1 Einführung in Smart Home-Technologien

Achim Hohorst, Michael Westermeier & Philipp P. Spangenberg

Wer heute ein modernes Wohnhaus plant, baut, saniert oder energetisch optimiert, kommt an digitalen, vernetzten Systemen zur technischen Steuerung der verschiedensten Gebäudekomponenten – den sogenannten Smart Home-Systemen – nicht mehr vorbei.

Ein Smart Home bezieht sich auf ein fortgeschrittenes Wohnkonzept, das technologische Innovationen nutzt, um den Komfort, die Sicherheit, die Energieeffizienz und die allgemeine Lebensqualität in einer Wohnumgebung zu verbessern. Ziel eines Smart Homes ist es, durch die Integration von vernetzten Geräten, Sensoren und intelligenten Systemen, den Wohnkomfort, die Energieeffizienz, die Sicherheit und die Alltagsroutine durch die Automatisierung und Steuerung verschiedener Anforderungen des Zuhauses und dessen Bewohnern zu optimieren.

Smarte Geräte verbinden sich mit dem Internet und viele beinhalten Smartphone-Apps, mit denen die Nutzer über WLAN auf sie zugreifen und sie fernsteuern können. Smart Homes nutzen dabei bspw. vernetzte Sensoren, Aktoren, Kameras und andere Geräte. Mit Smart Home ist es möglich, das eigene Zuhause zu steuern, ohne aufstehen oder überhaupt daheim sein zu müssen. Das intelligente Zuhause stellt eine komfortable Lösung dar, mit der das tägliche Leben einfacher sein kann. Aber auch im Bereich Sicherheitstechnik und Energieoptimierung sind Smart Home-Systeme heute eine Schlüsseltechnologie für (Wohn-)Gebäude.

Diese fortschrittliche Technologie ermöglicht es, die unterschiedlichsten Funktionalitäten wie Heizung, Licht, Beschattung, Lüftung oder Sicherheitssysteme von jedem Ort auf der Welt über ein Gerät fernzusteuern.

Alles, was dazu benötigt wird, ist eine Internetverbindung und die entsprechenden technischen, vernetzten Steuerungskomponenten.

Fakten zu Smart Homes

Mehr als 30 Prozent der Haushalte in Deutschland nutzt bereits eine Smart Home-Technologie. Der weltweite Umsatz von 53,2 Milliarden US-Dollar im Jahr 2018 soll bis 2023 auf 145,4 Milliarden US-Dollar steigen. Bis 2023 werden 274 Millionen Haushalte weltweit oder 14 Prozent aller Haushalte mindestens eine Art von Smartem System installiert haben. Smart Home ist eine perfekte Möglichkeit für das passiv-aktive Energiesparen. Neben dem Energiemanagement spielen Sicherheitsanwendungen und Komfortfunktionen die drei wichtigsten Rollen in der Welt des Smart Home.

Vorteile und Herausforderungen

Smart Homes sind seit geraumer Zeit ein zunehmend kontrovers diskutiertes Thema, das in diesem Buch aus neutraler Sicht beleuchtet werden soll. Das Smart Home wird aufgrund der Annehmlichkeiten und Vorteile, die es Hausbesitzern bietet, zunehmend populärer. Andererseits werden im Zusammenhang mit Smart Homes auch Anwendungen skizziert, deren Nutzen für den Hausbesitzer und Anwender nicht oder kaum erkennbar sind und somit häufig als »technische Spielerei« eingeschätzt werden.

Somit ist es für den Hausbesitzer und Planer, der diese Technologie grundsätzlich als sinnvoll und zukunftsweisend erachtet, schwierig festzulegen, welche Anwendungen seinen konkreten Bedarf optimal abdecken und auf welche Anwendungen man verzichten kann, ohne sich dabei eine entsprechende Erweiterung in der Zukunft technologisch zu verbauen.

Die angebotenen Produkte und Systeme werden immer alltagstauglicher und somit auch für den Anwender ohne größere Bastel- und Elektronik-Affinität ein annehmbarer Weg zu mehr Energieeinsparung, Sicherheit und Komfort im Haus.

Eine der primären Motivationen hinter der Entwicklung von Smart Homes war der Wunsch, tägliche Routinen zu vereinfachen und zu automatisieren. Mit einem Smart Home können die Benutzer Anwendungen und Systeme wie Heizungen, Lichtquellen oder Sicherheitseinrichtungen zudem aus der Ferne von einem einzelnen Gerät wie einem Smartphone oder Tablet steuern.

Diese Systeme können helfen, Zeit zu sparen und lästige Alltagsroutinen zu managen. Gleichzeitig bieten sie durch die dauerhafte Überwachung mit Sensoren, bspw. Bewegungsmeldern, einen Sicherheitsgewinn, der bei gut geplantem Ausbau einer modernen, klassischen Alarmanlage in nichts nachstehen muss. Nutzer können zu jeder Zeit feststellen, ob sich bspw. ungebetene Gäste in ihrem Wohnhaus aufhalten oder sich bei Konfiguration von automatischen Regeln direkt per Nachrichtensystem informieren lassen. Die Sicherheitsanwendungen eines Smart Home-Systems gehen sogar über die Funktionen einer klassischen Alarmanlage hinaus, weil bspw. auch Wasser- und Stromverbräuche gemessen werden und dadurch Anomalien wie etwa ein Rohrbruch schnell erkannt und vor der Entstehung eines massiven Schadens benachrichtigt werden können.

Eine weitere Motivation hinter der Entwicklung von Smart Home-Anwendungen ist der zunehmende Wunsch nach Energieeffizienz und -optimierung, um nachhaltiger zu wirtschaften und die Energiekosten zu senken.

So können Smart Homes automatisch Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungsanlagen optimieren, mit den individuellen Gewohnheiten der Bewohner in Einklang bringen und somit Energieverschwendung reduzieren.

Zudem können Smart Home-Systeme erneuerbare Energiesysteme wie Solarzellen oder Windturbinen in den Haushalt integrieren, um somit die Abhängigkeit von traditionellen Energieformen zu reduzieren.

Insgesamt repräsentieren Smart Homes einen stark wachsenden Bereich von Technologie, die zunehmend moderne Lebensformen widerspiegelt und sich unserem Lifestyle weiter anpassen wird.

Es ist abzusehen, dass dieser Trend in Zukunft weiter wächst und dass wir innovative Entwicklungen insbesondere durch KI-Anwendungen erleben werden, die derzeit noch nicht erahnt werden können.

Umso mehr kann man davon ausgehen, dass ein Einstieg in die Hausautomation immer mehr zur Selbstverständlichkeit wird und sich deshalb zukünftig auch weniger technikaffine Nutzer mit diesem Thema auseinandersetzen werden. Zu diesem Zweck wird die Nutzbarkeit und Alltagstauglichkeit der Systeme vor allem durch eine einfachere Bedienbarkeit der Technik stetig verbessert, was sich nicht zuletzt in der stetig steigenden Nutzerakzeptanz und der wachsenden Anzahl von Smart Home vernetzten Gebäuden widerspiegelt.

Ursprünge des Smart Home

Die Anfänge des Smart Home bestanden im Wesentlichen aus sogenannten Insellösungen, die einzelne Komfortaspekte im Haushalt lösen sollten.

Zuerst waren dies einfache, noch nicht über das WLAN steuerbare Lösungen zur Licht- und Heizungssteuerung, häufig basiert auf 433 Mhz Funklösungen mit allen damit verbundenen Nachteilen (siehe hierzu Kapitel 1.2 Technischen Grundlagen der Smart Home-Systeme). Ein berühmtes Beispiel aus den 1990er–2000er Jahren waren Steckdosenleisten mit Fernbedienung, die bereits den Komfort einer Fernschaltung lieferten und zudem Geräte mit hohem Stand-by-Energieverbrauch durch vollständiges Abschalten energetisch optimieren konnten.

Diese Insellösungen wurden erst dann zu Smart Home-Ansätzen, als verschiedene Hersteller begannen, die unterschiedlichen »Insellösungen« zu verbinden und unter einer einheitlichen Oberfläche digital steuerbar zu machen. Nicht zuletzt bedurfte es der vorausgehenden Erfindung von Smartphones und Tablets, um den Smart Home-Markt auf eine neue, vernetzte Entwicklungsstufe mit einheitlicher Bedienung und mobilem Komfort zu heben.

Hierzu bedarf es aber einem einheitlichen Kommunikationsstandard oder Gateways und Übersetzern, welche in der Lage sind, die verschiedenen Anwendungsszenarien gemeinsam zu verwalten und zu steuern.

Parallel zu diesen einfachen Lösungen wurden in sehr hochpreisigen Häusern drahtgebundene BUS-Systeme wie KNX in den Markt gebracht, die sich grundsätzlich nur bei Neubauten und Kernsanierungen mit überschaubarem Aufwand installieren ­lassen. Der gesamte Markt der Retrofit-Anwendungen in bestehende Bausubstanz ist damit kaum zu bedienen und setzt bis heute eher auf funkbasierte Lösungen, wie wir später noch genauer herausstellen werden.

Die Welt von Smart Home

Ein Anwender, der sich heute mit dem Gedanken befasst, ein neues Smart Home-­System in sein Haus zu integrieren, steht vor einer Vielzahl an Produkten, Lösungen und Services verschiedener Hersteller. Manche Lösungen sind offen gestaltet und ­erlauben Integration, andere kommen von einem Hersteller »aus einem Guss« und sind perfekt miteinander verwoben. Um Ihnen eine Orientierung zu geben, unterscheiden wir drei wesentliche Kategorien.

1. Eine schöne Herstellerwelt

   Große Smart Home-Hersteller, wie z. B. Telekom, BOSCH, Samsung bieten eine große Anzahl an Aktoren und Sensoren für verschiedene Anwendungen. Die ­Produkte sind sehr gut und stimmig integriert. Man hat aber nur sehr limitierte bis keine Möglichkeiten, Produkte anderer Hersteller in die Smart Home-Lösung zu integrieren und gemeinsam zu nutzen. Es ergibt sich ein perfektes Produkterlebnis innerhalb des angebotenen und darauf beschränkten Funktionsumfangs, aber auch die starke Abhängigkeit zu einem Anbieter.

2. Die großen Plattformanbieter

   Große Plattformanbieter wie Apple, Google und Amazon sind mittlerweile alle im Bereich Smart Home aktiv. Die Strategie der Konzerne ist es, sich über ihre eigenen Standards wie Apple Homekit, Google Home oder Amazon Alexa die Kompatibilität mit Produkten von Hardware-Anbietern zu sichern. Somit bieten die jeweiligen De-facto-Standards eine breite Produktpalette verschiedener Hersteller in ganz unterschiedlichen Qualitäten. Als Anwender kann man sich für einen der großen Plattformanbieter entscheiden und ist lediglich von diesem abhängig. In der Auswahl der einzelnen...