Smart Home / Hausautomation / Heimautomation

Das sind häufige Begriffe die alle eigentlich das gleiche Beschreiben. Die Vernetzung von den verschiedensten „Dingen“ – Internet of Things. Das ist gerade wieder aktuell, aber tatsächlich ist es eigentlich nichts neues. Die Industrie macht es uns vor, in jeder Fabrik laufen etliche Prozesse teil oder gar vollautomatisch.

Aber wozu das Ganze? Weil wir es können

Mal im Ernst die Anwendungen sind so vielfältig wie wir alle, die Aufzählung ist bei weitem nicht vollständig und soll nur eine grobe Vorstellung bieten was grundsätzlich möglich ist:

- Energiemanagement

- Entertainment

-Gebäudeautomation

Grundkonzept

Alle System haben eine ähnlichen Grundkonzept, es gibt Sensoren, diese liefern Messwerte wie Temperatur, Bewegung uvm. und es gibt Aktoren diese führen etwas aus. Als Beispiel ein Bewegungsmelder ist ein Sensor, ein Dimmer ist ein Aktor. Damit haben wir auch schon unseren ersten Befehl. Wenn Bewegung dann Licht an. Nach diesen Schema funktionieren alle Systeme auf dem Markt. Was sich unterscheidet ist, wie diese Befehlskette in dem System eingegeben wird. Dazu aber später mehr. Alle Sensoren und Aktoren sind zusammen in einen Netz zusammengefasst und tauschen Informationen aus. Soweit so einfach, das Problem ist aber das viele Unternehmen auf ihr eigenes (proprietäres) Protokoll setzen. Damit wird es schon wieder spannend, denn es ist nicht besonders toll wenn sich Sensor und Aktor nicht verstehen. Sensor sagt Licht an, unser Aktor versteht die Sprache nicht – wie bitte? Damit sind wir auch schon beim Protokoll oder auch Sprache von dem System angelangt.

Davor aber noch eine Glaubensfrage Funk oder Kabel

Meine Erfahrungen zeigen ganz klar wenn Kabel möglich dann bitte auch Kabel verwenden. Die Kabelgebunden Systeme sind vielleicht nicht so cool wie Funksysteme, aber dafür ganz klar einige Vorteile auf ihrer Seite wie: Zuverlässigkeit ist Top, meistens energiesparender. Nachteile gibt natürlich auch: nicht so flexibel wie Funksysteme, deutlich höherpreisiger und konzeptbedingt ist eine Nachrüstung nur mit großem Aufwand möglich.

Die Wichtigsten Kabelgebunden Systeme:

-KNX

-Loxone

-LON

-LCN

-digitalstrom

-Powerline

Diese Systeme sind so aufgebaut, das es vom „Fachpersonal“ eingerichtet wird und bei Änderungen werden dieser auch wieder benötigt. (Es gibt zum teil Möglichkeiten solche Systeme selber zu installieren aber an dieser stelle dürfte es zu komplex sein.)

Funksysteme haben Vorteile bei der Nachrüstung, auch in einer Mietwohnung möglich da wieder spurlos Rückbaubar. Aber warum sind so viele Funkprotokolle auf dem Markt? Von dem Marktpolitischen mal angesehen sind einige Technische unterscheide.

Vermutlich kommt spätestens hier die Frage auf warum nicht WLAN dafür verwenden? Am besten ist wir stellen uns WLAN wie ein Autobahn vor. Es ist Groß, Schnell, Verbraucht viel Strom und ist recht störungsanfällig. Warum ist der Stromverbrauch wichtig? Nun es gibt Batteriebetrieben-Module da möchte mit Sicherheit niemand alle paar Tage die Batterien wechseln. Abgesehen von den Kosten sind die meisten solche Module auch an stellen wo man nicht besonders gut drankommt.

Bluetooth hat klar Vorteile beim Energieverbrauch aber durch die unterschiedlichen Version-stände sind Probleme vorprogrammiert. Außerdem wird eine Punkt zu Punkt Kommunikation verwendet, damit ist es nicht gerade ideal für den Smart Home. Die Reichweite in Gebäuden ist nur ca. 10m.

Hier kommen dann die Systeme in Spiel die genau für so was entwickelt wurden. Diese sind für die „Bedürfnisse“ vom Smart Home optimiert. Also verbrauchen möglichst wenig Energie, sind einigermaßen Fehlertolerant.

EnOcean ist zum Beispiel besonders Energieeffizient es gibt sogar Module die keine Stromversorgung (auch keine Batterie) benötigen. Durch ein Klick vom Tastendruck wird die dazu notwendige Energie generiert. Das sollte gut verdeutlichen wie leichtgewichtig das System im vergleiche zu WLAN ist. Der Vorteil vom Batterielosen Modul wird mit dem Nachteil erkauft, dass nicht ausreichend Energie für eine bidirektionale Kommunikation zu Verfügung steht und der Datentuchsatz ist klar begrenzt. In Europa wird die Frequenz 868 MHz verwendet. Das ist interessant einerseits für die Reichweite (je niedriger die Frequenz desto größer die Reichweite) und anderseits ob Überschneidungen zu anderem Systemen wie WLAN vorhanden sind.

Dann sind da noch die Protokolle die ein Mesh aufbauen. Aber was ist ein Mesh? Das ist eine Technologie wo sich die einzelnen Netzpunkte zu einem gemeinsamen Netzwerk verbinden. Damit ist eine hohe Abdeckung möglich, denn jeder mit dem Stromnetz verbundener Modul sind so was wie ein Repeater. Das sorgt für die Möglichkeit das Netz auch beim Ausfall der Zentrale weiter zu betreiben. Hier sind die 2 Platzhirsche ZigBee und Z-Wave.

ZigBee sendet zum Teil im 2,4 GHz Bereich wo WLAN und einige andere Geräte schon ihr Unwesen treiben. Durch die Überlappungen sind einige Probleme vorprogrammiert. Voreile sind geringer Energiebedarf, hohe Verbreitung damit eine große Auswahl von Verschiedenen Herstellern. Nachteile es gibt häufiger Kompatibilitätsprobleme durch Verwendung verschiedene ZigBee Protokolle, die nur bedingt miteinander Kompatibel sind. Soll wohl mit V 3.0 erledigt sein, aber damit ist dann keine Rückwärtige Kompatibilität mehr möglich. Maximal 50 Lampen können mit einer Hue Bridge gekoppelt werden, so die offizielle Aussage von Philips. Etwas mehr geht schon aber bei 63 ist dann wirklich die Gerätegrenze erreicht.

Z-Wave sendet im Europa in dem Frequenzbereich 868 MHz. Alle Geräte bilden ein Netzwerk (Mesh) das System läuft um so geschmeidiger je mehr Strom betriebene Module im Netz vorhanden sind. Bei jeder Nachricht muss der Empfänger quittieren. Passiert das nicht, wird die Nachricht ohne eingreifen bis zu 3x automatisch neu gesendet. Starke Kompatibilität unter den Geräten. Vorteile sind recht Störungsarm durch den Frequenzband 868, geringer Energiebedarf, hohe Verbreitung damit viel Auswahl aus Verschiedenen Herstellern, bis zu 232 Geräte in einem Netz möglich. Es können mehrere Netze verbunden werden, also fast beliebige Erweiterbarkeit. Nachteil ist die geringe Übertragungsrate, jedoch ausreichend für das Smart Home.

Die Wichtigsten Funksysteme:

-ZigBee

-Z-Wave

-EnOcean

-Bluetooth

-WLAN

Ist noch in Arbeit...

Was möchte ich denn nun genau machen?

Die üblichen verdächtigen sind:

-Licht / vom einfachen schalten bis zu verschiedenen Lichtstimmungen ist alles kein Problem

-Heizung / einfache Austauschthermostate oder in die Zukunft schauender Heizkessel mit Optimierung des Solarertrages was darf es sein

-Haushalt / die häufig zitierte Smarte Kaffeemaschinen, Saugroboter, Waschmaschine, Trockner...

-Unterhaltung / TV’s, Streaming Klienten, Smarte LS, Beamer, AVR, Maskierung ...

-Sicherheit / Tür-Fensterkontakte, Überwachungskameras, Bewegungsmelder, Türschlösser, Rauchmelder, Rollläden, Wassermelder usw. ...

Was ist denn überhaupt möglich? Alles und nichts wenn man sich auf das jeweilige System einlässt sind viele Möglichkeiten offen. Der Vorteil ergibt sich aus der Tatsache das alle Module miteinander kommunizieren können. Normalerweise benötigt eine Alarmanlage Tür-Fensterkontakte und Bewegungsmelder. Soll das Licht im Flur auch per Bewegungsmelder gesteuert werden, dann sind wider neue Bewegungsmelder fällig, denn die von der Alarmanlage sind nicht verfügbar. Hier kommt langsam der Vorteil der ganzen Smart Home Module zum tragen. Das schaut in unserem Beispiel so aus: Wir haben die Tür-Fenstersensoren und Bewegungsmelder, die Module machen ihren Job und berichten z.b. ob Bewegung da ist oder nicht. Also kann ich die Teile nehmen um eine Alarmanlage abzubilden, oder auch gleichzeitig zum Lichtsteuern verwenden. Hier kommt dann langsam der Punkt an dem es nicht nur eine Spielerei ist. Damit kann sich schon der eine oder andere Einsparung gegenüber Einzelsysteme ergeben.

Gerade hier wird oft nach Luftentfeuchtern und Belüftungsanlagen nachgefragt. In so einen System ist eine automatische Regelung ganz einfach realisierbar. Den Lieblings Luftentfeuchter an einen Steuerbaren Plug stecken. In der Zentrale einstellen, dass es bei Unterschreitung von xx an Luftfeuchtigkeit den Plug anschaltet und bei Überschreitung von yy wieder aus. Mehr ist dazu nicht notwendig, naja vielleicht doch. Es schadet nicht wenn der Luftentfeuchtern beim Stromeinschalten gleich losläuft und nicht vorher noch etwas eingestellt werden muss. Ah ja eines noch den Kalendereintrag zum ausleeren vom Luftentfeuchter nicht vergessen.

Dann sind wir auch schon an der Zentrale, oder auch das Gehirn

ab hier wird es langsam aber sicher Systemspezifisch. Aber vorher noch ein paar Grundlagen. Es gibt Zentralen die nur ein Funkstandard haben und auch welche die mehrere verschiedene Standards in sich vereinen. Damit es ja nicht zu einfach ist gibt es noch etwas zu beachten. Online oder offline, was ist dann nun damit gemeint? Nun einige Hersteller verlagern ein Teil von der Zentrale in die cloud. Damit kann die Hardware keiner dimensioniert werden, aber hier entsteht eine Abhängigkeit vom Hersteller. Wieder mal ein Beispiel: Sensor sagt Licht an –> geht zu Zentrale –> cloud-→ und wider zu Zentrale –> zum Dimmer. Ist die cloud nun nicht verfügbar sollte jedem klar sein was passiert. Tado bekannt für Thermostate hat sich vor einiger Zeit bei diesem Thema nicht gerade mit Ruhm bekleckert. Ein anderer Kandidat ist IFTT.

Hier bleibt es festzuhalten es gibt 2 arten von Zentralen ein mal Stand alone und die Hybrid Lösungen. Hier ist ein sollte jeder für sich entscheiden ob und wie weit eine cloud Lösung vertraut wird. Vorteile sind die fast endlose Skalierbarkeit. Nachteil ist die Anfälligkeit (Internet Ausfall etc.) und Abhängigkeit vom Hersteller.

Es gibt noch weitere Differenzierungen bei den Zentralen. Viele Zentralen kommen als eine Kombination aus Software und Hardware, aber es sind auch reine Software basierte Systeme auf dem Markt. Dieser sind hochgradig modular und können als conektor zwischen den verschiedenen Systemen agieren. Die 2 Bekanntesten sind Home Assistant und OpenHab. Diese Art von Systemen sind sehr Mächtig und können so gut wie alles abbilden durch entsprechende Hardwareauswahl sind die Systeme hoch skalierbar, allerdings ist die Komplexität entsprechend hoch. Damit sind die für den Anfänger definitiv nicht geeignet.

Am anderen ende von Skala befinden sich Systeme die nur einen Protokoll beherrschen, meisten sind auch die Oberflächen entsprechend Anfänger freundlich angelegt. Der Nachteil besteht meist in dem beschränkten Einsatzmöglichkeiten. Damit ist sowohl die Hardware als auch die Software gemeint. Zu den klassischen Einstiegsdrogen gehören Tado, Bosch, Innogy … Diese sind auf Ihrem Gebiet specialisiert und auch eingeschränkt. Zwar können Tado und Bosch über Api’s in andre Systeme integriert werden, allerdings wird hier der goodwill vorm Hersteller benötigt. Wie lange es zugriff gewährt un zu welchen Konditionen. Tado hat da schon gewisse Tendenzen gezeigt...

Das führ uns zum Thema Zentralen wechsel.

Drum prüfe wer sich ewig bindet… Aber keine Panic es ist möglich die Zentrale zu wechseln, abhängig vom verwendetem Protokoll mal mehr mal weniger aufwendig. Was auf jeden Fall System und Protokoll übergreifend funktioniert, ist die Variante die Module abzumelden und an der neuen Zentrale wieder anzumelden. Das ist zwar recht viel Aufwand, aber auch einer der sichersten Möglichkeiten so einen Umzug zu machen.

Da jeder Hersteller besonders sein möchte, werden die gleichen Sachen immer anders benannt. Nehmen wir einfach mal unseren Beispiel wenn Bewegung dann Licht an. Diese einfache Befehlskette kann schon für Verwirrung sorgen. Bei Alexa wird es Routinen genant, homee heißt das gleiche Homeegramme und so weiter… Das ist aber nur auf dem ersten Bilk so verwirrend, tatsächlich ist es immer das gleiche Schema was abläuft. Wenn … dann … Sonst… Das kann beliebig verkompliziert werden durch verschachteln, Verkettung usw.. Zum ist das auch notwendig um bestimmte Befehlsketten abzubilden.

Wird noch fortgesetzt...

Module, wer macht was und so…

Da haben wir die Sensoren ein Klassiker ist der Bewegungsmelder. Allerdings sind inzwischen die meisten Hersteller dazu übergegangen Multisensoren zu Bauen. Das sind auch nur mehrere Sensoren in einen Gehäuse zusammengefasst.

Im weiteren Verlauf werde ich mich auf Zigbee und Z-Wave als Standard konzentrieren. Das sind die 2 größten Protokolle. Da es immer mehr Protokoll und auch Gerätespezifischer wird, möchte ich damit den Komplexitätsgrad etwas eingrenzen. Allerdings schließt das die anderen nicht aus. Ganz im Gegenteil. Nur leidet die Überschaubarkeit und gerade Einsteiger werden verschreckt.

Anhand der verschiedenen Module werden die unterschiedlichen Schwerpunkte langsam immer deutlicher:

Bei ZigBee sind 100-te von Leuchtmitteln verfügbar von allen möglichen Herstellern. Ob Bunt oder Warm-Weiss Dimmbar oder nicht. Hier wird man von der Auswahl erschlagen. Damit ist das Konzept klar normale Leuchtmittel durch Smarte ersetzen.

Bei Z-Wave dagegen sind es gerade mal so um 50 Stück. Das ist auf dem ersten Blick seltsam, warum ist denn das so. Es geht um einen anderen Konzept. Hier liegt der Fokus eher auf Unterputz-Modulen.

Was ist da jetzt der Unterschied? Bei den Smarten Leuchtmitteln werden einfach die Vorhanden Leuchtmittel ausgetauscht. Das ist schnell und Anwenderfreundlich. Aber wo Licht ist gibt es auch Schatten. Wird der Lichtschalter betätigt und die Lampen sind aus, dann kann es nicht mehr von der Zentrale angesprochen werden. Das sorgt öfter für Verwirrung.

Hier ist das Konzept mit den Unterputz-Modulen in Vorteil. Dabei wird das Modul meistens hinter den Schaltern verbaut. Dabei ändert sich die Verkabelung von Schalter→ Lampe zu Schalter→Modul-→Lampe. Damit ergeben sich ein paar Vorteile: egal ob am Schalter oder per App, Automation geschaltet und/oder gedimmt wird es Funktioniert. Auch wird es kostengünstiger denn ein Modul kann mehrere Lampen versorgen. Im Gegenzug kann eine Lampe mehreren Leuchtmittel erhalten.

ZigBee Unterputz hier kehrt sich das Verhältnis um. Es sind gerade mal eine Handvoll vorhanden.

Es sind Schalter, und Rollladen steuerungs- Module, Dimmer. Leider jeweils immer nur einer. Sollte von der Gewünschten Zentrale das Modul nicht unterstützt werden, oder der Hersteller stellt die Produktion ein gibt es keine Alternativen.

Z-Wave sind etliche Module vorhanden. Dimmer. Motorsteuerung, Rollladen steuerungs- Module, RGBW-Module usw. Sind alle mehrfach vom verschiedenen Herstellern verfügbar.

Für beide Protokolle gibt es Adapter für die Hutschiene.

Aufputz Geräte sind bei beiden zahlreich vorhanden. Allen voran die Plugs – das sind „Zwischenstecker“ die zwischen den zu Schaltenden Gerät und Steckdose gesteckt werden. Teilweise sind Strommessfunktionen vorhanden. Noch ein unterscheidungs Merkmal ist die jeweilige Belastbarkeit der Plugs, denn nicht alle können einen Wasserkocher oder ähnlich starke Leistungsabfragen bewältigen.

to be continue...

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