22.10.20 – Amir Farouk

Wenn der Asphalt sprechen lernt und Gebäude mitdenken: Die Smart City klingt nach Science-Fiction, ist aber in vielen Aspekten bereits Wirklichkeit. Aber was bringt uns die Zukunft?

Smart City, die intelligente Stadt, ist ein Begriff der gerne in den Raum geworfen wird, wenn es um die Zukunft geht. Was genau eine smarte City dabei eigentlich sein soll, und dass viele Städte bereits heute in unzähligen Bereichen ihre digitalen Fühler ausstrecken, ist aber nur den wenigsten bewusst. Die intelligente Stadt soll nicht nur das Leben einfacher, sondern auch schöner gestalten. Die Themen Lebensqualität, Umweltschutz oder Nachhaltigkeit werden dank gezielter Vernetzung, intelligenter Sensoren und modernster Technik schon heute optimiert – teilweise ohne, dass wir es bemerken. Diese Unauffälligkeit in Kombination mit dem Nutzen dürfte wohl auch zur Akzeptanz beitragen.

Eine 2017 durchgeführte Studie6 fand heraus, dass ein Großteil der Befragten sehr positiv gegenüber dem Thema Smart City eingestellt ist. Auch die Erwartungen waren hier groß: Neben Themen wie WLAN an öffentlichen Plätzen spielten auch Mobilität und die Verbesserung des Alltagslebens eine große Rolle. Zeitersparnis, die Vereinfachung des Alltags und eine höhere Flexibilität, sowie Verbesserungen im Bereich der Nachhaltigkeit und des Umweltschutzes standen für die Menschen im Fokus.

Zwei Drittel der Befragten gaben an, dass sie durch die intelligente Stadt eine Verbesserung der Lebensqualität erwarten. Schon heute finden sich in den Städten jede Menge Bereiche, die durch den Einsatz von vernetzter Technologie verbessert werden. Und auch die Stadt der Zukunft wird viele Veränderungen bringen, die unser Leben und die Lebensqualität positiv beeinflussen werden.

Smart Building – wenn Gebäude sprechen lernen

Ein integraler Bestandteil jeder Stadt sind selbstverständlich ihre Gebäude. Wohnhäuser, Geschäfte, Büros und öffentliche Einrichtungen wie Schulen oder Kindergärten sowie Sehenswürdigkeiten prägen ihr Bild. Dabei gehen Pflege und Wartung dieser Gebäude aber mit einigen Herausforderungen einher.

Die Instandhaltung von Fassaden beispielsweise kann nicht ausschließlich anhand von optischen Kritikpunkten erfolgen. Und auch innerhalb der Gebäude gibt es einige Ansatzpunkte, die mit einer smarten Anbindung viel Arbeit, Zeit und manchmal auch Ärger ersparen.

Smart Meter für Strom, die österreichweit bereits Einsatz finden, sind hier ein spannendes Beispiel. Der intelligente Stromzähler dient nämlich nicht nur dazu, dem Stromanbieter die Ablesung des Zählers zu erleichtern. Auch für Kunden und die Herausforderungen der Stadt der Zukunft ist der Smart Meter essenziell.

Dank optionaler Einspeisung der Daten in ein eigens zugängliches Webportal bekommen wir dank Smart Meter nämlich die Möglichkeit, unseren eigenen Verbrauch besser einzuschätzen. Ein nicht zu vernachlässigender Nutzen, wenn man bedenkt, dass die meisten Menschen kaum ein Gefühl dafür haben, was ihre Geräte und der gesamte Haushalt im Jahr verbrauchen oder dass die Maßeinheit dafür Kilowattstunden ist.

Ressourcenschonung leichtgemacht

Warum unser Stromverbrauch etwa gestiegen ist, oder welchen Verbraucher wir gezielter einsetzen sollten, lässt sich so ohne großen Aufwand ermitteln. Das smarte Gebäude hat aber noch viel mehr zu bieten. In Büroräumen erkennt das Haus beispielsweise, ob das Sonnenlicht noch genügend Ausleuchtung für den Raum bietet. Anhand der gesammelten Daten entscheidet es dann eigenständig, wie viel Beleuchtung im Raum notwendig ist, ob die Belüftung laufen soll oder wann Raum für ein angenehmeres Klima geheizt werden muss.

Über- oder unterschreiten gewisse Luftparameter vorgegeben Schwellwerte, kann eine Benachrichtigung darauf aufmerksam machen, um notwendige Maßnahmen einzuleiten. Vergessenes Licht oder das durchgehende Heizen von Räumen, die teils mehrere Tage gar nicht genutzt werden, haben einen großen Anteil an der Verschwendung von Ressourcen.

Wenn es um Smart Metering geht, reden wir aber nicht nur von Strom, sondern unter anderem auch von Wasser. Während auch hier das Thema Verbrauch eine Rolle spielt, kann die intelligente Überwachung des Wasserverbrauches auch vor Ärgernissen und teuren Folgekosten schützen. Ein Wasserrohrbruch, wie ihn viele selbst schon miterleben mussten, wird meist nämlich erst erkannt, wenn es bereits zu spät ist. Intelligente Zähler können in diesem Bereich Anomalien frühzeitig erkennen und melden und somit im Fall des Falles sogar vor Schäden an Gebäuden und horrenden Folgekosten schützen.

Smarte Sensorik kann außerdem über das System hinweg auf Veränderungen in der Wasserzusammensetzung reagieren und darauf hinweisen. So können rechtzeitig entsprechende Schritte eingeleitet werden, um möglichen Ausfällen vorzubeugen.

Beim Thema Defekte und Verschleiß gibt es aber noch viel mehr Gebiete in Gebäuden, die intelligent überwacht werden können. Trotz regelmäßiger Wartung verschleißen etwa an Aufzügen immer wieder einzelne Teile. Eine gezielte Bauteilüberwachung kann hier vor Kosten schützen, bevor ein größerer Schaden eintritt und massive Kosten entstehen.

Wenn das Gebäude zum Kraftwerk wird

Ein wichtiger Bestandteil des Smart Buildings ist auch die On-Site-Stromerzeugung. Neben den bereits erwähnten Maßnahmen zum effizienteren Einsatz von Energie, erzeugt das Gebäude der Zukunft im Optimalfall seinen Strom selbst; Stichwort „Nullenergiehäuser“. Photovoltaikanlagen sind hier ein wichtiger Bestandteil und schon heute weit verbreitet. In Zukunft liegt der Fokus hier zusätzlich auf der Speicherung in Akkus oder etwa Eisspeichern. So kann die überschüssige Energie nicht nur besser über einen Zeitraum verteilt werden, Netzlastspitzen können auch einfacher ausgeglichen werden.

Bereits heute gibt es Gebäude, die in Sachen Energieeffizienz und Ressourcenschonung mehr als nur hervorstechen. Brattørkaia, ein Bürokomplex im norwegischen Trondheim, gehört zu den nachhaltigsten Gebäuden der Welt. Das speziell designte Gebäude setzt auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Maßnahmen, um die Umwelt zu schonen. Das Dach sowie Teile der Fassade sind mit Solar-Paneelen ausgestattet, die im Jahr mehr als das Doppelte des benötigten Stromes produzieren. Angefallenes Regenwasser wird im Gebäude gesammelt und zur Spülung von Toiletten benutzt. Süßwasser aus den nahegelegenen Fjorden wird zur Temperaturregulierung innerhalb des Gebäudekomplexes verwendet.

Egal ob Wohn-, Büro- oder Industriegebäude, sie alle haben eine Sache gemeinsam: Zum Zutritt werden Schlüssel benötigt. Viele Bewohner:innen von Altbauten sind es etwa gewohnt, für ein Gebäude gleich einen ganzen Bund an unterschiedlichen Schlüsseln zu benötigen – jeweils einen für Stiegenhaus, Briefkasten, Postbox, Kellerabteil und natürlich die Wohnung selbst.

Hier kommen RFID-Datenträger und vor allem das eigene Smartphone ins Spiel. Statt einen Bund klobiger Schlüssel mitzuschleppen, wird nur noch ein Gerät benötigt, um Zutritt und Zugriff zu den entsprechenden Anlagen zu bekommen.

Smart Lighting – Die Straßenlaterne, die mitdenkt

Wenn es um das Thema smarte Beleuchtung geht, können sich viele nicht vorstellen, was sich an einer einfachen Lampe noch großartig optimieren lässt. Tatsächlich ist das Potenzial zur Verbesserung gerade hier aber enorm. Ein erster Schritt in Sachen Modernisierung und Zukunft ist die Umstellung auf LED-Technologie. Immer mehr Städte ersetzen Quecksilber- und Natriumdampflampen sowie andere Leuchtstofflampen gegen LEDs. Die Vorteile liegen auf der Hand: Während die Mär vom angeblich schlechteren Licht und der vermeintlich kalten Lichtfarbe von LEDs ohnehin längst der Vergangenheit angehören, können damit auch enorme Kostenersparnisse beim Stromverbrauch erzielt werden.

Die Stadt Wien spricht hier am Beispiel der alten Kugelleuchten auf der Donauinsel von 80 Prozent Ersparnis. Die LED-Beleuchtung ermöglicht aber eben nicht nur massive Kostenreduktionen, sondern auch die Integration einiger smarter Ideen. Schon heute werden etwa in Wien die Lampen um 22 Uhr und um Mitternacht um jeweils 25 Prozent gedimmt. Neben einer zusätzlichen Stromersparnis schonen die reduzierten Lampen die Anwohner und bringen Besserung bei einem weiteren Thema, das oft viel zu wenig Beachtung bekommt: Lichtverschmutzung. Das ist nicht nur für Sterneschauer:innen wichtig, sondern vor allem für diverse Tierpopulationen in den Städten, die vom künstlichen Licht massiv in ihrem Lebensraum beeinträchtigt werden.

Zusätzlich zur bereits jetzt praktizierten Dimmung wird smarte Straßenbeleuchtung noch einige Verbesserungen in naher Zukunft bringen: Ein Beispiel ist hier die individuelle Dimmung einzelner Lampen sowie der Lichter in einem bestimmten Umkreis, die situationsbedingt reagieren. Statt zu festen Zeit die Lichter ein- und auszuschalten, kommen Dämmerungssensoren zum Einsatz, die in Echtzeit auf die momentanen Lichtverhältnisse reagieren.

Hotspot Straßenleuchte

Zusätzlich ausgestattet mit Bewegungssensoren erkennen die Straßenlaternen, wann und wo wir uns durch die Gassen bewegen. Die Helligkeit sämtlicher Laternen in unserer Umgebung wird bei Bedarf erhöht und unser Weg besser ausgeleuchtet. Findet im Umkreis keine Bewegung mehr statt, können die Lampen die Helligkeit wieder senken. Das Laufen durch dunkle Gassen gehört damit der Vergangenheit an, das Sicherheitsgefühl wird gleichzeitig gesteigert. Aber die smarte Straßenleuchte liefert nicht nur Licht, sondern auch Internet.

Auch die Einbindung von 5G-Antennen ist hier ein Thema. Als Draufgabe soll der Laternenmast in Zukunft auch seinen eigenen Strom produzieren. Ausgestattet mit Solar-Paneelen und in Kombination mit effizienter Automatisierung bringt die Straßenlaterne der Smart City viele wertvolle Verbesserungen für die Bürger:innen.

Smart Wastemanagement – wenn die Mülltonnen sich selbst verwalten

Ob nun in einer Stadt 1.000 oder 100.000 Menschen leben, eines ist sicher: Es fällt Müll an. Das sogenannte Waste-Management funktioniert in Länder wie Österreich einigermaßen reibungslos. Und doch ist vielen nicht bewusst, welche Arbeit dahintersteckt und wie ein so komplexes System überhaupt am Laufen gehalten wird. Gerade was die Müllabfuhr angeht, hat sich bis vor ein paar Jahren technologisch eher wenig verändert. Erst mit dem Fortschritt bestimmter, internetabhängiger Technologien, etwa energieeffizienten Chips und NarrowBand-IoT, haben sich für die Abfallwirtschaft neue Möglichkeiten eröffnet. Das Abfuhrsystem, das den Müll von Privathaushalten einsammelt, setzt bisher auf fixe Termine, an denen eine Abholung stattfindet. Das soll sich ändern.

Vollautomatische Abfuhrplanung

Individuelle Bedürfnisse haben in solchen fixen Zeitplänen oft nur schwer Platz. Gerade deshalb ist das smarte Abfallmanagement ein wichtiger Bestandteil jeder Smart City. Intelligente Mülltonen in Privathaushalten, aber auch in öffentlichen Anlagen wie Parks und Einkaufsstraßen, verschieben die Müll-Beseitigung von einem starren Zeitplan zu einem flexiblen Abfuhrmodell, in dem auf die Bedürfnisse der Anwohner:innen und der Stadt selbst besser eingegangen werden kann. Smarte Sensorik soll hier bereits frühzeitig erkennen und warnen, wenn etwa eine Tonne voll wird und eine Abholung besonders dringlich ist.

Die Tonne der Zukunft meldet dabei vollautomatisch an den zuständigen Abfallentsorger, dass eine Entsorgung eingeplant werden soll. Ein eigenes System berechnet dann die effizienteste Route für den Müllwagen, um alle Tonnen zu leeren. Überfüllte Mistkübel in Parks oder die Bio-Tonne, die sich nicht mehr schließen lässt, sollen damit der Vergangenheit angehören. Auch in Sachen Sicherheit bringen smarte System im Bereich der Abfallentsorgung eine Verbesserung.

Durch Temperatur-Überwachung und einer sogenannten digitalen Nase erkennt die Mülltonne bereits frühzeitig, ob sich Probleme anbahnen. Häufiges Beispiel ist hier die unsachgemäße Entsorgung von Zigaretten und damit einhergehende Brände, die nicht nur Schäden verursachen, sondern auch Leben gefährden können.

Smartes Verkehrsmanagement – Verkehrsinfarkt ade

Gerade das Thema Verkehr ist für Städte von ganz besonderer Bedeutung. Über die letzten Jahrzehnte ist die Anzahl der Autos rasant gestiegen und hat in so manchen Cities dieser Welt bereits nahe an den Verkehrsinfarkt geführt. Unendlich lange Staus, massive Wartezeiten sowie starke Schäden für die Umwelt und unsere eigene Gesundheit, die unter dem extremen Verkehr leiden, sind die Folgen.

Während smartes Verkehrsmanagement nicht direkt die Anzahl an Fahrzeugen reduzieren kann, die sich gleichzeitig auf der Straße befinden—hier sind am Ende nicht Smart Cities, sondern Smart People gefragt—, lässt sich doch einiges mit Hilfe von Technologie ändern. Das Konzept bezieht sich dabei nicht ausschließlich auf Autos und deren Dasein in der Stadt, sondern versucht, unter Einbindung aller Verkehrsteilnehmer und alternativen Fortbewegungsmitteln den Verkehrsfluss und das Leben in der Stadt zu verbessern.

Schon heute kommen etwa Sensoren an Ampeln zum Einsatz, die bei Bedarf eine Grünschaltung auslösen. Um unnötige Grünphasen und damit auch Wartezeiten für andere Verkehrsteilnehmer:innen zu vermeiden, werden diese Ampeln etwa mit Induktionsschleifen im Boden oder passiven Infrarotsensoren ausgestattet, die erst bei der Annäherung eines Fahrzeuges um Freigabe bitten.

Die Smart City der Zukunft hat hier noch deutlich mehr in petto. Niedrige Latenzen durch 5G und damit einhergehende Fahrzeuge, die immer mehr mit ihrer Umgebung kommunizieren, werden dazu führen, dass der Verkehrsfluss sich quasi neu erfindet. Wenn Autos etwa mit Ampeln kommunizieren und andere Fahrzeuge in ihre Berechnungen miteinbeziehen, ist das Stehen an einer roten Ampel möglicherweise bald ein Ding der Vergangenheit. Auch die Auswahl der Route wird nicht mehr nur auf einfachen Standortdaten basieren, sondern die in Echtzeit geteilten Informationen von anderen Fahrzeugen miteinbeziehen.

Daten aus dem Verkehrsalltag werden dazu beitragen, dass Straßen beispielsweise angepasst werden, um auf beliebten Radstrecken mehr Platz für Radfahrer zu schaffen oder Busspuren einzuführen, wo der öffentliche Verkehr sonst oft ins Stocken gerät. Das Thema alternative Fortbewegungsmittel, zusammengefasst unter dem Begriff Smart Mobility, könnte vor allem durch die Schaffung von zentralen Plattformen einen großen Beitrag zur Entspannung des städtischen Verkehrs beitragen. Wenn wir für unseren täglichen Weg zur Arbeit etwa aus einem Mix von verschiedenen Fortbewegungsmitteln setzen können, ohne mehrere Abos abschließen und unterschiedliche Apps bedienen zu müssen, wird es in Zukunft für uns alle attraktiver sein, das Auto einfach mal stehen zu lassen.

Die Straße lernt das Sprechen

Neben einem fahrbaren Untersatz ist selbstverständlich auch die Straße selbst ein wichtiger Bestandteil der Mobilität. Die beste Anbindung an verschiedenste Vehikel ist sinnlos, wenn nicht auch die Straßen in einem ordentlichen Zustand sind.

Das sogenannte Road Condition Monitoring ist dabei alles andere als Zukunftsmusik. Schon heute werden Sensoren eingesetzt, die sich um die Überwachung des Asphalts kümmern. Beispielsweise sind Schlaglöcher ein Thema, die für Stadt und Verkehrsteilnehmer ein Faktor sind.

Während die Optik zumindest zweitrangig ist, stellen Schlaglöcher etwa eine Gefahr für Radfahrer dar und sind auch für die Karosserie von Kraftfahrzeugen alles andere als gesund. Statt Straßen manuell und wiederholt abfahren zu müssen, kann gezielt repariert und damit der Kostenfaktor gesenkt werden. Zusätzlich überwachen die Sensoren auch Parameter wie Fahrbahntemperatur, Niederschlagsintensität und Eiswahrscheinlichkeit. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen beispielsweise den gezielteren und vor allem automatisierten Einsatz von Streuwägen, die bereits reagieren, bevor die Fahrbahn zur gefährlichen Eisfläche wird.

Was die Zukunft bringt

Das Thema Smart City wird in den nächsten Jahren gehörig an Fahrt aufnehmen. Die vielen fertigen und auch experimentellen Umsetzung in Städten rund um die Welt zeigen, dass in der Stadt der Zukunft noch viel Potenzial liegt.

Sowohl aus Sicht der Bürger:innen als auch der Verwaltung bringen die unzähligen Facetten der intelligenten Stadt neue Möglichkeiten, effizienter und besser mit Ressourcen umzugehen, das Leben einfacher zu gestalten und die Lebensqualität zu steigern. In vielen Bereichen der Smart City profitieren wir bereits jetzt von smarten Lösungen, die uns im Alltag unter die Arme greifen. Die nahe Zukunft verspricht aber noch mehr: nämlich eine Stadt, die intelligent handelt und sich smart vernetzt, anstatt stupide festgefahrene Abläufe in Isolation auszuführen. Was uns bevorsteht, ist nicht weniger als eine Art Aufklärung für die Welt der Dinge, die uns umgibt. Und von ein bisschen mehr Schläue können wir alle nur profitieren.

Amir × Magnet

Amir Farouk

Technik-Liebhaber von Kindesbeinen an. Early Adopter. Motto: Geht nicht, gibt's nicht. Schreibt über alles, was mit dem Internet verbunden werden kann. Immer auf der Suche nach dem 'nächsten großen Ding'.

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