舒适方面，还有更为主要的，就是因其而产生的高原缺氧效应。
　　目前公认海拔3 000 m以上地区对多数人来说可能出现高原适应不全的症状，表现为一部分人到达此高度时难以适应低压低氧的高原气候环境，出现高原反应，而且随着高度增加这种表现更为明显。高原反应的发病症状与进入高原的速度、海拔高度、季节、体力活动强度和适应程度等有关。出现各种高原反应症状的主要原因在于高原环境下空气中的氧含量不足，造成组织氧化障碍，另外寒冷、劳累、情绪紧张等也是诱发因素川。
　对于乘坐青藏铁路空调客车的旅客和司乘人员，一般在沿线的不同海拔高度上停留的时间较短，如果无补氧设施，随着海拔升高，将出现以高原缺氧为主的高原反应，且随高度增加症状发生率相应增加，程度加重，种类增多，海拔越高出现症状所经历时间越短。根据生理实验，人体肺部允许的最小氧分压为6.4～6.7 kPa，相当于海拔4 500m高度的氧分压，这是不补偿氧作长时间停留的极限高度。统计表明，大部分人在3 048m的高度会发生一定程度的高原反应，特别是在活动较长时间后容易发生，所以超过此高度后，必须补加一定数量的氧气以保证人员的安全。确定供氧水平应基于如下考虑：人体在不同高度上的反应；格拉段铁路的起始点(也是海拔最低点)高度；假设多数旅客能够适应拉萨和格尔木两处的气压环境；每列客车上应设置一节专用氧吧车厢以满足仍无法适应此标准的少数旅客的要求；氧分压标准的提出不应以牺牲总体空气品质为代价。建议海拔3 000 m以上开始供氧。
　　需要说明的是，旅客和司乘人员由于对应的活动状态不同(前者是休息，后者是从事驾驶操作等轻体力工作)，二者对温湿度、氧含量等环境条件的要求应该是不同的。比较而言，司乘人员尤其是机车司机对工作环境的要求高，因其进行机器操作等行为时不仅要有一定的体力消耗，还需要对各种情况进行观察、聆听、识别、记忆及决策等，要保证视听等感觉及意识思维处于良好状态，做到正确判断、协调操作，进而提高工作效率，保障行车安全。
　　因此，青藏铁路列车车内的温湿度及供氧等环境控制问题应根据不同人员而有所区分地处理。从系统工程角度来看，对于旅客，要解决的是人—环境问题；对于司乘人员，要解决的是人—机—环境问题。
2.3 高原气候与车内空气品质
2.3.1 二氧化碳的允许浓度
二氧化碳浓度指标通常是确定空调新风量和保证空气品质的重要依据。影响车内空气品质的主要污染物包括二氧化碳、尘粒、挥发性有机物等，根据ASHRAE标准，要改善室内空气品质需对室内空气中各种污染物浓度进行控制。但工程实际中多以二氧化碳的浓度指标作为调节新风量的依据，从而控制其他污染物浓度。
　　如果青藏铁路客车采用的是弥散供氧(属环境供氧)方式，则当供氧标准确定时，在某一海拔高度上影响所需供氧量的首要因素是新风量或排风量，所需供氧量与新、排风量呈线性关系。由于新、排风量可由二氧化碳的允许浓度推算，因而有必要进一步探讨供氧过程中新风量的指标问题，以实现弥散供氧过程中供氧系统与空调系统的集成与联合控制。
　从呼吸卫生学角度看，二氧化碳对人体作用具有双重性：一方面，它属于生理气体，在体内含量必须保持最佳水平；另一方面，当其分压力超过 2 000 Pa时对机体产生毒性作用，低于正常水平时又会对生理功能产生不良作用，称为低二氧化碳症。航天航空领域中将500Pa的二氧化碳分压作为最佳值，实际上相当于常压下0.5％的体积分数，由于航天航空的特殊条件使得这一标准明显高于我国铁路客车内和建筑室内标准，不能用于高原列车的车内环境标准。从人体呼吸生理学角度看，肺内气体交换是靠肺泡周围流动的血液与肺泡内气体之间的压力差进行的，所以人体对吸人的氧气和二氧化碳的分压都有特定的要求，而目前我国的铁路客车车内二氧化碳体积分数指标0.15％是按平原地区(常压下)提出的，这就提示我们在高原上大气压力明显偏低的情况下，有必要以二氧化碳分压作为衡量其含量的指标。常压下0.15％的体积分数指标相当于二氧化碳分压力为150 Pa，对于高原列车如果仅考虑二氧化碳浓度的卫生标准，按同样的二氧化碳分压考虑，则在列车供氧区间(例如海拔3 000～5 072m)的二氧化碳允许体积分数专题研讨为0.23％一0.28％。可见在考虑人体舒适度情况下，二氧化碳的体积分数允许值有提高的可能性。
2.3.2 缺氧与二氧化碳的复合效应
　　人体在高原气候环境下的不良反应主要来自于缺氧，而氧气和二氧化碳又都是维持正常生理功能的重要气体。过度通气会引起二氧化碳浓度降低，加重缺氧反应；大量的工作证实，吸人气中增加一定浓度的二氧化碳会提高机体对急性缺氧的耐受能力。对于前者，如果供氧水平高于海拔 4 000m的水平则可不予考虑；对于后者，由于车内的污染物不只是二氧化碳一种，故不能作为确定供氧水平的根据。就是说，如按常规的空调通风效果考虑，在较为合适的热舒适条件(温湿度、风速)下，车内空气(氧气分压、二氧化碳分压、其他污染物浓度)对人体起主要作用的仍然是氧气分压，而二氧化碳分压并未高到能够提高缺氧耐力的程度。说明按150Pa分压限定二氧化碳的含量时不会影响前面的对供氧水平的分析及确定。
　　以上对高原车内二氧化碳允许浓度问题进行了讨论，旨在进一步探讨二氧化碳的允许浓度对新风量及弥散供氧时所需供氧量的影响。原因是，高原低气压不仅对车内环境品质有影响，而且对保证相应环境品质的空调系统、补氧系统等的运行性能有很大的影响。大气压越低，加热器与空气间的表面传热系数越小，处理新风的能力也越低，如果采用制氧机供氧则其产氧能力也将随气压降低而减小。这些都提示我们，在实际解决高原列车空调和供氧问题过程中，可根据硬件设备的既定能力合理地进行工况匹配与优化。例如，气压越低解决供氧的重要性就会越突出，到一定高度后可在保证热舒适前提下适当减小最小新风量，这样既减小了空调处理新风负荷，又能缓解制氧设备产氧量下降与所需氧流量增大的矛盾。
2.3.3 关于其他污染物
有研究显示，在高原模拟舱的大气环境检测中可观察到多种污染物(主要是气体)的浓度受到低气压的影响。当大气压由101325 Pa(1 atm)降到 74 981 Pa(0．74 atm)时，物理性来源的一氧化碳含量增加，并随时间的延长相应增加。氮氧化物 (NO和N02)初始浓度增加10倍，致使醛类 (HCHO和RCHO)、含羟基化合物和臭氧增加，但烯烃减少。铁路客车内空气的实际污染物可能与上述实验的条件有差异，所以目前还难以准确说明高原低气压对车内这些挥发性有机物和CO、氮氧化物等污染物浓度的影响程度，也难以明确其对供氧条件下新风量的设定有何影响。但如果高海拔时因供氧需要使最小新风量达不到要求，就要注意在其他时间对车内进行全新风通风以及加强空调系统对空气的净化处理能力。
3 结语)
　　供氧问题是进藏客车的关键问题之—，也是影响车内环境品质的重要因素，希望本文所进行的探讨能对高原列车供氧方案的实现(尤其是弥散供氧方式)以及供氧与空调的联合控制起到一定的积极作用。