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Grenzwerte und Empfehlungen

Vorbemerkung

Wer sich schon einmal mit den Grenzwerten und Empfehlungen rund um elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder befasst hat weiß, dass es sich um einen Dschungel von Informationen handelt.

Leider liegt diese Unübersichtlichkeit in der Natur der Sache:

Einerseits fehlen einheitliche Bezugsgrößen (nach Feldart und physikalischer Dimension), andererseits gibt es keine eindeutige Festlegung für die Umgebungsparameter.

Besonders Letzeres stiftet regelmäßig Verwirrung und verleitet zu Fehlinterpretationen. Dazu ein Beispiel:

Wird per Verordnung die maximale Sendeleistung einer Mobilfunk-Basisstation festgelegt, so sagt das über die Belastung in der Umgebung zunächst nur wenig aus. Die tatsächlichen Einflussgrößen für eine anzunehmende Belastung sind: die Sendeleistung, die Bauart der Antenne und der Winkel zur Hauptabstrahlrichtung (vertikal und horizontal)

Bild: (folgt) Schematische Darstellung der Sendekeule einer Mobilfunk-Basisstation

Sankt-Florians-Prinzip bei Sendeanlagen:

Unter einem starken Sender, oder in einem Gebäude mit Mobilfunk-Basisstation ist die elektromagnetische Belastung relativ gering. Sie kann aber an einzelnen Punkten in der Nachbarschaft erheblich größer sein.

Klarheit kann nur eine qualifizierte Messung bringen!


Grenzwerte für niederfrequente elektrische und magnetische Felder

Nachfolgende Tabelle zeigt typische Emitenten niederfrequenter elektrischer und magnetischer Felder. Dabei handelt es sich um "typische" Werte. Tatsächliche Werte können davon, abhängig von den örtlichen Gegebenheiten, stark abweichen. Klarheit kann nur eine qualifizierte Messung bringen.


Typische Feldstärken niederfrequenter Quellen
Quelle Abstand 
zur Quelle/Achse		 Arbeitsstrom [Ampere] Magnetische Induktion [µT] Elektrisches
Feld [kV/m]
Hintergrundfeld in Gebäuden     0,02 – 0,5 < 0,005
Glühlampe 1 m   0,05 0,01
Elektroherd 30 cm   3 0,00
Fernsehgerät, PC-Bildschirm 50 cm   1 0,03
Heizkissen 30 cm   10 0,25
EIektrische Handwerkzeuge 30 cm   < 2000 0,06
Produktionsanlagen 30 cm   < 10000 < 0,5
Bahnfahrleitung (Doppelspur) 10 m 500
pro Gleis		 < 12  0,1
24-kV-Freileitung 10 m 200 0,3 0,03
110-kV-Freileitung 10 m 500 1,3 0,25
380-kV-Freileitung 20 m 1000 6 1,0
16-kV-Kabelanlage 5 m 200 0,8 0,0
110-kV-KabelanIage 5 m 500 2 0,0
Verteil-Trafostation auf Mast 2 m 200 < 6 < 0,07
Verteil-Trafostation verkabelt 2 m 200 < 1 < 0,001
Quelle: Verband Schweizerischer Elektrizitätswerke 
www.statistik.admin.ch/stat_ch/
Der deutsche Grenzwert laut 26. BlmSchV für 50 Hertz (Haushaltsstrom) beträgt:
maximale elektrische Feldstärke E = 5000V/m (5kV pro Meter) 
maximale magnetische Flußdichte B = 100µT (100 Mikrotesla)
Der Vorsorgewert laut Schweizer NISV, an Orten mit empfindlicher Nutzung - Räume/Bereiche an denen sich Personen regelmäßig und länger aufhalten - beträgt in diesem Bereich einheitlich:
maximale magnetische Flußdichte: B = 1µT (1 Mikrotesla), 
Für andere Orte beträgt der Schweizer Grenzwert bei 50 Herz (Haushaltsstrom):
E = 5000 V/m; H = 80 A/m; B = 100 µT 

Der Unterschied zwischen dem Deutschen und Schweizer Grenzwert für den "Normalbereich" und dem Schweizer "Vorsorgewert" für die magnetische Flussdichte (Faktor 100) zeigt deutlich die allgemeine Unsicherheit bei der Festlegung von Grenzwerten.


Grenzwerte für hochfrequente elektromagnetische Felder

Bei der Festlegung von Grenzwerten für hochfrequente Felder sind grundsätzlich zwei Betrachtungsweisen zu unterscheiden:

  1. Grenzwerte für elektrothermische Effekte
  2. Grenzwerte für elektrosensible Effekte

Erstere basieren meist auf der Festlegung einer 'Spezifischen Absorptionsrate' (SAR, siehe auch unten). Dabei wird mit Versuchen ermittelt, ab welcher Leistung, Frequenz und Einwirkungsdauer sich eine definierte Körpermasse um 1 Grad erwärmt. Diese Betrachtungsweise eignet sich gut zur Festlegung von Grenzwerten für Handgeräte im Nahbereich (Handys am Kopf). Für die Definition von Anlagengrenzwerten im Fernbereich (Mobilfunk Basis Station) ist der SAR-Wert eher ungeeignet.

Grenzwertfestlegungen auf Basis elektrosensibler Betrachtungen bringen die Schwierigkeit mit sich, dass die Wissenschaft bisher keine allgemein anerkannten Ursache-Wirkungs-Parameter liefern konnte. Diese Unsicherheit drückt sich (u.a.) deutlich in Schweizer Grenzwerten aus. Der Unterschied zwischen dem "allgemeinen Wert" und dem "Vorsorge Wert" beträgt ca. das 100 fache!


 
Typische Feldstärken hochfrequenter Quellen
Näherungsberechnung der Leistungsflussdichte 
in Abhängigkeit von der Entfernung
 Grenzwerte
Quelle f
MHz 		P
Watt 		DBd AGF a
m 		S
W/m² 		GD
W/m² 		GS
W/m²
LW-Rundfunk
0,2
100.000
2
1,58
500
0,050
0,198
MW-Rundfunk
1
900.000
2
1,58
500
0,454
0,192
KW-Rundfunk
18
750.000
2
1,58
500
0,379
2,0
0,024
18
750.000
2
1,58
500
0,379
2,0
0,024
UKW_Rundfunk
100
100.000
7
5,01
500
0,160
2,0
0,024
VHF_Fernsehn
80
300.000
10
10,00
500
0,955
2,0
0,024
UHF-Fernsehn
600
900.000
12
15,85
500
4,543
3,1
0,024
D-Netz-Station
950
10
17
50,12
50
0,016
4,8
0,042
950
20
17
50,12
10
0,798
4,8
0,042
E-Netz-Station
1840
10
17
50,12
20
0,100
9,4
0,095
D-Handy
950
1
3
2,00
1
0,159
4,8
E-Handy
1840
2
3
2,00
1
0,318
9,4
UMTS-Station
2140
5
18
63,10
20
0,063
10,9
0,095
UMTS-Handy
2140
0,5
3
2,00
1
0,079
10,9
Richtfunk *)
2200
1
30
1000,00
100
0,008
11,2
0,08
Legende:
F : Frequenz in MHz
P : Nenn-Sende-leistung in Watt
DBd : Antennengewinn bezogen auf Dipol
AGF : Antennengewinn-Faktor, Umrechnung aus DBd
a : Abstand zur Quelle in Meter
S : Exposition Leistungsflussdichte Watt/m²
GD : Deutscher Grenzwert laut 26. BImSchV
GS : Schweizer Grenzwert laut NISV - Vorsorgewert http://www.admin.ch/ch/d/sr/8/814.710.de.pdf

*) Die Position "Richtfunk" steht stellvertretend für verschiedene Nutzanwendungen (auch Radar), deren Besonderheit darin liegt, dass der Abstrahlwinkel der Antenne sehr klein ist und damit die Richtcharakteristik sehr ausgeprägt ist.


Die spezifische Absorptionsrate (SAR)

Der Definition einer spezifischen Absorptionsrate liegt die Annahme zu Grunde, dass die wesentlichen (und messbaren) Auswirkungen elektromagnetischer Felder auf den Organismus, thermischer Natur sind.

Ursprünglich resultiert die SAR-Betrachtung aus folgender Überlegung:

Der Grundumsatz des Menschen (Erwachsener, 75kg ) beträgt ca. 110 Watt, daraus ergibt sich eine Wärmeleistung des Menschen von ca. 1,2 Watt pro Kilogramm Körpergewicht.

Die Körperoberfläche beträgt ca. 2 qm — bezogen auf eine zweidimensionale Fläche ca. 1 qm.

Daraus kann man schließen, dass der Mensch eine Leistung von ca. 100 Watt pro Quadratmeter abstrahlt.

Ursprünglich (USA 1958) ist man davon ausgegangen, dass das was der Mensch selber an Leistung abgibt ihm umgekehrt auch extern zugemutet werden kann.

Die Grund für die Definition der Grenzwerte über die Leistungsflussdichte anstelle der relativen Körperperwärmung lag sicherlich in der besseren Messbarkeit.

Die erste Grenzwertdefiniton für die Leistungsflussdichte bei elektromagnetischen Wellen lag daher bei:

Die Verminderung dieses ersten Richtwertes auf heute übliche (Deutschland, Schweiz) 2 Watt pro qm (0,2 mW/qcm) ist durch Interaktion zwischen Messungen und Berechnungen entstanden. Dabei wurden insbesondere die Parameter Gewebeart, Eindringtiefe und Resonanzverhalten stärker gewichtet.

Es ist nachvollziehbar, dass der heute weit verbreitete SAR-Grenzwert von 0,08 Watt pro kg Körpergewicht auf ähnlichen Überlegungen beruht.

Theoretische Berechnungen von SAR-Werten der Mobiltelefone werden heute weitgehend durch Messungen ersetzt, da mathematisch die Vielzahl der Einflussfaktoren nicht zu fassen ist.

Im Versuch wird ermittelt, durch welche Leistung, Frequenz und Einwirkungsdauer sich eine definierte Körpermasse wie stark erwärmt. Dem wird, der wiederum durch Versuche ermittelte "unbedenkliche" Wert für eine Temperaturerhöhung entgegengestellt.

Besonders problematisch ist die Berechnung der Spezifischen Absorptionsrate für Teilkörper. Im Kopfbereich verhalten sich die elektrischen und magnetischen Felder von Mobiltelefonen unterschiedlich (Nahbereich!). Die Wirkung ist abhängig von der Bauart der Geräteantenne, von der genauen Frequenz und Leistung des Gerätes und natürlich vom Kopf.

Die SAR lässt sich nur im Versuch (Kunstkopf) bestimmen. Eine Umrechnung (auch näherungsweise) aus der Leistungsflussdichte (W/qm gilt nur im Fernbereich) ist nicht sinnvoll!

Bundesamtes für Strahlenschutz - Strahlenschutzkriterien für ein Mobiltelefon-Ökolabel
SAR-Werte aktueller Mobiltelefone

Gesundheitliche Aspekte des Mobilfunks von Jürgen Helmut Bernhardt (PDF-Datei)
Deutsches Ärzteblatt 96, Heft 13, 2. April 1999 (41)


 
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