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Unsichtbare Kommunikation im Smarthome

Bei der Errichtung oder Sanierung von Gebäuden nimmt Smarthome-Technik eine immer bedeutendere Rolle ein. Intelligente Technik steuert den Komfort, ohne dass die Bewohner viel davon mitbekommen. Das funktioniert, weil es heute viele kleine und sehr unauffällige Computer gibt, die den Menschen das Leben erleichtern. Das Internet der Dinge macht dies möglich. In diesem „Internet der Dinge“ kommunizieren die verschiedenen Geräte miteinander. Intelligente Helfer passen sich ohne direkte Anweisungen oder Befehle an die Bedürfnisse der Bewohner oder Nutzer eines Gebäudes an. Einer Marktprognose des Branchenverbandes Bitkom zufolge ist mit einer progressiven Steigerung der Anzahl der Smarthomes für die nächsten Jahre zu rechnen.

Symbolbild Smarthome
In einem Smarthome sind viele Geräte über das Internet der Dinge miteinander verbunden. Damit die unterschiedlichen Komponenten miteinander kommunizieren können, gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Smarthome – was ist das?

In einem Smarthome sind alle elektrischen Geräte intelligent miteinander verknüpft. Intelligenz meint dabei die gezielte Verknüpfung verschiedener Bereiche, wie beispielsweise von Heizung, Belüftung oder Beleuchtung. Die Geräte sind miteinander vernetzt und können automatisch miteinander kommunizieren. Einzelne Komponenten lassen sich so nach Bedarf steuern oder steuern sich vollautomatisch. Anwender haben in Smarthomes zahlreiche Nutzungsmöglichkeit, die Sicherheit, Komfort und Energieeffizienz verbessern.

Gebäudetechnische Anlagen laufen zuverlässiger, energieeffizienter, sicherer und zudem funktionserfüllender durch die intelligente Smarthome-Gebäudeautomation von ELV. Das ist auch die Basis eines Smarthomes: Technik und nutzungsorientierte Automatisierungsstrategien haben ein optimales Zusammenspiel. Ein Smarthome-System protokolliert und visualisiert ständig den jeweiligen Zustand in einem Gebäude. Dies ermöglicht, den Komfort in jedem Moment flexibel an die Gebäudenutzung anzupassen und ständig zu optimieren. Als Basis ist dafür eine Wissensdatenbank notwendig, mit deren Hilfe das System ständig Energiesparpotenziale aufdecken oder das Wartungsmanagement optimal realisieren kann.

Smarthome-Kontrolle per Tablet
Für die Konfiguration und eigene Interaktionen können die Bewohner eines Smarthomes ganz bequem ein Tablet oder ihr Smartphone nutzen.
Gebäudeautomatisierung – zwei Systemarten lassen sich unterscheiden

Es gibt grundsätzlich zwei Arten von Systemen für die Gebäudeautomatisierung: zentral oder dezentral.

Beide Systeme haben als Basis ein sogenannten Bus-System (Bus = Binary Unit System). Sie bestehen aus Leitungen, Sensoren und Aktoren. Die Aufgabe der Sensoren besteht darin, ständig verschiedene Zustände wahrzunehmen, wie Bewegungen, Beleuchtungsstärke, Luftqualität oder die Temperatur. Dazu werden beispielsweise Thermometer, Luxmeter oder Bewegungsmelder im Gebäude installiert. Die Aktoren haben die Aufgabe, die von den Sensoren gelieferten Informationen zu verarbeiten. Sie reagieren mit einer bestimmten Aktion auf die Informationen, um den von den Bewohnern gewünschten und voreingestellten Komfort aufrechtzuerhalten. Aktoren sind beispielsweise in Jalousien, Beleuchtungssystemen, der Lüftungsanlage oder in der Heizungsregelung.

  • zentrales System

In einem zentralen System gibt es eine zentrale Einheit, über die alle Aktoren und Sensoren miteinander verbunden und lassen sich zentral steuern. Die einzelnen Geräte sind mit einer Leitung an eine Zentrale angeschlossen. Dabei muss die Leitung nicht zwingend ein Kabel sein, auch eine Funkleitung ist möglich. Kommt es zu einer Störung in der zentralen Steuereinheit, können die verschiedenen Teilnehmer des Netzwerkes nicht mehr miteinander kommunizieren.

  • dezentrales System

In einem dezentralen System gibt es keine zentrale Steuereinheit. Die einzelnen Komponenten im Netzwerk verfügen alle über einen eigenen Mikrochip und sind per Kabel oder Funk direkt miteinander verbunden. Sie kommunizieren nicht über eine Zentrale, sondern im direkten Austausch. Eine spezifische Software definiert dabei genau, über welche festgelegten Parameter die Kommunikation abläuft.

Wie die Geräte kommunizieren

Damit die Kommunikation zwischen den Geräten reibungslos ablaufen kann, brauchen sie eine gemeinsame „Sprache“. Diese Sprache heißt auch Protokoll. Im Smarthome-Bereich haben sich internationale Standards etabliert. KNX ist der Nachfolger des Europäischen Installationsbus EIB. Wenn Geräte unterschiedlicher Hersteller mit diesen Protokollen arbeiten, können sie untereinander Informationen austauschen und sich gegenseitig „verstehen“.

Die Übertragung der Protokolle, die die Geräte miteinander austauschen, kann mithilfe verschiedener Medien erfolgen:

  • Buskabel in Form verdrillter Kupferleitungen
  • Netzspannung oder Powerline
  • Flachkabel in Form eines Flachleitungssystems
  • IP oder Ethernet
  • Funkwellen.

Verdrillte Buskabel sind die am häufigsten verwendeten Kabel für die Datenübertragung mit niedrigen Datenraten. Wenn die Buskabel nachträglich in ein Gebäude eingebracht werden, um ein Smarthome-System zu installieren, kann das mit erheblichen Kosten verbunden sein. Denn dazu ist es notwendig, in die bestehende Bausubstanz einzugreifen. Erfolgt die Installation hingegen in einem Neubau, ist dies zusammen mit der Elektroinstallation einfach möglich.

Als Alternative zum Buskabel bietet sich Powerline an. Hier erfolgt die Kommunikation zwischen den verschiedenen Teilnehmern über das bereits vorhandene 230-Volt-Stromnetz. Es ist keine zusätzliche Datenleitung notwendig. Für die Installation des Netzwerks sind lediglich Vorschaltklemmen und Steckdosenadapter erforderlich.

Flachkabel sind ebenfalls eine Alternative zum Buskabel. Sie sind mit 0,3 mm Stärke so dünn, dass sie sich problemlos auf der Wand montieren lassen. Ein Eingriff in die vorhandene Bausubstanz ist dann nicht notwendig. Ihren Ursprung haben Flachleitungen im Automobilbau. In der Anschaffung sind sie vergleichsweise günstig.

Ethernet-Kabel
Ethernet-Kabel können nicht nur Drucker und PC miteinander verbinden. Sie eignen sich auch für die Protokollübertragung in einem Smarthome-System.
Ethernet-Verbindungen kommen hauptsächlich in lokalen Netzwerken zum Einsatz, beispielsweise für die Datenübertragung zwischen PC und Drucker. Die Kabel sind dicker als die Flachkabel, was die Verlegung etwas komplexer macht.

Ein Funk-Bussystem stellt eine praktikable Alternative dar. Die Verkabelung einer großen Anzahl an Aktoren und Sensoren macht eine umfassende Verkabelung erforderlich. Elektromagnetische Funkwellen stellen bei diesem System die Protokollübertragung sicher. In einem Funk-Bussystem gibt es Funksender, -empfänger und eine Steuerzentrale. W-LAN, EnOcean, eNet oder Z-Wave sind dabei gängige Technologien. Der Unterschied dabei ist die verwendete Funkfrequenz.

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