韓 博 李緒泉 劉 龍（青島理工大學 青島 266033）

電熱膜電磁輻射安全性評估

韓 博 李緒泉 劉 龍
（青島理工大學 青島 266033）

從急性和累積效應兩方面對采暖季中長時間使用遠紅外輻射電熱膜引發(fā)電磁輻射的安全性問題進行實驗分析。急性效應方面，實測電磁輻射場瞬時強度與標準限值進行比較；累積效應方面則通過構建量子物理模型進行分析。結果表明，電熱膜產(chǎn)生的電磁輻射場中最大電磁輻射僅為 225.4 nT，僅為國際非電離輻射防護委員會（International commission for non-ionizing radiation protection， ICNIRP）規(guī)定限值的1/444，中國國家標準限值的1/100，其對人體神經(jīng)微管有一定影響，但無累積效應。

電熱膜，安全性，電磁輻射，急性效應，累積效應

CLC TL71

遠紅外輻射電熱膜在使用時會以一種非電離輻射的方式向外發(fā)射熱射線，導致空間中被輻射到的物體表面粒子震動產(chǎn)生摩擦熱能。而人體神經(jīng)傳遞依靠生物電位來輸送信號，長期使用電熱膜時其產(chǎn)生的電磁輻射可能會對人體造成影響。

在電熱膜電磁輻射安全問題上，僅有少數(shù)人進行了相關的研究。Deventer［1］報道了多國專家集團通過實驗的方法進行了極低頻電磁輻射場與人類某些疾病的關聯(lián)性研究表明，兒童在100～200 nT的環(huán)境中OR=1.08 （95% CI=0.89～1.31），200～400 nT環(huán)境中OR=1.11 （0.89～1.47）。OR值為病例組中暴露人數(shù)與非暴露人數(shù)的比值除以對照組中暴露人數(shù)與非暴露人數(shù)的比值，即相對危險度的精確估計值。OR＜1說明疾病相對危險度因暴露而減小，反之則增加。95% CI是指OR值95%置信區(qū)間。卑偉慧等［2］從整體生物效應和細胞效應兩方面介紹了電磁輻射的生物學效應機制及近年來相關的研究成果。這些工作已表明，電磁輻射對人體在一定程度上有影響，但并沒有對電熱膜產(chǎn)生的電磁輻射場進行全面論證。

本研究手段以實驗為基礎，通過相關標準對比和量子物理模型兩方面進行論證得到相應的結論。

1　急性效應方面的論證

急性效應［3］是指應激原作用于機體后短時間（數(shù)小時至數(shù)日）內(nèi)，機體產(chǎn)生的生物學變化。電熱膜產(chǎn)生的電磁輻射即為應激原，人體即為被作用的機體。實測電磁輻射場強度值，并與國際相關標準進行比較。

1.1電磁輻射強度的測量

實驗采用德國安諾尼EMF電磁輻射測試儀NF-5035 NEW （1 Hz～1 MHz）對電熱膜使用時產(chǎn)生的電磁輻射強度進行測量。測試場所選擇封閉的實驗艙，艙內(nèi)環(huán)境溫度22 ℃，電磁輻射量為 0 nT，不會對電磁輻射強度測試的結果產(chǎn)生干擾。將電熱膜置于水平木板上方，接通電源待電熱膜溫度穩(wěn)定后進行電磁輻射強度的測量。測點的位置如圖1所示。

1.2實測電磁輻射強度與相關標準的對比

表1為國際組織及國家的工頻電磁場職業(yè)暴露和公眾暴露導出限值［4］。其中標準最嚴格的中國公眾暴露限值為22 μT，即22 000 nT。

表1　一些國家及國際組織工頻電磁場暴露限值Table 1 Power frequency electromagnetic fields exposure limits in some countries and international organizations

通過實驗測量并在 Matlab中使用四格點樣條函數(shù)內(nèi)插的方法進行數(shù)據(jù)差值處理，處理后得到的數(shù)據(jù)繪制成不同高度上的電磁輻射場，如圖 2 所示。從電熱膜工作時產(chǎn)生的50 Hz低頻磁場中發(fā)現(xiàn)，距離電熱膜0.05 m處最大的電磁輻射強度為225.4 nT。而距電熱膜豎直高度1 m水平面上的最大的電磁輻射強度僅為1.8 nT，距電熱膜豎直高度1.3 m的水平面上電磁輻射強度值均降為0 nT。由此可看出，在使用電熱膜時，近地面處的電磁輻射強度較大，隨高度增加而逐漸減少，在1.3 m處電熱膜發(fā)射出來的電磁輻射強度減弱為零。

為避免人類因在電磁場強度中過度暴露影響人體健康，世界上不同的國家和組織都有著自己的電磁場暴露標準值。實測電磁輻射強度僅為要求最嚴格的限値——中國國家標準限値的1/100，國際非電離輻射防護委員會（International commission for non-ionizing radiation protection， ICNIRP）限値的1/444，即電熱膜在電磁輻射強度方面的安全性能達到世界上多數(shù)國家和國際組織的要求。

2　累積效應方面的論證

累積效應［5］是指對機體有影響的環(huán)境條件或有關因素多次作用所造成的生物效應的積累或疊加現(xiàn)象。累積效應對人體的作用分3類：簡單相加、效果膨脹、“免疫效應”。當人體長期處在一定強度的電磁輻射場中時，盡管環(huán)境中電磁輻射強度并未超過某個極限值，但人體在受到多次作用后，累積效應或許會對人體產(chǎn)生影響。本研究通過構建量子物理模型分析人體神經(jīng)微管在電磁輻射場中是否會受到累積效應影響。

神經(jīng)微管［6］是神經(jīng)元骨架構成的重要單元，當神經(jīng)元發(fā)生變化時，它們會分解并再建。其由α和β微管蛋白亞基組成的二聚體裝配而成，見圖3［7］。神經(jīng)微管蛋白在調控細胞有絲分裂、細胞內(nèi)運輸?shù)确矫嫫鸬街匾饔?。Banik等［8］認為在受到電磁輻射影響的條件下，機體內(nèi)生物電位會發(fā)生變化并對細胞造成一定影響。因此，研究從神經(jīng)微管蛋白亞基的層面上進行，尋找適用的量子力學模型［8］去論證電磁輻射場中神經(jīng)微管量子系統(tǒng)的相干性與時間的關系，從而得到神經(jīng)微管系統(tǒng)長時間在此環(huán)境中是否會產(chǎn)生功能性變化。其基本流程為：根據(jù)實際情況選擇合適的能級系統(tǒng)，將神經(jīng)微管量子化，構建合適的量子模型，模型求解及結果分析。

由于α和β微管蛋白亞基存在↑和↓兩種不同的電子構象［10］。同時，電熱膜產(chǎn)生的電磁輻射場較弱，所以將微管蛋白二聚物的兩種構型簡化為二能級原子系統(tǒng)構建量子位［11］。在此僅探究時間對于量子體系相干性的影響，忽略周圍二聚體產(chǎn)生的影響。

在此基礎上將神經(jīng)微管進行量子化，采用密度矩陣表示某時刻原子可能處在本征態(tài)［12］。在電磁輻射場中神經(jīng)微管的狀態(tài)用哈密頓算符表示：

式中：?為約化普朗克常數(shù)，等于 h/2π；SZ、S±為贗自旋算符；ω0為波爾頻率；λ為電磁輻射場與神經(jīng)微管中信息為的耦合常數(shù)；E0為系統(tǒng)的電場強度；虛數(shù)部分表示相位。

根據(jù)量子力學原理有：

式中：?I（t）為 t時刻二能級原子本身的能量算符；ρI（t）為t時刻系統(tǒng)的密度矩陣。

由此解得

密度矩陣能夠簡單地反應系統(tǒng)量子相干性。當矩陣的非對角元素為零時，系統(tǒng)不具有量子相干性；當矩陣的非對角元素不為零時，則系統(tǒng)具有量子相干性。這里僅需要判斷系統(tǒng)量子相干性以及時間對于相干性的影響。由（4）式得出，無論t為何值，其密度矩陣的非對角元素均不等于零，即模型中系統(tǒng)具有量子相干性。同時也能夠說明，時間對量子相干性幾乎沒有影響，因此，在電熱膜產(chǎn)生的低頻電磁輻射場中神經(jīng)微管系統(tǒng)狀態(tài)會因此受到影響，但時間的變化幾乎不影響系統(tǒng)狀態(tài)的變化。由此說明，電熱膜產(chǎn)生的電磁輻射場對神經(jīng)微管的影響不會引起累積效應。

3　結論與建議

參照國內(nèi)外電磁場暴露相關標準，實驗測定電熱膜產(chǎn)生的電磁輻射強度為ICNIRP限值的1/444，中國國家標準限值的1/100，在急性效應上輻射強度遠低于國內(nèi)外相關標準限值。從量子物理模型分析認為，神經(jīng)微管系統(tǒng)的狀態(tài)會因電熱膜產(chǎn)生的電磁輻射場發(fā)生變化，但不會引起累積效應。在今后研究制定電采暖產(chǎn)品電磁輻射危害標準時，可考慮從急性效應與累積效應兩方面綜合評價產(chǎn)品的安全指數(shù)，以進一步提高行業(yè)標準、推動行業(yè)發(fā)展。

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2卑偉慧， 曹毅. 電磁輻射的生物學效應［J］. 輻射防護通訊， 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.

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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

韓博，男，1992年2月出生，2014年6月于青島理工大學獲建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)學士學位，現(xiàn)為青島理工大學在讀碩士研究生，從事可再生能源利用、制冷與空調的仿真及自動控制等方面研究，E-mail: hanbo1992@hotmail.com

李緒泉，博士，副教授，E-mail: 1275903821@qq.com

初稿2016-05-09；修回2016-06-23