Digitalisierung

Megatrends für smarte Metropolen

In diesem Jahrhundert wird sich das wirtschaftliche und gesellschaftliche Leben weltweit in die große Metropolen und Ballungsräume verlagern. Dieser Trend zeichnet sich bereits seit zwanzig Jahren ab und nimmt an Dynamik zu. Bei der Bewältigung der damit verbundenen Probleme kommt der Elektrotechnik eine maßgebliche Rolle zu.

11. Februar 2019
Megatrends für smarte Metropolen
Megacitys wie Doha geben architektonisch und technisch vor, wie wir in unseren Städten künftig leben werden. (© ELMOS Photo-Design)

Unsere Welt ist im Wandel; das war sie schon immer, aber niemals so dynamisch wie heute. Die Globalisierung hat Probleme geschaffen, die vorangegangenen Generationen nicht einmal erahnt haben. Es sind jene Konfliktlagen, die der Verhaltensforscher Konrad Lorenz bereits in den Siebzigerjahren vorhergesehen hat. Das Wachstum der Erdbevölkerung hat dramatische Ausmaße angenommen. Schon jetzt wird für ihre Ernährung mit Gemüse und Obst eine Anbaufläche von der Größe Lateinamerikas benötigt, hinzu kommen jene Flächen, die die Nahrungsversorgung des Nutzviehs sicherstellen. Aktuell 7,6 Milliarden Menschen (2050 wird das Bevölkerungswachstum die 10-Milliarden-Grenze überschreiten) sorgen vor dem Hintergrund der Globalisierung schon heute für kaum lösbare Probleme, die im Kern von den Industrienationen ausgehen. Sie sind die Globalisierungsgewinner und auch die größten Ressourcenvernichter. Unabhängig von jeder politischen und moralischen Wertung müssen sich die Industriestaaten dieser Problematik stellen, denn sie geraten zwangsläufig in den Sog jener, die zu den großen Verlierern gehören, sich aber nicht dauerhaft am Rande des Wohlstandsgürtels aufhalten möchten. Von einer Lösung dieses Problems sind wir mehr als je zuvor entfernt.

Schon heute lebt die Hälfte der Deutschen in den großen Metropolregionen

Im Zuge dieser Entwicklung zeichnet sich seit gut zwanzig Jahren ein exponentielles Wachstum der großen Metropolen und Ballungsräume ab. Bis 2030 verortet man rund fünf Milliarden Menschen in Städten. Die Infrastrukturen dieser Megacitys können mit dem Zustrom neuer Einwohner nicht Schritt halten. In Indien und Lateinamerika sind die Folgen am stärksten zu spüren, während man in China durch restriktive und regulierende Maßnahmen die schlimmsten Auswüchse bislang verhindern kann. Die Verstädterung führt nicht nur zur Entvölkerung ganzer Landstriche, sie eröffnet auch den Raum für Parallelgesellschaften, Slumbildung und eine Umweltverschmutzung gigantischen Ausmaßes. Beschäftigt man sich mit dem weltweiten Urbanisierungstrend, denkt man zunächst an die genannten Länder. Interessant ist aber, dass Deutschland auf diesem Trendbarometer, ganz oben mitspielt. Schon heute lebt die Hälfte der Deutschen in den großen Metropolregionen. Und auch hier – wenn auch nicht mit Indien oder Brasilien vergleichbar – treten die Probleme offen ans Tageslicht.

Die Luftverschmutzung, die teilweise Verwahrlosung ganzer Stadtviertel, der Verfall gewachsener Wohnkultur und das Auseinanderdriften der einst homogenen Gesellschaftsschichten bilden nur einen Teil der Gesamtproblematik ab. Doch anders als in den Schwellen- und Entwicklungsländern wird intensiv daran gearbeitet, die Lage nachhaltig in den Griff zu bekommen. Während die politischen Lösungen mehr als unzureichend sind, gehen die Entwickler und Ingenieure unserer Industrie die Probleme pragmatischer an. Energiemanagement, neue Mobilitätskonzepte, IT-Infrastrukturkonzepte, wirtschaftliche Beleuchtungstechnik in öffentlichen, gewerblichen und privaten Räumen, komfortable Steuerungssysteme für Industrie- und Objektgebäude sowie Eigenheime und – last, not least – moderne Heizungs-, Klima- und Lüftungskonzepte werden ihren Beitrag leisten, wenn es darum geht, zumindest vor Ort die Lebensqualität so weit wie möglich aufrechtzuerhalten. Das zentrale Stichwort heißt hier Digitalisierung. Basis für alle Formen der Digitalisierung ist eine hoch professionelle IT-Infrastruktur. Nicht zuletzt deshalb stellte Rittal fünf Trends rund um die Cloud- und Rechenzentrumsindustrie vor, die IT-Manager im Jahr 2019 auf ihrer Agenda haben sollten.

1. Mehr KI-basierte Überwachungsfunktionen

Ohne Assistenzsysteme mit Künstlicher Intelligenz (KI) werden IT-Experten im Rechenzentrum bald nicht mehr in der Lage sein, große, komplexe IT-Systeme ausfallsicher zu betreiben. Laut IDC sollen bis 2022 bereits 50 Prozent der Komponenten in großen Rechenzentren über integrierte KI-Funktionen verfügen und autonom arbeiten. Um diese Entwicklung zu unterstützen, müssen IT-Administratoren Predictive Analytics und Machine Learning zur Optimierung des IT-Betriebs einsetzen. Diese Werkzeuge liefern beispielsweise vorausschauende Störungsprognosen und unterstützen eine optimierte Lastverteilung, sodass Unternehmen die Hochverfügbarkeit der IT-Umgebung absichern können.

»In den Städten werden Verwahrlosung und Luxus eng beieinanderliegen. Der Anspruch an Sicherheit, Komfort und Wirtschaftlichkeit wird deutlich steigen.«

2. Datenflut in Echtzeit verarbeiten

Für Deutschland wird in der zweiten Jahreshälfte 2019 mit dem Start des 5G-Mobilfunknetzes gerechnet. Die Vielzahl der für 5G notwendigen Sendemasten macht den Ausbau der Mobilfunkinfrastruktur mit Edge Datacentern notwendig. Weiterhin werden sich durch 5G die Datenmengen erhöhen, die Netzbetreiber und andere Unternehmen verarbeiten müssen. Die Analysten von CB Insights gehen davon aus, dass im Jahr 2020 Anwender im Schnitt täglich 1,5 GByte an Daten mit einem internetfähigen Gerät erzeugen. Durch einen dezentralen Ausbau der IT-Infrastruktur mit Edge-Rechenzentren lassen sich Daten schon an der Quelle erstverarbeiten. Damit wird eine geringe Latenz in der Datenverarbeitung erreicht, sodass Echtzeitapplikationen für eine Steuerung von Industrierobotern oder autonome Fahrzeugsysteme möglich werden. Für weitergehende Datenanalysen sind Edge-Rechenzentren mit der Cloud verbunden. Unternehmen sollten daher jetzt prüfen, wie sie ihre IT-Kapazitäten in den kommenden ein bis zwei Jahren flexibel ausbauen können und hierfür auch Edge-Konzepte evaluieren.

3. Cloud-Markt und Hyperscale-Rechenzentren

In Deutschland nimmt die Akzeptanz der Cloud weiter zu. Vorreiter dieser Entwicklung: der Maschinen- und Anlagenbau. Laut Bitkom greift in dieser Branche bereits jedes zweite Unternehmen auf die Cloud zurück. Parallel dazu steigen global die Investitionen in Hyperscale-Rechenzentren, was ein Indiz für die weitere Verbreitung der Cloud als Betriebsmodell ist. Die Marktforscher von Synergy Reach erwarten im Jahr 2020 weltweit über 600 Hyperscale-Rechenzentren. Aktuell liegt die Zahl bei rund 450.

Rittal empfiehlt daher IT-Leitern im Jahr 2019 passend zu ihrer Unternehmensstrategie die notwendige Balance zwischen On-Premise Edge bzw. Core-Rechenzentrum sowie Cloud-Ressourcen zu ermitteln, um den Anwendungsbetrieb und die Hochverfügbarkeit bestmöglich zu unterstützen.

4. Technologien steigern Energieeffizienz

Die Energieeffizienz gilt nach der Hochverfügbarkeit als das zweitwichtigste Managementthema beim Betrieb von Rechenzentren. Laut dem Borderstep Institut hat sich zwar die Energieeffizienz neuer Rechenzentren in den letzten zehn Jahren um etwa 60 Prozent verbessert. Gleichzeitig ist jedoch der Energiebedarf weiter angestiegen, da die IT-Kapazitäten ausgebaut wurden.

»Im Zuge der Digitalisierung wird alles vernetzt sein. Privat- und Objektbau werden nur noch ganzheitlich zu betrachten sein.«

Während die in Deutschland betriebenen Server im Jahr 2017 etwa 4,7 Milliarden kWh benötigten, entfielen auf die Infrastruktursysteme wie Kühlung und USV rund 5,3 Milliarden kWh. Für die RZ-Verantwortlichen sollte daher die Energieoptimierung des gesamten Rechenzentrums im neuen Jahr ganz oben auf der Agenda stehen. Hybride Kühlgeräte, die z. B. Freikühlung und kältemittelbasierte Kühlung integrieren, bieten neue Ansätze für eine Kostenoptimierung.

5. Standortvorteil der nordischen Länder

Beim fünften Trend geht es um die Frage von Standortvorteilen. Die Region Nordics ist für Cloud- und Colocation-Provider zu einem attraktiven Standort geworden. Länder wie Dänemark, Finnland, Island, Norwegen und Schweden bieten regenerative Energiequellen ein für Rechenzentren günstiges Klima, eine sehr gute Internet-Anbindung sowie eine hohe politische und wirtschaftliche Stabilität. Analysten erwarten für die Region bis zum Jahr 2023 bei Rechenzentren ein jährliches Umsatzwachstum von acht Prozent.

IT-Leiter sollten bei geplanten Cloud-Projekten daher auch Alternativen in der Region Nordics evaluieren, wie beispielsweise das Lefdal Mine Datacenter (LMD) in Norwegen. Rittal ist strategischer und technologischer Partner für das LMD. Strom aus 100 Prozent erneuerbaren Energiequellen, eine effiziente Meerwasserkühlung und niedrige Betriebskosten ermöglichen es, dass das Rechenzentrum mit einer Power Usage Effectiveness-Kennzahl (PUE) von 1,15 betrieben werden kann.

Um das Trendthema Energiemanagement geht es auch bei der Beheizung und Klimatisierung von Gebäuden. Wer Energie sparen will, kommt um die Heizungssanierung nicht herum: Bis zu 85 Prozent des gesamten persönlichen Energieverbrauchs gehen auf das Konto der Heizung und Warmwasserbereitung – erst recht, wenn die vorhandene Anlage nicht dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Und das ist in rund drei Viertel aller deutschen Haushalte der Fall. Grundsätzlich sollte bei einer Sanierung der Einsatz einer Wärmepumpe als Heizsystem geprüft werden.

Wärmepumpe als Ersatz für Öl- oder Gaskessel

Die früher gängige Meinung, eine Wärmepumpe funktioniert nur bei Neubauten und nur mit einer Fußbodenheizung, entspricht nicht den Tatsachen. Dank neuer Entwicklungen mit hohen Effizienzsprüngen in den letzten Jahren ist die Wärmepumpe heute bei jedem Heizungsaustausch eine Alternative, die es zu untersuchen gilt. Denn das Einsparpotenzial beim Energieverbrauch – und damit auch beim CO2-Ausstoß – ist extrem groß.

Auch die aktuelle Energieeinsparverordnung (EnEV) beschäftigt sich mit alten Heizungen: Sie schreibt zum Beispiel vor, dass bestimmte Heizungsanlagen, die 30 Jahre oder älter sind, nicht mehr betrieben werden dürfen. Ganz unabhängig von gesetzlichen Vorgaben ist klar, dass ältere Anlagen nicht dem Stand der Technik entsprechen und damit keinesfalls effizient mit Energie umgehen. Deswegen sollte in jedem Fall über einen Austausch nachgedacht werden. Hohe Leistungs- und Effizienzdatencharakterisierung beispielsweise die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Range WPL 15/25 aus dem Hause Stiebel Eltron, die für Neubau und Sanierung gleichermaßen als Heizungsanlage geeignet ist. Das Gerät gehört zu den effizientesten Produkten in diesem Marktsegment – aus einer Kilowattstunde Strom generiert die Wärmepumpe bis zu vier Kilowattstunden Wärme, ganz einfach aus der Umgebungsluft.

g+h Fazit

In den westlichen Industrienationen wird eine Vielzahl der im Zuge der Globalisierung auftretenden Probleme technisch gelöst werden können. Das Elektrohandwerk wird sein Tätigkeitsfeld zunehmend in die Ballungszentren verlagern. Die Chancen der Digitalisierung sind für das Elektrohandwerk noch gar nicht exakt zu beziffern. Dem Gewerk wird eine Schlüsselrolle zukommen, die es zu nutzen gilt.

Der speziell für diese Wärmepumpe entwickelte Kompressor wird über eine Inverter-Regelung gesteuert. Damit passt sich die Heizleistung zu jeder Zeit an den jeweiligen Bedarf des Gebäudes an. In Kombination mit der zweistufigen Dampf- und Nassdampfeinspritzung kann darüber hinaus kurzzeitig eine hohe Vorlauftemperatur erreicht werden – um beispielsweise das Aufheizen des Trinkwasserspeichers effizient zu ermöglichen oder wenn nach den Urlaubstagen ein schnelles Aufheizen der Räume notwendig ist. Und: Die Wärmepumpe spielt ihre Stärken dann aus, wenn sie gebraucht werden. Bei niedrigen Außentemperaturen steht die höchste Heizleistung zur Verfügung, bei moderaten Außentemperaturen sinkt auch die Heizleistung. Selbstverständlich lassen sich Wärmepumpenkonzepte auch problemlos mit Photovoltaik und E-Mobilität verknüpfen. Im Gebäude werden Systeme wie E-Net Smart Home für Komfort, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit sorgen. Wie Gebäude der Zukunft in der Praxis aussehen werden und welche Systeme zum Einsatz kommen, werden wir in einem unserer nächsten Trendbeiträge ausführen.

Erschienen in Ausgabe: 01/2019