2. Immissionsminimierung

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1 2. Immissionsminimierung Warum ist Immissionsminimierung sinnvoll? Die ICNIRP/ BImSchV -Grenzwerte beziehen sich unverändert nur auf thermische Wirkungen Wissenschaftlicher Kenntnisstand für nicht-thermische Wirkungen ist (nach offizieller Einschätzung) unzureichend, aber z.b. REFLEX-Studie (DNA-Strangbrüche, Adlkofer 2004) Salford-Studie (Blut-Hirn-Schranke, Schweden 2003) Vorsorgegedanke ist in Deutschland zwar nicht gesetzlich verankert, aber Vorsorge wird u.a. auch vom Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) empfohlen Allerdings: in Deutschland besteht seitens des Gesetzgebers eine Tendenz zur Vereinfachung des Mobilfunkaufbaus (Baurecht, usw.) In anderen europäischen Ländern bereits schärfere Grenzwerte Immissionsminimierung im Rahmen der technischen Möglichkeiten BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 1

2 3. Andere Ansätze zur Immissionsminimierung: Mobilfunkbetreiber Immissionsminimierung seitens der Betreiber? Betreiberargumentation: Unsere Netzplanung ist ohnehin darauf bedacht, die Gesamtsendeleistung möglichst gering zu halten, da ansonsten Überreichweiten Störungen verursachen können. Argument ist zwar nicht falsch, aber die Immissionsreduktion zur Funknetzoptimierung wirkt vornehmlich am (gering belasteten) Zellrand, bringt aber kaum etwas im (hochbelasteten) Nahbereich Was zeichnet einen optimalen Standort aus? Betreiber kostengünstig funktechnische Eignung Einbindung in großräumiges Netz Bevölkerung funktechnische Eignung Strahlungsminimierung Handynutzer Allgemeinbevölkerung BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 2

3 3. Andere Ansätze zur Immissionsminimierung: Kommunale Beispiele Immissionsminimierung durch Pauschalkonzepte? z.b. Düsseldorf: 100 m Entfernung von sensiblen Standorten Ergebnis oft problematisch, da gerade im Abstand von 100 bis 200 m häufig die höchsten Belastungen auftreten. Alternative (z.b. Duisburg): Antennenstandorte auf sensible Einrichtungen: Probleme: Nahfeld (nach unten) Nebenkeulen (eigenes Gelände) Reflexion des Hauptstrahls an benachbarten Gebäuden Solche Konzepte können im Einzelfall durchaus Nutzen bringen, aber leider ist dies keineswegs allgemein gewährleistet. BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 3

4 3. Andere Ansätze zur Immissionsminimierung: Grenzwertverschärfung rfung Immissionsminimierung durch Grenzwertverschärfung? Grundsätzlich vorhandene Möglichkeit, Schweizer Grenzwerte für Orte mit empfindlicher Nutzung (OMEN) werden bereits heute an fast allen Basisstationen eingehalten bringen zusammen mit der (stark überschätzenden) Berechnungsmethodik der RegTP Verbesserungen bei besonders ungünstigen Standorten bringen kaum Verbesserungen in Standard-Situationen Salzburger Vorsorgewert von 1998 (1 mw/m²) brächte erhebliche Verbesserung politische Realisierungschancen in Deutschland äußerst gering BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 4

5 4. Immissionsminimierung durch Standortauswahl Immissionsminimierung durch optimale Standortauswahl! Integriertes kommunales Mobilfunkkonzept Attendorn (nova-institut) Gräfelfing (Fa. Enorm) Vorgehensweise: Analyse der örtlichen topographischen Verhältnisse Berücksichtigung der überörtlichen Netzstruktur und Versorgungsziele der Betreiber Entwicklung von Standortkonzepten mit minimaler Strahlungsbelastung der Bevölkerung Attendorn Überprüfung der Realisierbarkeit des nova-mobilfunkversorgungskonzeptes durch eine Studie der Uni Stuttgart: Dynamische Systemsimulation eines UMTS-Netzes mit hochgelegenen Basisstationsstandorten im Außenbereich unter Verwendung von Sektorantennen mit geringem horizontalem Öffnungswinkel [3] (Im Folgenden häufig Beispiele aus dieser Studie, Zusammenfassung und Grafiken aus dieser Studie als pdf zu finden unter Mobilfunk) BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 5

6 5. Attendorn und Studie Uni Stuttgart: Standard-Netzstruktur der Betreiber Wo und wodurch entsteht die höchste Stahlungsbelastung beim klassischen Netzaufbau? Homogenes, flächendeckendes Netz von Basisstationen Völlig inhomogene Immissionsverteilung geringe Immissionen am Zellrand hohe Immissionen im Umkreis von typisch bis 200 m um eine Basisstation BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 6

7 5. Empfangsleistung durch einen typischen innerstädtischen Standort BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 7

8 5. Zusammenfassung Standard-Mobilfunknetz Wie sieht die Planung für ein Standard-Mobilfunknetz aus? Standortplanung der Betreiber: Nutzernah innerorts Vorteile laut Betreiber Innerstädtische Basisstationen befinden sich nah beim Nutzer und benötigen daher nur geringe Sendeleistungen Innerstädtische Stationen bieten sehr gute Funkverbindung Strahlungsbelastung der Handynutzer ist gering Das Netz ist bei zunehmender Auslastung beliebig weiter ausbaubar Probleme Die Reichweite einer Basisstation beträgt bis zu mehreren Kilometern, die Hauptbelastungszone liegt meist im Umkreis von 200 Metern und dort befindet sich fast immer Wohnbebauung Gilt nur bei (fast) direkter Sichtverbindung zu einer Basisstation des eigenen Netzes. Dies ist bei absehbar 6 bis 8 separaten Mobilfunknetzen eher die Ausnahme. Ohne (näherungsweise) Sichtverbindung benötigen die Handys hingegen sehr hohe Sendeleistung Geeignete Standorte (bzgl. Immissionsminimierung) sind immer schwieriger zu finden. Es ist kaum zu vermeiden, dass sich in unmittelbarer Nähe der Basisstationen Wohnbebauung befindet, in der relativ hohe Belastungen auftreten BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 8

9 Problemstellung: Mobilfunknetz mit minimaler Immission (Fast) alle wollen mobil telefonieren, aber niemand will Strahlungsbelastung durch Mobilfunksendeanlagen Ist dies ein Widerspruch? NEIN Mobilfunkkritiker: weniger als 0,1 μw/m² reichen völlig für ein Mobiltelefongespräch Betreiberaussage: bei Einhaltung eines Immissionsgrenzwertes 1 μw/m²: Netzaufbau unmöglich Immissionsgrenzwertes 1 mw/m²: Netzaufbau unter größten Schwierigkeiten Wer hat denn nun Recht? Beide! Das Problem der Strahlungsbelastung durch Mobilfunk entsteht nicht durch die für ein Mobilfunkgespräch tatsächlich nötige Leistungsflussdichte (weniger als 0,1 μw/m² reichen unbestritten aus), sondern durch die beim konventionellen Netzaufbau kaum zu vermeidenden starken Inhomogenitäten der Immissionsverteilung. Oder etwas verständlicher formuliert: Damit am Zellrand die Leistungsflussdichte noch ausreicht, ist es nicht zu vermeiden, dass im näheren Umkreis der Basisstationen erheblich höhere Leistungsflussdichten auftreten als es zum Telefonieren erforderlich ist (und dort auf die Umwelt einwirken). Zielvorstellung: Überall (nur) die zum Telefonieren erforderliche Leistungsflussdichte! BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 9

10 Gleichmäß äßige Immissionsverteilung Ziel: Möglichst gleichmäßige Immissionsverteilung FALSCH Wenn alle mobil telefonieren wollen ist eben eine entsprechende Anzahl von Basisstationen erforderlich und demzufolge eine Strahlungsbelastung der Bevölkerung unvermeidlich Durch Standortwahl kann die Immission zwar räumlich verschoben aber nicht insgesamt verringert werden Die Gesamtsendeleistung der Mobilfunkanlagen bestimmt die Gesamtexposition der Bevölkerung durch Mobilfunkstrahlung RICHTIG Eine Vergleichmäßigung der Immission ermöglicht sofort auch eine drastische Reduktion der Immission Bei einer gleichmäßig flächendeckenden Immission kann die Leistungsflussdichte auf der ganzen Fläche auf den Wert beschränkt werden, der zum Telefonieren wirklich erforderlich ist und der normalerweise am Zellrand vorliegt. Wichtig: Vergleichmäßigung der Immission bedeutet nicht etwa: Wenn es schon unvermeidbar ist, dann sollen auch alle gleichmäßig damit belastet werden und nicht die einen besonders hoch und die anderen besonders wenig. Stattdessen ermöglicht die Vergleichmäßigung eine drastische Reduktion der Gesamtimmission BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 10

11 Gleichmäß äßige Immissionsverteilung: Einzelargumente Gesamtsendeleistung Gesamtimmission : Häufig wird die Ansicht vertreten, mit einer niedrigen Gesamtsendeleistung werde auch eine insgesamt niedrige Immission bewirkt. Grundsätzlich ist dieser Gedanke zunächst mal richtig: Alles was ein Sender an Sendeleistung abstrahlt, wird irgendwo in der Umwelt auch wieder absorbiert. Und wenn man solche Fragestellungen wie die Aufheizung der Luft oder des Erdbodens durch die Mobilfunkstrahlung untersuchen möchte, dann ist diese Überlegung sicher der richtige Ansatzpunkt. Wenn man aber die Strahlungsexposition von Menschen untersuchen möchte, dann kommt als ganz wesentliches Kriterium hinzu, wo sich diese Menschen über längere Zeit aufhalten. Und unter Berücksichtigung dieser Tatsache erweist sich die Betrachtung der Gesamtsendeleistung als gänzlich ungeeignet zur Einschätzung der auf den Menschen einwirkenden Gesamtimmission. BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 11

12 Gleichmäß äßige Immissionsverteilung: Einzelargumente Problem: Inhomogenität der Immissionsverteilung Nicht die zum Telefonieren erforderliche Leistungsflussdichte stellt das Problem dar. Beispiel aus Messungen des nova-instituts: Am Zellrand (in z.b. 2 km Entfernung vom Standort) sollen innerhalb eines Hauses 0,1 μw/m² erreicht werden Auf dem Balkon eines Hauses in der Nähe der Basisstation treten 30 mw/m² (also μw/m²) auf. Ein Teil der großen Spanne dieses Beispiels (Faktor ) ist unvermeidlich: Sofern der Wunsch nach Innenraumversorgung akzeptiert wird, ist es unvermeidlich, dass außerhalb der Häuser erheblich höhere Leistungsflussdichten (Faktor 100 bis 1000 auftreten). Der verbleibende Teil dieser Spanne beruht auf den (bei klassischer Netzstruktur weitgehend unvermeidlichen) Inhomogenitäten der Immissionsverteilung: Im näheren Umkreis der Basisstation ist die Immission hoch, am Zellrand sehr gering. Dies ist der Ansatzpunkt einer integrierten Mobilfunkplanung: Standorte so hoch oder so weit entfernt von der Wohnbebauung wählen, dass sich in den Gebieten hoher Exposition im näheren Umkreis der Basisstation keine Daueraufenthaltsplätze von Menschen befinden. BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 12

13 Realisierung eines strahlungsminimierten Mobilfunknetzes Vorgehensweise: Suche nach günstig gelegenen Standorten, die den Hauptnachteil normaler Standorte die hohe Immission im Umkreis bis 200 m vermeiden vornehmlich exponierte, hochgelegene Standorte unter Ausnutzung der jeweiligen topographischen Verhältnisse Standorte außerhalb der bewohnten Gebiete an exponierten Standorten, d.h. deutlich höher als die typische Dachhöhe der Bebauung in topographisch günstiger Lage (z.b. Talkessel) Nutzung umliegender Hügel (s. Abb.) Nutzung besonders geeigneter innerstädtischer Gebäude, sofern diese zu einer ähnlich geringen Strahlungsbelastung wie die Außenstandorte führen. Versorgung von außen und von oben herab BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 13

14 Versorgung von exponierten Standorten im Außenbereich BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 14

15 Gleichmäß äßige Immissionsverteilung bei einem Außenstandort BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 15

16 Die topographische Lage Attendorns Die Lage der Stadt Attendorn in einem Talkessel ermöglicht die Nutzung umliegender Höhenrücken als Standorte für Basisstationen BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 16

17 Grad der Minimierung Welcher Grad an Minimierung ist erreichbar? Voraussetzungen: mit derzeit verfügbarer Technik realisierbar gute Mobilfunkversorgung in oberirdisch gelegenen Räumen nicht nur: Grenzwert 26. BImSchV (für UMTS mw/m²) nicht nur: Schweizer Anlagengrenzwert (für UMTS 95 mw/m²) verschiedene Messreihen (RegTP, TÜV-NRW, TÜV-Rhld.-Pfalz, nova-messungen) haben gezeigt, dass der Schweizer Grenzwert problemlos eingehalten werden kann und an fast allen Basisstationen auch eingehalten wird sondern: Salzburger Vorsorgewert von 1998 (1 mw/m² außen) ist bei sinnvoller Planung außerhalb von Ballungszentren meistens problemlos erreichbar wurde vom österreichischen Netzbetreiber Connect im Jahr 1998 im großstädtischen Raum Salzburg realisiert [8] schwierig: Salzburger Vorsorgewert von 2002 (0,01 mw/m² außen) nur in kleinen Orten in topographisch sehr günstiger Situation erreichbar ansonsten nur mit sehr hohem Aufwand und hohen Kosten realisierbar BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 17

18 Mobilfunknetz mit minimaler Immission Wie sehen die Gegenargumente für ein strahlungsminimiertes Mobilfunknetz aus? Standortplanung integriertes Mobilfunkkonzept: exponierte Standorte Einwendungen Funktechnisch nicht geeignet Basisstationen im Außenbereich benötigen höhere Sendeleistung widerspricht dem Ziel der Immissionsminimierung Basisstationen im Außenbereich bieten schlechtere Funkverbindung Strahlungsbelastung der Handynutzer wird höher Klarstellung Studie der Uni Stuttgart bestätigt, dass mit gut gewählten exponierten Standorten auch ein UMTS- Netz sehr hoher Auslastung problemlos betrieben werden kann Richtig ist die etwas höhere Sendeleistung, aber: Die Hauptbelastungszone innerhalb der ersten 200 m ist frei von Wohnbebauung, daher ist die mittlere Belastung der Wohnbevölkerung drastisch geringer. Im Gegenteil: Studie Uni Stuttgart bestätigt, dass durch exponierte Standorte Situationen besonders schlechter Funkverbindung vermieden werden und dadurch die maximale Strahlungsbelastung der Handynutzer sinkt BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 18

19 Mobilfunknetz mit minimaler Immission Betreiber Strahlungsminimierung Alternativ-Konzept NUTZERNAH Standortwahl entsprechend einer Wabenstruktur EXPONIERTE STANDORTE Standorte im Außenbereich oder auf besonders exponierten Gebäuden Gegenargument der Betreiber: Wir können aus funktechnischen Gründen gar keine exponierten Standorte gebrauchen, da dann die Reichweiten zu groß werden und demzufolge Funkstörungen mit der Nachbarzelle auftreten. ABER: Gerade bei Standorten knapp oberhalb der Hausdächer lassen sich die Reichweiten keineswegs besser beherrschen als bei höher gelegenen Standorten, bei denen durch einen definierten und relativ hohen Downtilt eine Reichweite eingestellt werden kann. Das Problem erhöhter Reichweiten in Straßenschluchten tritt bei konventionellen Standorten eher deutlicher auf als bei exponierten Standorten BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 19

20 UMTS-funktechnische Aspekte bei Versorgung von außerhalb UMTS-Netze Das W-CDMA-Zugriffsverfahren in UMTS-Netzen erfordert eine Beschränkung der Zellgröße, um eine hohe Gesamtkapazität des Netzes zu gewährleisten. Dies widerspricht zunächst einer Versorgung von außen, da mit Standard-Sektoren von 120 Breite nur wenige Sektoren realisierbar sind. Abhilfe: Verwendung von Sektorantennen mit geringem horizontalem Öffnungswinkel Details siehe z.b. [9] BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 20

21 Standard-Basisstation mit 3 Sektorantennen BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 21

22 Sektorantennen mit geringem horizontalem Öffnungswinkel BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 22

23 Die Untersuchung am IHF der Uni Stuttgart Die Realisierbarkeit einer Versorgung von außen mit schmalen Sektoren wird von den Netzbetreibern bezweifelt. Zur Klärung: gemeinsame Beauftragung der Technologie-Transfer-Initiative an der Universität Stuttgart durch T-Mobile und die Stadt Attendorn: Dynamische Systemsimulation eines UMTS-Netzes mit hochgelegenen Basisstationsstandorten im Außenbereich unter Verwendung von Sektorantennen mit geringem horizontalem Öffnungswinkel BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 23

24 Untersuchung IHF Uni Stuttgart Sektorantennen mit 33 horizontalem Öffnungswinkel Untersuchung von 3 Varianten: A: 6 innerstädtische Standorte mit je 3 Sektorantennen zu 60 (T-Mobile) B: 4 Standorte im Außenbereich, 2 innerstädtische Standorte, insgesamt 12 Sektorantennen zu 33 (nova/attendorn) C: 5 Standorte im Außenbereich mit insgesamt 8 Sektorantennen zu 33 (nova/attendorn) Alle Simulationsrechnungen mit zur Zeit erhältlicher Technik: kommerziell verfügbare Antennen Basisstationen benutzen nur einen Frequenzkanal BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 24

25 Untersuchungsumfang Untersuchung umfasst: Ausbildung der Zellstruktur Handover-Situation Interferenzen Versorgungsrate Zelllast benötigte Sendeleistungspegel Simulation einer hohen Auslastung Verkehrslast [Erl/km 2 ] Dienst Speech Med-Data High-Data Datenrate [kb/s] Aktivität (Downlink/Uplink) [%] 12, /60 100/ /17 Very dense urban 25,0 12,5 2,5 Dense urban 20,0 10,0 2,0 Large buildings 15,0 7,5 1,5 Low density urban 10,0 5,0 1,0 Suburban 8,0 4,0 0,8 Forest/Fields/Water/Open 1,0 0,5 0,1 BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 25

26 Statistische Ergebnisse Mittlere Sendeleistungen für den Dienst Sprache Sendeleistung [dbm] Vorschlag A Vorschlag B Vorschlag C Basisstationen Mobilgeräte Min. +10,3 Mittel +18,5 Max. +25,8 Min. -59,2 Mittel -36,3 Max. +15,0 Min. +11,0 Mittel +19,3 Max. +25,8 Min. -69,8 Mittel -33,4 Max. +13,9 Min. +11,4 Mittel +18,3 Max. +25,8 Min. -53,2 Mittel -31,1 Max. +15,0 Bedienter Verkehr Vorschlag Dienst Speech Dienst Med-Data Dienst High-Data A 0,966 0,973 0,960 B 0,933 0,900 0,976 C 0,946 0,827 0,865 BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 26

27 Zusammenfassung der Studienergebnisse Die Simulationsergebnisse belegen deutlich, dass UMTS ein interferenzbestimmtes Funkübertragungssystem ist. Die benötige Versorgungsfeldstärke kann zwar mit jedem Konzept erreicht werden, die hochgelegenen Standorte mit großer Reichweite in den Vorschlägen B und C führen aber zu Kapazitäts- und Leistungseinbußen. Die gleichmäßige Struktur des Vorschlags A weist daher gegenüber den Alternativen eine qualitative Überlegenheit bezüglich Handover-Situation, Interferenzniveau, Zelllast bzw. Versorgungslücken auf. Die Unterschiede zwischen den Vorschlägen A und B sind jedoch nicht sehr stark ausgeprägt, hingegen sind die Unterschiede zwischen den Vorschlägen A und C sehr deutlich ausgeprägt. Daher führt die Analyse von Vorschlag C zum Ergebnis, dass eine qualitativ hochwertige UMTS-Versorgung für Attendorn allein durch außen gelegene Basisstationen nicht möglich ist. BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 27

28 Zsammenfassung Mobilfunkversorgung von außen und von oben herab Nachteile: Erhöhter Aufwand bei der Standortsuche und Immissionsprognose Standorte auf notwendigen Masten weithin sichtbar Neue Masten zunächst teurer Gesamtkapazität des Netzes ist limitiert Vorteile: Geringe Strahlungsbelastung der Bevölkerung Keine erhöhte Strahlungsbelastung der Handy-Nutzer Wenige Standorte reichen aus (Site-Sharing) Bestehende Masten (z.b. TV-Sendemasten) können mitbenutzt werden Werteverfall der Grundstücke wird entgegengewirkt BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 28

29 nova-institut für Ökologie und Innovation Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Infos zum Attendorner Mobilfunkkonzept: nova-institut, Zentrale Goldenbergstraße 2 D Hürth Tel: Fax: contact@nova-institut.de Internet: nova-institut, EMF-Abteilung Siebengebirgsallee 60 D Köln Tel: Fax: emf@nova-institut.de Internet: BUND-Mobilfunksymposium 2005, Mainz 29