Die weltweite Digitalisierung nimmt rasant zu. Schätzungen zufolge sollen 2020 weltweit bereits 50 Mrd. Gegenstände, Sensoren und Maschinen vernetzt sein. Die globale Datenmenge könnte sich in den nächsten fünf Jahren bis auf 163 Zetabyte (163 mit 21 Nullen) gegenüber heute verzehnfachen.
Mobilfunkstandard 5G soll LTE-Standard ablösen
Einen wesentlichen Anteil am kommenden Digitalboom hat der Mobilfunkstandard 5G, der den vorherrschenden LTE(Long Term Evolution)-Standard ablösen soll. Die radikalen Veränderungen durch 5G beruhen auf einem ganzheitlichen Kommunikationsnetz, das die bisherigen Mobilfunkstandards, WLAN, Satelliten- und Festnetze zusammenführt.
5G hundertmal schneller als LTE?
Erwartet werden Datenkapazitäten von bis zu 20 Gbit im Download und bis zu 10 Gbit im Upload, das ist etwa hundertmal schneller als die LTE-Übertragung. Der eigentliche Vorteil liegt jedoch in den extrem niedrigen Reaktionszeiten (Latenz). Die Echtzeitüberragung von Daten mit Antwortzeiten unter 1 ms spielt insbesondere beim autonomen Fahren, der Automatisierung von Produktionsprozessen, der Kommunikation zwischen Roboterstraßen und vernetzten Maschinen sowie dem Internet of Things (IoT) eine Rolle.
Können die bestehenden Gebäudeautomationssysteme in 5G-Netz einbezogen werden?
Inwieweit vorhandene Systeme, beispielsweise die häufig schon etwas betagten Gebäudeautomationssysteme, in ein 5G-Netz einbezogen werden können, wird die Praxis zeigen, sobald entsprechende Schnittstellen verfügbar sind. Von der Industrie-Automation ist bekannt, dass mehr als 60 % der Bestandsanlagen Betriebssysteme wie Microsoft Windows 7 und älter verwenden und damit – mangels fehlender Sicherheits-Updates – mit der Anbindung an ein 5G-Netz ein hohes Risiko eingehen.
Was ist 5G und wie ist dessen Wirkung in Gebäuden?
5G steht für die fünfte Generation eines Mobilfunk-Standards. Er baut auf dem bereits bestehenden Mobilfunkstandard Long Term Evolution (LTE) auf, nutzt jedoch Frequenzen oberhalb von 6 GHz. Im Vergleich zum 4G-Standard (LTE) hat die 5G-Technik folgende Eigenschaften:
höherer Datendurchsatz
Von Nachteil ist, dass höhere Frequenzen eine geringere Durchdringung von Gebäudehüllen aufweisen, sodass für die Inhouse-Nutzung von 5G mehrere 5G-Kleinzellenmasten im Umkreis von Gebäuden notwendig sind. Bei größeren Liegenschaften werden gebäudeinterne Kleinzellenstationen benötigt, insbesondere wenn das 5G-Netz auch Gebäudemanagement-Aufgaben und Fernwartungsfunktionen übernehmen soll.
Obwohl der Energieverbrauch pro übertragenem Bit im Idealfall nur ein Hundertstel dessen beträgt, was bei LTE benötigt wird, führen die hohen Datenraten zu einem Mehrverbrauch an Energie, auch weil mehr Basisstationen gebraucht werden. Nach aktuellem Stand muss mit einem zwei- bis dreifach höheren Energieverbrauch gerechnet werden (Quelle: Huawei, China Mobile). Erfahrungsberichte aus den USA deuten darauf hin, dass sich 5G-Handys stärker erhitzen als 4G-Geräte, mehr Strom verbrauchen und früher ausfallen.
Wo liegen die ersten Anwendungen für 5G in der Gebäudetechnik?
Schon jetzt zeichnet sich ab, dass der Sprung in die Gigabit-Gesellschaft eine Welle technischer Aufrüstungen auch im Bereich Gebäudetechnik in Gang setzen wird, will der Nutzer Risiken durch Hacker vermeiden. Erste Anwendungen für 5G in der Gebäudetechnik werden im Bereich Service und Fernwartung liegen.
Mehr Flexibilität in der Gebäudenutzung
Wenn es nach der Immobilienwirtschaft geht, dann eröffnen der Breitbandausbau und 5G völlig neue digitale Geschäftsmodelle, die, Zitat www.finanzen.net „ganze Branchen im Eiltempo umkrempeln“. Dabei sei das Sammeln von Daten nichts Neues. Vielmehr gehe es darum, aus den nun noch üppigeren Datenströmen rund um eine Immobilie die richtigen Schlüsse zu ziehen und mit Künstlicher Intelligenz (KI) passgenaue Lösungen für die Nutzer abzuleiten.
„Sharing Economy“ in Strategie einbeziehen
Wichtig sei, den Wandel zur „Sharing Economy“ mit in die Strategie einzubeziehen, beispielsweise Co-Working-Spaces (Miet-Arbeitsplätze), Serviced Apartments (Apartments mit Hotelservice) oder eine intelligente Parkraumbewirtschaftung, zum Beispiel tagsüber oder nach Geschäftsschluss frei werdende Parkflächen von Mitarbeitern individuell zu vermieten.
Gebäudeautomations-Systeme und Technologien miteinander vernetzen
Eine wichtige Rolle spiele dabei die Nutzung von KI, beispielsweise um alle Gebäudeautomations(GA)-Systeme und auch die eingesetzten Technologien miteinander zu vernetzen. KI komme die Aufgabe zu, Vorschläge über zusätzliche Nutzungsmöglichkeiten zu unterbreiten und bestehende Prozesse fortwährend zu optimieren. Dabei gehe es nicht nur um die Optimierung der gebäudetechnischen Anlagen, sondern auch um Strategien für den Gebäudebetrieb inklusive Vertragsmanagement, Bewertungen und Belegungen, die in einem digitalen Modell abgebildet werden.
Bild: Foud OF
die jeweiligen Optimierungsprogramme.
Auf dem Weg zum großen Ganzen
Während die Gebäudeautomationsbranche im Moment eher mehr auf Sicherheit vor Hackerangriffen bei bestehenden GA-Systemen fokussiert ist, arbeiten Projektentwickler bereits am intelligenten Zusammenspiel der Systeme weit über die Gebäudegrenzen hinaus.
Intelligente Gebäude reagieren selbsttätig auf Nutzer
Vorzeigeobjekte hierfür sind sogenannte Customized Smart Buildings, wie das Start-up-Bürogebäude „The Ship“ (Bild 2) in Köln, die Büroimmobilie „Cube Berlin“ (Bild 3) von CA Immo oder der digitale Zukunftscampus „Hammerbrooklyn“ (Bild 4) in Hamburg. Laut Drees & Sommer, international tätiges Beratungsunternehmen für den Bau- und Immobiliensektor, Stuttgart, handelt es sich dabei um, Zitat, „intelligente Gebäude, die mithilfe von IoT-Technologien und künstlicher Intelligenz selbsttätig auf die Bedürfnisse ihrer Nutzer und deren Verhalten reagieren“.
KI optimiert Gebäude fortwährend
Sollte das Konzept funktionieren, dann lernt die KI aus den Daten des Betriebs, des Nutzers und der Umwelt, macht Vorschläge, wie das Gebäude in Zukunft betrieben werden soll und optimiert es fortwährend. Drees & Sommer nennt folgende Beispiele:
Entscheidend sei, so Drees & Sommer, längst genutzte Einzellösungen intelligent miteinander zu verknüpfen und mit KI zu optimieren.
Was ermöglichen Breitbandausbau und Mobilfunkstandards 5G in der Zukunft?
Durch den Breitbandausbau gemeinsam mit der Einführung des Mobilfunkstandards 5G ließe sich das Konzept der Vernetzung auf das Quartier, auf Stadtviertel oder auf die ganze Stadt übertragen. Wichtig sind solche Daten für die Energie- und Wasserversorgung, den ÖPNV und bei Massenveranstaltungen,
wie Sport- oder Kulturevents, auch für die Ordnungsbehörden. Als Beispiele für übergeordnete Vernetzungen nennt Drees & Sommer das Square Mannheim und das Quartier Heidestraße in Berlin.
Bild: CA Immo
Forschungsvorhaben „National 5G-Energy Hub“
Während erste 5G-Vernetzungen bereits im Entstehen sind bzw. in Betrieb gehen, läuft parallel dazu das deutsche Forschungsvorhaben „National 5G-Energy Hub“. Beteiligt daran sind die TU Dresden, die RWTH Aachen, die Deutsche Telekom, E.ON, Techem und Ericsson. Assoziierte Partner sind die Landeshauptstadt Dresden sowie der Fachverband VdZ, Spitzenverband der Gebäudetechnik.
5G-Kommunikation zu übergeordneten Systemkomponenten ermöglichen
Im ersten Schritt des Forschungsvorhabens werden Software und Hardware entwickelt, welche die 5G-Kommunikation von energetischen Anwendungen hin zu übergeordneten Systemkomponenten ermöglicht. Mit diesen Tools sollen künftig Anwender dieser Technik einen gesicherten Kommunikationszugang zu energetischen Anlagen und Anwendungen erhalten. Öffentliche Einrichtungen und Unternehmen werden, Zitat, „in die Lage versetzt, direkt nach der geplanten Einführung des 5G-Standards im Jahr 2020 neue Produkte und Services im Energiebereich anzubieten.“
Dezentrale und regenerativ dominierte Versorgungsstrukturen zu verbinden
Die 5G-Gateways ersetzen in erster Linie bisher kabelgebundene und starre Kommunikationswege durch eine funkbasierte und offene Kommunikationsplattform. Dadurch wird es möglich, dezentrale und regenerativ dominierte Versorgungsstrukturen zu einem funktionierenden System zu verbinden, so die Projektbeschreibung. Die erste Projektphase läuft bis Anfang 2020. Im zweiten Projektabschnitt (bis 2024) steht der Transfer der Ergebnisse zu Produkten und Serviceleistungen im Mittelpunkt. Feldtests sollen ab 2025 beginnen.
Kritik in puncto Sicherheit, Gesundheit und Energieverbrauch
Wegen der hohen Komplexität von 5G-Netzen ist bei der Umsetzung mit einer hohen Rate an Software-Aktualisierungen zu rechnen, so einschlägige Foren. Und weiter: Die Prüfung der Hardware auf Schwachstellen reiche nicht aus, sich vor Cyber-Spionage zu schützen. Bekannt sind die Bedenken weiter Kreise der Industrie gegenüber der 5G-Technik des chinesischen Herstellers Huawei. Aktuell sei es nicht möglich, die oft wöchentlichen Software-Aktualisierungen für 5G-Netze vollständig zu überprüfen und alle Sicherheitsaspekte zu überwachen.
5G und die Gesundheit
Ende 2019 lebten in der Schweiz bereits rund 90 % der Bevölkerung im Sendegebiet einer 5G-Antenne. Parallel zum Ausbau des 5G-Netzes sind auch der Widerstand der Bevölkerung sowie die Skepsis gegenüber der Digitalisierung bei unseren südlichen Nachbarn gewachsen. Unter der Überschrift „Aufstand der Elektrosensiblen“ bricht die renommierte Neue Züricher Zeitung (NZZ) eine Lanze für die wachsende Zahl an elektrosensiblen Menschen, die unter Schlafstörungen, Konzentrationsschwäche und anderen unspezifischen Symptomen leiden und diese dem Ausbau des 5G-Netzes zuschreiben. Trotz, Zitat NZZ, „tausender seriöser wissenschaftlicher Studien“ über die Ungefährlichkeit der Mobilfunkstrahlung – auch der neuesten Spielart 5G – baut sich in der Schweiz eine Widerstandsbewegung ähnlich der AKW-Bewegung auf.
Auch das deutsche Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) sieht noch offene Fragen im Zusammenhang mit dem 5G-Ausbau, wenngleich die Behörde bei Einhaltung der aktuellen Grenzwerte keine Gefahr für die Bevölkerung sieht.
Ein wesentliches Problem einer seriösen Einschätzung der 5G-Strahlung scheint der Umstand zu sein, dass es für epidemiologische Untersuchungen keine unbelastete Kontrollgruppe mehr gibt. Der Grund: Fast die gesamte Bevölkerung ist inzwischen durch den LTE-Standard, WLAN-Nutzung und Dect-Telefonie hochfrequenten elektromagnetischen Feldern ausgesetzt. Oft wird unterschätzt, dass bei einem 5G-Smartphone die Datenflut gegenüber einem LTE-Gerät um das Tausendfache ansteigen kann und damit eine ganz neue Strahlungsexposition auf das menschliche System wirksam wird.
Um mehr über die Wechselwirkung von 5G-Netzen und der menschlichen Leistungsfähigkeit zu erfahren, hat das Institut für physikalische Raumharmonisierung (IPR), Berlin, in einem Smart Building auf dem Campus der RWTH Aachen mit Messungen an Probanden begonnen. Ziel ist es herauszufinden, welche Wirkung 5G auf die Gehirnströme der dort Beschäftigten hat. Schon jetzt ist erkennbar, dass durch die in Smart Buildings stattfindende Dauerbestrahlung mit einer extremen Einschränkung der Gehirnfrequenzen bei den dort arbeitenden Menschen zu rechnen ist.
Wie sich diese Einschränkung mittel- oder langfristig auswirken wird, kann allerdings aufgrund der Messungen noch nicht geklärt werden. Dr. Peter Backwinkel, Geschäftsführer IPR, erklärt die Wirkung der 5G-Strahlung auf den Menschen so: „Wenn eine energetisch positive Umgebung vorhanden ist, regeneriert sich das menschliche System automatisch. Wenn die Umgebung aber energetisch negativ ist, schirmen sich unsere Zellen ab und stellen die Selbstregeneration zurück. Hält dieser Zustand längere Zeit an, werden sklerotische Prozesse im Körper in Gang gesetzt und Krankheiten bilden sich aus.“ Leider führe die 5G-Strahlung in Gebäuden dazu, dass die Umgebungsenergie sinkt und damit die Selbstregula-tion des Menschen negativ beeinflusst wird.
Eine bewährte Maßnahme des IPR zum Schutz elektrosensibler Menschen ist der Aufbau einer Gegenschwingung zur 5G-Strahlung. Dieses Verfahren funktioniert ähnlich wie bei einer akustischen Schalldämpfung. Mit dieser Art der physikalischen Raumharmonisierung könne das Energieniveau so weit angehoben werden, dass die negativen Einflüsse aus der 5G-Übertragungstechnik bei einer Gehirnstrommessung nicht mehr erkennbar sind, so Backwinkel. Dieses Verfahren wird bereits erfolgreich in Hotels, Gewerbebetrieben mit starken elektrischen Feldern, Schulen, Banken und Privathäusern eingesetzt.
Funkbasierte Systeme sind manipulierbar
Außerdem seien funkbasierte Systeme leicht manipulierbar. Auf der Handelsblatt-Cybersecurity-Tagung im November 2019 wurde beispielsweise von einem noch im Verkauf befindlichen Verkehrsampelsystem berichtet, das sich mithilfe eines Notebooks manipulieren lässt, zum Beispiel „alle Ampeln auf Grün“. Insgesamt habe das Thema IT-Sicherheit in Deutschland einen zu niedrigen Stellenwert, mahnt das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI).
Wo sind Angriffspunkte für Hacker im Gebäudeautomationssystem?
Auch der russische Hersteller von Sicherheitssoftware, Kaspersky Lab, sieht eine hohe Bedrohungslage für Smart Buildings. Nahezu vier von zehn Computern, die zur Steuerung intelligenter Gebäudeautomationssysteme in der ersten Jahreshälfte 2019 eingesetzt waren, seien Hackerangriffen ausgesetzt gewesen. Schwachpunkte seien mit dem Internet verbundene Arbeitsstationen für Aufzüge,
Lüftungs- und Klimaanlagen, Brandmeldeanlagen, Zugangskontrollsysteme, Videoüberwachung sowie für Strom- und Wasserversorgungen.
Cyberangriffe sind ein reales und jederzeit mögliches Szenario
Eine Telemetrie-Analyse von 40 000 zufällig ausgewählten weltweit in intelligenten Gebäuden im Einsatz befindlichen Kaspersky-Sicherheitslösungen habe gezeigt, dass Cyberangriffe ein reales und jederzeit mögliches Szenario seien. Besonders begehrt bei Hackern sind Kontoinformationen und Tech-nik-Know-how.
5G noch nicht so gut erforscht
In Bezug auf die gesundheitlichen Auswirkungen des 5G-Standards reichen die Einschätzungen von „harmlos“ bis zu „fataler Ablehnung“. Realität ist, dass mit wissenschaftlichen Methoden weder eine generelle Unschädlichkeit der 5G-Stahlung noch das Gegenteil bewiesen werden kann. Das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) empfiehlt deshalb einen „umsichtigen 5G-Ausbau“, da die Wirkungen höherer 5G-Frequenzen, Zitat, „noch nicht so gut erforscht sind“.
Sind Menschen einer höheren Strahlungsmenge ausgesetzt?
Bei den jeweiligen Ausbauschritten von 5G müsse untersucht werden, ob die Menschen einer höheren Strahlungsmenge ausgesetzt sind. Außerdem werde das BfS mögliche Wirkungen der neuen Frequenzbereiche noch genauer untersuchen. Grundsätzlich sei davon auszugehen, dass auch bei 5G das Handy die größte Quelle von Mobilfunkstrahlung im Alltag sei. BfS-Empfehlung: Wer sich davor schützen will, sollte ein Headset verwenden oder über das Festnetz telefonieren.
Bild: BWVI Hamburg
5G: Hohes Potenzial zur energetischen Einsparung
Auch energetisch betrachtet scheint 5G noch ein hohes Potenzial zur Einsparung aufzuweisen. Obwohl der Stromverbrauch einer 5G-Antenne gegenüber einer LTE-Antenne um 80 % niedriger sein soll (Angabe Huawei)
würde ein 5G-Netzwerk dreimal so viele Basisstationen benötigen wie bei 4G/LTE. Der Energiebedarf des 5G-Netzes sei mindestens dreimal höher als der eines 4G/LTE-Netzes, berichtet China Mobile, größter Mobilfunkbetreiber der Welt.
Sind 5G-Router bereit für den Einsatz im privaten Bereich?
Dabei sind die 5G-Router für den Einsatz im privaten Bereich noch nicht berücksichtigt. Während eine FritzBox 6890 LTE von AMV auf einen durchschnittlichen Leistungsbedarf von 9,5 W kommt, liegt die Leistung
eines drahtlosen 5G-Routers von Huawei (Air Fiber) mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 2 Gbit bei rund 120 W. Benötigt man wegen dicker Wände und metallbeschichtetem Wärmeschutzglas zusätzlich ein 5G-Außenmodul, dann summiert sich die Leistung auf 149 W, so der Informationsdienst www.computerbase.de.
Der Beitrag ist eine Überarbeitung des Artikels „KI soll Datenwust nutzbar machen“ von Wolfgang Schmid aus TGA 01-2020.
