Smart Home – Komfort, Sicherheit und Energieeffizienz im vernetzten Zuhause

von Graham Martin, Chairman & CEO EnOcean Alliance

Das intelligente Zuhause ist auf dem Vormarsch. Denn die eigenen vier Wände zu vernetzen wird mit steigendem Angebot entsprechender Endgeräte und professioneller Systemlösungen immer einfacher und benutzerfreundlicher. Was genau ein Smart Home ist, für welche Anwendungsbereiche sich die Vernetzung lohnt und warum sich Funktechnologie besonders gut dafür eignet, lesen Sie in diesem Artikel.

Smart Homes erhöhen Komfort und Sicherheit ihrer Bewohner. Sie sorgen für effizientere Energienutzung und sparen Kosten. Kein Wunder also, dass der Trend zum intelligenten Zuhause anhält, wie ein Blick auf den Smart-Home-Markt in Deutschland zeigt. Laut Statista beträgt der Umsatz im Jahr 2020 4.272 Millionen Euro. Bis 2024 wird sich dieser auf 6.686 Millionen Euro erhöhen. Dies entspricht einem jährlichen Umsatzwachstum von 11,8 Prozent.

Was ist ein Smart Home?

Smart Home bedeutet professionelle Gebäudeautomation für zuhause. Technische Geräte verschiedener Art werden in einem Netzwerk zusammengeschlossen, sie interagieren untereinander und sind von außen steuerbar. Hierzu werden die Informationen des Netzwerks mittels einer zentralen Kontrolleinheit kommuniziert. Alternative Begriffe sind Smart Living, Connected Home, Hausautomation oder eHome. Bei Automationslösungen speziell für Senioren spricht man auch von modernem Ambient Assisted Living (AAL).

Wie funktioniert ein Smart Home?

Ein professionelles Smart Home ist ein intelligentes System, das einzelne Komponenten (Sensoren und Aktoren) vernetzt. Dies bildet die technische Grundlage für eine automatisierte Steuerung und flexible Bedienmöglichkeiten der Haustechnik. Hierzu ist es erforderlich, umfassende Daten zu erheben. So ist beispielsweise bei der Beheizung die aktuelle Temperatur jedes Raums eine essentielle Größe für die Einzelraumregelung.

In der Regel verarbeitet eine mit dem Internet verbundene Steuerzentrale – auch Hub oder Gateway genannt – die von den Sensoren erfassten Informationen sowie die eingegebenen Sollwerte des Nutzers und überträgt entsprechende Befehle zu den Aktoren, Lampen etwa oder Heizkörperventilaufsätze. Die Bedienung kann hierbei remote per Wanddisplay, Smartphone oder Tablet erfolgen. Daneben steht dem Nutzer auch die Bedienung per Schalter    oder Fernbedienung zur Verfügung. Diese bleibt lokal auf den Einzelraum bezogen.

Vernetzte Haustechnik ermöglicht intelligente Steuerung in verschiedenen Bereichen. Die wichtigsten sind:

• Beleuchtung
• Beschattung
• Heizung, Klima, Lüftung
• Sicherheit
• Unterhaltungselektronik
• Informationstechnik/Telekommunikation
• Ladestationen für Elektroautos

Wichtig hierbei: Einzelne intelligente Produkte wie Sprachassistenten oder Smart Meter machen noch kein Smart Home aus.

Welche Vorteile bietet ein Smart Home?

Komfort. Das vernetzte Zuhause lässt sich in Sachen Licht und Temperatur ganz nach den Wünschen seiner Bewohner einstellen. So passt sich die Raumtemperatur der jeweiligen Belegung, voreingestellter Routinen oder der lokalen Wettervorhersage an. Andere Produkte analysieren das Heizverhalten auf Basis von Nutzungsgewohnheiten der Bewohner und passen sich nach einer Selbstlernphase daran an. Die Luftqualität wird laufend anhand fester Parameter (z.B. CO₂-Konzentration) kontrolliert. Die Beleuchtung lässt sich ebenfalls nach Raumbelegung oder Tageszeit regeln. Möglich sind daneben auch definierte Szenarien. Komfortabel ist nicht zuletzt die Möglichkeit, die einzelnen Smart Home-Komponenten übers Handy und damit auch von unterwegs zu steuern.

Sicherheit: Das vernetzte Zuhause kontrolliert sich selbst. Denn arbeiten Bewegungs-, Rauch-, Glasbruch- und Wassersensoren mit Sirenen und Überwachungskameras zusammen, entgeht ihnen keine Gefahr. Wer sich unterwegs fragt, ob alle Fenster und Türen geschlossen sind, kann dies ganz einfach am Smartphone nachprüfen. Vernetzte Alarmanlagen machen das Zuhause sicherer. Dazu tragen auch Überwachungskameras bei, die ihren Besitzer im Alarmfall per SMS benachrichtigen oder Bilder ans Smartphone senden.

Energie: Smarte Heizungssteuerung spart Energie durch intelligente Vernetzung, indem Thermostate auf Umweltreize wie Helligkeit, Bewegungen oder Temperatur reagieren. So schaltet die Heizung zum Beispiel automatisch herunter, wenn der Raum leer oder ein Fenster geöffnet ist. Oder sie hält eine voreingestellte Wohlfühltemperatur, sobald diese erreicht ist. Energie sparen daneben auch Zentralfunktionen wie ein Hauptschalter. Ein Klick und alle nicht benötigten Elektroverbrauchern im Haushalt sind deaktiviert.

Was bringt Funktechnologie im Smart Home?

Bei der Vernetzung der einzelnen Komponenten im Smart Home bieten funkbasierte Lösungen klare Vorteile. So entfällt in der Installationsphase mit der Verkabelung auch eine aufwendige Montage. Zudem verringern sich die Kosten für die Kabelleitungen. Damit liegt der Kostenvorteil bei Sanierungen gegenüber einer kabelgebunden Lösung bei bis zu 70 Prozent. Und selbst beim Neubau rechnet sich der Einsatz von Funklösungen mit Ersparnissen von 15 Prozent (Quelle: EnOcean).

Daneben bleibt der Nutzer auch nach der Installation flexibel. Sensoren oder Taster lassen sich problemlos ergänzen oder versetzen. Dadurch ergeben sich nicht nur für die Bewohner völlig neue Möglichkeiten. Auch Planer und Architekten profitieren von der neu gewonnenen Flexibilität. Denn dank der Funktechnik lassen sich Schalter selbst an dünnen oder gläsernen Zwischenwänden anbringen.

Schalter auf Glas – kein Problem dank Funktechnologie

Eine besondere Stellung im Markt der funkbasierten Lösungen nimmt die batterielose Funktechnologie von EnOcean ein. Denn die mit dieser Technik ausgestatteten Komponenten arbeiten nicht nur kabel-, sondern auch batterielos. Dank Energy Harvesting gewinnen die Funkmodule ihre Energie aus der Umgebung, zum Beispiel aus Bewegung, Licht oder Temperaturdifferenzen. Die eingesetzte Funkübertragung hat nur einen sehr niedrigen Energiebedarf bei gleichzeitig hoher Reichweite – bis zu 30 Meter in Gebäuden bzw. 300 Meter im Freien. Statt Batterien stellen hierbei Minisolarzellen, ein elektromechanischer Energie- oder ein Thermowandler die nötige Energie zur Verfügung. Durch diese energieautarke Funktionsweise entfallen Wartungskosten und Zeitaufwand, die bei anderen Funktechnologien durch den regelmäßigen Batteriewechsel entstehen. Bei 100 – 200 Sensoren, die in einem Smart Home typischerweise zum Einsatz kommen, macht dies eine ganze Menge aus. Zudem quittieren Batterien meist dann den Dienst, wenn es am kältesten ist – mitten in der Nacht also.

Insgesamt vereint die batterielose Funktechnologie die Vorzüge kabelgebundener und kabelloser Systeme: Sie arbeitet wartungsfrei, zuverlässig und lässt sich ebenso flexibel wie kostengünstig installieren.

Was bringen offene Funkstandards in Sachen Interoperabilität?

Im Gegensatz zu geschlossenen Smart-Home-Systemen auf Grundlage des Kommunikationsstandards eines Herstellers erhöhen Systeme auf Basis offener Funkstandards wie EnOcean die Flexibilität und schaffen die Voraussetzung zur nahtlosen Erweiterung des Smart Homes und Automatisierung von Abläufen.

Der EnOcean-Funkstandard (ISO/IEC 14543-3-10) ist für Funklösungen mit besonders niedrigem Energieverbrauch und Energy Harvesting optimiert. Zusammen mit den Anwendungsprofilen (EnOcean Equipment Profiles) der EnOcean Alliance ergeben sich die Voraussetzungen für eine vollständig interoperable Funktechnologie. Dadurch können Geräte unterschiedlicher Hersteller problemlos im System zusammenarbeiten. In Europa verwendet die batterielose Funktechnologie den nur für Pulssignale freigegebenen Frequenzkanal von 868 MHz.

Das Ökosystem interoperabler EnOcean-Produkte umfasst neben batterielosen Schaltern, intelligenten Fenstern („Smart Windows“) sowie Temperatur-, Feuchte- oder Lichtsensoren auch Anwesenheitsmelder sowie Aktoren, Gateways und komplette Smart Home-Systeme.

In diesem Sinne ist das professionelle Smart Home ein flexibel zu erweiterndes System, das der Nutzer individuellem Bedarf und technischer Weiterentwicklung anpassen kann. Ist beispielsweise zunächst nur ein Sicherheitssystem installiert, lässt sich die Anlage später problemlos mit Komfortfunktionen erweitern. Grundbausteine wie die Steuereinheit, aber auch einzelne Komponenten, können hierbei weiterverwendet werden. Die Präsenzmelder eines Sicherheitssystems können dann beispielsweise auch Leuchtmittel schalten. Generell sind dabei alle Steuerungen der Gebäudetechnik, von der Jalousie bis zur Heizung, mit inbegriffen.

Und wie sieht es mit der Sicherheit im Smart Home aus?

Bei den Anforderungen für ein vernetztes Zuhause steht die Sicherheit der Daten mit an oberster Stelle. Unerwünschte Eingriffe in die Privatsphäre, das Abfangen von Daten oder der Kontrollverlust über das System zählen hierbei zu den größten Bedenken. Eine intelligente Vernetzung im Gebäude erfordert deshalb zusätzliche Sicherheitslevel für Funksysteme.

Eine zentrale Schutzmaßnahme gegen den Missbrauch eines Funksystems ist die Verschlüsselung der Daten. Das gilt natürlich auch für Smart Homes. So verfügt jeder Sensor oder Schalter auf EnOcean-Basis über eine eindeutige ID (24 Bit). Zudem lassen sich die Funksignale verschlüsseln (AES 128 Bit). Ständig wechselnde Rolling Codes schützen gegen Wiederholungsattacken, so genannten Replay Attacks, oder Abhören (Eaves Dropping).

Sind funkbasierte Smart Homes gesünder?

Eine Untersuchung des unabhängigen ECOLOG Instituts hat ergeben, dass die erzeugten Hochfrequenzfelder des batterielosen Funks um ein 100-faches geringer sind als klassische kabelgebundene Lösungen. Hinzu kommt, dass die Geräte im Gegensatz zu anderen drahtlosen Standards wie WiFi nur wenige Millisekunden und ausschließlich bei Bedarf einer Aktivität senden. Dadurch können selbst funkempfindliche Menschen den Gebäudefunk bedenkenlos einsetzen. Nicht zuletzt erzeugen die Produkte keine niederfrequenten elektromagnetischen Emissionen.