Verlässliche Leitsystemen und funkende Gadgets – Verbindungen im Smart Home

01.05.2018

Verlässliche Leitsystemen und funkende Gadgets – Verbindungen im smarten Zuhause

Ein Smart Home besteht aus verschiedenen Komponenten und Technologien: Feldbusse, die fest mit dem Haus verbundenen sind und zusätzlichen Geräten, die erweiterte Funktionen zur Verfügung stellen.

Autor: Tobias Kluge

Ein Smart Home besteht neben der analogen Gebäudehülle aus vielen elektronischen, digital gesteuerten Bausteinen. Diese kommunizieren über kabelgebundene und drahtlose Verbindungen. Vor- und Nachteile sowie Besonderheiten der verschiedenen Verbindungstypen werden in diesem Artikel beleuchtet.

Bus-Verbindungen

Geräte mit Bus-Verbindungen kommunizieren über ein eigenständiges Medium (genannt „Bus“) und tauschen darüber Steuerbefehle aus. Dafür wird in der Regel neben dem Stromkabel ein weiteres Kabel benötigt.

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Im Haus-Automationsumfeld ist der KNX-Standard die bekannteste und international meist verbreitete Technologie. schlusszeichen_hubware

Tobias Kluge, CTO hubware

Im Haus-Automationsumfeld gilt der KNX-Standard als bekannteste und international meist verbreitete Technologie. Damit werden verschiedenste Aktoren und Sensoren – von einfachen Lichtern bis zu hochkomplexen Gebäudesteuerungen mit Wetterstation, Zutrittskontrolle und Alarmanlage verbunden. Hersteller aus der ganzen Welt stellen Produkte her, die von der KNX Association zertifiziert und damit überall eingesetzt werden können. Sollte ein Hersteller keine KNX Produkte mehr herstellen, gibt es andere Hersteller mit KNX-kompatiblen Produkten, die stattdessen verwendet werden können.

Schweizer Hersteller von proprietären Bus-Systemen sind z.B. Innoxel und Twiline, auch das Smart Home System von Loxone basiert auf der Bus-Technologie.
Zusätzlich gibt es unzählige Standards und herstellerspezifische Geräte mit einer Bus-Verbindung – z.B. Modbus oder Mbus für die Kommunikation von Verbrauchern und Erzeugern für Klima, Energie, Wärme und andere Geräte.

Als Vorteile von Bus-Verbindungen werden eine erhöhte Stabilität und Ausfallsicherheit aufgrund des zusätzlichen Kommunikationskanals (dem Bus) aufgeführt. Viele dieser Bus-Verbindungen sind älter und ausgereift. Je nach dem verwendeten Bus und Protokoll sind die Kommunikationsvorgänge auf diesem Kanal schnell und versprechen eine garantierte Antwortzeit.

Der eigenständige Kommunikationskanal des Bus-Kabels führt aber auch zu einem zusätzlichen Aufwand. Bei einem Hausleitsystem wie KNX muss so neben dem obligatorischen Stromanschluss auch das Buskabel zu den Aktoren und Sensoren gezogen werden. Dieses Buskabel ist jedoch nur mit Niederspannung (24V bis max. 31V) gespiesen.
Ein Umbau eines bestehenden, klassisch verdrahteten Objekts mit Bus-Verbindungen ist damit deutlich aufwändiger und teurer als mittels Funk oder Powerline.

knx verkabelung
KNX Kabel

Sicherheitstechnisch sind Busverbindungen stark vom verwendeten Protokoll und dem physikalischen Zugang zum Bus-Kabel abhängig. Bei älteren Technologien wird häufig unverschlüsselt und ohne Prüfung der Teilnehmer kommuniziert. Hier ist bei der Installation auf eine saubere, sichere Installation durch einen erfahrenen Integrator zu achten.

Busverbindungen werden eingesetzt, wenn eine zuverlässige Verbindung vorausgesetzt wird und der Preis zweitrangig ist – also bei Gebäuden von Industrie, Behörden, öffentlichen Gebäuden und Wohnobjekten im höheren Preissegment.

Powerline-Verbindungen

Bei der Kommunikation mittels Powerline – Technologie werden die Steuerbefehle über das Stromkabel geschickt. Dabei wird auf der Sinus-Welle, mit der die 230V Wechselstrom – Versorgung erfolgt, mit zusätzlichen kleinen Bit-Datenpaketen aufmoduliert. Bekannt ist diese Technologie durch die Powerline – Internetbrücken von Devolo oder Zyxel als Wifi-Alternative.

Das gleiche Verfahren wird auch für die Steuerung von Smart-Home – Komponenten verwendet. Zu den bekanntesten Herstellern gehört das Zürcher Unternehmen digitalSTROM. Dessen Lösung für die Steuerung von Beleuchtung, Beschattung, Heizung und anderen Gewerken erfolgt über kleine, farbige Lüsterklemmen – ähnlich einem Legostein. Ein weiterer Schweizer Hersteller ist das Unternehmen eSmart aus Ecublens.

digitalstrom Lüsterklemme
digitalSTROM Lüsterklemme

Der offensichtliche Vorteil ist, dass kein zusätzliches Kabel verbaut werden muss. Die Installation ist einfacher als die eines Bussystems und je nach Hersteller sogar effizienter zu realisieren als eine klassische Verdrahtung (z.B. bei der Steuerung eines Lichts durch zwei oder mehr Schalter). Auch ist die Nachrüstung einer zusätzlichen Lampe in einem bestehenden digitalSTROM-Haus schnell durch den Elektriker erledigt: die neue Lampe mit gelber Licht-Klemme ans bestehende Stromkabel anhängen und dann die gewünschte Schalt-Logik zu den bereits vorhandenen Tastern konfigurieren. Es müssen keine zusätzlichen Kabel zu den Tastern gezogen werden.

Die Anschaffungs- und Installationskosten sind verglichen mit einem Bussystem günstiger. Auch eine Nachrüstung sogar in einem denkmalgeschützten Objekt ist damit deutlich einfacher zu realisieren als klassisch oder per Buskabel.

Aus dem Gesichtspunkt Sicherheit gilt ähnliches wie für Bus-Systeme. Als Angreifer wird nur ein physikalischer Zugriff, z.B. über eine Steckdose oder ein Stromkabel, benötigt. Der Grund ist, dass die Kommunikation per Powerline in der Regel unverschlüsselt und ohne Authentisierung erfolgt. Die Hinweise des Herstellers zur sicheren Installation sollten unbedingt beachtet werden.

Häufig werden Powerline-Systeme in Einfamilienhäusern und Eigentumswohnungen bei Renovationen und im Neubau eingesetzt; auch im gehobenen Preissegment sind sie aufgrund des guten Preis-Leistungsverhältnisses und der einfachen Erweiterbarkeit immer häufiger anzutreffen.

Funk-Verbindungen

Die direkte Kommunikation von Smart-Home Komponenten drahtlos per Funk klingt verlockend und unkompliziert. Keine Kabel, einfache Plug-and-Play – Installation und schon ist das Smart-Home einsatzbereit. In der Realität gibt es leider einige Stolpersteine, die beachtet werden sollten.

Die drahtlose Kommunikation ohne drahtgebundene Kommunikation ist der grosse Vorteil dieser Technologie. So können z.B. smarte Lampen von Philips HUE und Ikea TRÅDFRI von jedem interessierten Bewohner günstig gekauft und einfach eingebaut werden. Weitere Gewerke wie Beschattung und Heizungssteuerung können mit Systemen von Homematic und Z-Wave bereits von Bastlern und Heimwerkern „smarter“ gemacht werden.
Das vom Schweizer Hersteller Feller vertriebene, Wifi-basierte System ZeptrionAir ermöglicht die Steuerung und Integration von Licht und Schatten per App oder kompatible Smart Home Systeme.
Das Berner Swisscom-Startup myStrom verkauft einfache Zwischenstecker, die per Wifi und App jedes Gerät mit Stromstecker ein- und ausschalten können.
Mit EnOcean ausgerüstete Geräte wie Fenstergriffe, Thermostate oder Türkontakte benötigen keine Stromversorgung oder Batterie – die fürs Senden der Funksignale benötigte Energie wird über das auslösende Ereignis mittels Piezzo-Technologie, Magnet oder Solarzellen selbst erzeugt.

mystrom zwischenstecker
myStrom Zwischenstecker

Ein klarer Nachteil dieser Gerätegattung ist, dass die Komponenten meist einen kürzeren Lebenszyklus als klassische Leitsysteme haben. Während Bussysteme für dauerhaften Einsatz im Industrie-Umfeld mit einer Laufzeit von 10 Jahren und mehr ausgelegt sind, halten einige günstige Funksysteme nur einige Jahre. Wird dann Ersatz benötigt, gibt es je nach dem gekauften System keine Geräte mehr.
Auch die Kommunikation von verschiedenen Funksystemen ist meist nicht einfach so möglich. So kann ein Homematic-Gerät nicht automatisch mit einem Z-Wave Sensor Daten austauschen – hier ist eine weitere Hardware nötig, um die verschiedenen Technologien zu verbinden.
Beachtet werden muss bei der Installation die Verbindungsstärke des Funksignals. Im Neubau mit dicken Stahlbeton-Wänden oder alten Gebäuden mit dicken Wänden können Funksignale deutlich schlechter übertragen werden. Bevor ein Objekt mit Funk-Geräten ausgebaut wird, sollte ein Test der Funkqualität erfolgen, um unliebsame und teure Überraschungen zu vermeiden.

Preislich gesehen sind diese Komponenten in der Regel günstiger zu kaufen und aufgrund der Funk-Verbindung auch schneller zu installieren. Ein Elektriker oder Fachmann ist nicht unbedingt nötig. Beim Kauf sollte allerdings die Historie der Technologie bzw. des Herstellers beachtet werden, um nicht langfristig auf das falsche Pferd zu setzen.

Beim Thema Sicherheit gibt es grosse Unterschiede, verglichen mit Kabel-gebundenen Systemen. Da Funksignale auch ausserhalb des Gebäudes empfangen und gesendet werden können, sind Funk-Komponenten besonders kritisch auszuwählen und entsprechend sicher zu konfigurieren. Unverschlüsselte Funk-Komponenten sind absolut unsicher und sollten nicht verbaut werden.

Fazit

Die perfekte Lösung gibt es nicht. Je nach Einsatzzweck, Budget und Bausituation gibt es verschiedene technische Möglichkeiten, das erträumte Smart Home zu realisieren. Achten Sie bei der Auswahl des Integrators und der Smart Home Zentrale, dass diese möglichst technologie-unabhängig sind und nicht nur einen Hersteller unterstützen. Tipps für ein sicheres Smart-Home sind im Blog-Post beschrieben.

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Achten Sie bei der Auswahl des Integrators und einer Smart-Home Zentrale, dass diese möglichst technologie-unabhängig sind und nicht nur einen Hersteller unterstützt. schlusszeichen_hubware

Tobias Kluge, CTO hubware

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