Wie kommuniziert ein Smart Home?

In diesem Beitrag möchte ich euch erklären, wie ein Smart Home System kommuniziert, welche Möglichkeiten zur Kommunikation bestehen, welche Anbieter es gibt und welche Risiken durch die Smart Home Technologie bestehen. Gerade für diejenigen von euch, die ein Haus planen oder demnächst eine Wohnung sanieren möchten, ist Smart Home ein spannendes Thema.

Worum geht es bei Smart Home?

Der englische Begriff „smart“, zu Deutsch „intelligent“, fand seit der Etablierung des Smartphones Einklang in den deutschen Sprachgebrauch. Doch was genau heißt es in einem „intelligenten“ Zuhause zu leben? Hier kommt das „Internet der Dinge“ in Spiel.

Beim „Internet der Dinge“ geht es darum, kleine, unauffällige Computer zu bauen, die den Menschen im alltäglichen Leben unterstützten. Grob betrachtet gehört auch das Smartphone zum „Internet der Dinge“. Bei der zukünftigen Entwicklung des „Internet der Dinge“ geht es also um „intelligente Helfer“, welche sich ohne Anweisung und Befehl an die menschlichen Bedürfnisse anpassen.

Genau an diesem Punkt setzt die Smart Home Technik an und wird bei der Errichtung sowie bei der Sanierung von Gebäuden eine immer wichtigere Rolle einnehmen. Der definierte Komfort in einem Gebäude wird durch die intelligente Technik geregelt und gesteuert, ohne dass der Verbraucher etwas davon mitbekommt. Die Bitkom hat in einer Marktprognose den Anstieg für Smart Home-Haushalte in den nächsten Jahren ermittelt und geht bei einer progressiven Steigerung von 180 % bis 2020 aus. Eine Überschreitung der Millionengrenze von Smart Home-Haushalten wird in Deutschland bereits im Jahr 2018 erwartet.

Was ist Smart Home?

Smart Home steht für die intelligente Verknüpfung aller elektrischen Geräte in einem privaten Haushalt. Dabei ist mit Intelligenz die gezielte Vernetzung der Haustechnik, wie beispielsweise der Heizung, Beleuchtung oder Belüftung gemeint. Die Vernetzung erlaubt eine automatische Kommunikation der Geräte untereinander, wodurch sich die einzelnen Komponenten bei Bedarf steuern lassen oder von selbst steuern. Smart Home eröffnet dem Anwender somit zahlreiche Nutzungsmöglichkeiten in den Bereichen Komfort, Sicherheit und Energieeffizienz.

Durch die Nutzung intelligenter Gebäudeautomation kann beispielsweise der Betrieb von betriebstechnischen Anlagen in einem Gebäude funktionserfüllender, zuverlässiger, sicherer und energieeffizienter gestaltet werden. Die Optimierung des Zusammenspiels zwischen Technik und nutzungsorientierter Automatisierungsstrategien bilden dabei die Basis von Smart Home.

Durch die Visualisierung und Protokollierung der jeweiligen Zustände in einem Gebäude ist es somit möglich, den Komfort in einem Gebäude an die jeweilige Gebäudenutzung flexibel anzupassen und über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes zu optimieren. Die Basis hierfür bildet der Aufbau einer Wissensdatenbank, um beispielsweise permanent Energieeinsparpotenziale aufzudecken oder ein optimales Wartungsmanagement zu realisieren.

Systemübersicht Gebäudeautomatisierung

Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Gebäudeautomatisierungssystemen, welche folgend vorgestellt werden:

• das zentrale System
• das dezentrale System

Die Grundlage beider Systeme bildet das sogenannte Bus – System (Binary Unit System). Das Bus – System besteht aus Aktoren, Sensoren und Leitungen. Sensoren nehmen Zustände wie Temperaturen, Bewegungen, die Beleuchtungsstärke oder die Luftqualität in einem Gebäude wahr. Beispiele für Sensoren sind Bewegungsmelder, Thermometer oder Luxmeter (Messgerät zur Messung der Beleuchtungsstärke).

Aktoren verarbeiten die Informationen der Sensoren und reagieren entsprechend mit einer Aktion auf diese, um den gewünschten Komfort im Gebäude aufrechtzuerhalten. Beispiele für Aktoren sind Jalousien, die Heizungsregelung, Beleuchtungssysteme oder Lüftungsanlagen.

Das zentrale System

Innerhalb des zentralen Systems werden die Sensoren und Aktoren über eine zentrale Einheit miteinander verbunden und gesteuert. Dabei ist jedes Gerät über eine Leitung an die Zentrale angeschlossen. Die Verbindung kann entweder über Funk oder Kabel erfolgen. Sollte durch einen Zwischenfall die zentrale Steuereinheit ausfallen, ist keine Kommunikation mit den einzelnen Teilnehmern des Netzwerkes mehr möglich.

Das dezentrale System

Das dezentrale System verzichtet auf eine zentrale Steuereinheit, indem die einzelnen Teilnehmer des Netzwerks über einen eigenen Mikrochip verfügen. Die Teilnehmer sind über Kabel oder Funk miteinander verbunden und kommunizieren, anders als im zentralen System, direkt untereinander. Der Ablauf der Kommunikation erfolgt dabei über festgelegte Parameter, die mittels einer spezifischen Software definiert werden.

Die Kommunikation zwischen den Geräten

Die Voraussetzung für eine reibungslose Kommunikation zwischen den Geräten ist eine gemeinsame „Sprache“, welche auch Protokoll genannt wird. Dabei hat sich im Smart Home Bereich der internationale Standard KNX als Nachfolger des EIB (Europäischer Installationsbus) etabliert. Das heißt, Geräte von Herstellern, die sich an diesem Protokoll ausrichten, können untereinander Informationen austauschen, oder anders ausgedrückt, sich untereinander „verstehen“.

Die Bahnen, auf denen die Protokolle zwischen den Geräten versendet werden, können durch verschiedene Medien realisiert werden. Zu den Übertragungsmedien im Smart Home Bereich gehören die verdrillte Kupferleitung (Bus-Kabel), die Netzspannung (Powerline), das Flachleitungssystem (Flachkabel), Ethernet (IP) und Funkwellen.

Bus-Kabel

Das verdrillte Bus-Kabel J-Y(ST)Y 2x 2 x 0,8 mm² gehört zu den am häufigsten verwendeten Datenübertragungskabeln für niedrige Datenraten. Handelt es sich um eine nachträgliche Installation eines Smart Home Systems mit Hilfe von Bus-Kabeln, können erhebliche Kosten bei der Verlegung entstehen. Bei der nachträglichen Verlegung eines Bus-Kabels muss in die bestehende Bausubstanz eingegriffen werden. Bei einem Neubau kann die Installation hingegen gleichzeitig mit der Elektroinstallation erfolgen.

Powerline

Powerline ist eine Alternative zum Bus-Kabel. Die Datenübertragung erfolgt dabei zwischen den Teilnehmern über das vorhandene 230 V Stromnetz. Eine zusätzliche Datenleitung ist daher nicht notwendig. Lediglich Steckdosenadapter und Vorschaltklemmen werden für die Installation eines Netzwerkes benötigt.

Flachkabel

Das Flachkabel stellt ebenfalls eine Alternative zum herkömmlichen Bus-Kabel dar. Mit nur 0,3 mm Stärke ist das Kabel so dünn, dass es problemlos auf Wänden montiert werden kann, ohne in die Bausubstanz eingreifen zu müssen. Die Flachleitungen stammen ursprünglich aus dem Automobilbau und sind zudem vergleichsweise günstig in der Anschaffung.

Ethernet

Ethernet-Verbindungen werden hauptsächlich in lokalen Netzwerken angewendet. Die Datenübertragung erfolgt dabei zwischen PCs und Druckern. Im Gegensatz zum Flachkabel weisen Ethernet-Kabel jedoch eine größere Stärke auf. Ihre Verlegung ist daher etwas komplexer.

Funkbasierte Systeme

Auf Grund der umfassenden Verkabelung durch die große Anzahl an Sensoren und Aktoren innerhalb einer Smart Home Anlage, ist ein Funk-Bussystem eine praktische Alternative. Die Übertragung der Protokolle erfolgt hierbei mittels elektromagnetischer Funkwellen. Das Funk-Bussystem besteht aus Funksendern, Funkempfängern und einer Steuerzentrale. Zu den funkbasierten Systemen gehören unter anderem die Technologien W-LAN, Z-Wave, EnOcean oder eNet. Diese unterscheiden sich je nach verwendeter Funkfrequenz.

Vor- und Nachteile von Funk- und Kabel-Bussystemen

Die Verwendung kabelgebundener oder funkbasierter Bussysteme besitzen verschiedene Vor- und Nachteile. Dabei kommt es ebenfalls darauf an, ob die Installation eines Smart Home Systems in einen Neubau oder in einem Bestandsgebäude stattfindet. In der folgenden Tabelle sollen die Vor- und Nachteile der verschiedenen Systeme verdeutlicht werden:

Tabelle 1: Vor- und Nachteile von kabelgebundenen – und funkbasierten Bussystemen

Warum gibt es so viele unterschiedliche Plattformen?

Die große Anzahl an verschiedenen Plattformen ist vor allem darauf zurückzuführen, dass Smart Home noch eine recht junge Technologie ist. Darüber hinaus gibt es auf diesem Gebiet eine Vielzahl an Unternehmen, die in der Smart Home Technologie ein enormes Wachstumspotenzial sehen. So haben sich in den vergangenen Jahren Allianzen aus Unternehmen unterschiedlicher Geschäftsfelder gebildet.

Ein Beispiel ist die sogenannte Qivicon Allianz, zu der neben der Deutschen Telekom der Energieversorger EnBW und die Haushaltsgeräte produzierende Firma Miele gehören. Daneben drängen auch die großen Energieversorger mit eigenen Lösungen auf den Markt, wie beispielsweise der Energiekonzern RWE. Nicht zuletzt sorgte der Internetgigant Google für Aufsehen, als der Konzern im vergangenen Jahr die Übernahme des Automatisierungsunternehmens Nest Labs bekannt gab. Seither arbeitet die Google Tochter an der Entwicklung selbstlernender Smart Home Geräte.

Welchen Anbieter für das Smart Home wählen?

Da es derzeit eine große Anzahl an Anbietern für Smart Home Lösungen gibt, ist es schwierig zu sagen, für welchen Anbieter man sich entscheiden sollte. Je nach Präferenz sollte man sich zunächst entscheiden, ob ein funkbasiertes oder ein kabelgebundenes System installiert werden soll. Auch die Entscheidung, ob eine Gesamtlösung gesucht wird oder das Testen einzelner Komponente im ersten Schritt erfolgen soll, spielt eine große Rolle. Darüber hinaus sollte man vorab wissen, was man von der Haustechnik erwartet und wie viel Geld man hierfür ausgeben kann und möchte.

Tabelle 2: Systemübersicht verschiedener Smart-Home Anbieter

Wie in Tabelle 2 zu sehen ist, verkaufen die meisten Smart Home Anbieter Gesamtlösungen, die neben einer zentralen Steuereinheit Sensoren und Aktoren enthalten. Die gesamte Anlage kann dann mittels Smartphone- oder Tablett-App überwacht und gesteuert werden. Im Gegensatz dazu bieten Anbieter wie Nest nur einzelne Komponenten an.

Smart Home in der Kritik

Neben der beschriebenen Funktionalität von Smart Home Lösungen, gibt es auch bekannte Risiken dieser Systeme. Das größte Problem bezieht sich auf den Datenschutz und die Sicherheit von Smart Home Systemen. Zwar ist es möglich eine Smart Home Anlage durch entsprechende Maßnahmen zu schützen, dennoch zeigen Angriffe durch Hacker auf Smart Home Systeme immer wieder eindrucksvoll, wie einfach vorhandene Sicherheitsmaßnahmen umgangen werden können. Im Folgenden findet ihr dazu ein paar interessante Beiträge:

• Chip: Smart Home Geräte – Nur wenige sicher
• Süddeutsche: Offen wie ein Scheunentor
• WIWO: Die Hacker kommen durch den Kühlschrank

Ein weiterer Punkt ist die Datensammlung durch die Herstellerunternehmen. Oft werden hier private Daten von Smart Home Systemen zur Verbesserung der vorhandenen Technik durch die Herstellerunternehmen ausgewertet. Was mit diesen Daten passiert, welchen Einfluss man als Verbraucher hat und ob diese sensiblen Daten wirklich gut geschützt sind, ist oft nicht eindeutig geklärt. Hier muss man sich als Verbraucher die Frage stellen, ob durch staatliche und private Institutionen sichergestellt werden kann, dass persönliche Daten nicht ohne Weiteres missbraucht werden können.

Angesichts der aufgezählten Sicherheitsprobleme vom Smart Home Anwendungen, kann davon ausgegangen werden, dass die Verbesserung der Sicherheit dieser Systeme künftig eine sehr große Rolle spielen wird.

Ein weiterer Punkt ist die Belastung durch elektromagnetische Strahlung auf den menschlichen Organismus. Zwar wäre die Problematik durch ein kabelgebundenes System weitestgehend lösbar, dennoch ist die Steuerung über das Smartphone oder Tablet aktuell nur mittels Funkwellen möglich. Energiearme Funksysteme wie die EnOcean Technologie werden bereits heute aufgrund geringer Hochfrequenzemissionen in sensiblen Bereichen wie Krankenhäusern eingesetzt.

Fazit

Als Teilbereich des „Internets der Dinge“ wird die Smart Home Technologie in den kommenden Jahren eine bedeutende Rolle im Bereich der Haustechnik einnehmen. Eine Vielzahl der Hersteller geht von einem einen hohes Wachstumspotenzial aus, was für den Verbraucher eine Vielzahl an unterschiedlichen Geräten und Systemlösungen mit sich bringen wird. Daher gilt es sich vor dem Kauf richtig zu informieren, um anschließend eine passende Smart Home Lösung zu erhalten.

Künftig ist es für den Verbraucher notwendig, sich mit den Eigenschaften der einzelnen Systeme zu befassen. Gerade im Hinblick auf die zukünftige Erweiterung einer Smart Home-Anlage ist es wichtig zu wissen, welche Sensoren und Aktoren anderer Hersteller mit der bereits installierten Smart Home Anlage kompatibel sind.

Über Haus XXL

Die Redaktion von Haus-XXL.de betreibt seit 2013 einen Ratgeber, der in mittlerweile über eintausend Artikeln einschlägig und praxisorientiert über das Thema Hausbau informiert. Zusätzlich finden Bauinteressenten im Anbieterverzeichnis die passenden  Baupartner und Handwerker für jeden Bauabschnitt nach Region gegliedert.

Weiterführende Links und Quellen:
Wikipedia – EIB Europäischer Installationsbus
KNX DeutschlandWikipedia – LON Bussystem
Z-Wave – Funkprotokoll
EnOcean – Funkprotokoll

Titelbild: © Artur Marciniec / Fotolia.com