Aktuelle Power-over-Ethernet-Standards (PoE) ermöglichen es, Geräte mit hohen Leistungen über das Netzwerkkabel mit Energie zu versorgen. Welche Veränderungen bedeutet die zunehmende PoE-Nutzung für Unternehmen, welche Faktoren sind bei der Installation zu beachten und wie steht es um die heute besonders entscheidende Energieeffizienz? Jan Moll hat die Antworten.
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PoE verändert die Art, wie Netzwerke geplant werden: Nachhaltigkeit und Energieeffizienz rücken in den Fokus
Egal ob Betriebsgelände, Ladengeschäft, Bürokomplex oder kleinere IT-Räume – fast überall sind heute PoE-fähige Komponenten wie Accesspoints, IP-Telefone, Überwachungskameras, Point-of-Sale-Displays (PoS), Geldautomaten, Zugangskontrollsysteme oder auch Lichtsysteme verbaut. PoE kann im professionellen Office-Umfeld eine gute Alternative zum Feldbus zur Gebäudeautomation KNX sein, mit dem großen Vorteil, keine Strom- und Busleitungen verlegen zu müssen.
Bis PoE aber all die heute genutzten Anwendungen bedienen konnte, vergingen einige Jahre an Entwicklungszeit. Erst die aktuellen Standards und Kabelqualitäten erlauben die Nutzung des vollen Potenzials von PoE und können auch besonders leistungsfähige Komponenten sicher mit Energie versorgen.
Durch die Leistungsfähigkeit heutiger PoE-Standards ist auch die Verbreitung der Technologie enorm angestiegen. Bei der Planung neuer Netzwerke wird PoE in der Regel von Anfang an berücksichtigt. Und wenn entsprechende Standards sowieso integriert werden soll, dann natürlich auch so nachhaltig und energieeffizient wie möglich. Das verändert die Art, wie Netzwerke geplant werden. Kernpunkt einer energieeffizienten PoE-Verkabelung sind möglichst kurze Kabelwege und eine hohe Kabelqualität. Das bedeutet, dass die Kabeltrassen gegenüber reinen Datennetzen auf anderen, direkteren Wegen durch die Gebäude geführt werden müssen. Lassen sich längere Distanzen nicht vermeiden, müssen sogenannte Midspans zum Einsatz kommen. Diese werden als Zwischenglied in die Kabelstrecke eingebracht, um auch PoE-Endgeräte zuverlässig und energieeffizient zu versorgen, die zu weit vom nächsten PoE-Switch entfernt sind. Welchen Einfluss die Kabelqualität selbst auf die Zuverlässigkeit und Energieeffizienz hat, folgt in einer späteren Betrachtung.
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Die Querschnitte verschiedener Netzwerkkabelklassen im Vergleich
Verantwortung für Energieeffizienz verlagert sich Richtung ITEine der Folgen dieser Entwicklung ist die Tatsache, dass sich die Kostenverteilung im Unternehmen verändert. Waren früher die Stromkosten hauptsächlich bei der Betriebstechnik verortet, verlagern sich diese heute immer mehr in Richtung IT. IT-Leiter:innen bekommen somit neue Verantwortungsbereiche hinzu. Admins müssen nicht nur die störungsfreie Funktion aller Datenverarbeitungssysteme sicherstellen, sondern auch dafür sorgen, dass die IT-Abteilung nachhaltig arbeitet. Dazu zählt neben Servern, TK-Anlagen und aktiven Netzwerkkomponenten eben auch der energieeffiziente Betrieb der PoE-Geräte.
Welche Werkzeuge stehen dafür zur Verfügung? Wichtig ist es selbstverständlich, schon beim Einkauf der PoE-Geräte darauf zu achten, dass diese möglichst effizient arbeiten und in der Lage sind, sich bei Leerlauf in einen Stromsparmodus zu versetzen. Auch die eingesetzten Switches oder Midspans können durch eine intelligente Verwaltung des PoE-Energiebudgets ihren Beitrag zu mehr Effizienz leisten. Zudem sollten diese über Monitoring- und Management-Funktionen verfügen, damit anhand der erfassten Daten jederzeit Optimierungen vorgenommen werden können. Dazu kommen, wie bereits erwähnt, möglichst kurze Kabelwege und eine hohe Kabelqualität. Weiterhin müssen Verteilerräume, die oft nur passiv gekühlt waren, mit der zusätzlichen Wärmelast nun auch aktiv gekühlt werden, da ein PoE Switch anstatt 300W auf einmal 3KW pro Gerät an Wärmelast generieren kann. Auch die Verlegeart z.B. im Rack kann maßgeblich sein, da eine hohe Bündelung von Kabeln in der Mitte zu hoher Hitze und auch zu Übertragungsverlusten führt. Daher sollten die Kabel in Lagen geführt werden mit 1-2 mm Abstand pro Lage (siehe Bild 1).
Die Qualität der Kabel ist ein entscheidender, aber meist unterschätzter Faktor für eine möglichst verlustarme und zuverlässige Versorgung von PoE-Geräten. Häufig wird die Auswahl von Netzwerkkabeln zunächst nur an der nutzbaren Bandbreite, also der Voraussetzung für die maximal erreichbaren Übertragungsgeschwindigkeiten festgemacht.
Beim Einsatz von PoE-Geräten sollten hier aber weitere Faktoren mit einbezogen werden. Selbst wenn keine Übertragungsgeschwindigkeiten von 10 Gbit/s oder mehr erforderlich sind, sollte immer ein Kabel mit einer möglichst hohen Klassifizierung wie CAT7A oder CAT8 installiert werden, da diese über einen größeren Adernquerschnitt (AWG23 bzw. AWG22) verfügen und der Anschaffungspreis sich nur minimal von CAT5e Kabeln (AWG24) unterscheidet. Das sorgt für weniger Übertragungsverluste und hilft somit beim Energiesparen. Bei langen Kabelstrecken kann eine höhere Kabelqualität die Übertragungsverluste im Idealfall um bis zu 10 Prozent reduzieren. Einzelheiten dazu zeigt das folgende Beispiel der Kerpen Datacom GmbH.
Bild 1: Vergleich Übertragungsverluste AWG22 / AWG24
Quelle: Kerpen Datacom GmbH
Zudem gewährleistet eine möglichst hohe Kabelqualität auch Zukunftssicherheit – gerade bei einer durchschnittlichen Nutzungsdauer einer Netzwerkinstallation von 10 bis 15 Jahren ein entscheidender Faktor.
Die Installation eines PoE-Netzwerkes muss so geplant werden, dass am Endgerät immer mindestens 44V anliegen. So ist sichergestellt, dass Geräte aller Hersteller zuverlässig funktionieren. Wird dies nicht beachtet, kann es sein, dass Geräte in unregelmäßigen Abständen neustarten oder die Funktion komplett einstellen. Auch die Kabeltemperatur und die Länge der nach der Installation angeschlossenen Patchkabel muss bei dieser Betrachtung berücksichtigt werden. Werden Kabel in Bündeln, geschlossenen Kanälen oder an Orten mit Sonneneinstrahlung verlegt, erwärmen sich diese natürlich stärker, als bei freier Verlegung über offene Kabeltrassen. Erwärmt sich das Kabel, steigt der Gleichstromwiderstand und es kommt zu einem minimal stärkeren Spannungsabfall von etwa einem Prozent bei einer 10 Grad höheren Temperatur.
Auch wenn die Länge des Installationskabels schon nahe an der Grenze der Spezifikation liegt und zusätzlich noch lange Patchkabel eingesetzt werden, kann es ebenfalls zu einem zu hohen Spannungsabfall kommen. Dabei muss weiterhin die Tatsache beachtet werden, dass die eigentlichen Adern in Netzwerkkabeln durch den Aufbau als verdrilltes Kabel sowieso schon deutlich länger sind, als die Außenlänge des kompletten Kabels.
All diese Szenarien müssen natürlich vor der Ausführung der Installation berechnet werden, um hinreichende Reserven einzuplanen.
Das folgende Beispiel zeigt, in welchem Rahmen sich die Kabelqualität auf den Spannungsabfall auswirkt.
Bild 2: Vergleich Spannungsabfall AWG22 / AWG24
Quelle: Kerpen Datacom GmbH
Beim Blick auf die Entwicklung der Strompreise und der Option, bis zu 10 Prozent Stromkosten einzusparen, wird sofort klar, dass sich die Investition in bessere Kabelqualität schnell bezahlt macht. Der Preisunterschied zwischen einem CAT5e-Kabel und einem CAT7A-Kabel beträgt rund 30 Euro pro 100m, was auch bei größeren Installationen sicherlich nicht das Budget sprengt. Zudem bekommt man eine zukunftssichere Installation, die auch bei der Datenübertragung weniger anfällig gegen Störeinflüsse ist und jederzeit Upgrades der Übertragungsgeschwindigkeit zulässt.
Der Autor Jan Moll ist Geschäftsführer der dtm group, einem Full Service-Anbieter für IT-Infrastrukturen, Datacenter und Serversysteme.
Energieeffiziente und nachhaltige PoE-Netzwerkinfrastrukturen sind auch eines der Schwerpunktthemen auf dem netforum 23. Der IT- und Strategiekongress im Festspielhaus Bregenz (20. und 21. September) findet dieses Jahr bereits zum zwölften Mal statt und hat sich seit 1997 zu einer festen Größe in der IT-Branche entwickelt. Das Themenspektrum der diesjährigen Veranstaltung erstreckt sich von intelligenten IT-Infrastrukturen, Netzwerktechnik und Effizienzlösungen für Rechenzentren bis hin zu Quantentechnologie, Künstlicher Intelligenz und Web3.
Das netforum schlägt eine Brücke zwischen technischen und wirtschaftlichen Fragestellungen. Neben Fachexperten aus der IT- und Datacenter-Branche wie beispielsweise Hartwig Bazzanella (VIRZ e.V.) oder Staffan Reveman (Reveman Energy Academy) werden daher auch Referenten wie Sigmar Gabriel (Bundesaußenminister a. D.), Aya Jaff (Tech-Gründerin), Horst von Buttlar (Chefredakteur der WirtschaftsWoche) und Christoph Keese (CEO Axel Springer hy) am netforum teilnehmen.
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