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2-2022

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Zeitschrift für Elektro-, Gebäude- und Sicherheitstechnik, Smart Home

Gebäudetechnik

Gebäudetechnik Nischentechnologie auf dem Vormarsch: Intelligentes Gebäude-Management dank PoE Power over Ethernet (PoE) ist dabei, sich zu einer dominanten Technologie zu entwickeln © Grandview Research, BSRIA Datenkommunikation und Stromversorgung über ein einziges Ethernet- Kabel ist in vielen Anwendungsbereichen ein erstrebenswertes Ziel. Unter den PoE-Anwendungen kommen vor allem Smart-Lighting-Lösungen immer mehr zum Einsatz. Gesteigertes Wohlbefinden, erhöhte Sicherheit, Komfort und Energieeffizienz rücken aus Sicht der Gebäudetechnik immer stärker in den Fokus. Intelligente Lösungen können eine Möglichkeit sein, diese Bedürfnisse zu erfüllen und für einen reibungslosen Betrieb zu sorgen. PoE und IoT (Internet der Dinge) zur Vernetzung von Gebäudesystemen helfen, Unternehmen und Wohngebäude energieeffizienter, nachhaltiger, kostengünstiger, sicherer und einfacher zu steuern. PoE unterstützt intelligentes Gebäude- Management Das Potenzial von PoE ist enorm. Die Technologie vermag alle möglichen Prozesse, die in Verbindung mit Gebäudetechnik stehen, zu unterstützen. Der Einsatzbereich umfasst beispielsweise vorausschauende Heizung-Lüftung-Klimatechnik, personalisierte Lichtsteuerung, Indoor-Wegfindung, Asset-Tracking zur Identifizierung von Hardware- und Supportbereichen, zentral verwaltete Sicherheit, dynamische, personalisierte Beschilderung, Verfügbarkeit von Konferenzräumen in Echtzeit und flexible Arbeitsplatzzuweisung. Eine zentralisierte Infrastruktur ist somit nicht nur einfach zu handhaben und warten, sie bietet auch eine hohe Zuverlässigkeit. Möglichkeiten und Hauptfaktoren für PoE Derzeit begünstigen zahlreiche Faktoren den Ausbau von PoE-Infrastrukturen. Klimaschutz, ökologisches Handeln, sowie die Reduktion von Energiekosten und CO 2 -Emissionen werden immer wichtiger. Auch die steigenden Betriebskosten und der zunehmende Kostendruck stellen Unternehmen vor die Herausforderung, den Stromverbrauch von Kommunikations- und Datennetzen zu senken. Der technologische Fortschritt ermöglicht höhere Leistungsraten über 4-Adern-Paare. Damit verbunden sind steigende Investitionen in Ethernet- Infrastrukturen. Gemäß des Grandview Research von BSRIA werden die Auslieferungen von PoE-Ports in den kommenden Jahren stark ansteigen. Im Jahr 2022 benötigt der Markt voraussichtlich rund 10 Mio. PoE-Switches. Ein Jahr später wird die Zahl bereits zwischen 180 und 230 Mio. liegen. Die Aufmachergrafik zeigt, dass die VoIP-Technologie im Jahr 2019 mit 36 Mio. (= 32% Marktanteil) installierter Ports die Spitzenstellung unter den PoE-Anwendungen einnahm. Gefolgt von den Segmenten Wireless Access Points (23%), CCTV-Kameras (18%), Sensoren (7%) sowie Motoren und Antriebe (4%). Zum Bereich „Andere“ zählen BACS, A/V, Access Control und Lighting. Die Nachfrage nach PoE-Beleuchtungssystemen ist groß. Im Wohnund Arbeitsumfeld ist der Wohlfühl- Autor: Zoran Borcic Produktmanager Kupferdatenkabel, BU Multimedia Solutions, Prysmian Group Draka Comteq Germany GmbH & Co. KG www.draka-cable.com © McKinsey 8 Haus und Elektronik 2/2022

Gebäudetechnik Design D [mm] DC-LR [Ω/km] Reichweite AWG 26 0,404 282,64 62% AWG 24 0,515 173,86 100% AWG 23 0,575 136,78 127% AWG 22 0,645 108,70 160% faktor besonders wichtig, dazu trägt auch die entsprechende Beleuchtung bei. Da diese in Gebäuden großflächig angelegt ist, fällt sie besonders stark ins Gewicht. Zudem ist PoEgestützte Beleuchtung schon heute preislich attraktiv und gut umsetzbar. Komponenten und Standards für PoE-Netzwerke Die Verkabelungsinfrastruktur mit ausfallsicheren, hoch-performanten Kupferdatenkabeln und Steckverbindern ist das Rückgrat einer PoE-basierten Smart-Lighting-Lösung. Diese vernetzt Sensorikgeräte und Beleuchtungselemente mit den PoE-Switches und -Gateways sowie LED-Treibern. Bei PoE genügt nur eine Kabelart, die mit allen PoE-basierten Geräten kompatibel ist. Der größte Teil der Elektronik befindet sich im zentralen Rack. Nur kleine Teile des LED-Treibers sind in der Decke installiert, wo sich übrigens rund 70% der PoE-Installationen befinden. Bei der PoE-Topologie haben Anwender die Wahl zwischen Mid- und End- Span-Netzwerken. Die dominierende End-Span-Architektur verwendet einen Netzwerk-Switch, der PoE unterstützt. Mid-Span hingegen nutzt einen externen PoE-Injektor, der zwischen einem Nicht-PoE-Switch und einem PD- Gerät installiert wird. Beide Architekturtypen erleichtern die Umstellung von der alten Netzwerkumgebung auf ein PoE-Netzwerk erheblich. PoE ermöglicht je nach Standard unterschiedliche maximale Leistungen. Der zuletzt verabschiedete PoE-Standard IEEE802.3bt, nutzt alle Adern des 4-paarigen Netzwerkkabels für die Energieübertragung und kann maximale Leistungen zwischen 72 und 90 W erzielen. So lassen sich auch größere Endgeräte wie IP-TV-Geräte in Full-HD über das Datenkabel mit Energie versorgen. Einfluss von PoE auf die Verkabelung Bereits bei der Planung und Ausführung der PoE-Verkabelung ist einiges zu beachten. Hier hat vor allem die Erwärmung großen Einfluss auf die PoE-Leistungsfähigkeit. Die Bündelgröße und Installationsumgebung wirken sich direkt auf die Kabelerwärmung aus und können zu einer signifikanten Temperaturerhöhung führen. Auf die Art der eingesetzten Kabelkanäle kommt es an: Gitterkabelkanal, perforiertes Lochkabelsystem oder komplett geschlossener Kanal aus Kunststoff. Bei Kabel im offenen Gitter ist der Kühleffekt größer als bei Kabeln im geschlossenen Kanal. Die Norm EN-50174-2 besagt unter 4.5.4.2, dass der Füllgrad 40% nicht überschreiten sollte. Befinden sich die Kabelkanäle über einer Heizung, wirkt sich die abstrahlende Wärme ebenfalls auf die Performance aus. Höhere Kabeltemperaturen erhöhen Widerstand und Transmissionsdämpfung. Die Folge ist eine Link-Längenreduzierung des Kabels. Durch die zusätzliche Dämpfung werden Signale möglicherweise nicht mehr richtig oder gar nicht mehr zum Empfänger übertragen, und der Datenstrom reißt ab. Wärmeableitung steigern und Verlustleistung reduzieren Kabel bleiben bei einer Betriebstemperatur von bis zu 60 °C PoE-funktionsfähig und erreichen die höchsten übertragungstechnischen Eigenschaften. Übersteigt die Temperatur diesen Wert, sinken diese und die Kabel performen nicht wie erwartet. Das Isolationsmaterial weicht auf und das damit verbundene Kabeldesign verliert an Symmetrie. Der Gleichstrom-Schleifenwiderstand (DC-LR) ist ausschlaggebend für die PoE-Reichweite. Je höher dieser ist, desto geringer wird die Reichweite. Die Tabelle zeigt, dass das AWG 24-Kabel mit einem DC-LR von 173,86 Ohm/km und äußeren Leiterdurchmesser D von 0,515 mm eine Reichweite von 100% besitzt. AWG 24 steht in der Regel für Cat.5e-Kabel und ist die weltweit dominierende Kabelinfrastruktur. AWG 22 entspricht der Cat.7A- oder Cat.8.2- Verkabelung. Der äußere Leiterdurchmesser beträgt 0,645 mm und der DC-LR 108,70 Ohm/km. Die Reichweite ist um 60% höher als beim AWG 24. Der dickste Leiter hat natürlich die höchste Reichweite – und die geringste Verlustleistung. Etwa Cat.7A hat gegenüber Cat.6A U/FTP eine 58% geringere Verlustleistung; gegenüber Cat.5e U/UTP sind es sogar 71%, s. entsprechende Grafik. Ein weiterer Faktor für die PoE-Effizienzsteigerung besteht darin, die Erwärmung durch eine hohe Wärmeableitung so gering wie möglich zu halten. Großen Einfluss hat die thermische Isolierung der Kabel. eine weitere Grafik zeigt, dass bei einem typischen Cat.5e U/UTP-Kabel in AWG 24 gegenüber dem Cat.7A AWG 22-Kabel unabhängig von den Stromstärken mit einer bis zu vierfachen Erwärmung des Kabels zu rechnen ist. Im Vergleich zu AWG 23 weisen AWG- 22-Kabel eine 50% geringere Kabelerwärmung auf. Geschirmte Kabel wirken sich ebenfalls positiv auf die Wärmeableitung aus. Das Metall der Schirmung hilft beim Abtransport der im Inneren entstehenden Wärme. Nicht allzu große Bündel sowie Luftströme fördern ebenfalls die Wärmeableitung. Höchste PoE-Effizienz mit AWG-22-Kupferkabeln Von Cat.5e bis Cat.8.2 unterstützen Kupferdatenkabel aller Kategorien die PoE-Standards 802.3af, at und bt. Die Effizienz ist dabei allerdings unterschiedlich. Maximale PoE-Effizienzsteigerung bieten Cat.7A, Cat.8.2 und Cat.7-Long-Reach-Kabel in AWG 22. Ihre übertragungstechnischen Eigenschaften bewirken die geringste Verlustleistung und Kabelerwärmung und bringen bei maximaler Kabelbetriebstemperatur die höchste Energieleistung. Sie sind sie das Mittel der Wahl, wenn es um die Anbindung weiterer Geräte und Systeme vor allem bei Smart-Lighting-Lösungen. ◄ 180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% AWG 26 AWG 24 Cat.5e AWG 23 Cat.7 AWG 22 Cat.7A /Cat8.2 Haus und Elektronik 2/2022 9

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