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便利的同時(shí)，我們?nèi)庋劭床灰姷碾姶盼廴疽渤涑庠谖覀冑囈陨娴目臻g。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，建筑空間的電磁污染防護(hù)問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源

建筑空間電磁污染來源非常廣泛，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；

(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，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)、對講機(jī)、無線路由器等無線信號(hào)發(fā)射設(shè)備的電磁輻射。

2 電磁污染的危害

2.1 電磁污染對人體的危害

在正常情況下，人體可以適應(yīng)地球的電磁場。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)品帶來的高效、便捷的同時(shí)，電磁波不可避免地會(huì)對于人體這一良導(dǎo)體構(gòu)成一定程度的危害。當(dāng)電磁輻射穿過人體時(shí)，其能量會(huì)被人體吸收，如果這種能量過大，持續(xù)時(shí)間過長，電磁輻射會(huì)通過熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和積累效應(yīng)等對人體正常的組織、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)品及無線通訊設(shè)備的頻繁使用，無時(shí)無刻不產(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 電磁輻射對人體傷害的關(guān)鍵因素

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

(2)電磁輻射頻率。電磁輻射頻率越高，對人體傷害越大。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，對人體傷害越大。電磁輻射頻率成分越復(fù)雜，對人體傷害越大。由于電磁輻射對人體具有非熱效應(yīng)，不同頻率電磁波對人體的傷害機(jī)理不同，而復(fù)雜成分電磁輻射對人體不同器官產(chǎn)生的傷害疊加，因此對人體傷害更大。

(3)照射時(shí)間。照射時(shí)間越長，對人體傷害越大。由于電磁場對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，對人體傷害越大。電磁波在傳播過程中會(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。混凝土屏蔽體對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便易行，可采用刷涂的方法，并且對施工對象的外形結(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。然而人們在設(shè)計(jì)過程中，早已充分考慮到各家用電器的電磁兼容問題，卻容易忽視電器對人的輻射危害[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

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。科學(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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