Funkemissionen-Stromleitung_Virnich_BUND_2013
Werbung
12. Umwelt- und Mobilfunksymposium 2013 Nebenwirkungen inbegriffen 11.05.2013 in Mainz Funkemissionen von Internetzugängen per Stromleitung (dLAN / Powerline Communication PLC) Vortrag von Dr.-Ing. Martin Virnich Funkemissionen von Internetzugängen per Stromleitung: dLAN / PLC Dr.-Ing. Martin H. Virnich Funkemissionen von Internetzugängen per Stromleitung: dLAN / Powerline Communication (PLC) Dr.-Ing. Martin H. Virnich ibu – Ingenieurbüro für Baubiologie und Umweltmesstechnik Mönchengladbach Einsatzgebiete von PLC PowerLine Communication (PLC) oder auch Digital PowerLine (DPL) sind Oberbegriffe für die Übertragung von Daten über elektrische Energieversorgungsleitungen innerhalb und außerhalb von Gebäuden. Dabei werden die Leitungen der elektrischen Energieversorgung zusätzlich zu ihrer primären Aufgabe der Energieversorgung auch zur Datenübertragung genutzt. Zu unterscheiden sind die Anwendungen indoor- und outdoor-PLC. Outdoor PLC-Systeme werden vom Energieversorger installiert und betrieben und dienen im Rahmen des Smart Metering (intelligente Stromzähler) der Kommunikation zwischen Energieversorger (z.B. Trafostation) und Kunden (Smart Meter und in Zukunft auch „smarte“ Endgeräte). Die Datenübertragung erfolgt zwischen der Versorgerseite und den Smart Metern auf der Verbraucherseite über die Erdkabel bzw. Freileitungen des Energieversorgers. Damit gehören auch gebäudeinterne Leitungen vom Hausanschluss bis in die Zählerkästen der einzelnen Wohnungen zur outdoor-PLC. Hierfür kommen zwei verschiedene Techniken zum Einsatz: • „Schmalband“-PLC im von der CENELEC1 genormten Frequenzband von 9 kHz bis 148,5 kHz hat für heutige Verhältnisse relativ niedrigen Übertragungsraten < 150 kbit/s. Diese ältere Variante wird häufig einfach nur als „PLC“ bezeichnet. In der Zeit um die Jahrtausendwende hatten einige Energieversorger versucht, auch als Telekommunikationsdienstleiter aufzutreten und den Internet-Zugang per PLC im CENELEC-Band anzubieten („Internet aus der Steckdose“). Diese Versuche sind jedoch gescheitert. • Breitband-PLC (BPLC) kann als recht junge Technik im Frequenzbereich von ca. 1 MHz bis 30 MHz mit entsprechend wesentlich höheren Übertragungsraten bis 200 MBit/s auf Basis des Internet-Protokolls (TCP/IP) aufwarten. Indoor PLC-Systeme werden vom Bewohner selbst innerhalb seiner Wohnung bzw. seines Gebäudes installiert und betrieben. Die Datenübertragung erfolgt über die Elektroinstallation des Gebäudes. Das gebäudeinterne 230V-Netz wird schon sehr lange für die – früher meist analoge – Sprach- oder auch Datenkommunikation genutzt: Für hausinterne Babyphone, Gegensprechanlagen oder einfache Fernsteuerungen. Hauptanwendungen in jüngerer Zeit sind digitale Inhouse-Netzwerke (in Wohnungen und Büros) auf Basis des Internet-Protokolls (TCP/IP) zur Datenübertragung zwischen Personal Computern und für den Internetzugang mit Übertragungsraten bis 200 MBit/s. Marktgängige Bezeichnung für solche Systeme ist dLAN (direkt LAN) oder auch PowerLAN. Technische Basis ist der Home Plug-Standard bzw. mit höheren Übertragungsraten die Variante HomePLug AV. Es gibt mittlerweile eine Fülle von Anbietern wie z.B. Allnet, AVM Fritz!, devolo, D-Link, Logitech, Netgear, Sitecom, ZyXEL usw. 1 CENELEC: franz. „Comité Européen de Normalisation Électrotechnique“, engl. „European Committee for Electrotechnical Standardization“, deutsch „Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung“ -1- Funkemissionen von Internetzugängen per Stromleitung: dLAN / PLC Dr.-Ing. Martin H. Virnich Elektrische Energieversorgung: „Smart x“ Wasser-/Gaszähler PC, Smartphone Inhome Display Smart Grid Smart Meter Smart Home Smart Building 7. EMV-Tagung des VDB, 12.-13. April 2013 in München Smart Meter, Smart Grid, Smart Building/Home Dr.-Ing. Martin H. Virnich Im Rahmen des Smart Metering gibt es Schnittstellen zwischen: • Smart Meter ↔ Smart Grid • Smart Meter ↔ Smart Home/Building • Smart Meter ↔ Wasser-/Gaszähler • Smart Meter ↔ Inhome Display • Smart Grid ↔ Personal Computer (PC) Neben rein informationstechnischen Leitungen (DSL, Glasfaser) und Funklösungen kommen hier auch alle o.a. Varianten der oben beschriebenen indoor- und outdoor-PLC-Lösungen zum Einsatz. Das Grundprinzip wurde vom Verfasser in [1] beschrieben, dieser Beitrag ist hier angefügt. Messungen der Immissionen von indoor dLAN wurden vom Verfasser im Jahr 2012 durchgeführt und in [2] veröffentlicht. Auch dieser Beitrag ist hier angefügt. Aus Gründen der Emissionsminimierung und der gesundheitlichen Vorsorge sollten Funklösungen und PLC-Anwendungen möglichst vermieden werden, da beide zu zusätzlichen Belastungen mit EMF2 führen. Denn obwohl die PLC-Signale leitungsgeführt sind, werden sie von den Leitungen der elektrischen Energieversorgung bzw. Gebäudeinstallation und von angeschlossenen Geräten (z.B. Leuchten) aufgrund von deren Antennenwirkung abgestrahlt: PLC-Signale gemäß CENELEC im Langwellenbereich, BPLC- und dLAN-Signale im Mittel- und Kurzwellenbereich. 2 EMF: Elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder -2- Funkemissionen von Internetzugängen per Stromleitung: dLAN / PLC Dr.-Ing. Martin H. Virnich Die Themen Smart Meter – Smart Grid – Smart Home/Building mit dem Einsatz von PLC/dLAN bildeten einen Schwerpunkt auf der 7. EMV-Tagung des Berufsverbandes Deutscher Baubiologen VDB e.V. am 12.-13. April 2013 mit folgenden Beiträgen: • Smart Meter, Smart Grid, Smart Building/Home: Innovationsziele, Technik und EMF-Belastungen • Smart Meter ohne Belastungen durch Funk oder PLC: Bundesweite Verfügbarkeit über einen eigenen Messstellenbetreiber • Immissions- und Störungsreduzierung durch Netzfilter bei PLC-Anwendungen (Outdoor- und Indoor-Powerline Communication) • Smart Meter, Smart Grid, Smart Building/Home: Aspekte zur Emissionsminimierung. Tagungsband Themenband Außer im Tagungsband [3], der alle Vorträge der zweitägigen Veranstaltung enthält, sind diese Beiträge in ausführlicher Fassung im eigens herausgegebenen VDB-Themenband [4] veröffentlicht. Beide Bände können direkt beim VDB [5] bezogen werden. -3- Funkemissionen von Internetzugängen per Stromleitung: dLAN / PLC Dr.-Ing. Martin H. Virnich Literatur und Links [1] Virnich, Martin: „Intelligente“ Stromzähler – Für den Kunden dumme und wirklich intelligente Varianten; in: Wohnung + Gesundheit 6/2009, Nr. 131; Institut für Baubiologie + Oekologie Neubeuern IBN; S. 48-50 [2] Virnich, Martin; Moldan, Dietrich: Internet aus der Steckdose: dLAN – direct LAN / indoor PLC – Powerline Communication; in: Wohnung + Gesundheit 6/2012, Nr. 143; Institut für Baubiologie + Oekologie Neubeuern IBN; S. 70-73 [3] Berufsverband Deutscher Baubiologen VDB e.V. (Hrsg.): „Energieversorgung & Mobilfunk“, Tagungsband der 7. EMV-Tagung des Berufsverbandes Deutscher Baubiologen VDB e.V., 12.-13. April 2013 in München; Im Verlag des AnBUS e.V. Fürth, 2013; ISBN 978-3-9814025-3-7 [4] Berufsverband Deutscher Baubiologen VDB e.V. (Hrsg.): Themenband „Smart Meter – Smart Grid – Smart Home / Smart Building“; Im Verlag des AnBUS e.V. Fürth, 2013; ISBN 978-3-9814025-4-4 [5] Berufsverband Deutscher Baubiologen VDB e.V., Sandbarg 7, 21266 Jesteburg, www.baubiologie.net -4- Elektrosmog - Wohngifte - Pilze „Intelligente“ Stromzähler Für den Kunden dumme und wirklich intelligente Varianten Bei der „Intelligenz“ scheiden sich wieder einmal die Geister zwischen den Freunden der „Ökologie“ und der „Biologie“ – ähnlich wie bei der aktuellen Diskussion um die „Energiesparlampen“ und das EU-weite Verbot der Glühlampen. Denn was die einen als Fortschritt und wichtigen Beitrag zur Energieeinsparung feiern, erscheint den anderen unter baubiologischen Kriterien eher suspekt, da hierdurch die Belastung durch hochfrequente elektromagnetische Wellen zusätzlich erhöht wird. Die Rede ist von den so genannten „intelligenten“ Stromzählern, die schon in vielen Staaten üblich sind und nun von den Energieversorgern auch in Deutschland eingebaut werden – angeschlossen an ein umfassendes Datenverarbeitungsnetz, und das vorzugsweise per Funk. Ist also der Kunde zwangsläufig der Dumme, was die Hochfrequenzbelastung angeht? „Intelligente Stromzähler“, „Smart Meter“, „Sparzähler“, „Smart Metering and Home Management“, „Strom-Radar“, „E-Metering“, „Smart Grid“ ... die Liste neuer Bezeichnungen im Zusammenhang mit der elektrischen Stromversorgung und einer neuen Generation von Stromzählern ließe sich noch beliebig fortsetzen. Doch dahinter steckt mehr, als nur eine neue StromzählerTechnik (Abb. 1). Abb. 1 Beispiel eines „intelligenten“ Stromzählers mit GSM-Mobilfunkmodem (Hersteller und Foto: Iscraemeco) EU verordnet höhere Energieeffizienz Wie beim Glühlampenverbot ist deklariertes Ziel der neuen Technik eine höhere Energieeffizienz bzw. 48 das „Stromsparen“ in Verbindung mit einer angestrebten Liberalisierung des Messwesens bei Strom und Gas, und der Anstoß kommt auch hier von der Europäischen Union. Im Jahr 2006 hatte das Europäische Parlament die so genannte Energieeffizienzrichtlinie beschlossen, die insbesondere direkten Einfluss auf das Messwesen des „Stromverbrauchs“ nimmt. Denn hier ist vorgesehen, dass alle Endkunden vom VNB (VersorgungsNetzBetreiber) Zähler erhalten, die ihnen eine wesentlich höhere Transparenz als bisher über ihren Stromverbrauch mittels aktueller Verbrauchsmessung und -überwachung ermöglichen. Erklärtes Ziel ist es, dass der Endkunde dann in der Lage ist, bei erhöhtem Verbrauch schnell korrigierend eingreifen zu können oder Zeiten mit verbilligtem Strom – außerhalb der Hauptlastzeiten, also vorwiegend spät abends und nachts – gezielt nutzen zu können. Durch den Abbau von Lastspitzen und eine zeitlich gleichmäßigere Auslastung des Versorgungsnetzes soll die Energieeffizienz und natürlich auch die Wirtschaftlichkeit der Stromversorgung gesteigert werden. „Belohnt“ wird der Kunde mit einem entsprechenden, preislich gestaffelten Zweitarifsystem. In Zukunft ist es sogar denkbar, dass die Einschaltung von Verbrauchern mit größerem Leistungsbedarf, deren Betrieb nicht zeitkritisch ist, wie beispielsweise Waschmaschine und Spülmaschine, vom Energieversorger automatisch ferngesteuert in Zeiten niedriger Netzauslastung erfolgt. Auch soll die Abrechnung des Verbrauchs nicht mehr jährlich, sondern so häufig erfolgen, dass die Kunden die Möglichkeit erhalten, ihren Energieverbrauch selbst zu beeinflussen. Die Umsetzung in nationales Recht wird in den einzelnen EU-Staaten unterschiedlich gehandhabt. So verpflichtete beispielsweise Schweden die Unternehmen der Energieversorgung zu monatlichen Strom­abrechnungen. In der Folge wurden „intelligente“ Stromzähler zügig und flächendeckend eingeführt. Auch in Italien ist die Umstellung auf die neuen Zähler schon weit fortgeschritten. Hier hat der Versorger ENEL bereits 30 Millionen „Smart Meter“ in seinem Netz installiert. Auch in den Niederlanden und Großbritannien, in Frankreich, Norwegen, Dänemark, den USA und Kanada kommt die „intelligente“ Messtechnik im Energiebereich immer stärker zum Einsatz. Bundestagsbeschluss folgt der EU In Deutschland soll gemäß Bundestagsbeschluss vom 6. Juni 2008 die Einführung der „intelligenten“ Zähler wie folgt verlaufen: Die Bundesregierung hat das Ziel, bis zum Jahr 2015 die „intelligenten“ Wohnung + Gesundheit 6/09 - Nr. 131 Elektrosmog - Wohngifte - Pilze Zähler flächendeckend einzuführen. Gesetzliche Grundlage hierfür ist die Änderung des § 21b des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) im Rahmen des Integrierten Energieund Klimaprogramms. Ab dem 1. Januar 2010 müssen bei allen Neubauten Stromzähler installiert werden, die den tatsächlichen Energieverbrauch und die tatsächliche Nutzungszeit widerspiegeln. Auf Wunsch des Kunden ist der VNB verpflichtet, eine monatliche, vierteljährliche oder halbjährliche Abrechnung zu vereinbaren. Die Versorgungsnetzbetreiber müssen außerdem spätestens bis zum 30. Dezember 2010 für Endkunden einen Tarif anbieten, der einen Anreiz zur Energieeinsparung gibt. Dazu heißt es in den offiziellen Presseverlautbarungen: „Die Politik setzt auf den Ansatz einer wettbewerbsgetriebenen Einführung von innovativen Technologien im Messwesen von Strom und Gas.“ Der Kunde als „Energiemanager“ Die Versorgungsnetzbetreiber sehen in der Werbung für die neuen Zähler ihre Kunden in Zukunft als unverdrossene „Energiemanager“, die ständig Ihren Energiebedarf kontrollieren und den Verbrauch minimieren. Dazu stellen sie eine Fülle von Hilfsprogrammen und PC-Auswertungen zur Verfügung („Strom-Radar“, „EnBW-Cockpit“). Denn über seinen PC und einen DSL-Anschluss hat der Endkunde jederzeit aktuellen Zugriff auf seine Verbrauchsdaten, die beim VNB zentral gespeichert werden. Hohe Transparenz – viele Daten – viele Daten zu übertragen Um die gewünschte hohe Transparenz über den Stromverbrauch zu erhalten, müssen die Daten in entsprechend kurzen Intervallen erfasst werden. Dies bedeutet eine viel Wohnung + Gesundheit 6/09 - Nr. 131 Abb. 2: Prinzipielle Möglichkeiten der outdoor-Datenkommunikation zwischen intelligenten Stromzählern und VNB-Datenzentrale höhere Datenfülle als bisher. Und schließlich müssen die Daten auch zur zentralen Auswertestelle beim VNB übertragen werden. Untrennbar mit der Thematik des „intelligenten“ Stromzählers ist daher die Frage der Datenübertragung verbunden. Hierfür gibt es unterschiedliche Konzepte, bei vielen ist es – der Einfachheit halber – die Funkverbindung. Datenübertragungskonzepte für „intelligente“ Zähler Bei den verschiedenen Versorgungsnetzbetreibern kommen unterschiedliche Verfahren der Datenübertragung zum Einsatz, und zwar sowohl drahtgebunden als auch drahtlos. Dies sind im Wesentlichen (vgl. Abb. 2): A) Kabelgebunden per DSL B) Gemeinsam mit der elektrischen Energie über die Versorgungsleitungen des VNB als so genanntes outdoor PLC-System (PowerLine Communication) C) Per Funk, wiederum mit mehreren Möglichkeiten, wie GSM-Mobilfunk (GPRS), externes WLAN, TETRA-Betriebsfunk oder anderen Datenfunksystemen; das Funkmodul mit integrierter Antenne befin- det sich direkt am Zähler; reicht die Verbindungsqualität nicht aus, so wird eine zusätzliche Außenantenne installiert. Je nach Systemauslegung werden die Daten vom Zähler entweder direkt zur zentralen Auswertestelle beim VNB übertragen oder aber in einer zweistufigen Übertragungskette zunächst zu einem Datenkonzentrator, der bei der lokalen Trafostation angesiedelt ist und dann von dort über ein VNB-eigenes Datennetzwerk (leitungsgebunden oder drahtlos) zur Datenzentrale. Die Zähler selbst ermöglichen i.d.R. den Anschluss an alle diese Übertragungssysteme, sie bestimmen also nicht, ob gefunkt wird oder nicht. Vielmehr wird dies durch die Infrastruktur des Datenübertragungssystems bestimmt, das der VNB wählt. Die Erfassung des Verbrauchs durch den Zähler erfolgt typischerweise im Viertelstundentakt, kann aber auch häufiger sein. Dies bedeutet aber nicht automatisch, dass die Daten auch alle 15 Minuten an den Datenkonzentrator beim Trafo oder in die Zentrale des VNB übertragen werden müssen. Sie können durchaus über eine gewisse Zeit im Zähler 49 Abb. 3: Prinzipielle Möglichkeiten der indoor-Datenkommunikation zwischen intelligenten Stromzählern und DSL-Anschluss; D = DSL-Anschluss zum Festnetz, ggf. über DSL-Router; Z = „intelligenter“ Stromzähler gespeichert und dann im Abstand von mehreren Stunden übertragen werden, z.B. 2 bis 5 mal täglich. Hierdurch wir der Aufwand zur Datenübertragung erheblich reduziert – und damit auch die Zeit und Häufigkeit der Hochfrequenzbelastung bei Funkübertragung. Aber auch beim – aus baubiologischer Sicht unkritischsten Fall – der drahtgebundenen Datenübertragung per DSL über das Telefonnetz oder das Kabelfernsehnetz, ist nicht in jedem Fall die gesamte Übertragungsstrecke tatsächlich drahtgebunden. Denn auch für den Weg vom Zähler bis zum DSL-Anschluss gibt es wieder mehrere Möglichkeiten (vgl. Abb 3): - leitungsgebunden, direkt im DSLSystem oder mit einem anderen Datenübertragungssystem - per indoor PLC-System; hier werden die Leitungen der hausinternen Elektroinstallation nicht nur zur elektrischen Energieübertragung, sondern gleichzeitig zur Daten­ übertragung genutzt; dieses Übertragungsprinzip ist aus der Sprach­übertragung für Babyphone bekannt und in jüngerer Zeit auch z.B. als „dLAN“ zur Datenübertragung zwischen Personal Computern bzw. für den Internet-Zugang, wenn man aus Aufwandsgründen auf die zusätzliche Verlegung eigener Datenleitungen verzichten, aber ein WLAN wegen der nicht unbeträchtlichen 50 Hochfrequenzbelastung nicht betreiben möchte. Nachteilig ist, dass die PLC-Basisstationen i.d.R. ein permanentes Bereitschaftssignal aus­ senden, das zu einem gewissen Anteil von den Leitungen der Elektroinstallation abgestrahlt wird, wenn auch die Intensität bei weitem nicht so stark ist wie beim WLAN - drahtlos per WLAN (Wireless Local Area Network); hier kann es bekannterweise insbesondere im Nahbereich des Access Points zu beträchtlichen Feldstärken kommen, die nach baubiologischen Kriterien nicht zu akzeptieren sind; zudem sendet der Access Point permanent ein mit 10 Hertz periodisch gepulstes Bereitschaftssignal aus, wenn es keine Daten zu übertragen gibt. Die Herausforderung: Der Kunde sollte seine Königsposition nutzen Die Energieversorger haben eine Fülle von Möglichkeiten, die zusätzliche Hochfrequenzbelastung beim Einsatz „intelligenter“ Stromzähler niedrig bzw. bei Null zu halten, indem entsprechende intelligente Verfahren der Datenübertragung gewählt werden. Aus Gründen der Einfachheit und unter Kostenaspekten werden die VNB aber häufig gerne zur Funklösung greifen. Hier gilt es durch lokale Intervention bewusster Endkunden dem entgegen zu wirken: Entweder für den persönlichen Einzelfall mit einer eingeforderten drahtgebundenen Individuallösung im ansonsten funkenden Umfeld, einer Funklösung mit möglichst sporadischer Funk­ übertragung (wenige Male pro Tag) oder als generelle lokale Lösung für eine Kommune oder z.B. ein Wohngebiet, das von einem gemeinsamen Transformator des VNB versorgt wird. Es dürfte eine juristisch interessante Frage sein, in wie weit der Bundestagsbeschluss zur flächendeckenden Einführung der „Smart Meter“ auch den Anspruch (bzw. die „Verpflichtung“) auf Einsatz bestimmter Datenübertragungsverfahren (wie Funklösungen oder PLC) seitens der VNB mit begründet, oder ob die Frage der Datenübertragung völlig unabhängig vom Bundestagsbeschluss ist. Schließlich hat der Endverbraucher hier einen Trumpf in der Hand, den er auch ausspielen sollte: Er ist Kunde – und damit prinzipiell in der Königsrolle. Vielleicht bedarf es eines gewissen öffentlichen Drucks, um den örtlichen VNB hieran zu erinnern. Hierzu sind gemeinsame, öffentliche Anfragen, Diskussionen und Forderungen in Richtung VNB zur Reduzierung der Hochfrequenzbelastung hilfreich. Und schließlich sollten die VNB aufgefordert werden, ihre Konzepte für die zukünftige Erfassung des Gas- und Wasserverbrauchs offen zu legen. Denn ein integriertes System ist hier günstiger als mehrere unabhängige Systeme mit jeweils eigener Datenübertragung und ggf. Hochfrequenzbelastung. Dr.-Ing. Martin H. Virnich, Mönchengladbach, Baubiologe und Baubiologischer Messtechniker IBN, Berufsverband Deutscher Baubiologen VDB e.V., www.baubiologie-virnich.de Wohnung + Gesundheit 6/09 - Nr. 131 Elektrosmog - Wohngifte - Pilze Internet aus der Steckdose dLAN – direct LAN / indoor PLC – Powerline Communication Das altbekannte, aber heute kaum noch gebräuchliche Prinzip des Babyphons, nämlich die Stromleitungen der elektrischen Hausinstallation zur Informationsübertragung zu nutzen, erlebt seit einigen Jahren eine Renaissance für die Datenübertragung in Computernetzwerken, die als dLAN (direct LAN) oder indoor PLC (Powerline Communication) bezeichnet werden. In einer orientierenden Pilotstudie haben Mitglieder der Fachgruppe Physik im Berufsverband Deutscher Baubiologen VDB e.V. untersucht, in welcher Höhe unerwünschte Abstrahlungen des hochfrequenten dLAN-Datensignals von den Leitungen der Stromversorgung erfolgen. Wie funktioniert dLAN? Früher arbeiteten Babyphone nicht wie heute meist üblich per Funk, sondern sie nutzten die Leitungen der Elektroinstallation, um Sprachsignale von einem Raum (Kinderzimmer) in einen anderen (z.B. Wohnzimmer) zu übertragen. Heutzutage ist dieses Übertragungsprinzip für Babyphone unüblich geworden und es dominieren hier fast durchweg Funklösungen. Mit dem Aufkommen von Computernetzwerken und Internetanwendungen in kleineren Büros und in Wohnungen war anfänglich, wenn keine Netzwerkkabel verlegt sind, das funkbasiserte WLAN (Wireless Local Area Network) nahezu selbstverständlich. Infolgedessen werden bei baubiologischen Haus-/Schlafplatzuntersuchungen fast regelmäßig WLAN-Immissionen aus dem eigenen Gerät des Kunden oder aus Nachbarwohnungen festgestellt – und fast immer im Standby, d.h. das WLAN wird momentan gar nicht zur Datenübertragung genutzt. Ähnlich wie bei „normalen“ DECT-Schnurlostele- fonen sendet die WLAN-Basis – die hier „Access Point“ heißt – ständig ein Bereitschaftssignal, das mit einer Frequenz von ca. 10 Hertz periodisch gepulst ist. Aber vor einigen Jahren hat die Industrie das alte „Babyphon-Prinzip“ wiederentdeckt – diesmal nicht für die Übertragung von Sprache bzw. Babygeschrei, sondern für die schnelle Datenübertragung und den Internet-/Emailzugriff per dLAN. Es gibt am deutschen Markt mittlerweile ca. zehn verschiedene Hersteller solcher Systeme. Abb. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines dLAN. Die dort eingezeichnete 230V-Leitung repräsentiert alle Leitungen der elektrischen Hausinstallation. Das dLAN-Signal kann dementsprechend an jeder beliebigen Steckdose abgegriffen werden. Am dLAN-Modem können als Endgeräte Notebooks und PCs angeschlossen werden, aber auch netzwerkfähige Drucker, Scanner, Server usw. Mittlerweile gibt es Modems mit integriertem Switch, an denen gleich mehrere Endgeräte angeschlossen werden können. Abb. 1: Prinzipielle Konfiguration eines dLAN 70 Achtung: Es gibt auch dLAN-Modems, die zusätzlich ein WLANModul enthalten. Dies ist nicht unbedingt direkt erkenntlich, da die Antenne sich häufig innerhalb des Gehäuses befindet. Hier erfolgt die Verbindung vom dLAN-Modem zum Endgerät nicht per Kabel, sondern drahtlos per Funk. Damit ist aus Sicht der Immissionsminimierung gegenüber dem Betrieb eines „normalen“ WLAN nichts gewonnen. Vom Betrieb solcher Modems ist daher abzuraten oder es sollte – was bei modernen Modems meistens, aber nicht immer möglich ist – die WLAN-Funktion durch einen Schalter am Modem oder in der Softwarekonfiguration ausgeschaltet werden. Ein dLAN erreicht heutzutage genau so hohe oder sogar höhere Datenraten wie ein WLAN, bei meist höherer Zuverlässigkeit. Die Drahtverbindung über die Leitungen der elektrischen Energieversorgung erweist sich meist als stabiler und zuverlässiger als die Funkschnittstelle. Der Wermutstropfen: Unerwünschte Abstrahlungen Im Gegensatz zum funkbasierten WLAN erfolgt beim dLAN die Übertragung leitungsgebunden. Aus Immissionsgesichtspunkten elektromagnetischer Felder ist dies zunächst einmal positiv. Die Leitungen der elektrischen Hausinstallation wirken aber wie Antennen und strahlen – als unerwünschte Nebenwirkung – einen Teil der Signalleistung in den Wohnung + Gesundheit 6/12 - Nr. 143 Elektrosmog - Wohngifte - Pilze Abb. 2: a) Exemplarisches dLANSignal in der Spektrumsdarstellung b) Theoretischer Idealverlauf (Frequenzbereich 500 kHz - 30 MHz) Raum ab. Wie stark diese Abstrahlungen sind, wurde von den Autoren in einer orientierenden Pilotstudie untersucht. Diese erhebt nicht den Anspruch einer repräsentativen Darstellung, sondern soll ersten Aufschluss über die Signalcharakteristik (gepulst/ungepulst) und die Größenordnung der Immissionen geben. Umfangreichere Untersuchungen unter verschiedenen wohnungstypischen Randbedingungen und mit unterschiedlichen dLAN-Typen sind geplant. Signalcharakteristik dLAN arbeiten mit einem breitbandigen Übertragungsverfahren (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) im Bereich von ca. 1 MHz bis 30 MHz. Die von ihnen abgestrahlten HochfrequenzEmissionen liegen damit in diesem Frequenzbereich. Abb. 2 zeigt in der Spektrumsdarstellung das Signal des bei den Untersuchungen verwendeten dLAN-Modems (devolo dLAN 200 AVeasy), das den Frequenzbereich von ca. 1,5 MHz bis 28 MHz belegt (Kurve a). Die Messung in Abb. 2 erfolgte mittels Spektrumanalysator direkt an der 230V-Steckdose über einen speziellen Auskoppeladapter, der die Netzfrequenz von 50 Hz unterdrückt und nur das hochfrequente dLAN-Signal passieren lässt. Die vom Modem auf die Netzleitung aufgeprägte SignalspanWohnung + Gesundheit 6/12 - Nr. 143 Abb. 3: dLAN-Signal im Standby, Pulsfrequenz 25 Hz (Zeitskala 130 ms) Abb. 4: dLAN-Signal mit Datenübertragung (Zeitskala 130 ms) nung wurde zu ca. 3,5 V mit dem Peak-Detector (Spitzenwert) gemessen. Der mit dem RMS-Detector gemessene Effektivwert betrug ca. 1 V. Das Verhältnis von Peak- zu RMSWert entspricht 11 Dezibel und stellt einen für das verwendete OFDMÜbertragungsverfahren typischen Wert dar. An einem anderen, älteren Modemtyp des gleichen Herstellers wurden mit ca. 1 V Peak und 0,3 V RMS niedrigere Spannungen gemessen (MicroLink dLAN Highspeed 85). Dies macht deutlich, dass man nicht alle Typen über einen Kamm scheren kann, sondern dass unterschiedliche Modemtypen zu unterschiedlich hohen Immissionen führen können. Die „Buckel“ in Abb. 2, Kurve a, und der Abfall des Signals zu höheren Frequenzen hin zeigen deutlich den Einfluss der Netzimpedanz. Bei ideal konstanter Netzimpedanz über den gesamten Frequenzbereich ergäbe sich theoretisch ein Verlauf gemäß Abb. 2, Kurve b. Im Standby-Zustand (also wenn keine Daten übertragen werden) senden die Modems permanent ein „Bakensignal“ aus. Die Höhe der Spannung im Standby und während der Datenübertragung unterscheidet sich nur unwesentlich. Das Standby-Signal ist periodisch gepulst. Die Pulsfrequenz beträgt beim hier verwendeten Typ devolo dLAN 200 AVeasy 25 Hz (Abb. 3), beim MicroLink dLAN Highspeed 85 nur 0,66 Hz. Während des Datentransfers werden die Informationen in „Datenpake- ten“ übertragen (Abb. 4). Hier war keine dominante feste Pulsfrequenz festzustellen. Immissionen Im Frequenzbereich von 1 MHz bis 30 MHz liegen die Wellenlängen bei 300 m bis 10 m. Innerhalb von üblichen Wohnräumen befindet man sich daher immer im so genannten Nahfeld, in dem die elektrische und die magnetische Feldkomponente jeweils für sich gemessen werden muss. Dementsprechend kamen zur Messung der HF-Immissionen eine elektrische und eine magnetische Antenne zum Einsatz. Die Messungen wurden mit den gleichen dLAN-Modems (devolo dLAN 200 AVeasy) in drei verschiedenen Häusern durchgeführt. Die Häuser liegen an der gleichen Straße unmittelbar nebeneinander. Haus Nr. 1 ist in Massivbauweise ausgeführt und verfügt über eine Elektroinstallation mit geschirmten Leitungen. Die beiden übrigen Häuser sind mit konventionellen, nicht geschirmten Elektroinstallationen ausgestattet. Haus Nr. 2 ist ein Massivbau und Haus Nr. 3 ein Holzrahmenbau mit Dielenböden und Holzbalkendecken. Elektrisches und magnetisches Feld des dLAN wurden in verschiedenen Abständen von der Zimmerwand gemessen. Die Messpunkte wurden so ausgewählt, dass sich die Antennen in Höhe einer in der Wand verlaufenden 230V-Leitung befanden, an der die dLAN-Modems angeschlos- 71 Elektrosmog - Wohngifte - Pilze sen waren. Die dLAN-Modems wurden somit im gleichen Zimmer betrieben, in dem auch gemessen wurde. Die Messungen erfolgten mit laufendem Datentransfer. Somit wurde der worst case mit den jeweils höchstmöglichen Immissionen abgebildet. Orientierende Tests zeigten, dass sich durch Einschalten oder den zusätzlichen Anschluss von elektrischen Geräten die MagnetfeldImmissionen verändern können; sie können sowohl höher als auch niedriger werden. Dies lässt sich durch Veränderungen der Netzimpedanz erklären. Die Messergebnisse sind graphisch in Abb. 5 und Abb. 6 zusammengefasst. Sowohl beim elektrischen als auch beim magnetischen Feld zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Häusern. In Haus Nr. 1, dem Massivbau mit geschirmter Elektroinstallation, sind beide Feldarten am niedrigsten. Beim elektrischen Feld unterscheiden sich die Kurven in allen drei Häusern bei allen Abständen von der Wand. In Haus 1 und Haus 2 (Massivbauten) nimmt das elektrische Feld mit zunehmendem Wandabstand sehr schnell ab, während es in Haus 3 (Holzrahmenbau) nahezu unabhängig von der Entfernung fast gleich groß ist. Ab ca. 20 bis 30 cm Abstand nimmt das E-Feld in allen drei Fällen nicht weiter signifikant ab, sondern ist nahezu konstant. Der teilweise Anstieg in 150 cm Abstand ist darauf zurückzuführen, dass die Messantenne hier schon in den Einwirkungsbereich anderer Leitungen gerät. Beim Magnetfeld ist dagegen in allen drei Fällen die typische Abnahme mit zunehmendem Abstand zu verzeichnen. Ab ca. 30 cm Wandabstand unterscheiden sich die Immissionen in den beiden Häusern mit konventioneller Elektroinstallation nicht mehr. Dagegen liegen die Immissionen in dem Haus mit geschirmter Elektro- 72 Abb. 5: Immissionen des elektrischen dLAN-Feldes in den drei Häusern Abb. 6: Magnetfeld-Immissionen des dLAN in den drei Häusern installation bei jedem Abstand deutlich unter denen in den Häusern mit konventioneller Installation. Vergleich von dLAN- und WLANImmissionen In der folgenden Tab. 1 werden die Immissionen des hier verwendeten dLAN den Immissionen eines typischen WLAN Access Point (D-Link DIR-825) in verschiedenen Abständen gegenübergestellt. Beim dLAN ist für jeden Abstand der niedrigste und der höchste gemessene Wert angegeben. Beim WLAN liegen alle Immissionen, sowohl beim elektrischen als auch beim magnetischen Feld, deutlich über denen des dLAN. Von daher ist das dLAN dem WLAN vorzuziehen. Allerdings ist das Ausbreitungsverhalten der dLAN- und WLAN-Emissionen unterschiedlich. Während beim WLAN die Feldstärke mit zunehmendem Abstand vom Access Point immer kleiner und durch Wände oder Decken zusätzlich gedämpft wird, fungieren beim dLAN alle Leitungen der elektrischen Hausinstallation als Antennen. Aufgrund von Leitungsverlusten der „groben“, für die Energieübertragung ausgelegten und nicht für eine schnelle Datenübertragung konzipierten Stromleitungen ist auch hier eine Abnahme der Feldstärke mit zunehmendem Abstand vom dLANWohnung + Gesundheit 6/12 - Nr. 143 Elektrosmog - Wohngifte - Pilze Modem zu erwarten. Wie stark diese Abnahme ist und ob nicht doch bei größeren Entfernungen die dLANImmissionen die des WLAN übersteigen können, bedarf der weiteren messtechnischen Abklärung. Hierbei ist wiederum zu beachten, dass nicht nur in der Nähe des WLAN Access Point, sondern auch an den WLANEndgeräten hohe Feldstärken auftreten. Fazit und erste Schlussfolgerungen Die folgenden Schlüsse basieren auf den hier vorgestellten orientierenden Messergebnissen. Sie sind noch nicht durch umfangreichere Untersuchungen erhärtet und abgesichert, haben daher großenteils eher hypothetischen Charakter und dienen als Arbeitsgrundlage für weitere Untersuchungen. Gebäudespezifische Einflüsse sind offensichtlich gravierend für die Höhe der dLAN-Immissionen. Die selben dLAN-Komponenten führen beim Betrieb in verschiedenen Gebäuden zu deutlich unterschiedlichen elektrischen und magnetischen Feldstärken. Durch die Messungen wird bestätigt, dass Nahfeldbedingungen herrschen. Elektrisches und magnetisches Feld verhalten sich prinzipiell wie im Niederfrequenzbereich und zeigen ein unterschiedliches Ausbreitungsverhalten. Offensichtlich koppelt das elektrische Feld stark an Holzwerkstoffe an und wird so in Gebäuden mit Holzbauweise stark verbreitet. Das Magnetfeld erscheint dagegen unabhängig von den verwendeten Baustoffen. Typisch für das elektrische Feld scheint zu sein, dass es ab einem Abstand von ca. 20 bis 30 cm von den Wänden nicht mehr signifikant abnimmt, sondern einen eher diffusen Charakter aufweist und den ganzen Raum „nahezu gleichmäßig auszufüllen“ scheint. Beim Magnetfeld ist dies nicht der Fall. Veränderungen der Netzimpedanz durch Ein- oder Ausschalten von elektrischen Verbrauchern führen zu veränderten Magnetfeldern. Es scheint, als ob eine geschirmte Elektroinstallation einen feldreduzierenden Effekt haben könnte, wenn auch der Schirmfaktor für das elektrische Feld bei weitem nicht so hoch ist wie bei 50 Hz. Dafür scheint aber auch das Magnetfeld reduziert zu werden, was bei 50 Hz nicht der Fall ist. Möglicherweise ist dieser Effekt auf Wirbelströme in der Aluminium-Schirmfolie und die damit verbundene Gegeninduktion zurückzuführen, deren Wirkung mit steigender Frequenz zunimmt. Ob die hier gemessenen niedrigeren Felder tatsächlich auf der Abschirmung beruhen oder andere Ursachen haben, bedarf der weiteren Untersuchung mit höheren Fallzahlen. Im Nahbereich um das dLAN-Modem bzw. einen WLAN Access Point oder ein WLAN Endgerät sind die WLAN-Immissionen deutlich höher als die des dLAN. Hier ist un- bei dLAN Abstand von der Wand, bei WLAN Abstand vom Access Point E-Feld gemessen 3) H-Feld unter Fernfeldbedingungen aus dem gemessenen E-Feld berechnet 1) 2) Tab. 1: Vergleich von dLAN- und WLAN-Immissionen Wohnung + Gesundheit 6/12 - Nr. 143 ter Immissionsgesichtspunkten dem dLAN der Vorzug zu geben. Ob dies auch in größeren Entfernungen und in anderen Räumen zutrifft, bedarf noch der messtechnischen Untersuchung. Auf jeden Fall sollten unter dem Gesichtspunkt der Expositionsminimierung wo immer möglich kabelgebundene LAN-Netzwerke bevorzugt werden. Erscheint der Einsatz eines dLAN oder WLAN unverzichtbar, so sollten die Geräte nur eingeschaltet werden, wenn die Datenübertragung auch tatsächlich benötigt wird. Bei festen Nutzerzeiten kann dies z.B. auch über eine Zeitschaltuhr geschehen. Unnützer Standby-Betrieb sollte vermieden werden. Hinweis zur Datensicherheit Entgegen der oft zu hörenden Behauptung, das dLAN-Signal könne den Stromzähler nicht passieren und daher nicht in andere Wohnungen gelangen, zeigen Praxiserfahrungen, dass dem nicht unbedingt so ist. Die Hersteller von dLAN-Komponenten versehen üblicherweise alle ihre Geräte bei der Auslieferung mit dem gleichen Passwort. Nach der Installation eines solchen Systems sollte man aus Gründen der Datensicherheit und des Schutzes vor Fremdzugriff daher zu allererst das Passwort ändern. Verwendete Messgeräte: HF-Spektrumanalysator Rohde & Schwarz FSL 6 (9 kHz - 6 GHz), Magnetantenne Schwarzbeck FMZB 1537 (9 kHz - 30 MHz), E-Feld-Sonde Schwarzbeck EFS 9218 (9 kHz - 300 MHz), Breitband-Bikonus-Messantenne Schwarzbeck SBA 9113 B (80 MHz - 3 GHz), Auskoppeladapter Bajog ASK-06 (9 kHz - 30 MHz) Dr.-Ing. Martin H. Virnich, Mönchengladbach; Dr.-Ing. Dietrich Moldan, Iphofen; Baubiologen IBN, Berufsverband Deutscher Baubiologen VDB e.V. 73
