Smart Home Systeme – eine Einführung

Bei der (Bau-)Planung eines Eigenheims stehen Bauherren:innen/Bauverantwortliche oft vor der Frage, ob und in welchem Umfang Hausautomation durch ein Smart Home System unterstützt werden soll.

Welche Anwendungsgebiete sollen unterstützt werden? Welche Systeme und Techniken sollen genutzt werden?

Dieser dreiteilige Blogbeitrag gibt einen umfassenden Überblick über die Anbieter von Smart Home Systemen und den technischen Rahmenbedingungen. Im ersten Teil des Blogs „Smart Wohnen“ werden Anbieter von Smart Home Systemen vorgestellt, die eine Marktpräsenz haben und die bei der Installation und Einrichtung von Smart Home Komponenten auf Plug&Play setzen.

Um die Frage zu beantworten, was ein Smart Home System zur Hausautomation leisten soll, müssen Bauherr:innen zunächst ihre Anwendungsgebiete festlegen. Bei den folgenden Anwendungsgebieten kann dann ein Smart Home System Unterstützung leisten:

Zunächst kommt das Anwendungsgebiet “Sicherheit“

Unter Sicherheit wird zunächst einmal Gebäudesicherheit verstanden. Es soll ein Schutz vor Einbruch, Vandalismus und Brand erfolgen. Neben einer rechtzeitigen Erkennung einer Brand- und Rauchentwicklung sollen auch Lecks z.B. in Waschküchen entdeckt werden. Die Kontrolle des (un-)berechtigen Zugangs zum Gebäude zählt ebenfalls zum Anwendungsgebiet Sicherheit.

Das Anwendungsgebiet „Sicherheit“ lässt sich nicht nahtlos vom Anwendungsgebiet „Komfort“ trennen. Hierzu zählen auch die Steuerung und Kontrolle von Beschattungen (wie z.B. Rollläden, Markisen oder Jalousien) sowie Fenster- und Türbeschläge und Antriebe für Fenster, Türen und Garagentore.

Das Anwendungsgebiet „Komfort“ muss differenzierter betrachten werden

Beleuchtung und Lichtszenarien sind in diesem Anwendungsgebiet vorherrschend. Die Steuerung von Schaltern, Lampen und Steckdosen ist ebenso gewünscht, wie die Steuerung von stimmungs- und situationsabhängigen Lichtszenarien mit verschiedenen Farben.

Das Anwendungsgebiet umfasst jedoch auch die Steuerung und Kontrolle von Geräten der weißen Ware (z.B. Geschirrspüler, Waschmaschinen, Trockner, Kaffeemaschinen, Kühlschränke, Staubsauger, Backöfen) sowie der braunen Ware (z.B. Audio- und TV-Geräte). In dieses Anwendungsgebiet gehören auch Geräte zur Gartenbewirtschaftung, wie z.B. Mähroboter oder Bewässerungssysteme.

Dem Anwendungsgebiet „Energie“ kommt eine wichtige Bedeutung zu

Hierzu zählen als erstes Heizkörperthermostate und dann darüber hinaus Steuerungen von konventionellen (Brennwert-)Heizungsanlagen mit Radiatoren/Konvektoren oder Fußbodenheizungsanlagen. Ergänzend zu den Heizkörperthermostaten werden dazu externe Wandthermostate/-wärmefühler eingesetzt.

Neben der Steuerung der Wärme aus Wärmeerzeugern mit verschiedenen Energieträgern (Gas, Öl, Pellets) zählt auch der Verbrauch von Strom zu diesem Anwendungsgebiet. Die Steuerung des Verbrauchs von Strom erfolgt durch Messen. Dazu werden Stromzähler, z.B. integriert in Unterputzschaltern, -steckdosen, als Zwischenstecker aber auch digitale Stromzähler verwendet.

Gateways und Funkprotokolle

Ein Smart Home System in einem Eigenheim, welches diese Anwendungsgebiete ganz oder teilweise unterstützen soll, hat ein Smart Home Gateway (auch als Residential Gateway, Access Point, Controller, HAP, Router, etc. bezeichnet) als Zentrale. Dieses Smart Home Gateway nutzt dann ein oder mehrere Funkprotokolle, um Smart Home Komponenten (Aktoren und Sensoren) abzufragen und zu steuern.

Die gängigsten standardisierten Funkprotokolle sind ZigBee, Z-Wave, WLAN und DECT ULE. Ein weiteres Funkprotokoll, welches anbieterübergreifend zur Steuerung von Smart Home Komponenten verwendet wird, ist das EnOcean Funkprotokoll. Dieses Protokoll nutzt die Frequenz 868,3 MHz. Durch das Prinzip des Energy Harvesting wird Energie aus Bewegung erzeugt. D.h. die Schalter (An/Aus-Druckschalter, Schiebe- und Drehregler) sind mit einem winzigen elektromechanischen Energiewandler ausgestattet, der die Bewegung des Schaltens nutzt, um Energie für das Senden eines Funktelegramms zu erzeugen. Es wird jedoch ein Smart Home Gateway, welches zwischen EnOcean-Funkprotokoll und anderen kabel- oder funkbasierten Protokollen Telegramme austauscht, benötigt. Der Stromverbrauch ist sehr gering und die Stabilität ist sehr hoch. Die Anzahl von Smart Home Komponenten ist jedoch als gering bis mittel zu bezeichnen.

Einige Anbieter von Smart Home Systemen nutzen neben standardisierten Funkprotokollen noch eigene proprietäre Funkprotokolle im Frequenzbereich von 868,3 MHz / 869,525 MHz (z.B. Bosch) oder im Frequenzbereich von 868,0 – 868,9 MHz (z.B. HomematicIP).

Ein weiteres properitär genutztes Funkprotokoll in dem Frequenzbereich 868 – 870 MHz ist das io-homecontrol Funkprotokoll, welches oft von Haustechnikanbietern (z.B. Somfy, Velux) verwendet wird.

Anmerkung:
Das neue innovative Funkprotokoll Matter soll das Problem der Inkompatibilität von Smart Home Komponenten verschiedener Anbieter durch unterschiedliche Funkprotokolle zukünftig beheben. Das Funkprotokoll unterstützt neben Bluetooth Low Energy auch Wi-Fi und den IPv6-basierten Funkstandard Thread. Da das Protokoll bisherige Funkprotokolle ergänzt und nicht ablösen soll, wird es zunächst einmal ein weiteres Protokoll am Markt eingeführt. Es bleibt dann abzuwarten, wann dieses Protokoll durch die Connectivity Standards Alliance als ‚Industrie-Standard‘ am Markt durchgesetzt werden kann.