我國環(huán)境質量報告書和世界資源報告提供的數(shù)據(jù)顯示，近期我國空氣質量超標的城市中，68％都存在可吸入顆粒物污染問題。個體減少通過呼吸系統(tǒng)吸入有害顆粒物最常用和最經濟的技術措施是佩戴自吸過濾式防護口罩。然而，最常見的N95錐形(拱形)口罩、醫(yī)用外科褶皺形口罩和平板型紗布口罩在佩帶過程中的防護效果與預期性能存在一定差距。課題針對自吸過濾式個體呼吸防護技術體系中關鍵問題。完成的創(chuàng)新性工作、采用的方法和獲得的結論如下。 對比分析了當前國內外關于自吸過濾式個體呼吸防護技術的標準規(guī)范，提出了美國NOISH標準84 CFR Part 84、歐洲標準委員會CEN標準EN149：2001和我國標準在測試自吸過濾式防護口罩防護性能技術指標的差異與不足。對比分析的結果在一定程度上提出了當前N95錐形(拱形)口罩、醫(yī)用外科褶皺形口罩和平板型紗布口罩的技術指標存在的問題及解決方法，為提出適合我國國情的自吸過濾式個體呼吸防護設備的性能指標提供了參考。 為了與當前通用的標定裝置TSI 8130進行對比，本課題設計了兩套新型口罩過濾性能測試裝置，并對多種市場常用自吸過濾式防護口罩過濾城市環(huán)境顆粒物的性能進行實驗研究。通過對比實驗，本文認為，紗布口罩低阻低效的過濾性能不理想：高孔隙率駐極體纖維濾料具有高效吸附微細顆粒物和低流體阻力的良好特性，適合用于防護口罩的濾材；板形結構使口罩與人體面部接觸面積增大，密合度提高，適合用于無法實現(xiàn)密合設計和測試程序的簡易防護口罩的結構。本文測試結果顯示，N95錐形(拱形)口罩和醫(yī)用外科褶皺形口罩的濾材過濾性能與佩戴時的防護性能差異較大，在佩戴時的防護效果與設計性能存在一定差距。 為分析自吸過濾式呼吸個體防護技術關鍵因素間的相互關系和綜合影響效果，采用貝塔分布和泊松分布，建立了概率預測模型，可以在較少己知參數(shù)情況下，獲得口罩佩戴者可能吸入有害顆粒物量等于或高于職業(yè)暴露限值(OEL)的概率。結果顯示，長期佩戴N95口罩而可能吸入達到危害程度的有害顆粒物量的概率很高。另外，采用三因子分析方法，即口罩結構與人體密合因子(h-value)、阿爾法誤差(α-error)和貝塔誤差(β-error)建立口罩本體密合性能與測試評價模型。評價模型數(shù)據(jù)分析顯示，對于人體樣本可能被指定佩戴不合適口罩的概率來說，顯然口罩結構與人體密合因子(h-value)的影響比貝塔誤差(β-error)大；對于口罩密合測試方法的誤差率來說，顯然密合設計達標的口罩而沒有通過密合測試的情況(阿爾法誤差(α-error))影響比其它兩個參數(shù)的影響大，結構與人體密合因子(h-value)的影響又遠大于貝塔誤差(β-error)。結果說明，在標定口罩密合性能測試中應該考慮口罩結構設計時的密合，而不合理的口罩密合測試方法會導致測試程序的復雜化。 為研究自吸過濾式防護口罩佩戴時的流場問題及口罩結構改進，采用計算機數(shù)值模擬的方法(CFD)模擬了人體模型佩戴自吸過濾式防護口罩時，由于不同邊緣滲漏位置和形狀而導致的口罩腔體內氣流流場。結果顯示條縫型滲漏對口罩佩戴在人頭上，吸氣過程中腔體內的流場影響更為顯著。再者，鼻部滲漏可能引起其他位置滲漏的概率較大。另外，人體佩戴口罩由于吸氣阻力較大而感覺氣悶時，為有效地降低這種氣悶感，本文認為干擾口罩佩戴狀況而導致面頰產生滲漏的概率更大。因此，在設計口罩時，應根據(jù)有關密合測試組的尺寸特征，首先針對邊緣增加高彈性與人體皮膚友好的材料，減小滲漏產生的概率：再者改進口罩頂部和底部的結構，減小鼻部滲漏和頜部滲漏的概率；最后針對整體結構優(yōu)化，減少其它滲漏存在的概率，并且擴大口罩上半部分的腔體空間，有利于降低鼻部附近的湍流強度，減小產生滲漏的概率。 為了建立適合中國人面部特征的口罩密合測試組，用于自吸過濾式防護口罩的結構設計和密合測試，課題對比461名中國成年人面部尺寸數(shù)據(jù)和美國人、韓國人、澳洲人的面部特征尺寸，提出了不同人種面部特征尺寸的差異。研究認為中國人是否能夠使用當前國外廣泛使用的口罩密合測試組是值得做進一步研究。利用1988年中國國家標準調研數(shù)據(jù)驗證課題提出的新型口罩密合測試組，結果證明新型密合測試組很好地代表了中國人樣本面部特征尺寸，適用于中國人佩戴的口罩結構設計和口罩密合度測試。 課題還開發(fā)了新型自吸過濾式防護口罩產品并實現(xiàn)產業(yè)化，產生了較好的社會效益和經濟效益。課題研究最后還提出了本領域研究的不足和未來研究方向。 論文研究不僅為中國人防御城市環(huán)境顆粒物污染的自吸過濾式呼吸防護技術提供了理論依據(jù)和應用指導，而且為其他人種在各種顆粒物污染環(huán)境中的個體呼吸防護技術發(fā)展提供了研究思路和發(fā)展方向。
【學位單位】：東華大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2006
【中圖分類】：X51
【部分圖文】：

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【參考文獻】

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本文編號：2863113