现代建筑空间电磁污染及防护设计

奚江琳，黄茜茜

(江苏省南京市解放军理工大学国防工程学院，江苏南京210007)

科技发展日新月异，高科技产品越来越多地走进人们的生活。广播电视、高压电网、手机信号塔以及居室内的各类电子产品给我们的生活带来便利的同时，我们肉眼看不见的电磁污染也充斥在我们赖以生存的空间。各类电磁辐射的空间密度不断增加，不仅干扰着居住空间中微电子设备的正常工作也影响着人们的生活[1-3]。随着电磁污染的危害越发的被重视起来，建筑空间的电磁污染防护问题逐渐成为研究的热点。然而，防电磁污染的技术手段还没有在建筑工程实践中得到广泛的应用，相关的标准也没有明确提出。因此，研究建筑空间的电磁污染特点及防护性设计，是现代建筑设计的重要课题。

1 建筑空间电磁污染来源

建筑空间电磁污染来源非常广泛，实际生产生活中凡是带电的物体都会产生电磁辐射，而超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射就形成电磁污染。建筑空间电磁污染来源主要可分为建筑外部电磁辐射源和建筑内部电磁辐射源两部分。

建筑外部电磁辐射主要有：

(1)太阳热辐射、地球的热辐射、宇宙辐射和雷电等天然的电磁辐射；

(2)广播发射系统、电视发射系统、手机信号发射机组、雷达等大功率发射设备产生的电磁场；

(3)工业、科研、医疗部门使用的射频设备的强电磁辐射；

(4)高压、超高压输电线路辐射的工频电磁场，电气化轨道交通电力供电线路的强辐射。

建筑内部电磁辐射主要有：

(1)供电线路产生的电磁辐射；电视、冰箱、洗衣机、微波炉、电磁炉、电脑、电热毯等各类家用电器产生的电磁泄露；

(2)手机、对讲机、无线路由器等无线信号发射设备的电磁辐射。

2 电磁污染的危害

2.1 电磁污染对人体的危害

在正常情况下，人体可以适应地球的电磁场。然而，由于空间电磁环境日渐复杂，人类在尽情享受电子电气产品带来的高效、便捷的同时，电磁波不可避免地会对于人体这一良导体构成一定程度的危害。当电磁辐射穿过人体时，其能量会被人体吸收，如果这种能量过大，持续时间过长，电磁辐射会通过热效应、非热效应和积累效应等对人体正常的组织、器官和系统的机能造成破坏，危害人体的健康[4]。为此，世界卫生组织已将电磁污染列为当今社会的第四大公害。

多种频率高低不同的电磁波作用于人体时，会引起人体细胞中所含钙离子的大量流失，而这种钙离子的缺失对神经的有效传导、心血管功能影响至关重要；电磁波还能引起体内物质产生共振现象，影响体内物质离子的运动，最终会使人出现烦躁、头晕、疲劳、失眠、记忆力减退、脱发、植物神经紊乱和脑电图、心电图的变化等症状；电磁辐射也是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素；过量的电磁辐射直接影响儿童组织发育、骨骼发育、视力下降，肝脏造血功能下降，严重者可导致视网膜脱落；从远期效应看，长期的电磁辐射可能诱发癌症，也可能引起染色体的畸变，具有致癌致突变作用。因此，在建筑空间中，各类电子、电气产品及无线通讯设备的频繁使用，无时无刻不产生电磁辐射，电磁污染应当引起人们广泛的关注。

2.2 电磁辐射对人体伤害的关键因素

(1)电磁场强度。电磁场强度与辐射源的功率直接相关，辐射源功率越大，辐射电磁波场强越大，对人体的伤害越大。

(2)电磁辐射频率。电磁辐射频率越高，对人体伤害越大。由于人体具有较好的导电能力，电磁波在导体中传播具有趋肤效应，辐射频率越高越容易进入人体内部，对人体伤害越大。电磁辐射频率成分越复杂，对人体伤害越大。由于电磁辐射对人体具有非热效应，不同频率电磁波对人体的伤害机理不同，而复杂成分电磁辐射对人体不同器官产生的伤害叠加，因此对人体伤害更大。

(3)照射时间。照射时间越长，对人体伤害越大。由于电磁场对人体的伤害具有累计效应，人体的自我修复能力具有局限性，而人体长时间受到电磁污染的伤害，累计伤害程度超出人体自我修复能力，可能产生永久性伤害。

(4)辐射源距人体距离。辐射源距人体越近，对人体伤害越大。电磁波在传播过程中会产生衰减，距离辐射源越近，电磁能量衰减越小，对人体伤害越大。

3 建筑空间电磁污染防护设计

3.1 应用建筑吸波材料

3.1.1 电磁屏蔽混凝土

电磁屏蔽的作用是通过反射衰减及吸收衰减作用在传播路径上减弱电磁波的辐射能量，从而有效地控制电磁波从某一区域向另一区域辐射而产生危害[5]。为了屏蔽户外的电磁污染，将房屋建筑作为电磁辐射的一个屏蔽区域，人们想到了用电磁屏蔽混凝土吸收户外的电磁波。混凝土屏蔽体对高频电磁波的屏蔽原理主要是反射和吸收作用。普通混凝土对高频电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。

电磁屏蔽混凝土主要可分为：(1)阻抗型吸收材料。电磁波的吸收能力主要取决于材料的电阻率，在混凝土中添加炭精粉、石墨、炭化硅等物质能有效提高混凝土的电磁屏蔽效能。(2)电介质型吸收材料。电磁波能量衰减主要来自介电损耗，因为材料的介电损耗与频率的依赖关系较强，所以这类材料的吸收频带较窄，主要以BaTiO和铁电陶瓷等具有高介电常数的材料为代表。(3)磁介质型吸收材料。电磁波能量的衰减主要来自磁损耗，包括磁滞损耗、剩磁损耗、涡流损耗及共振损耗等。这类材料主要掺杂铁氧体等物质，铁氧体材料的吸收效率高、成本低，是目前一种应用较广、发展最快的电磁波吸收材料。

上述三种电磁屏蔽混凝土材料吸收电磁波的方式不同，对不同频段电磁波的吸收效果具有差异，混合使用上述材料能有效提高材料的电磁波吸收效率。

3.1.2 吸波涂料

吸波涂料的作用是将投射到它表面的电磁波能量吸收，并迅速转变成热能，从而有效地衰减空间中的电磁能量[6]。吸波涂料是由合成树脂、导电填料、溶剂配制而成，将其涂覆于基材表面形成一层固化膜，从而达到吸收电磁波的效果。它是利用低电阻导电材料，根据Schelkunoff电磁屏蔽理论制备而成。建筑吸波涂料的施工方式简便易行，可采用刷涂的方法，并且对施工对象的外形结构有较强的适应性，适用于各类建筑物表面，可对传统建筑物进行电磁波防护效果的改进，也便于对建筑物初始阶段的设计。在室内应用吸波涂料能够有效吸收各类家用电器产生的电磁辐射，电磁波衰减效果一般可达到30～60dB[7-8]。吸波涂料与电磁屏蔽混凝土配合使用，能够分别对室内和室外电磁污染在传播途径上进行衰减。

3.2 优化居室设计

现代建筑中，家庭电气化水平越来越高，微电子技术在家用电器上得到广泛应用。然而人们在设计过程中，早已充分考虑到各家用电器的电磁兼容问题，却容易忽视电器对人的辐射危害[9-11]。电器之间需要有防护间距，人与电器之间也需要设计足够的间距来使辐射电磁波充分衰减。

优化居室设计是有效减弱室内电磁污染对人体伤害的有效措施。其主要原则有：

(1)室内各辐射源避免过度集中，防止辐射叠加。

(2)电视、电脑等显示器背向选择人员较少活动区域。

(3)卧室应与大功率电器保持距离。

(4)对工频电路及网络、电话信号线合理布局，尽量缩短使用长度。

(5)在建筑设计初期考虑电磁污染防护措施，可有效减少成本。

电磁波在近场区成指数衰减，人与辐射源越近，受到的辐射越强烈。尽量将人的活动空间远离辐射源是优化居室设计的最重要原则。

4 结束语

随着科技与生活的联系更加紧密，人们已经难以脱离电与磁充斥的空间。然而，正确地认识电磁污染对人体的危害原理，采取相应的防护措施能够有效地提高建筑空间电磁防护能力，从而改善我们的生活。科学的电磁防治措施是今后改善人们生活环境亟待解决的问题，建筑电磁防护设计也将成为建筑工程设计中必不可少的环节。

[1] Harold I. Zeliger, Electromagnetic Radiation and Toxic Exposure[J], Human Toxicology of Chemical Mixtures, 2008,P245-258

[2] Katia Vangelova, Christo Deyanov, Mishel Israel, Cardiovascular Risk in Operators under Radiofrequency Electromagnetic Radiation[J], International Journal of Hygiene and Environmental Health, 2006, 209(2), P133-138

[3] Geetha S., Satheesh Kumar K.K., Trivedi D.C., Polyaniline Reinforced Conducting E-glass Fabric Using 4-chloro-3-methyl Phenol as Secondary Dopant for the Control of Electromagnetic Radiations[J],Composites Science and Technology, 2005,65(6),P973-980

[4] Stephen J. Genuis, Fielding a Current Idea: Exploring the Public Health Impact of Electromagnetic Radiation[J], Public Health,2008,122(2), P113-124

[5] 刘顺华,刘军民,董星龙，等.电磁波屏蔽及吸波材料[M].北京:化学工业出版社,2007:189-203

[6] 张箭,王松林.浅谈建筑吸波材料的开发与应用[J].硅谷,2010(11):29

[7] 孔巍,杨凯.从吸波机理探析建筑吸波材料的应用及展望[J].上海建材,2010(1):14-15

[8] 张松,李永,何魏,等.浅析涂层型电磁屏蔽室工程施工与应用[J].装备环境工程,2011(4)

[9] 杨桦,李英.工业及民用建筑电磁兼容(EMC)设计综述[J].贵阳金筑大学学报,2002(3)

[10] 王广军.建筑物的电磁兼容问题[J].广东建材,2007(4)

[11] 曹春仙.建筑电气设计中重要问题探讨[J].中国高新技术企业,2008(20)