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Wie funktioniert das Smart Home? - Hypotheken-Ratgeber | Hypoguide AG

Haus mit Köpfchen – was sind intelligente Häuser und wie funktioniert das smart home?

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Die Heizung reduziert die Leistung, sobald die Soll-Temperatur erreicht ist. Die Sonnenmarkisen gehen hoch, bevor das Gewitter kommt und die Waschmaschine startet das Programm dann, wenn der Stromspartarif beginnt. Geschieht dies alles automatisch, spricht man von Gebäudeautomation, „smart home“ oder „intelligentem Wohnen“. Was das bedeutet, und wie es funktioniert, erfahren Sie hier.

Gebäudeautomation – wenn Häuser denken

Von der WC-Spülung, über die Warmwasseraufbereitung, bis hin zur Scharfschaltung der Alarmanlage – in jedem Gebäude bestehen verschiedene Funktionsabläufe. Ziel der Gebäudeautomation (GA): Die verschiedenen Funktionsabläufe sollen miteinander vernetzt und Abläufe in Szenarien zusammengefasst werden, um den Energieverbrauch und Nutzen des Gebäudes zu optimieren und dem Bewohner die Handhabung zu erleichtern. Das Gebäude soll also nicht nur funktionieren, es soll auch mitdenken und Möglichkeiten zur Optimierung automatisch erkennen und nutzen.

Beispiel: Familie K. ist ausser Haus. Dank der Gebäudeautomation kann die Heizung so eingestellt werden, dass die Heizleistung zurückgeht, sobald das letzte Familienmitglied das Haus verlassen hat. Die ursprüngliche Soll-Temperatur wird dann wieder erreicht, kurz bevor das erste Familienmitglied wieder Zuhause ankommt.

Möglich macht dies die dezentrale Anordnung der Steuerungseinheiten sowie die nahtlose Vernetzung zwischen den verschiedenen Sensoren, Aktoren (Antriebselementen), Verbrauchern und Bedienelementen mit einem Kommunikations-Netzwerk oder einem BussystemEin Bussystem ist ein Datenübertragungssystem. „Bus“ bedeutet Binary Unit System. Das Bussystem überträgt Daten zwischen mehreren Teilnehmern über einen gemeinsamen Übertragungsweg.

Funktionsweise der Gebäudeautomation

Die Gebäudeautomation funktioniert in drei Ebenen: Feld-, Automations- und Managementebene. Die einzelnen Ebenen sind auf die Grösse und Komplexität des Gebäudes ausgelegt.

Die Feldebene ist die unterste Ebene. Hier werden die verschiedenen Anlagen des Gebäudes mittels Sensoren und Aktoren (auch Feldgeräte genannt) betrieben. Die Sensoren nehmen die Informationen auf – z.B. Taster, Helligkeit, Luftdruck – und senden diese als Datentelegramme über ein geeignetes Bussystem an die Aktoren. Die Aktoren wandeln die Daten dann in Schaltsignale um für z.B. die Heizung, die Beleuchtung oder die Lüftung.

Die Automationsebene arbeitet auf Basis der Daten von der Feldebene und den Vorgaben der Managementebene. Mittels dieser Informationen steuert und regelt die Automationsebene die gebäudetechnischen Anlagen. Dazu gehört auch die Überwachung von Grenzwerten, Schaltzuständen und Zählerständen.

Die Managementebene ist die oberste Ebene. Sie bedient und beobachtet die Prozesse und alarmiert bei Störungen. Die Informationen der Gebäudeautomation werden hier gesammelt und ausgewertet. Wichtiges Ausstattungsmerkmal: Eine redundante Datenhaltung inklusive Datensicherung und lückenloser Stromversorgung.

ABC der Gebäudeautomation

Wie jeder technische Fachbereich gibt es auch bei der Gebäudeautomation Unmengen an Fachausdrücken. Hier eine Auswahl der gängigsten Abkürzungen und ihrer Bedeutungen:

DALI             
Das Digital Addressable Lighting Interface ist ein Steuerprotokoll zur Steuerung digitaler, lichttechnischer Betriebsgeräte in Gebäuden. Jedes Betriebsgerät, das eine DALI-Schnittstelle besitzt, kann über DALI-Kurzadressen einzeln angesteuert werden.

EIB                
Der Europäische Installationsbus ist ein Standard und beschreibt, wie bei einer Installation Sensoren und Aktoren in einem Haus miteinander verbunden werden müssen. Der EIB steuert z.B. die Beleuchtung und die Beschattungseinrichtungen. EIB macht auch die Fernüberwachung und –steuerung eines Gebäudes möglich.

KNX
Auch der Konnex-Bus ist ein Standard und erklärt, wie bei einer Installation Sensoren und Aktoren miteinander über ein Bussystem verbunden werden können.

LON              
Der Local Operating Network ist ein Feldbus. Er ermöglicht den neutralen Informationsaustausch zwischen Anlagen und Geräten verschiedenster Anbieter.

SMI               
Das Standard Motor Interface ist ein Feldbus zum Ansteuern von elektronischen Antrieben, wie z.B. Rollläden.

DDC-GA       
Direct-Digital-Control-Gebäudeautomation: Dabei handelt es sich um eine computerartige, elektronische Baugruppe, die für Steuerungs- und Regelungsaufgaben verwendet wird.

BACnet        
Das Building Automation and Control Network verwendet man vor allem für die Gebäudeautomation im Zweckbau. Das BACnet wird in erster Linie in der Management- und Automationsebene eingesetzt.

Vorteile von intelligentem Wohnen

Ein Gebäude mit Gebäudeautomation liefert laufend Informationen an die übergeordnete Managementebene. Dies bringt einige Vorteile für die Nutzer mit sich:

  • Überwachungsmonitoren machen Betriebsstörungen sichtbar
  • Alle Daten über den Verbrauch des Gebäudes werden erfasst, und ausgewertet. Dies erlaubt eine kontinuierliche Optimierung der einzelnen Komponenten und es können Prognosen über den zukünftigen Ressourcenverbrauch des Gebäudes erstellt werden.
  • Die Gebäudeautomation ermöglicht Gebäuden mit intelligenten Stromnetzen (Smart Grid) zu kommunizieren und interagieren: Je nach Stromverfügbarkeit und -preis entscheidet die GA, ob sie Strom aus dem Netz bezieht, eigenerzeugten Strom einspeist oder die Stromspeicherkapazität des Gebäudes nutzt.

Wer sich für ein Haus mit Gebäudeautomation entscheidet, muss sich auch für oder gegen ein Datenübertragungssystem entscheiden.

Die Wahl des richtigen Datenübertragungssystems

Die Gebäudeautomation unterscheidet zwischen proprietären und offenen Systemen. Proprietäre Systeme sind herstellereigene Systeme, in denen nur ein Hersteller Komponenten des Systems anbietet. Offene Systeme werden hingegen von vielen Herstellern unterstützt: Die unterschiedlichen Komponenten eines offenen Systems sind interoperabel und können miteinander in einer Anlage kommunizieren. Aus Sicht des Bauherren ist es daher immer von Vorteil, offene Systeme wie DALI, SMI, LON, KNX und BACnet einzusetzen, um sich nicht von einem Hersteller abhängig zu machen.

Für den Einsatz dieser offenen Systeme stehen verschiedene Übertragungsmedien zur Auswahl: Funk, 230V Stromnetz (Powerline) oder die Zwei-Draht-Kupfer-Busleitung (Twisted Pair, kurz TP).

Bei Funksystemen senden Sensoren Funkinformationen aus, die von Aktoren empfangen und umgesetzt werden. Die Aktoren sitzen in der Verteilung oder dezentral bei den Geräten und beziehen ihre Betriebsenergie aus den dort vorhandenen 230V. Die Sensoren nutzen die Energie aus einer Batterie oder aus dem energy harvesting. Hierbei wird die Umweltenergie aus Solarzellen oder Thermo-Elementen als Betriebsenergie genutzt. Es gilt: Je größer die Sendeleistung, desto höher die Reichweite von Funkwellen. Das Senden kostet jedoch Betriebsenergie, die durch Batterien und deren Lebensdauer begrenzt ist. Beim energy harvesting ist die Betriebsenergie ebenfalls markant eingeschränkt.

Ein weiterer Nachteil von Funksystemen: Die Datenübertragung ist unsicher. Die Frequenzen sind für jedermann und jedes Gerät nutzbar. Ist die Frequenz besetzt, kann das eigene Telegramm möglicherweise nicht durchkommen und die entsprechende Funktion wird nicht ausgeführt. Abhilfe bietet hier die bidirektionale Datenübertragung zwischen Sender und Empfänger. Doch das kostet Zeit und Energie. Achtung: Funktelegramme können abgehört und manipuliert werden, wenn sie nicht ausreichend verschlüsselt sind.

Ein anderes Übertragungsmedium ist die Powerline-Datenübertragung. Sie nutzt das bestehende 230V Netz. Der Vorteil dieser Übertragungsart: Es ist kein eigenes Leitungsnetz nötig und die Betriebsenergie steht im Gebäude überall zur Verfügung. Der Nachteil: Das Übertragungsmedium wird nicht exklusiv für die Übertragung der Daten genutzt. Wird ein neues Gerät in eine 230V Steckdose gesteckt, oder verändert sich der Betriebszustand des Netzes, kann sich die Datenübertragung derart verschlechtern, dass sie zusammenbricht.

Am sichersten ist die Datenübertragung über das Leitungsnetz mittels Twisted Pair, da es exklusiv der Datenübertragung zur Verfügung steht. Die Leitungen müssen zwar zuerst installiert werden, die separate Busleitung bietet aber in Sachen sichere und konstante Datenübertragung die beste Lösung.

Ob Neubau oder Sanierung – die Gebäude-Automation lässt sich für beide Szenarien umsetzen. Wichtig: Die entsprechenden Fachplaner müssen frühzeitig miteinbezogen werden.

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