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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

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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 Energiever-sorger (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 Verbrau-cherseite über die Erdkabel bzw. Freileitungen des Energieversorgers. Damit gehören auch ge-bäudeinterne 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 Va-riante wird häufig einfach nur als „PLC“ bezeichnet. In der Zeit um die Jahrtausendwende hat-ten 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, Gegensprechan-lagen 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 mittler-weile 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 Commit-

tee for Electrotechnical Standardization“, deutsch „Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung“


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7. EMV-Tagung des VDB, 12.-13. April 2013 in München Smart Meter, Smart Grid, Smart Building/Home

Dr.-Ing. Martin H. Virnich

Elektrische Energieversorgung: „Smart x“

Smart Grid Smart BuildingSmart HomeSmart

Meter

InhomeDisplay

Wasser-/Gaszähler PC,Smart-phone

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 Ein-satz. 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 Funklösun-gen 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 Leitun-gen 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


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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 Baubiolo-gen VDB e.V. am 12.-13. April 2013 mit folgenden Beiträgen:

• Smart Meter, Smart Grid, Smart Building/Home: Innovationsziele, Technik und EMF-Belas-tungen

• 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] veröffent-licht. Beide Bände können direkt beim VDB [5] bezogen werden.


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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

48 Wohnung + Gesundheit 6/09 - Nr. 131

Elektrosmog - Wohngifte - Pilze

„Intelligente Stromzähler“, „Smart Meter“, „Sparzähler“, „Smart Mete-ring and Home Management“,

„Strom-Radar“, „E-Metering“, „Smart Grid“ ... die Liste neuer Be-zeichnungen im Zusammenhang mit der elektrischen Stromversorgung und einer neuen Generation von Stromzählern ließe sich noch belie-big fortsetzen. Doch dahinter steckt mehr, als nur eine neue Stromzähler-Technik (Abb. 1).

EU verordnet höhere Energieeffizienz

Wie beim Glühlampenverbot ist deklariertes Ziel der neuen Technik eine höhere Energieeffizienz bzw.

das „Stromsparen“ in Verbindung mit einer angestrebten Liberalisie-rung 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 Energieef-fizienzrichtlinie beschlossen, die ins-besondere 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 aktu-eller Verbrauchsmessung und -über-wachung 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 Hauptlast-zeiten, also vorwiegend spät abends und nachts – gezielt nutzen zu kön-nen. Durch den Abbau von Lastspit-zen und eine zeitlich gleichmäßigere Auslastung des Versorgungsnetzes soll die Energieeffizienz und na-türlich auch die Wirtschaftlichkeit der Stromversorgung gesteigert werden. „Belohnt“ wird der Kunde mit einem entsprechenden, preis-lich gestaffelten Zweitarifsystem.In Zukunft ist es sogar denkbar, dass die Einschaltung von Verbrauchern mit größerem Leistungsbedarf, de-ren Betrieb nicht zeitkritisch ist, wie beispielsweise Waschmaschine und

Spülmaschine, vom Energieversor-ger automatisch ferngesteuert in Zeiten niedriger Netzauslastung er-folgt. Auch soll die Abrechnung des Ver-brauchs nicht mehr jährlich, sondern so häufig erfolgen, dass die Kun-den die Möglichkeit erhalten, ihren Energieverbrauch selbst zu beein-flussen. Die Umsetzung in nationales Recht wird in den einzelnen EU-Staaten unterschiedlich gehandhabt. So ver-pflichtete beispielsweise Schweden die Unternehmen der Energieversor-gung zu monatlichen Stromabrech-nungen. In der Folge wurden „intel-ligente“ Stromzähler zügig und flä-chendeckend eingeführt. Auch in Italien ist die Umstellung auf die neuen Zähler schon weit fortgeschritten. Hier hat der Ver-sorger ENEL bereits 30 Millionen

„Smart Meter“ in seinem Netz instal-liert. Auch in den Niederlanden und Großbritannien, in Frankreich, Nor-wegen, Dänemark, den USA und Kanada kommt die „intelligente“ Messtechnik im Energiebereich im-mer stärker zum Einsatz.

Bundestagsbeschluss folgt der EU

In Deutschland soll gemäß Bundes-tagsbeschluss vom 6. Juni 2008 die Einführung der „intelligenten“ Zäh-ler wie folgt verlaufen: Die Bundesregierung hat das Ziel, bis zum Jahr 2015 die „intelligenten“

„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, er-scheint den anderen unter baubiologischen Kriterien eher suspekt, da hierdurch die Belastung durch hochfre-quente 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?

Abb. 1 Beispiel eines „intelligenten“ Stromzählers mit GSM-Mobilfunkmo-dem (Hersteller und Foto: Iscraemeco)

49Wohnung + Gesundheit 6/09 - Nr. 131

Zähler flächendeckend einzuführen. Gesetzliche Grundlage hierfür ist die Änderung des § 21b des Ener-giewirtschaftsgesetzes (EnWG) im Rahmen des Integrierten Energie- und Klimaprogramms. Ab dem 1. Januar 2010 müssen bei allen Neubauten Stromzähler instal-liert werden, die den tatsächlichen Energieverbrauch und die tatsächli-che Nutzungszeit widerspiegeln. Auf Wunsch des Kunden ist der VNB verpflichtet, eine monatliche, vierteljährliche oder halbjährliche Abrechnung zu vereinbaren. Die Versorgungsnetzbetreiber müs-sen außerdem spätestens bis zum 30. Dezember 2010 für Endkunden ei-nen Tarif anbieten, der einen Anreiz zur Energieeinsparung gibt.Dazu heißt es in den offiziellen Pres-severlautbarungen: „Die Politik setzt auf den Ansatz einer wettbewerbs-getriebenen Einführung von innova-tiven Technologien im Messwesen von Strom und Gas.“

Der Kunde als „Energiemanager“

Die Versorgungsnetzbetreiber sehen in der Werbung für die neuen Zäh-ler ihre Kunden in Zukunft als un-verdrossene „Energiemanager“, die ständig Ihren Energiebedarf kontrol-lieren und den Verbrauch minimie-ren. Dazu stellen sie eine Fülle von Hilfsprogrammen und PC-Auswer-tungen zur Verfügung („Strom-Ra-dar“, „EnBW-Cockpit“).Denn über seinen PC und einen DSL-Anschluss hat der Endkunde jederzeit aktuellen Zugriff auf sei-ne Verbrauchsdaten, die beim VNB zentral gespeichert werden.

Hohe Transparenz – viele Daten – viele Daten zu übertragen

Um die gewünschte hohe Transpa-renz über den Stromverbrauch zu erhalten, müssen die Daten in ent-sprechend kurzen Intervallen er-fasst werden. Dies bedeutet eine viel

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. Hier-für gibt es unterschiedliche Konzep-te, bei vielen ist es – der Einfachheit halber – die Funkverbindung.

Datenübertragungskonzepte für „intelligente“ Zähler

Bei den verschiedenen Versorgungs-netzbetreibern kommen unterschied-liche Verfahren der Datenübertra-gung zum Einsatz, und zwar sowohl drahtgebunden als auch drahtlos. Dies sind im Wesentlichen (vgl. Abb. 2):A) Kabelgebunden per DSLB) Gemeinsam mit der elektrischen Energie über die Versorgungslei-tungen des VNB als so genanntes outdoor PLC-System (PowerLine Communication)C) Per Funk, wiederum mit mehre-ren Möglichkeiten, wie GSM-Mo-bilfunk (GPRS), externes WLAN, TETRA-Betriebsfunk oder anderen Datenfunksystemen; das Funkmo-dul 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 zu-nächst zu einem Datenkonzentrator, der bei der lokalen Trafostation an-gesiedelt 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 Übertra-gungssysteme, sie bestimmen also nicht, ob gefunkt wird oder nicht. Vielmehr wird dies durch die Infra-struktur des Datenübertragungssys-tems 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 durch-aus über eine gewisse Zeit im Zähler

Abb. 2: Prinzipielle Möglichkeiten der outdoor-Datenkommunikation zwischen intelligenten Stromzählern und VNB-Datenzentrale



gespeichert und dann im Abstand von mehreren Stunden übertragen werden, z.B. 2 bis 5 mal täglich. Hierdurch wir der Aufwand zur Da-tenübertragung erheblich reduziert

– und damit auch die Zeit und Häu-figkeit der Hochfrequenzbelastung bei Funkübertragung.Aber auch beim – aus baubiologi-scher Sicht unkritischsten Fall – der drahtgebundenen Datenübertragung per DSL über das Telefonnetz oder das Kabelfernsehnetz, ist nicht in je-dem Fall die gesamte Übertragungs-strecke tatsächlich drahtgebunden. Denn auch für den Weg vom Zäh-ler bis zum DSL-Anschluss gibt es wieder mehrere Möglichkeiten (vgl. Abb 3):- leitungsgebunden, direkt im DSL-System oder mit einem anderen Da-tenübertragungssystem

- per indoor PLC-System; hier wer-den die Leitungen der hausinternen Elektroinstallation nicht nur zur elektrischen Energieübertragung, sondern gleichzeitig zur Daten-übertragung genutzt; dieses Übertra-gungsprinzip ist aus der Sprachüber-tragung für Babyphone bekannt und in jüngerer Zeit auch z.B. als

„dLAN“ zur Datenübertragung zwi-schen Personal Computern bzw. für den Internet-Zugang, wenn man aus Aufwandsgründen auf die zusätz-liche Verlegung eigener Datenlei-tungen verzichten, aber ein WLAN wegen der nicht unbeträchtlichen

Hochfrequenzbelastung nicht be-treiben möchte. Nachteilig ist, dass die PLC-Basisstationen i.d.R. ein permanentes Bereitschaftssignal aus-senden, das zu einem gewissen An-teil von den Leitungen der Elektro-installation abgestrahlt wird, wenn auch die Intensität bei weitem nicht so stark ist wie beim WLAN

- drahtlos per WLAN (Wireless Lo-cal 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 gepuls-tes 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 zusätz-liche Hochfrequenzbelastung beim Einsatz „intelligenter“ Stromzäh-ler niedrig bzw. bei Null zu halten, indem entsprechende intelligente Verfahren der Datenübertragung ge-wählt werden. Aus Gründen der Ein-fachheit und unter Kostenaspekten werden die VNB aber häufig gerne zur Funklösung greifen. Hier gilt es durch lokale Interventi-on bewusster Endkunden dem ent-gegen zu wirken: Entweder für den

persönlichen Einzelfall mit einer eingeforderten drahtgebundenen Individuallösung im ansonsten fun-kenden Umfeld, einer Funklösung mit möglichst sporadischer Funk-übertragung (wenige Male pro Tag) oder als generelle lokale Lösung für eine Kommune oder z.B. ein Wohn-gebiet, das von einem gemeinsamen Transformator des VNB versorgt wird. Es dürfte eine juristisch interessante Frage sein, in wie weit der Bundes-tagsbeschluss zur flächendecken-den Einführung der „Smart Meter“ auch den Anspruch (bzw. die „Ver-pflichtung“) auf Einsatz bestimmter Datenübertragungsverfahren (wie Funklösungen oder PLC) seitens der VNB mit begründet, oder ob die Frage der Datenübertragung völ-lig unabhängig vom Bundestagsbe-schluss ist.Schließlich hat der Endverbraucher hier einen Trumpf in der Hand, den er auch ausspielen sollte: Er ist Kun-de – 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 Hochfrequenz-belastung 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 unab-hängige Systeme mit jeweils eigener Datenübertragung und ggf. Hochfre-quenzbelastung.

Dr.-Ing. Martin H. Virnich, Mönchengladbach,

Baubiologe und Baubiologischer Messtechniker IBN,

Berufsverband Deutscher Baubiologen VDB e.V.,

www.baubiologie-virnich.de

Abb. 3: Prinzipielle Möglichkeiten der indoor-Datenkommunikation zwischen in-telligenten Stromzählern und DSL-Anschluss; D = DSL-Anschluss zum Festnetz, ggf. über DSL-Router; Z = „intelligenter“ Stromzähler



Wie funktioniert dLAN?

Früher arbeiteten Babyphone nicht wie heute meist üblich per Funk, sondern sie nutzten die Leitungen der Elektroinstallation, um Sprachsig-nale von einem Raum (Kinderzim-mer) in einen anderen (z.B. Wohn-zimmer) zu übertragen. Heutzutage ist dieses Übertragungsprinzip für Babyphone unüblich geworden und es dominieren hier fast durchweg Funklösungen. Mit dem Aufkommen von Compu-ternetzwerken und Internetanwen-dungen in kleineren Büros und in Wohnungen war anfänglich, wenn keine Netzwerkkabel verlegt sind, das funkbasiserte WLAN (Wireless Local Area Network) nahezu selbst-verständlich. Infolgedessen werden bei baubiologischen Haus-/Schlaf-platzuntersuchungen fast regelmäßig WLAN-Immissionen aus dem eige-nen Gerät des Kunden oder aus Nach-barwohnungen festgestellt – und fast immer im Standby, d.h. das WLAN wird momentan gar nicht zur Daten-übertragung genutzt. Ähnlich wie bei „normalen“ DECT-Schnurlostele-

Achtung: Es gibt auch dLAN-Mo-dems, die zusätzlich ein WLAN-Modul enthalten. Dies ist nicht un-bedingt direkt erkenntlich, da die Antenne sich häufig innerhalb des Gehäuses befindet. Hier erfolgt die Verbindung vom dLAN-Modem zum Endgerät nicht per Kabel, son-dern drahtlos per Funk. Damit ist aus Sicht der Immissionsminimierung gegenüber dem Betrieb eines „nor-malen“ 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 Schal-ter am Modem oder in der Software-konfiguration ausgeschaltet werden. Ein dLAN erreicht heutzutage ge-nau so hohe oder sogar höhere Da-tenraten wie ein WLAN, bei meist höherer Zuverlässigkeit. Die Draht-verbindung über die Leitungen der elektrischen Energieversorgung er-weist sich meist als stabiler und zu-verlässiger als die Funkschnittstelle.

Der Wermutstropfen: Unerwünschte Abstrahlungen

Im Gegensatz zum funkbasierten WLAN erfolgt beim dLAN die Übertragung leitungsgebunden. Aus Immissionsgesichtspunkten elektro-magnetischer Felder ist dies zunächst einmal positiv. Die Leitungen der elektrischen Hausinstallation wirken aber wie Antennen und strahlen – als unerwünschte Nebenwirkung – ei-nen Teil der Signalleistung in den

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 In-dustrie das alte „Babyphon-Prin-zip“ 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 mittlerwei-le ca. zehn verschiedene Hersteller solcher Systeme. Abb. 1 zeigt den prinzipiellen Auf-bau eines dLAN. Die dort einge-zeichnete 230V-Leitung repräsen-tiert 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.

Internet aus der SteckdosedLAN – 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 Re-naissance für die Datenübertragung in Computernetzwerken, die als dLAN (direct LAN) oder indoor PLC (Pow-erline Communication) bezeichnet werden. In einer orientierenden Pilotstudie haben Mitglieder der Fach-gruppe Physik im Berufsverband Deutscher Baubiologen VDB e.V. untersucht, in welcher Höhe unerwünschte Abstrahlungen des hochfrequenten dLAN-Datensignals von den Leitungen der Stromversorgung erfolgen.

Abb. 1: Prinzipielle Konfiguration eines dLAN


Raum ab. Wie stark diese Abstrah-lungen sind, wurde von den Autoren in einer orientierenden Pilotstudie untersucht. Diese erhebt nicht den Anspruch einer repräsentativen Dar-stellung, sondern soll ersten Auf-schluss über die Signalcharakteristik (gepulst/ungepulst) und die Größen-ordnung der Immissionen geben. Umfangreichere Untersuchungen unter verschiedenen wohnungsty-pischen Randbedingungen und mit unterschiedlichen dLAN-Typen sind geplant.

Signalcharakteristik

dLAN arbeiten mit einem breit-bandigen Übertragungsverfahren (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) im Bereich von ca. 1 MHz bis 30 MHz. Die von ihnen abgestrahlten Hochfrequenz-Emissionen liegen damit in diesem Frequenzbereich. Abb. 2 zeigt in der Spektrumsdarstellung das Signal des bei den Untersuchungen verwende-ten dLAN-Modems (devolo dLAN 200 AVeasy), das den Frequenzbe-reich von ca. 1,5 MHz bis 28 MHz belegt (Kurve a). Die Messung in Abb. 2 erfolgte mittels Spektruma-nalysator direkt an der 230V-Steck-dose über einen speziellen Auskop-peladapter, der die Netzfrequenz von 50 Hz unterdrückt und nur das hochfrequente dLAN-Signal passie-ren lässt. Die vom Modem auf die Netzleitung aufgeprägte Signalspan-

nung wurde zu ca. 3,5 V mit dem Peak-Detector (Spitzenwert) gemes-sen. Der mit dem RMS-Detector ge-messene Effektivwert betrug ca. 1 V. Das Verhältnis von Peak- zu RMS-Wert entspricht 11 Dezibel und stellt einen für das verwendete OFDM-Übertragungsverfahren typischen Wert dar.An einem anderen, älteren Modem-typ 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 ho-hen Immissionen führen können.Die „Buckel“ in Abb. 2, Kurve a, und der Abfall des Signals zu hö-heren Frequenzen hin zeigen deut-lich 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 kei-ne Daten übertragen werden) senden die Modems permanent ein „Baken-signal“ aus. Die Höhe der Spannung im Standby und während der Daten-übertragung unterscheidet sich nur unwesentlich. Das Standby-Signal ist periodisch gepulst. Die Pulsfre-quenz beträgt beim hier verwende-ten 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 glei-chen dLAN-Modems (devolo dLAN 200 AVeasy) in drei verschiedenen Häusern durchgeführt. Die Häuser liegen an der gleichen Straße unmit-telbar nebeneinander. Haus Nr. 1 ist in Massivbauweise ausgeführt und verfügt über eine Elektroinstallation mit geschirmten Leitungen. Die bei-den übrigen Häuser sind mit konven-tionellen, nicht geschirmten Elektro-installationen 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 ge-messen. Die Messpunkte wurden so ausgewählt, dass sich die Antennen in Höhe einer in der Wand verlau-fenden 230V-Leitung befanden, an der die dLAN-Modems angeschlos-


Abb. 2: a) Exemplarisches dLAN-Signal in der Spektrumsdarstellung b) Theoretischer Idealverlauf (Frequenzbereich 500 kHz - 30 MHz)

Abb. 3: dLAN-Signal im Standby, Pulsfrequenz 25 Hz (Zeitskala 130 ms)

Abb. 4: dLAN-Signal mit Datenüber-tragung (Zeitskala 130 ms)


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 abge-bildet. Orientierende Tests zeigten, dass sich durch Einschalten oder den zusätzlichen Anschluss von elek-trischen Geräten die Magnetfeld-Immissionen verändern können; sie können sowohl höher als auch nied-riger werden. Dies lässt sich durch Veränderungen der Netzimpedanz erklären.Die Messergebnisse sind graphisch in Abb. 5 und Abb. 6 zusammenge-fasst.Sowohl beim elektrischen als auch beim magnetischen Feld zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Häusern. In Haus Nr. 1, dem Massivbau mit geschirm-ter Elektroinstallation, sind beide Feldarten am niedrigsten.Beim elektrischen Feld unterschei-den sich die Kurven in allen drei Häusern bei allen Abständen von der Wand. In Haus 1 und Haus 2 (Massiv-bauten) nimmt das elektrische Feld mit zunehmendem Wandabstand sehr schnell ab, während es in Haus 3 (Holzrahmenbau) nahezu unabhän-gig von der Entfernung fast gleich groß ist. Ab ca. 20 bis 30 cm Ab-stand 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 Ein-wirkungsbereich anderer Leitungen gerät.Beim Magnetfeld ist dagegen in allen drei Fällen die typische Abnahme mit zunehmendem Abstand zu verzeich-nen. Ab ca. 30 cm Wandabstand un-terscheiden sich die Immissionen in den beiden Häusern mit konventio-neller Elektroinstallation nicht mehr. Dagegen liegen die Immissionen in dem Haus mit geschirmter Elektro-

installation bei jedem Abstand deut-lich unter denen in den Häusern mit konventioneller Installation.

Vergleich von dLAN- und WLAN-Immissionen

In der folgenden Tab. 1 werden die Immissionen des hier verwendeten dLAN den Immissionen eines typi-schen WLAN Access Point (D-Link DIR-825) in verschiedenen Abstän-den gegenübergestellt. Beim dLAN ist für jeden Abstand der niedrigste und der höchste gemessene Wert an-gegeben. Beim WLAN liegen alle Immis-sionen, sowohl beim elektrischen als auch beim magnetischen Feld,

deutlich über denen des dLAN. Von daher ist das dLAN dem WLAN vorzuziehen. Allerdings ist das Aus-breitungsverhalten der dLAN- und WLAN-Emissionen unterschiedlich. Während beim WLAN die Feldstärke mit zunehmendem Abstand vom Ac-cess Point immer kleiner und durch Wände oder Decken zusätzlich ge-dämpft wird, fungieren beim dLAN alle Leitungen der elektrischen Hausinstallation als Antennen. Auf-grund von Leitungsverlusten der „groben“, für die Energieübertra-gung ausgelegten und nicht für eine schnelle Datenübertragung konzi-pierten Stromleitungen ist auch hier eine Abnahme der Feldstärke mit zunehmendem Abstand vom dLAN-

Abb. 5: Immissionen des elektrischen dLAN-Feldes in den drei Häusern

Abb. 6: Magnetfeld-Immissionen des dLAN in den drei Häusern



Modem zu erwarten. Wie stark diese Abnahme ist und ob nicht doch bei größeren Entfernungen die dLAN-Immissionen die des WLAN über-steigen 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 WLAN-Endgeräten hohe Feldstärken auftre-ten.

Fazit und erste Schlussfolgerungen

Die folgenden Schlüsse basieren auf den hier vorgestellten orientierenden Messergebnissen. Sie sind noch nicht durch umfangreichere Unter-suchungen erhärtet und abgesichert, haben daher großenteils eher hypo-thetischen Charakter und dienen als Arbeitsgrundlage für weitere Unter-suchungen.Gebäudespezifische Einflüsse sind offensichtlich gravierend für die Höhe der dLAN-Immissionen. Die selben dLAN-Komponenten führen beim Betrieb in verschiedenen Ge-bäuden zu deutlich unterschiedlichen elektrischen und magnetischen Feld-stärken.Durch die Messungen wird bestätigt, dass Nahfeldbedingungen herrschen. Elektrisches und magnetisches Feld verhalten sich prinzipiell wie im Niederfrequenzbereich und zeigen ein unterschiedliches Ausbreitungs-verhalten. Offensichtlich koppelt das elektrische Feld stark an Holzwerk-stoffe 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 Ab-stand von ca. 20 bis 30 cm von den Wänden nicht mehr signifikant ab-nimmt, sondern einen eher diffusen Charakter aufweist und den ganzen Raum „nahezu gleichmäßig auszu-füllen“ 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 geschirm-te Elektroinstallation einen feldre-duzierenden 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 Alu-minium-Schirmfolie und die damit verbundene Gegeninduktion zurück-zuführen, deren Wirkung mit stei-gender Frequenz zunimmt. Ob die hier gemessenen niedrigeren Felder tatsächlich auf der Abschirmung be-ruhen oder andere Ursachen haben, bedarf der weiteren Untersuchung mit höheren Fallzahlen.Im Nahbereich um das dLAN-Mo-dem bzw. einen WLAN Access Point oder ein WLAN Endgerät sind die WLAN-Immissionen deutlich höher als die des dLAN. Hier ist un-

ter Immissionsgesichtspunkten dem dLAN der Vorzug zu geben. Ob dies auch in größeren Entfernungen und in anderen Räumen zutrifft, bedarf noch der messtechnischen Untersu-chung. Auf jeden Fall sollten unter dem Ge-sichtspunkt der Expositionsminimie-rung wo immer möglich kabelge-bundene LAN-Netzwerke bevorzugt werden. Erscheint der Einsatz eines dLAN oder WLAN unverzichtbar, so sollten die Geräte nur eingeschal-tet werden, wenn die Datenübertra-gung auch tatsächlich benötigt wird. Bei festen Nutzerzeiten kann dies z.B. auch über eine Zeitschaltuhr ge-schehen. Unnützer Standby-Betrieb sollte vermieden werden.

Hinweis zur Datensicherheit

Entgegen der oft zu hörenden Be-hauptung, 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-Komponen-ten versehen üblicherweise alle ihre Geräte bei der Auslieferung mit dem gleichen Passwort. Nach der Instal-lation eines solchen Systems sollte man aus Gründen der Datensicher-heit und des Schutzes vor Fremdzu-griff 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-Biko-nus-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.


1) bei dLAN Abstand von der Wand, bei WLAN Abstand vom Access Point2) E-Feld gemessen3) H-Feld unter Fernfeldbedingungen aus dem gemessenen E-Feld berechnet

Tab. 1: Vergleich von dLAN- und WLAN-Immissionen

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