电热膜电磁辐射安全性评估

韩 博 李绪泉 刘 龙（青岛理工大学 青岛 266033）

电热膜电磁辐射安全性评估

韩 博 李绪泉 刘 龙
（青岛理工大学 青岛 266033）

从急性和累积效应两方面对采暖季中长时间使用远红外辐射电热膜引发电磁辐射的安全性问题进行实验分析。急性效应方面，实测电磁辐射场瞬时强度与标准限值进行比较；累积效应方面则通过构建量子物理模型进行分析。结果表明，电热膜产生的电磁辐射场中最大电磁辐射仅为 225.4 nT，仅为国际非电离辐射防护委员会（International commission for non-ionizing radiation protection， ICNIRP）规定限值的1/444，中国国家标准限值的1/100，其对人体神经微管有一定影响，但无累积效应。

电热膜，安全性，电磁辐射，急性效应，累积效应

CLC TL71

远红外辐射电热膜在使用时会以一种非电离辐射的方式向外发射热射线，导致空间中被辐射到的物体表面粒子震动产生摩擦热能。而人体神经传递依靠生物电位来输送信号，长期使用电热膜时其产生的电磁辐射可能会对人体造成影响。

在电热膜电磁辐射安全问题上，仅有少数人进行了相关的研究。Deventer［1］报道了多国专家集团通过实验的方法进行了极低频电磁辐射场与人类某些疾病的关联性研究表明，儿童在100～200 nT的环境中OR=1.08 （95% CI=0.89～1.31），200～400 nT环境中OR=1.11 （0.89～1.47）。OR值为病例组中暴露人数与非暴露人数的比值除以对照组中暴露人数与非暴露人数的比值，即相对危险度的精确估计值。OR＜1说明疾病相对危险度因暴露而减小，反之则增加。95% CI是指OR值95%置信区间。卑伟慧等［2］从整体生物效应和细胞效应两方面介绍了电磁辐射的生物学效应机制及近年来相关的研究成果。这些工作已表明，电磁辐射对人体在一定程度上有影响，但并没有对电热膜产生的电磁辐射场进行全面论证。

本研究手段以实验为基础，通过相关标准对比和量子物理模型两方面进行论证得到相应的结论。

1　急性效应方面的论证

急性效应［3］是指应激原作用于机体后短时间（数小时至数日）内，机体产生的生物学变化。电热膜产生的电磁辐射即为应激原，人体即为被作用的机体。实测电磁辐射场强度值，并与国际相关标准进行比较。

1.1电磁辐射强度的测量

实验采用德国安诺尼EMF电磁辐射测试仪NF-5035 NEW （1 Hz～1 MHz）对电热膜使用时产生的电磁辐射强度进行测量。测试场所选择封闭的实验舱，舱内环境温度22 ℃，电磁辐射量为 0 nT，不会对电磁辐射强度测试的结果产生干扰。将电热膜置于水平木板上方，接通电源待电热膜温度稳定后进行电磁辐射强度的测量。测点的位置如图1所示。

1.2实测电磁辐射强度与相关标准的对比

表1为国际组织及国家的工频电磁场职业暴露和公众暴露导出限值［4］。其中标准最严格的中国公众暴露限值为22 μT，即22 000 nT。

表1　一些国家及国际组织工频电磁场暴露限值Table 1 Power frequency electromagnetic fields exposure limits in some countries and international organizations

通过实验测量并在 Matlab中使用四格点样条函数内插的方法进行数据差值处理，处理后得到的数据绘制成不同高度上的电磁辐射场，如图 2 所示。从电热膜工作时产生的50 Hz低频磁场中发现，距离电热膜0.05 m处最大的电磁辐射强度为225.4 nT。而距电热膜竖直高度1 m水平面上的最大的电磁辐射强度仅为1.8 nT，距电热膜竖直高度1.3 m的水平面上电磁辐射强度值均降为0 nT。由此可看出，在使用电热膜时，近地面处的电磁辐射强度较大，随高度增加而逐渐减少，在1.3 m处电热膜发射出来的电磁辐射强度减弱为零。

为避免人类因在电磁场强度中过度暴露影响人体健康，世界上不同的国家和组织都有着自己的电磁场暴露标准值。实测电磁辐射强度仅为要求最严格的限値——中国国家标准限値的1/100，国际非电离辐射防护委员会（International commission for non-ionizing radiation protection， ICNIRP）限値的1/444，即电热膜在电磁辐射强度方面的安全性能达到世界上多数国家和国际组织的要求。

2　累积效应方面的论证

累积效应［5］是指对机体有影响的环境条件或有关因素多次作用所造成的生物效应的积累或叠加现象。累积效应对人体的作用分3类：简单相加、效果膨胀、“免疫效应”。当人体长期处在一定强度的电磁辐射场中时，尽管环境中电磁辐射强度并未超过某个极限值，但人体在受到多次作用后，累积效应或许会对人体产生影响。本研究通过构建量子物理模型分析人体神经微管在电磁辐射场中是否会受到累积效应影响。

神经微管［6］是神经元骨架构成的重要单元，当神经元发生变化时，它们会分解并再建。其由α和β微管蛋白亚基组成的二聚体装配而成，见图3［7］。神经微管蛋白在调控细胞有丝分裂、细胞内运输等方面起到重要作用。Banik等［8］认为在受到电磁辐射影响的条件下，机体内生物电位会发生变化并对细胞造成一定影响。因此，研究从神经微管蛋白亚基的层面上进行，寻找适用的量子力学模型［8］去论证电磁辐射场中神经微管量子系统的相干性与时间的关系，从而得到神经微管系统长时间在此环境中是否会产生功能性变化。其基本流程为：根据实际情况选择合适的能级系统，将神经微管量子化，构建合适的量子模型，模型求解及结果分析。

由于α和β微管蛋白亚基存在↑和↓两种不同的电子构象［10］。同时，电热膜产生的电磁辐射场较弱，所以将微管蛋白二聚物的两种构型简化为二能级原子系统构建量子位［11］。在此仅探究时间对于量子体系相干性的影响，忽略周围二聚体产生的影响。

在此基础上将神经微管进行量子化，采用密度矩阵表示某时刻原子可能处在本征态［12］。在电磁辐射场中神经微管的状态用哈密顿算符表示：

式中：ħ为约化普朗克常数，等于 h/2π；SZ、S±为赝自旋算符；ω0为波尔频率；λ为电磁辐射场与神经微管中信息为的耦合常数；E0为系统的电场强度；虚数部分表示相位。

根据量子力学原理有：

式中：ĤI（t）为 t时刻二能级原子本身的能量算符；ρI（t）为t时刻系统的密度矩阵。

由此解得

密度矩阵能够简单地反应系统量子相干性。当矩阵的非对角元素为零时，系统不具有量子相干性；当矩阵的非对角元素不为零时，则系统具有量子相干性。这里仅需要判断系统量子相干性以及时间对于相干性的影响。由（4）式得出，无论t为何值，其密度矩阵的非对角元素均不等于零，即模型中系统具有量子相干性。同时也能够说明，时间对量子相干性几乎没有影响，因此，在电热膜产生的低频电磁辐射场中神经微管系统状态会因此受到影响，但时间的变化几乎不影响系统状态的变化。由此说明，电热膜产生的电磁辐射场对神经微管的影响不会引起累积效应。

3　结论与建议

参照国内外电磁场暴露相关标准，实验测定电热膜产生的电磁辐射强度为ICNIRP限值的1/444，中国国家标准限值的1/100，在急性效应上辐射强度远低于国内外相关标准限值。从量子物理模型分析认为，神经微管系统的状态会因电热膜产生的电磁辐射场发生变化，但不会引起累积效应。在今后研究制定电采暖产品电磁辐射危害标准时，可考虑从急性效应与累积效应两方面综合评价产品的安全指数，以进一步提高行业标准、推动行业发展。

1Deventer E V. Environmental health criteria 238: Extremely low frequency fields［J］. Environmental Health Criteria， 2007（238）: 1-519.

2卑伟慧， 曹毅. 电磁辐射的生物学效应［J］. 辐射防护通讯， 2007（7）: 27-31. DOI: 10.3969/j.issn.1004-6356.2007. 03.006. BEI Weihui， CAO Yi. Biological effects of electromagnetic radiation［J］. Radiation Protection Bulletin， 2007，27（7）: 27-31. DOI: 10.3969/j.issn.1004-6356.2007.03.006.

3汪行华， 陈国璋. 微波辐射对小鼠行为的影响—急性效应［J］. 浙江大学学报（医学版）， 1986， 15（3）: 109-110. WANG Xinghua， CHEN Guozhang. Effects of microwave radiation on the behavior of mice—acute effect［J］. Journal of Zhejiang University: Medical Sciences， 1986， 15（3）: 109-110.

4惠建峰， 关志成， 刘瑛岩. 各国工频电磁场的限值及其确定的依据［J］. 高电压技术， 2006， 32（4）: 51-54. DOI: 10.3969/j.issn.1003-6520.2006.04.017. HUI Jianfeng， GUAN Zhicheng， LIU Yingyan. Values and rationales of limits of power frequency electric and magnetic fields in various countries［J］. High Voltage Engineering， 2006， 32（4）: 51-54. DOI: 10.3969/j.issn. 1003-6520.2006.04.017.

5文林. CCD空间累积辐射效应及损伤机理研究［D］. 中国科学院大学， 2015. WEN Lin. Study of cumulative radiation effects and damage mechanisms for CCD space［D］. University of Chinese Academy of Sciences， 2015.

6赵丽霞， 邱锡钧. 细胞骨架微管中水分子 Kerr效应对电磁场辐射的影响［J］. 量子光学学报， 2007， 13（1）: 39-42. DOI: 10.3969/j.issn.1007-6654.2007.01.010. ZHAO Lixia， QIU Xijun. The interaction of Kerr medium and electromagnetic field in cytoskeletal microtubule［J］. Acta Sinica Quantum Optica， 2007， 13（1）: 39-42. DOI: 10. 3969/j.issn.1007-6654.2007.01.010.

7Amos L， Klug A. Arrangement of subunits in flagellar microtubules［J］. Journal of Cell Science， 1974， 14（3）: 523-49. PMID: 4830832

8Banik S， Bandyopadhyay S， Ganguly S. Bioeffects of microwave—a brief review［J］. Bioresource Technology， 2003， 87（2）: 155-159. DOI: 10.1016/S0960-8524（02）00169-4

9高峰， 肖德涛， 张登玉， 等. 低频电磁辐射与脑神经细胞微管的相互作用［J］. 原子核物理评论， 2009， 26: 343-347. GAO Feng， XIAO Detao， ZHANG Dengyu， et al. Low-frequency electromagnetic radiation field interaction with cerebral nervous MT［J］. Nuclear Physics Review，2009， 26: 343-347.

10 Mavromatos N E， Mershin A， Nanopoulos D V. QED-cavity model of microtubules implies dissipationless energy transfer and biological quantum teleportation［J］. International Journal of Modern Physics B， 2012， 16（24）: 3623-3642. DOI: 10.1142/ S0217979202011512.

11 高峰， 张登玉， 唐志祥. 电磁场中二能级原子的量子相干性［J］. 原子与分子物理学报， 2004， 21（2）: 231-234. DOI: 10.3969/j.issn.1000-0364.2004.02.013. GAO Feng， ZHANG Dengyu， TANG Zhixiang. Quantum coherence of two-level atom in the electromagnetism field［J］. Chinese Journal of Atomic and Molecular Physics，2004， 21（2）: 231-234.

12 彭金生， 李高翔. 近代量子光学导论［M］. 北京: 科学出版社， 1996: 192. PENG Jinsheng， LI Gaoxiang. Introduction to modern quantum optics［M］. Beijing: Science Press， 1996: 192.

13 Leeka K， Ahlbom A， Crespi C M， et al. A pooled analysis of extremely low-frequency magnetic fields and childhood brain tumors［J］. American Journal of Epidemiology， 2010，172（7）: 752-761. DOI: 10.1093/aje/kwq181.

Safety assessment for electromagnetic radiation of electric radiant heating film

HAN Bo LI Xuquan LIU Long
（Qingdao University of Technology， Qingdao 266033， China）

The safety of electromagnetic radiation caused by prolonged use of far-infrared radiation heating film in heating season was studied from the acute effect and cumulative effect based on experiment. The acute effect was analyzed by calculating instantaneous intensity of electromagnetic radiation field with standard limit； the cumulative effect was analyzed by quantum physics model. The results showed that the maximum electromagnetic radiation was 225.4 nT in the electromagnetic radiation field generated by the electric film. It is only 1/444 of ICNIRP（International commission for non-ionizing radiation protection） prescribed limit and 1/100 of Chinese national standard limit， which would have influence on human neuronal microtubules to some extent， but no cumulative effect. KEYWORDS Electric radiant heating film， Safety， Electromagnetic radiation， Acute effect， Accumulative effect

HAN Bo （male） was born in February 1992 and received his bachelor's degree of Architectural Enviroment & Equipment Engineering in June 2014 from Qingdao University of Technology. Now he is a master candidate there， engaging in renewable energy utilization， simulation of refrigeration and air conditioning and automatic control， E-mail: hanbo1992@hotmail.com

9 May 2016； accepted 23 June 2016

PH.D. LI Xuquan， doctor， associate professor， E-mail: 1275903821@qq.com

TL71

10.11889/j.1000-3436.2016.rrj.34.040602

韩博，男，1992年2月出生，2014年6月于青岛理工大学获建筑环境与设备工程专业学士学位，现为青岛理工大学在读硕士研究生，从事可再生能源利用、制冷与空调的仿真及自动控制等方面研究，E-mail: hanbo1992@hotmail.com

李绪泉，博士，副教授，E-mail: 1275903821@qq.com

初稿2016-05-09；修回2016-06-23