典型室內(nèi)電磁環(huán)境防護(hù)控制分析研究

劉　楊，李　凱，譚康伯

(1.榆林電視臺, 陜西 榆林 719000; 2.西安電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院, 陜西 西安 710071)

超過一定閾值的電磁輻射會對公眾環(huán)境和生物體健康造成潛在的不良影響，是公眾最關(guān)注的問題之一。隨著社會的發(fā)展，公眾對環(huán)境質(zhì)量的要求逐步提高。面對新的發(fā)展需求，需要不斷深入研究建筑設(shè)施中典型的輻射系統(tǒng)，如大功率通信設(shè)備、移動通信基站等對于公眾健康的電磁生物影響[1]。本文將結(jié)合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)評估分析移動通信天線輻射強度以及輻射強度低于國家標(biāo)準(zhǔn)限定閾值的相對天線空間距離[2]。

1　電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)及限值

環(huán)境中的電磁輻射照射為空間中所有電磁輻射的總和，包括環(huán)境背景的電磁輻射、已建電磁設(shè)施的輻射和擬建設(shè)施可能產(chǎn)生的電磁輻射等。根據(jù)環(huán)境輻射的評價標(biāo)準(zhǔn)[3]《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》(GB8702-88)，對于公眾照射，其導(dǎo)出限值標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1　公眾照射導(dǎo)出限值

表中“*”是平面波等效值，供參考對照，“**”供對照參考，不作為限值；f為頻率，單位MHz；其中數(shù)據(jù)做了取整處理。

按照《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則一電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)》(HJ/T10.3-1996)，對單個項目的電磁輻射影響的管理目標(biāo)值的確定應(yīng)遵循下列原則[4]：

(1)為使公眾受到總照射劑量小于GB8702-88的規(guī)定值，對單個項目的影響必須限制在GB8702-88限值的若干分之一；

2　建筑環(huán)境電磁輻射特征分析

本文將一種代表性移動通信天線分別置于空曠空間和建筑物室內(nèi)，并對其周圍以及室內(nèi)的功率密度進(jìn)行評估對比。該評估方法基于多層快速多極子法 (Multilevel Fast Multipole Algorithm，MLFMM)[6]。

混凝土墻對房間內(nèi)的電場波具有屏蔽減弱作用?；炷恋确谴判越橘|(zhì)其相對磁導(dǎo)率為1，其相對介電常數(shù)計算式可由下式計算得到[10-11]

(1)

其實部ε′和虛部ε″分別為

(2)

(3)

其中，j為虛數(shù)單位；ε∞為介質(zhì)的高頻介電常數(shù)；w為電磁波的角頻率；松弛時間分散程度的參數(shù)為 。

建筑物內(nèi)房間模型如圖1所示，圖2為樓層結(jié)構(gòu)，墻體厚度為24 cm[7-9]。

圖1　建筑物內(nèi)房間示意圖

圖2　樓層結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)式(1)可以得到工作頻率為900 MHz時的混凝土相對介電常數(shù)為10。輻射功率設(shè)定為20 W，空間輻射方向圖如圖3所示[11-13]。

圖3　空間輻射方向圖

下面對空曠空間和建筑物室內(nèi)兩種情況進(jìn)行分析。第一種情況將輻射源置于無障礙物的空間；第二種情況將該天線放置在屋頂上面。在此基礎(chǔ)上分別分析輻射源下方各平面的平均功率密度，各平面形狀為房間相應(yīng)位置處剖面，分析結(jié)果如圖4所示。

圖4　距離輻射源不同位置處的功率密度對比

窗戶是房間內(nèi)常見的建筑結(jié)構(gòu)，其位置的設(shè)置將影響電磁環(huán)境，因此需要在電磁防護(hù)控制分析、設(shè)計中加以深入研究。以陽臺處的窗戶為代表性研究對象，將其從陽臺的中心位置處由左向右移動，每次調(diào)整一米，分析窗的位置對房間內(nèi)平均功率密度的影響，所得到的房間內(nèi)平均功率密度如圖5所示。將窗戶一邊固定在陽臺中心，在寬度變化的情況下，分析窗戶大小對房間內(nèi)平均功率密度的影響，相應(yīng)分析得到的房間內(nèi)平均功率密度如圖6所示。

圖5　窗戶位置變化情況下的功率密度

圖6　窗戶大小變化情況下的功率密度

通過前面的分析結(jié)果可以看到，在第一種情況下，隨著輻射源距離變大，電場強度下降明顯，且當(dāng)距離<3 m時，其量值大于前面所給出的限值(8 μW·cm-2)，即在空曠的地帶，距離>3 m即滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對生物體的潛在危害影響可忽略不計。在第二種情況下，由于混凝土的衰減作用，建筑物房間內(nèi)功率密度相對較低，沒有超過國家規(guī)定的限值，不對人體健康構(gòu)成明顯潛在影響。在對窗戶位置設(shè)置的分析中可以看到，輻射能量最大的地方主要是客廳和陽臺，其他地方相對較小?？傮w來說，輻射削弱的主要影響因素是墻體，與輻射源之間隔著墻體越多，監(jiān)測位置處的電磁能量越弱。對于門和窗戶的大小、位置而言，位置越靠近輻射源或監(jiān)測點的連線、尺寸越大，則受輻射強度越大。綜上所述，電磁輻射能量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，而室內(nèi)受輻射強度則與輻射源相對位置和室內(nèi)布局直接相關(guān)。

3　結(jié)束語

通過對前面典型設(shè)施的相關(guān)輻射特性分析可知，基于《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》(GB8702-88)，在空間沒有阻礙物且距離輻射源>3 m或有混凝土隔離且但距離輻射源>1 m的情況下，電磁環(huán)境輻射水平符合規(guī)定。因此，若合理規(guī)劃設(shè)計，在滿足上面分析結(jié)論的情況下，基于最大余量原則，盡量減少在輻射設(shè)備<3 m之內(nèi)設(shè)置工作、生活區(qū)域，以減少電磁輻射對人體健康的潛在影響。

對于室內(nèi)的輻射強度而言，室內(nèi)電磁布局設(shè)計是有效的整體控制因素。由于混凝土墻壁對電磁波傳播有較大的阻礙作用，因此門窗、陽臺的空間布置及大小對室內(nèi)電磁輻射強弱調(diào)節(jié)有著更為直接的影響。窗戶越大或窗戶的中心位置越靠近輻射源與室內(nèi)之間的連線上，則室內(nèi)的電磁輻射強度越強。本文研究對于促進(jìn)科學(xué)論證電磁輻射對室內(nèi)生物體的潛在危害具有一定的參考意義。對于更大規(guī)模設(shè)施的綜合電磁環(huán)境特征評估，本文研究工作具有積極的技術(shù)價值，并為進(jìn)一步分析相關(guān)生物受電磁環(huán)境影響提供了基礎(chǔ)支撐。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB8702-1988電磁輻射防護(hù)規(guī)定[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1988.

[2]中華人民共和國國防部.HJ/T103-1996,輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則: 電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中華人民共和國國防部,1996.

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