現代建筑空間電磁污染及防護設計

奚江琳，黃茜茜

(江蘇省南京市解放軍理工大學國防工程學院，江蘇南京210007)

科技發展日新月異，高科技產品越來越多地走進人們的生活。廣播電視、高壓電網、手機信號塔以及居室內的各類電子產品給我們的生活帶來便利的同時，我們肉眼看不見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的被重視起來，建筑空間的電磁污染防護問題逐漸成為研究的熱點。然而，防電磁污染的技術手段還沒有在建筑工程實踐中得到廣泛的應用，相關的標準也沒有明確提出。因此，研究建筑空間的電磁污染特點及防護性設計，是現代建筑設計的重要課題。

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，實際生產生活中凡是帶電的物體都會產生電磁輻射，而超過人體承受或儀器設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)廣播發射系統、電視發射系統、手機信號發射機組、雷達等大功率發射設備產生的電磁場；

(3)工業、科研、醫療部門使用的射頻設備的強電磁輻射；

(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輻射。

建筑內部電磁輻射主要有：

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

(2)手機、對講機、無線路由器等無線信號發射設備的電磁輻射。

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，人體可以適應地球的電磁場。然而，由于空間電磁環境日漸復雜，人類在盡情享受電子電氣產品帶來的高效、便捷的同時，電磁波不可避免地會對于人體這一良導體構成一定程度的危害。當電磁輻射穿過人體時，其能量會被人體吸收，如果這種能量過大，持續時間過長，電磁輻射會通過熱效應、非熱效應和積累效應等對人體正常的組織、器官和系統的機能造成破壞，危害人體的健康[4]。為此，世界衛生組織已將電磁污染列為當今社會的第四大公害。

多種頻率高低不同的電磁波作用于人體時，會引起人體細胞中所含鈣離子的大量流失，而這種鈣離子的缺失對神經的有效傳導、心血管功能影響至關重要；電磁波還能引起體內物質產生共振現象，影響體內物質離子的運動，最終會使人出現煩躁、頭暈、疲勞、失眠、記憶力減退、脫發、植物神經紊亂和腦電圖、心電圖的變化等癥狀；電磁輻射也是造成孕婦流產、不育、畸胎等病變的誘發因素；過量的電磁輻射直接影響兒童組織發育、骨骼發育、視力下降，肝臟造血功能下降，嚴重者可導致視網膜脫落；從遠期效應看，長期的電磁輻射可能誘發癌癥，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、電氣產品及無線通訊設備的頻繁使用，無時無刻不產生電磁輻射，電磁污染應當引起人們廣泛的關注。

2.2 電磁輻射對人體傷害的關鍵因素

(1)電磁場強度。電磁場強度與輻射源的功率直接相關，輻射源功率越大，輻射電磁波場強越大，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電能力，電磁波在導體中傳播具有趨膚效應，輻射頻率越高越容易進入人體內部，對人體傷害越大。電磁輻射頻率成分越復雜，對人體傷害越大。由于電磁輻射對人體具有非熱效應，不同頻率電磁波對人體的傷害機理不同，而復雜成分電磁輻射對人體不同器官產生的傷害疊加，因此對人體傷害更大。

(3)照射時間。照射時間越長，對人體傷害越大。由于電磁場對人體的傷害具有累計效應，人體的自我修復能力具有局限性，而人體長時間受到電磁污染的傷害，累計傷害程度超出人體自我修復能力，可能產生永久性傷害。

(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產生衰減，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設計

3.1 應用建筑吸波材料

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域向另一區域輻射而產生危害[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屏蔽區域，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、炭化硅等物質能有效提高混凝土的電磁屏蔽效能。(2)電介質型吸收材料。電磁波能量衰減主要來自介電損耗，因為材料的介電損耗與頻率的依賴關系較強，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的材料為代表。(3)磁介質型吸收材料。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，鐵氧體材料的吸收效率高、成本低，是目前一種應用較廣、發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，從而達到吸收電磁波的效果。它是利用低電阻導電材料，根據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構有較強的適應性，適用于各類建筑物表面，可對傳統建筑物進行電磁波防護效果的改進，也便于對建筑物初始階段的設計。在室內應用吸波涂料能夠有效吸收各類家用電器產生的電磁輻射，電磁波衰減效果一般可達到30～60dB[7-8]。吸波涂料與電磁屏蔽混凝土配合使用，能夠分別對室內和室外電磁污染在傳播途徑上進行衰減。

3.2 優化居室設計

現代建筑中，家庭電氣化水平越來越高，微電子技術在家用電器上得到廣泛應用。然而人們在設計過程中，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間距，人與電器之間也需要設計足夠的間距來使輻射電磁波充分衰減。

優化居室設計是有效減弱室內電磁污染對人體傷害的有效措施。其主要原則有：

(1)室內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區域。

(3)臥室應與大功率電器保持距離。

(4)對工頻電路及網絡、電話信號線合理布局，盡量縮短使用長度。

(5)在建筑設計初期考慮電磁污染防護措施，可有效減少成本。

電磁波在近場區成指數衰減，人與輻射源越近，受到的輻射越強烈。盡量將人的活動空間遠離輻射源是優化居室設計的最重要原則。

4 結束語

隨著科技與生活的聯系更加緊密，人們已經難以脫離電與磁充斥的空間。然而，正確地認識電磁污染對人體的危害原理，采取相應的防護措施能夠有效地提高建筑空間電磁防護能力，從而改善我們的生活。科學的電磁防治措施是今后改善人們生活環境亟待解決的問題，建筑電磁防護設計也將成為建筑工程設計中必不可少的環節。

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