Baubiologische Elektrotechnik

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1 Martin Schauer Dr.-Ing. Martin H. Virnich Baubiologische Elektrotechnik Grundlagen, Feldmesstechnik und Praxis der Feldreduzierung mit Beiträgen von Dr. med. univ. Gerd Oberfeld und Rainer Scherg 2., überarbeitete Auflage Hüthig & Pflaum Verlag München/Heidelberg

2 Inhaltsverzeichnis 1 Die Veränderung des elektromagnetischen Spektrums und ihre Folgen Das natürliche elektromagnetische Spektrum Grundlegendes Ausgewählte Aspekte zu Wechselwirkungen Erde - Sonne - Gesundheit Erdmagnetfeld Sonnenaktivität Schumannresonanzen Auswirkungen der Änderungen des Erdmagnetfeldes bzw. der Schumannresonanz auf den Menschen VLF-Atmospherics Technische Nutzung'des Frequenzspektrums Niederfrequenz Hochfrequenz Anwendungen und Frequenzbereiche Gesundheitliche Aspekte Niederfrequenz Magnetische Wechselfelder und Leukämie Magnetfeldspitzenwerte und Fehlgeburten Nationale und internationale Einschätzungen Hochfrequenz Studien zu elektromagnetischen Wellen Studien zu Mobilfunksendeanlagen Studien zur gesundheitlichen Wirkung von Mobiltelefonen Vorsorgeprinzip Prävention Grenz- und Richtwerte 49 2 Moderne Technik und Umweltschutz - kein notwendiger Widerspruch Verändertes Konsumverhalten Baubiologische Elektrotechnik als Wirtschaftsfaktor Reduktion elektromagnetischer Felder - ein Gewinn für alle 53

3 \Q Inhaltsverzeichnis 3 Physik der EM-Felder Grundlagen Feldbegriff - räumliche Darstellung von Feldern Darstellung von Feldgrößen in Dezibel (db) Dezibel als dimensionsloser, relativer Verhältniswert Dezibel als absoluter Wert Zeitverhalten von Feldern EM-Feldarten und ihre Beschreibung Quellenfelder Wirbelfelder 66.5 Gleichfelder 67.6 Niederfrequente Wechselfelder (NF) 68.7 Hochfrequente elektromagnetische Wellen (HF) Funkwellen Infrarotli'cht (IR) / Wärmestrahlung Sichtbares Licht Ultraviolettes Licht (UV) Röntgenstrahlung Gammastrahlung Höhenstrahlung Teilchenstrahlung Elektrische Wechselfelder (Niederfrequenz) Elektrische Quellenfelder Elektrische Wirbelfelder Elektrische Quellenfelder und Influenz Elektrische Feldstärke und Potential Magnetische Wechselfelder (Niederfrequenz) Magnetische Wirbelfelder Magnetische Induktion Elektromagnetische Wellen (Hochfrequenz) Frequenzbereiche elektromagnetischer Wellen Abstrahlung und Ausbreitung elektromagnetischer Wellen Spezifische Absorptionsrate (SAR) Antennen Polarisation Frequenzgang und Antennenfaktor Richtwirkung 98

4 Inhaltsverzeichnis \\ Antennenarten Modulationsverfahren AM - Amplitudenmodulation FM - Frequenzmodulation PM - Phasenmodulation oder Winkelmodulation Zugriffsverfahren FDMA - Frequency Division Multiple Access (Frequenzmultiplex) TDMA - Time Division Multiple Access (Zeitmultiplex) FHMA - Frequency Hopping Multiple Access (Zeitmultiplex plus Frequenzsprungverfahren) CDMA - Code Division Multiple Access (Codemultiplex) TD-CDMA - Time Division-Code Division Multiple Access (Zeit- 1 und Codemultiplex) SDMA.- Space Division Multiple Access (Vielfachzugriff durch Raumaufteilung) OFDM / COFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplex/CodedOFDM Duplexverfahren FDD - Frequency Division Duplex / Frequenzduplex TDD - Time Division Duplex / Zeitduplex Elektrisches Gleichfeld Magnetisches Gleichfeld Baubiologische Feldmesstechnik Messung von Vektorfeldern Prinzipieller Aufbau von Feldmessgeräten Spitzenwert, Effektivwert (RMS) und Average Elektrische Wechselfelder Übersicht über die direkten und indirekten Messverfahren Beschreibung der Messverfahren und Messgeräte Potentialfreie Messung des ungestörten E-Feldes Erdpotentialbezogene E-Feldmessung Körperpotentialbezogene E-Feldmessung Potentialfreie E-Feldmessung an der Körperoberfläche Körperspannungsmessung 142

5 12 Inhaltsverzeichnis Messung des Körperableitstromes Messung der Körperstromdichte Eigenschaften und Grenzen der Messverfahren Homogenes elektrisches Feld und potentialfreie E-Feldmessung Erdpotentialbezogene E-Feldmessung Körperpotentialbezogene E-Feldmessung Leitfähiger Körper im homogenen E-Feld: potentialfreie E-Feldmessung an der Körperoberfläche Messfehler-Fallen Fazit und die Fragen zu den Antworten Magnetische Wechselfelder (Niederfrequenz) Funktionsprinzipien von Magnetfeldmessgeräten Direkte Messverfahren Messung an einem Punkt Messung der räumlichen Magnetfeldverteilung Indirekte Messverfahren Elektromagnetische Wellen (Hochfrequenz) Breitbandige Messungen Frequenzselektive Messungen Elektrische Gleichfelder Magnetische Gleichfelder Reduzierung niederfrequenter elektrischer Wechselfelder Vorüberlegungen und Planung von Reduzierungsmaßnahmen Emissionsquellen niederfrequenter elektrischer Wechselfelder Elektrische Anlagenteile Elektrische Geräte Elektrische Anlagen außerhalb von Gebäuden Grundsätzliches zur Reduzierung elektrischer Wechselfelder Baugrundstücksmessung Frei stehende Einfamilienhäuser Reihenhäuser Mehrfamilienhäuser Maßnahmen des Emissionsschutzes Feldreduzierung mit geschirmten Elektroinstallationskomponenten 180

6 Inhaltsverzeichnis Geschirmte Leitungen und Kabel der Energietechnik Geschirmte Leitungen der Informationstechnik Geschirmte Elektrodosen Metallene Verlegesysteme Metallene Gehäuse Zähler- und Verteilerschränke Verdrahtung geschirmter Installationskomponenten Lösungen für Geräte hinter der Steckdose" Feldreduzierung durch Abschalten und Abkoppeln Manuelles Abschalten von ortsveränderlichen Geräten Gebäudesystemtechnik Netzabkoppler ( Netzfreischalter") Stromstoßschaltung Zeitschaltuhr Kleinsteuerung Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) Funkbus, Funkfernschalter Powerline LCN-Bus EIB-Instabus EIB-Easy Feldreduzierung durch Kompensation/Phasentausch Maßnahmen des Immissionsschutzes Ausreichender Abstand von Feldverursachern Großflächige Abschirmungen mit Abschirmplatten, -putzen, -vliesen, -tapeten und -färben Abnahmeprüfungen Zusätzliche Prüfungen der fachgerechten Ausführung der Elektroanlage Feldmessungen Potentialausgleich und Schutzmaßnahmen in Gebäuden Einbeziehen von großflächigen Abschirmungen in den Potentialausgleich Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag Zusätzlicher Schutz durch Fehlerstromschutzeinrichtungen Verhinderung von Spannungsverschleppungen 238

7 14 Inhaltsverzeichnis Verhinderung der Brandgefahr durch Streuströme Mindestquerschnitte von Potentialausgleichsleitern Kontaktstellen und -materialien Schutzmaßnahmen bei großflächigen Abschirmungen Näherungen zu äußeren Blitzschutzanlagen Prüfen und Messen an Erdungsanlagen und Potentialausgleichseinrichtungen Prüfen und Messen an Erdungsanlagen Definition Erde" Messungen an Erdungsanlagen Prüfen und Messen an Potentialausgleichseinrichtungen Fazit - Reduzierung elektrischer Wechselfelder 249 i 6 Reduzierung niederfrequenter magnetischer Wechselfelder Vorüberlegungen und Planung von Reduzierungsmaßnahmen Emissionsquellen niederfrequenter magnetischer Wechselfelder Systeme nach Art der Erdverbindungen bei Wechselstrom Betrachtung des Verteilungsnetzes Betrachtung der Elektroanlagen in Gebäuden Baugrundstücksmessung Frei stehende Einfamilienhäuser Reihenhäuser Mehrfamilienhäuser Maßnahmen des Emissionsschutzes Kompensationseffekte im Netz des Versorgungsnetzbetreibers (VNB) Unterirdische Versorgungsnetze Oberirdische Einspeisung Kompensationseffekte in der Elektroanlage Verteilungsstromkreise (Hauptleitungen) Ringleitungen Niedervolt-Halogensysteme Emissionsarme Elektroheizungen Minimieren von Einleiterrück- und Potentialausgleichsströmen 270

8 Inhaltsverzeichnis Systematische Vermeidung von Einleiterströmen und Mehrfacherdungen Aktive Kompensation vagabundierender Ströme Austausch emissionsstarker Geräte gegen emissionsarme Elektrische Geräte mit integriertem oder externem Transformator Lineare und nichtlineare Lasten Maßnahmen des Immissionsschutzes Ausreichender Abstand von Feldverursachern Aktive Kompensation Magnetische Abschirmungen Abschirmfolien/Abschirmbleche aus MU-Metall Transformatorbleche Abschirmpla,tten in Sandwich-Bauweise Reduzierung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen Maßnahmen des Emissionsschutzes Maßnahmen des Immissionsschutzes Physik der Hochfrequenzabschirmung Maßstäbe für die Hochfrequenz-Schirmdämpfung Wirkprinzipien der Hochfrequenzabschirmung Löcher" in der Abschirmung Zusätzliche Effekte: Reflexion, Streuung und Beugung Möglichkeiten der HF-Abschirmung Bau-und Abschirmmaterialien für den praktischen Einsatz Messung der Material-Schirmdämpfung unter Laborbedingungen Vorgehensweise bei der Abschirmung Messtechnisch fundiertes Abschirmkonzept Umsetzung des Abschirmkonzepts Auswirkungen der HF-Abschirmung auf niederfrequente elektrische Felder/ Beachtung von Sicherheitsaspekten Wirksamkeitskontrolle der durchgeführten Maßnahmen 301

9 16 Inhaltsverzeichnis 8 Vorschriftenwerk für die Errichtung elektrischer Anlagen Anerkannte Regeln der Technik Technische Anschlussbedingungen/TAB Verordnung über Allgemeine Bedingungen für die Elektrizitätsversorgung von Tarifkunden (AVBEltV) DIN- und VDE-Normen Umsetzung der Vorschriften in der baubiologischen Elektrotechnik Auswahl der Betriebsmittel Schutzmaßnahmen Bestimmung des Querschnitts des Potentialausgleichsleiters Feststellung der Spannungsfreiheit bei Netzabkopplern Anhang Vorsätze für dezimale Vielfache und Teile von Einheiten Frequenzaufteilung nach IEC HF-Bänder im Mikrowellenbereich Dezibel-Tabelle Hochfrequenzdämpfung von exemplarischen Baustoffen und Abschirmmaterialien Abkürzungsverzeichnis Glossar 329 Literaturverzeichnis 335 Register 347