現(xiàn)代建筑空間電磁污染及防護(hù)設(shè)計(jì)

奚江琳，黃茜茜

(江蘇省南京市解放軍理工大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院，江蘇南京210007)

科技發(fā)展日新月異，高科技產(chǎn)品越來(lái)越多地走進(jìn)人們的生活。廣播電視、高壓電網(wǎng)、手機(jī)信號(hào)塔以及居室內(nèi)的各類電子產(chǎn)品給我們的生活帶來(lái)便利的同時(shí)，我們?nèi)庋劭床灰?jiàn)的電磁污染也充斥在我們賴以生存的空間。各類電磁輻射的空間密度不斷增加，不僅干擾著居住空間中微電子設(shè)備的正常工作也影響著人們的生活[1-3]。隨著電磁污染的危害越發(fā)的被重視起來(lái)，建筑空間的電磁污染防護(hù)問(wèn)題逐漸成為研究的熱點(diǎn)。然而，防電磁污染的技術(shù)手段還沒(méi)有在建筑工程實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)有明確提出。因此，研究建筑空間的電磁污染特點(diǎn)及防護(hù)性設(shè)計(jì)，是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的重要課題。

1 建筑空間電磁污染來(lái)源

建筑空間電磁污染來(lái)源非常廣泛，實(shí)際生產(chǎn)生活中凡是帶電的物體都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，而超過(guò)人體承受或儀器設(shè)備容許的電磁輻射就形成電磁污染。建筑空間電磁污染來(lái)源主要可分為建筑外部電磁輻射源和建筑內(nèi)部電磁輻射源兩部分。

建筑外部電磁輻射主要有：

(1)太陽(yáng)熱輻射、地球的熱輻射、宇宙輻射和雷電等天然的電磁輻射；

(2)廣播發(fā)射系統(tǒng)、電視發(fā)射系統(tǒng)、手機(jī)信號(hào)發(fā)射機(jī)組、雷達(dá)等大功率發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生的電磁場(chǎng)；

(3)工業(yè)、科研、醫(yī)療部門使用的射頻設(shè)備的強(qiáng)電磁輻射；

(4)高壓、超高壓輸電線路輻射的工頻電磁場(chǎng)，電氣化軌道交通電力供電線路的強(qiáng)輻射。

建筑內(nèi)部電磁輻射主要有：

(1)供電線路產(chǎn)生的電磁輻射；電視、冰箱、洗衣機(jī)、微波爐、電磁爐、電腦、電熱毯等各類家用電器產(chǎn)生的電磁泄露；

(2)手機(jī)、對(duì)講機(jī)、無(wú)線路由器等無(wú)線信號(hào)發(fā)射設(shè)備的電磁輻射。

2 電磁污染的危害

2.1 電磁污染對(duì)人體的危害

在正常情況下，人體可以適應(yīng)地球的電磁場(chǎng)。然而，由于空間電磁環(huán)境日漸復(fù)雜，人類在盡情享受電子電氣產(chǎn)品帶來(lái)的高效、便捷的同時(shí)，電磁波不可避免地會(huì)對(duì)于人體這一良導(dǎo)體構(gòu)成一定程度的危害。當(dāng)電磁輻射穿過(guò)人體時(shí)，其能量會(huì)被人體吸收，如果這種能量過(guò)大，持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，電磁輻射會(huì)通過(guò)熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和積累效應(yīng)等對(duì)人體正常的組織、器官和系統(tǒng)的機(jī)能造成破壞，危害人體的健康[4]。為此，世界衛(wèi)生組織已將電磁污染列為當(dāng)今社會(huì)的第四大公害。

多種頻率高低不同的電磁波作用于人體時(shí)，會(huì)引起人體細(xì)胞中所含鈣離子的大量流失，而這種鈣離子的缺失對(duì)神經(jīng)的有效傳導(dǎo)、心血管功能影響至關(guān)重要；電磁波還能引起體內(nèi)物質(zhì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，影響體內(nèi)物質(zhì)離子的運(yùn)動(dòng)，最終會(huì)使人出現(xiàn)煩躁、頭暈、疲勞、失眠、記憶力減退、脫發(fā)、植物神經(jīng)紊亂和腦電圖、心電圖的變化等癥狀；電磁輻射也是造成孕婦流產(chǎn)、不育、畸胎等病變的誘發(fā)因素；過(guò)量的電磁輻射直接影響兒童組織發(fā)育、骨骼發(fā)育、視力下降，肝臟造血功能下降，嚴(yán)重者可導(dǎo)致視網(wǎng)膜脫落；從遠(yuǎn)期效應(yīng)看，長(zhǎng)期的電磁輻射可能誘發(fā)癌癥，也可能引起染色體的畸變，具有致癌致突變作用。因此，在建筑空間中，各類電子、電氣產(chǎn)品及無(wú)線通訊設(shè)備的頻繁使用，無(wú)時(shí)無(wú)刻不產(chǎn)生電磁輻射，電磁污染應(yīng)當(dāng)引起人們廣泛的關(guān)注。

2.2 電磁輻射對(duì)人體傷害的關(guān)鍵因素

(1)電磁場(chǎng)強(qiáng)度。電磁場(chǎng)強(qiáng)度與輻射源的功率直接相關(guān)，輻射源功率越大，輻射電磁波場(chǎng)強(qiáng)越大，對(duì)人體的傷害越大。

(2)電磁輻射頻率。電磁輻射頻率越高，對(duì)人體傷害越大。由于人體具有較好的導(dǎo)電能力，電磁波在導(dǎo)體中傳播具有趨膚效應(yīng)，輻射頻率越高越容易進(jìn)入人體內(nèi)部，對(duì)人體傷害越大。電磁輻射頻率成分越復(fù)雜，對(duì)人體傷害越大。由于電磁輻射對(duì)人體具有非熱效應(yīng)，不同頻率電磁波對(duì)人體的傷害機(jī)理不同，而復(fù)雜成分電磁輻射對(duì)人體不同器官產(chǎn)生的傷害疊加，因此對(duì)人體傷害更大。

(3)照射時(shí)間。照射時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)人體傷害越大。由于電磁場(chǎng)對(duì)人體的傷害具有累計(jì)效應(yīng)，人體的自我修復(fù)能力具有局限性，而人體長(zhǎng)時(shí)間受到電磁污染的傷害，累計(jì)傷害程度超出人體自我修復(fù)能力，可能產(chǎn)生永久性傷害。

(4)輻射源距人體距離。輻射源距人體越近，對(duì)人體傷害越大。電磁波在傳播過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生衰減，距離輻射源越近，電磁能量衰減越小，對(duì)人體傷害越大。

3 建筑空間電磁污染防護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 應(yīng)用建筑吸波材料

3.1.1 電磁屏蔽混凝土

電磁屏蔽的作用是通過(guò)反射衰減及吸收衰減作用在傳播路徑上減弱電磁波的輻射能量，從而有效地控制電磁波從某一區(qū)域向另一區(qū)域輻射而產(chǎn)生危害[5]。為了屏蔽戶外的電磁污染，將房屋建筑作為電磁輻射的一個(gè)屏蔽區(qū)域，人們想到了用電磁屏蔽混凝土吸收戶外的電磁波?；炷疗帘误w對(duì)高頻電磁波的屏蔽原理主要是反射和吸收作用。普通混凝土對(duì)高頻電磁波具有一定的屏蔽功能，主要是靠反射和吸收作用，屏蔽效果不佳。

電磁屏蔽混凝土主要可分為：(1)阻抗型吸收材料。電磁波的吸收能力主要取決于材料的電阻率，在混凝土中添加炭精粉、石墨、炭化硅等物質(zhì)能有效提高混凝土的電磁屏蔽效能。(2)電介質(zhì)型吸收材料。電磁波能量衰減主要來(lái)自介電損耗，因?yàn)椴牧系慕殡姄p耗與頻率的依賴關(guān)系較強(qiáng)，所以這類材料的吸收頻帶較窄，主要以BaTiO和鐵電陶瓷等具有高介電常數(shù)的材料為代表。(3)磁介質(zhì)型吸收材料。電磁波能量的衰減主要來(lái)自磁損耗，包括磁滯損耗、剩磁損耗、渦流損耗及共振損耗等。這類材料主要摻雜鐵氧體等物質(zhì)，鐵氧體材料的吸收效率高、成本低，是目前一種應(yīng)用較廣、發(fā)展最快的電磁波吸收材料。

上述三種電磁屏蔽混凝土材料吸收電磁波的方式不同，對(duì)不同頻段電磁波的吸收效果具有差異，混合使用上述材料能有效提高材料的電磁波吸收效率。

3.1.2 吸波涂料

吸波涂料的作用是將投射到它表面的電磁波能量吸收，并迅速轉(zhuǎn)變成熱能，從而有效地衰減空間中的電磁能量[6]。吸波涂料是由合成樹(shù)脂、導(dǎo)電填料、溶劑配制而成，將其涂覆于基材表面形成一層固化膜，從而達(dá)到吸收電磁波的效果。它是利用低電阻導(dǎo)電材料，根據(jù)Schelkunoff電磁屏蔽理論制備而成。建筑吸波涂料的施工方式簡(jiǎn)便易行，可采用刷涂的方法，并且對(duì)施工對(duì)象的外形結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，適用于各類建筑物表面，可對(duì)傳統(tǒng)建筑物進(jìn)行電磁波防護(hù)效果的改進(jìn)，也便于對(duì)建筑物初始階段的設(shè)計(jì)。在室內(nèi)應(yīng)用吸波涂料能夠有效吸收各類家用電器產(chǎn)生的電磁輻射，電磁波衰減效果一般可達(dá)到30～60dB[7-8]。吸波涂料與電磁屏蔽混凝土配合使用，能夠分別對(duì)室內(nèi)和室外電磁污染在傳播途徑上進(jìn)行衰減。

3.2 優(yōu)化居室設(shè)計(jì)

現(xiàn)代建筑中，家庭電氣化水平越來(lái)越高，微電子技術(shù)在家用電器上得到廣泛應(yīng)用。然而人們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，早已充分考慮到各家用電器的電磁兼容問(wèn)題，卻容易忽視電器對(duì)人的輻射危害[9-11]。電器之間需要有防護(hù)間距，人與電器之間也需要設(shè)計(jì)足夠的間距來(lái)使輻射電磁波充分衰減。

優(yōu)化居室設(shè)計(jì)是有效減弱室內(nèi)電磁污染對(duì)人體傷害的有效措施。其主要原則有：

(1)室內(nèi)各輻射源避免過(guò)度集中，防止輻射疊加。

(2)電視、電腦等顯示器背向選擇人員較少活動(dòng)區(qū)域。

(3)臥室應(yīng)與大功率電器保持距離。

(4)對(duì)工頻電路及網(wǎng)絡(luò)、電話信號(hào)線合理布局，盡量縮短使用長(zhǎng)度。

(5)在建筑設(shè)計(jì)初期考慮電磁污染防護(hù)措施，可有效減少成本。

電磁波在近場(chǎng)區(qū)成指數(shù)衰減，人與輻射源越近，受到的輻射越強(qiáng)烈。盡量將人的活動(dòng)空間遠(yuǎn)離輻射源是優(yōu)化居室設(shè)計(jì)的最重要原則。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技與生活的聯(lián)系更加緊密，人們已經(jīng)難以脫離電與磁充斥的空間。然而，正確地認(rèn)識(shí)電磁污染對(duì)人體的危害原理，采取相應(yīng)的防護(hù)措施能夠有效地提高建筑空間電磁防護(hù)能力，從而改善我們的生活?？茖W(xué)的電磁防治措施是今后改善人們生活環(huán)境亟待解決的問(wèn)題，建筑電磁防護(hù)設(shè)計(jì)也將成為建筑工程設(shè)計(jì)中必不可少的環(huán)節(jié)。

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