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Smart-Home: Funktionsweise, Systeme, Geräte und Kosten

Was ist ein Smart Home? Wie funktioniert es? Welche Geräte lassen sich miteinander verbinden? Mit welchen Kosten ist für ein Smart Home zu rechnen?

In sogenannten Smart Homes sind speziell ausgerüstete „intelligente“ Geräte über einen Rechner vernetzt und per Internet auch von unterwegs durch die Bewohner steuerbar. So kann die Beleuchtung automatisch oder über eine Smart Home-App von unterwegs gesteuert werden oder das Haus überwacht werden. Daneben gibt es eine Vielzahl interdepenter Fuktionen. Wird z. B. ein Fenster zum Lüften geöffnet, so wird die Heizung automatisch heruntergefahren. Prinzipiell sind in einem Smart Home eine Vielzahl an smarten Funktionen möglich, die sowohl den Wohnkomfort und Sicherheit steigern und gleichzeitig die Energiekosten senken.

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Definition des Begriffs "Smart Home"

Der Begriff "Smart Home" stammt aus dem englischen Sprachraum und bedeutet wörtlich übersetzt so viel wie "intelligentes Zuhause". Das Wort "smart" weist dabei auf die scheinbare Intelligenz des Hauses hin, Haustechnik digitalisiert zu verarbeiten, miteinander zu verknüpfen und sogar Lerneffekte abzuleiten.

Eine gängige Smart Home-Definition lautet: "Smart Home" steht im Allgemeinen für eine intelligente Vernetzung von elektrischen Verbrauchern in privaten Haushalten mit dem Ziel, den Wohnkomfort, die Sicherheit und die Energieeffizienz des Gebäudes zu steigern.

Andere Definitionen beziehen sich auf die Kernkomponenten des Smart Home: die Sensoren (Thermostate, Bewegungsmelder, Wetterstationen, Rauchmelder, Tageslichtsensor, Smart Meter etc.) und Aktoren (Schalter, Dimmer, Jalousien, Lüftung, Klimaanlage etc.), die die technische Grundlage für die intelligente Steuerung des Smart Home bilden, indem die Sensoren Daten erfassen, diese von der Smart Home-Steuerung verarbeitet werden und die Aktoren daraufhin bestimmte Funktionen von an das Smart Home angeschlossenen Geräten aktivieren.

Die Bedienung kann dabei wahlweise über fest installierte Steuerzentralen oder mobile Endgeräte wie Smartphones oder Tablets erfolgen. Parallel dazu steht dem Nutzer auch noch die manuelle Bedienung über Schalter oder eine Fernbedienung zur Verfügung.

Wieder andere Definitionen zielen auf den Lerneffekt des Smart Homes ab. Diese sehen insbesondere den Mehrwert in der Erkennung und Verarbeitung von Nutzerdaten, um darauf den automatischen Funktionsumfang des Smart Home individuell zum Nutzen der Bewohner weiter zu optimieren.

Smart Home-Technologie steht für ein intelligentes, komfortables und sehr flexibles Haus- und Energiemanagement. (Grafik: AMK Arbeitsgemeinschaft Die Moderne Küche e.V.)
Smart Home-Technologie steht für ein intelligentes, komfortables und sehr flexibles Haus- und Energiemanagement. (Grafik: AMK Arbeitsgemeinschaft Die Moderne Küche e.V.)

Datenübertragung per Kabel- und Funktechnik

Ein Bus ist ein System zur Datenübertragung zwischen mehreren Teilnehmern über einen gemeinsamen Übertragungsweg, bei dem die Datenübertragung durch eine von Sender und Empfänger unabhängige, vereinheitlichte Kommunikationsschicht übernommen wird. In der Gebäudetechnik werden z. B. der

  • Europäische Installationsbus (EIB),
  • KONNEX (KNX),
  • Local Operating Network (LON) oder
  • Local Control Network (LCN) verwendet.

Der Einbau eines Bussystems sollte möglichst bereits bei der Gebäudeplanung berücksichtigt werden, da das System, vor allem die notwendigen Kabel und Leitungen, viel Platz benötigt. Ein nachträglicher Einbau könnte mit erheblichen baulichen Maßnahmen verbunden sein.

Wer schon beim Hausbau Smart Home Lösungen integrieren lässt, kann Sensoren und Aktoren per Kabel miteinander verbinden und diese in die Hauselektrik integrieren. So können Sie sich sicher sein, dass die Signale immer ankommen und Störquellen minimiert werden. Die Kabel-Technik hat jedoch den Nachteil, dass sie recht unflexibel und nur mit großem Aufwand nachzurüsten ist.

Die Hersteller von Smart Home-Systemen als auch die Hersteller von Smart Home-Geräten setzen daher zunehmend auf Systeme, die per Funk kommunizieren, da diese praktikabler und günstiger als die kabelgebundenen Varianten sind. Denn sie lassen sich einfacher schrittweise erweitern und auch im Altbestand einsetzen, ohne mühsam die Wände aufreißen und umständlich Kabel verlegen zu müssen. Zieht man um, wird das Equipment einfach abgebaut und in der neuen Wohnung wieder eingesetzt.

Der Kostenvorteil bei der Aufrüstung eines Bestandgebäudes soll gegenüber einer kabelgebunden Datenübertragung bei bis zu 70 Prozent liegen. Und selbst beim Neubau rechnet sich der Einsatz von Funklösungen mit Ersparnissen von 15 Prozent.

Desweiteren bleibt der Nutzer auch nach der Installation völlig flexibel. Sensoren oder Taster lassen sich problemlos ergänzen oder versetzen und auch an dünnen oder gläsernen Zwischenwänden installieren. Zudem werden auch batterielose Funktechnologien angeboten, die ihre Energie über Energy Harvesting aus der Umgebung zum Beispiel aus Bewegung, Licht oder Temperaturdifferenzen gewinnen.

Zu den funkbasierten Smart Home-Systeme zählen

  • Z-Wave,
  • Bluetooth,
  • Home Matic (BidCos),
  • eNet,
  • WLAN,
  • WiFi (IEEE 802.11),
  • KNX RF,
  • ZigBee,
  • EnOcean und
  • DECT.

Grundlegende Methoden zur Datensicherheit

Im Smart Home senden und empfangen Sensoren und Aktoren verschiedenste Werte und Informationen. Dabei spielen Sicherheit und Zuverlässigkeit der Datenübertragung eine wichtige Rolle. Zur sicheren und vor Angreifern geschützte Datemkommunikation gibt es vielfältige Möglichkeiten, die oft auch in Kombination miteinander im Smart Home angewendet werden:

  • Bei einer Zweiwege-Kommunikation enthält jedes Datenpaket eine Prüfsumme, die die Integrität der Telegramme sicherstellt und dadurch Übertragungsfehler vermeidet.
  • Zudem wird vielfach eine 32 Bit-Verschlüsselung eingesetzt. Jedes Modul besizt dann eine einzigartige 32 Bit lange Identifikationsnummer, um Telegrammüberschneidungen zu vermeiden und Sensor-Identitäten zu authentifizieren.
  • Als sich ständig ändernder Sicherheitsmechanismus kann ein mit jedem Telegramm hochgezählter 16-bit oder 24-bit langer Rolling Code (RC) erzeugt werden.
  • Telegrammheader, Telegrammdaten und der aktuelle Rolling Code bilden wiederum die Basis, um einen 24 oder 32 Bit langen Zahlen-basierten Authentifizierungscode zu generieren (Cypher-based Message Authentication Code, CMAC). Das Empfängersystem kann dann anhand der Codes das Datenpaket validieren.
  • Der CMAC ist ebenfalls durch einen 128-AES-Verschlüsselungsalgorithmus geschützt. Auf Basis des Codes kann das Empfangssystem ein Datenpaket eindeutig verifizieren. Diese Funktionalität schützt Netzwerke insbesondere vor Wiederholungsattacken, so genannten Replay Attacks.
  • Eine weitere Maßnahme ist die Verschlüsselung der Datenpakete durch den Sender. Sehr hohen Verschlüsselungsschutz bietet dabei der AES-Algorithmus mit 128 Bit-Schlüsseln, der zum Beispiel auch bei Funk-Autoschlüsseln zum Einsatz kommt. Dadurch lassen sich Lauschattacken (Eaves Dropping) verhindern.

Bei Smart-Home-Produkten, die zur Speicherung der Daten die Cloud nutzen, also einen Speicher im Internet, kommt es entscheidend darauf an, welchen Sicherheitsstandard der Hersteller des Systems verwendet.

Smart-Home-Systeme im Überblick

Tabelle: Überblick über aktuell verfügbare Smart Home-Systeme
Smart-Home-System Systembeschreibung
digitalSTROM digitalSTROM ist eine mehrfach ausgezeichnete Smart Home-Lösung, die mittlerweile sogar Elektroautos mit einschließt. Die Kommunikation im Haus funktioniert über Stromleitung. Dazu werden intelligente Lüsterklemmen mit integriertem Hochvolt-Chip genutzt, die alle elektrischen Geräte miteinander vernetzen und mit dem Internet kommunizieren lassen.
HomeMatic Homematic ist die führende Smart Home-Plattform mit mehr als 80 Geräten und offenen Kommunikationsschnittstellen. Homematic ist eine System von eQ-3, das mit mehr als 15 Millionen vermarkteten Funklösungen zu den Innovations- und Technologieführern für Home Control und Consumer Electronic gehört.
Loxone Loxone bietet Smart Home-Komplettlösungen an und zählt zu einem der Marktführer in diesem Segment. Alle Hausfunktionalitäten werden dabei analog zu einem Autopiloten im Flugzeug über einen einzigen zentralen Miniserver selbstgesteuert. Loxone zählt mit mehr als 250 Mitarbeitern an zwölf Standorten weltweit zu den am schnellsten wachsenden Unternehmen der Branche.
Nest Labs Des US-Hautechnik-Spezialisten Nest Labs gehört zum Internetkonzern Google. Die Smart Home-Lösung von Nest Labs fokussiert smarte, lernfähige Thermostate, die die Raumtemperatur sensorgesteuert an die Außentemperatur und die Gewohnheiten der Bewohner anpassen.
QIVICON QIVICON ist ein herstellerübergreifendes Smart Home-System, das auf dem HomeMatic-Funktprotokoll basiert, aber sich auch auf andere Protokolle wie ZigBee mit zB einem Funkstick erweitern lässt.
RWE Das funkbasierte RWE SmartHome ist eine benutzerfreundliche Lösung, mit der sich über den PC alle angeschlossenen Geräte und Funktionen einfach einrichten und steuern lassen. RWE bietet u.a. ein SmartHome Starterpaket mit SmartHome-Zentrale, zwei Heizkörperthermostaten, einem Zwischenstecker und einem Wandsender an, das sich später modular erweitern lässt.
Somfy Somfy bietet mit TaHoma Connect ein funkbasiertes Smart Home-System an, das sowohl mit RTS Radio Technology, io-homecontrol und EnOcean kompatibel ist. Per Smartphone, PC, Notebook oder Tablet-PC gelangen die Befehle zur TaHoma Box, die dann Rollladen, Sonnenschutz und Co. steuert.

Anwendungsbereiche im Smart Home

Steuerung der Heizung

Eine Smart Home-Steuerung der Heizung zielt vornehmlich auf eine optimale, bedarfsgerechte Wärmeversorgung ab. Ziel ist es, in den Räumen nur dann Wärme zur Verfügung zu stellen, wenn diese auch wirklich gebraucht wird. Dazu muss lediglich der Regelkreis wie die Raumregler bzw. Heizkörperthermostate Smart Home-fähig gemacht werden. Die einzelnen Ventilaufsätze und/ oder Raumregler - die Aktoren - werden dann mit Temperatursensoren über eine zentrale Steuerung vernetzt. Die Smart Home-Heizung kann so immer die eingestellte Raumtemperatur automatisch bereitstellen. Mithilfe von Tür- und Fensterkontakten kann die Heizung auch kurzfristig an oder abgestellt oder bei längerer Abwesenheit auch gänzlich heruntergefahren werden. So sollen laut Smart Home-Hersteller bis zu zehn Prozent an Heizkosten eingespart werden können. In vollständig vernetzten Smart Homes sollen noch höhere Einsparungen möglich sein.

Verbesserung der Sicherheit

Sicherheitsanwendungen zählen zu den wichtigsten Funktionen eines Smart Home. Dabei werden Präsenzmelder, Kameras und das Alarmsystem miteinander vernetzt und optional mit einem Sicherheitsdienst verbunden. Zudem kann der Besitzer bequem von unterwegs aus auf die Kameras zugreifen. Das Überwachungssystem kann dabei ganz nach Kundenbedarf konfiguriert und erweitert werden. Wird eine Tür oder Fenster im geschlossenen Zustand von außen und/ oder bei entsprechender Abwesenheit der Bewohner geöffnet, so registriert dies ein Tür-/ Fensterkontakt und schickt eine Meldung auf das Smartphone. Erkennt ein Sensor im Hausflur bei Abwesenheit der Bewohner eine Bewegung, versendet das System ebenfalls eine Nachricht, außerdem startet die Videokamera mit der Aufzeichnung, die die Nutzer direkt mitverfolgen könnten. So sehen die Anwender, was sich zu Hause tut, und können im Notfall Nachbarn oder Polizei verständigen. Auch vor Feuer und Wasserschäden schützt das Smart Home. Werden Rauch- oder Wassermelder in Abwesenheitszeiten ausgelöst, alarmieren sie per App.

Beleuchtung und Beschattung

Bei der Beleuchtung und im Bereich der Beschattung gibt es eine Vielzahl von automatischen Funktionen als auch manuellen Interaktionsmöglichkeiten. Neben einer zentralen Steuerung über das Smart Phone stellt die Verknüpfung mit Bewegungssensoren eine der beliebtesten Beleuchtungs-Anwendungen dar. Befindet sich kein Bewohner mehr in einem Raum wird das Licht automatisch ausgeschaltet. Oder geht man einen Flur entlang, so wird immer nur die Lampe in nächster Nähe eingeschaltet und andere entsprechend der Entfernung abgedimmt. Besonders Beliebt im Bereich der Verschattung ist natürlich eine Verknüpfung mit Tageslichtsensoren, die die Räume automatisch verdunkeln und so auch zum sommerlichen Hitzeschutz beitragen. Beide Bereiche werden überdies besonders häufig auch mit den vorgenannten Sicherheitsanwendungen verknüpft. So können von außen einsehbare Räume auch bei Abwesenheit entsprechend beleuchtet werden oder einbruchsgefährdete Räume per Jalousie oder Rollo vor Einblicken geschützt werden.

Stromverbrauch im Haushalt

Ein zusätzliches Energieeinsparpotenzial bietet das sogenannte Smart Metering. Der Smart Meter (intelligenter Stromzähler) versetzt das Smart Home dabei in die Lage, tageszeitabhängig variierende Strompreise gezielt auszunutzen. Ziel ist es dabei, bestimmte Energieverbraucher, wie Wasch- oder Spülmaschinen, automatisiert nach dem Energiepreisangebot zu steuern. Durch derartige Maßnahmen soll der private Haushalt als Verbraucher, und zunehmend auch als Erzeuger über Photovoltaik-Anlagen, in die Netz- und Erzeugungssteuerung integriert werden. Im weiteren Sinne ist unter Smart Metering aber auch das gezielte Messen von einzelnen Geräten durch den Kunden selbst zu verstehen. Über die Darstellung von Verbrauchskurven auf dem PC oder auf dem Smartphone lassen sich so Einsparpotenziale, wie der Stromverbrauch von Geräten im Stand-by, ermitteln. Diese Sensibilisierung sorgt im Idealfall auch für ein energiesparendes Nutzerverhalten.

Multimediale Anwendungen

Smartphone und Tablet-PC sind zum ständigen Begleiter im Alltag geworden. Daraus ergeben sich auch im Smart Home völlig neue Bedienungsmöglichkeiten. Der Kunde will von möglichst wenigen Geräten aus möglichst viel steuern. Warum zum Herunterfahren der Jalousien in Wohnzimmer und Küche zum stationären Bediengerät oder zu den einzelnen Schaltern laufen, wenn es auch mit dem Smartphone oder dem Tablet geht? Zudem werden die Funktionen vieler Fernbedienungen, wie beispielsweise für Fernseher, Hifi-Anlage, Licht- und Rollladensteuerung, künftig kombiniert und in das Smartphone oder das Tablet integriert. Im Fokus steht neben der einfachen Bedienung auch die flexible und individuelle Gestaltung des Systems. Beispielsweise können vom Nutzer individuelle Lichtszenen erstellt werden, die er anschließend durch einen Knopfdruck aktivieren kann. Kunden verlangen auch häufig nach einem eigens konfigurierbaren „Zentral Ein/Aus“-Schalter, mit dem sich am Eingangsbereich oder im Schlafzimmer alle Leuchtmittel und Stand-by-Geräte auf einmal abschalten lassen.

Unterstützung für Senioren

Ein wichtiger Anwendungsbereich des Smart Home ist die gezielte Unterstützung älterer Menschen im Alltag, das sogenannte Ambient Assisted Living (AAL). Dabei erleichtern Smart Home-Anwendungen das Leben zuhause. Zum einen wird den Bewohnern mehr Lebenskomfort geboten, indem das Licht, die Raumtemperatur oder andere Anwendungen, bedarfsgerecht automatisiert werden oder sich individuell einstellen lassen. Die jeweiligen Bedienoberflächen sind dabei genau den Bedürfnissen älterer Menschen angepasst. Zum anderen können Smart Home-Lösungen auch die Kontrolle von Vitalwerten mit abdecken und im Notfall schnell Hilfe holen. Bewegungsmelder oder Sensormatten registrieren beispielsweise eine auf dem Boden liegende Person und melden dies umgehend dem Rettungsdienst.

Die eQ-3 Smart Home-Lösung umfasst alle wichtigen Komponenten inklusive Apps und Cloud-Software und wird kontinuierlich um neue Produkte erweitert. (Foto: eQ-3 AG)
Die eQ-3 Smart Home-Lösung umfasst alle wichtigen Komponenten inklusive Apps und Cloud-Software und wird kontinuierlich um neue Produkte erweitert. (Foto: eQ-3 AG)

Kauf und Kosten eines Smart Home-Systems

Wer sich eine Smart Home-Lösung zulegen will, sollte die Angebote genau prüfen:

  • Lassen sich Produkte verschiedener Hersteller miteinander kombinieren?
  • Ist das System nachrüstbar?
  • Deckt das Angebot wichtige Anwendungsbereiche wie Sicherheit, Komfort oder Energiesparen ab?
  • Kann man die Komponenten und Sensoren selbst installieren?
  • Ist das System leicht bedienbar?
  • Existieren Tests und Zertifizierungen für Datenschutz und Datensicherheit?
  • Gibt es eine Support-Hotline?

Denn im Dschungel der unterschiedlichen Standards und Kommunikationsprotokolle verliert der Verbraucher schnell die Übersicht. Zudem existiert bei Smart Home noch kein einheitlicher Standard. Kauft ein Nutzer das Smart Home-System eines Anbieters, kann er oftmals nur dessen Funktionen und Lösungen nutzen, diese aber nicht mit anderen Produkten kombinieren.

Die Kosten sind hingegen zumindest bei einer Grundausstattung überschaubar. So kostet bei der Telekom zum Beispiel eine QIVICON Home Base und 24 Monate Fernzugriff per Smart Home App 199,95 Euro. Die Themenpakete „Sicherheit“, „Energiesparen“ und „Komfort“, dies ist eine Auswahl verschiedener Geräte für das jeweilige Anwendungsgebiet, kosten ab 99,95 Euro.

Weitere Informationen über das Smart Home

"Smart-Home: Funktion, Systeme, Anwendung & Kosten" wurde am 23.03.2016 das letzte Mal aktualisiert.