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Bus-Systeme im Smart Home: Funktion und Vergleich

12.10.2018

Bus-Systeme bilden quasi das Rückgrat der Gebäudeautomation. Ähnlich wie die Nervenbahnen im menschlichen Körper verbinden die Buslinien unterschiedliche Geräte im Smart Home miteinander. Die integrierten Komponenten nutzen die Kommunikationswege, um sensorische und steuernde Signale auszutauschen. Die Informationsübertragung erfolgt nach einheitlichen Regeln, sodass alle Teilnehmer im übertragenen Sinn eine gemeinsame Sprache sprechen. Bus-Systeme unterscheiden sich in der Art, wie sie den Datenaustausch im Netzwerk organisieren. Je nach Typ verfügen sie über unterschiedliche technische Eigenschaften und eignen sich für unterschiedliche Einsatzumgebungen. Vor einem Vergleich steht aber die Frage: Was ist ein Bus-System und wie funktioniert es?

 

Gebäudeautomation und Bus-System: Was ist was?

Ist von Bus-Systemen die Rede, spricht man manchmal auch von Gebäudesystemtechnik oder Bustechnik und somit über einen wichtigen Teilbereich der Gebäudeautomation.

 

Feldebene, Automatisierungsebene und Managementebene im Smart Home
Geräte und Steuerungsebenen im Smart Home

 

Die Gebäudeautomation umfasst alle technischen Einrichtungen zur Steuerung, Regelung und Überwachung von Anlagen sowie zur Erfassung und Auswertung von Betriebsdaten in intelligent vernetzten Häusern. Die Komponenten der Gebäudeautomation sind in drei Funktionsebenen unterteilt: :

  • Die Feldebene ist die ausführende Ebene, in welcher die Sensoren und Aktoren der Systemtechnik ihre Aufgaben erfüllen. Dabei erfassen die Sensoren das Geschehen in der Umgebung und melden ihre Messergebnisse an die Aktoren. Die Aktoren interpretieren die Daten und geben Schaltbefehle an die unterschiedlichen Geräte. Die Feldebene stellt alle ermittelten Informationen für die übergeordneten Ebenen bereit.
  • Die Automatisierungsebene wertet die Daten der Feldebene und die Vorgaben der Managementebene aus, um die Funktion der Anlagen zu steuern und zu regeln. In vielen Fällen lässt sich keine klare Grenze zwischen Feld- und Automatisierungsebene ziehen, weil smarte Geräte oft über eine eigene Intelligenz verfügen und softwarebasiert zwischen Sensorik und Aktorik vermitteln. Sie können die erfassten Umgebungswerte an Ort und Stelle verarbeiten und den Befehl zu einer Aktion ableiten, ohne dass die Daten über den Bus an eine steuernde Komponente weitergegeben werden müssen.
  • Die Managementebene dient der übergreifenden Überwachung aller Prozesse. Sie protokolliert alle Vorgänge, wertet sie aus und führt Anweisungen zur Optimierung der Gesamtsystems aus. Unabhängig davon, ob eine Gebäudeautomation zentral oder dezentral aufgebaut ist, bietet die Managementeben eine hilfreiche Möglichkeit, administrative Aufgaben durchzuführen und das Gesamtsystem zu überwachen.
  • Gebäudeautomation dient einerseits dem Zweck, den Alltag sicherer und komfortabler zu gestalten, andererseits geht es aber auch um den effizienten Umgang mit Ressourcen wie Wasser und Energie.

 

Was macht ein Bus-System?

Gebäudeautomation ist ohne ein Bus-System nicht denkbar. Ein leistungsfähiges Kommunikationssystem ist die Voraussetzung dafür, dass die auf unterschiedlichen Ebenen eingebundenen Geräte ihre intelligenten Funktionen erfüllen können. Technisch betrachtet, ist ein Bus-System eine Erweiterung der klassischen Elektroinstallation:

  • Eine klassische Elektroinstallation überträgt Energie über ein System von Leitungen. Die regelnde Funktion am Gerät übernehmen Schalter, indem sie die Energiezufuhr an- und abstellen. Je mehr Funktionen und Geräte an die Elektroinstallation angeschlossen sind, desto umfangreicher wird die Verkabelung. Es entsteht ein hoher Material- und Kostenaufwand.
  • Ein Bus-System übernimmt die Weiterleitung von Informationen zwischen unterschiedlichen Anlagen und trennt dabei den Energie- vom Datenfluss. Alle Geräte, die am Datenaustausch teilnehmen sollen, sind an eine gemeinsame Busleitung angeschlossen und können diese Verbindung nutzen, um miteinander zu kommunizieren.

 

Die intelligente Vernetzung von Geräten mithilfe eines Bus-Systems ist innerhalb eines Raums, raumübergreifend oder in einem gesamten Gebäude möglich. Durch die Automatisierung lassen sich Ablaufregeln oder Szenarien für die Vorgänge im Smart Home abbilden. Die koordinierten Funktionen arbeiten zeitgesteuert oder abhängig von bestimmten Situationen und bieten:

  • ein Plus an Sicherheit, beispielsweise durch den Schutz vor Einbrüchen, Unwetter, Überschwemmungen oder Bränden
  • zusätzlichen Komfort, beispielsweise durch das zentrale Ein- und Ausschalten oder die zeitliche Steuerung von Funktionen, das Einrichten von Lichtszenarien und den flexiblen Fernzugriff über ein mobiles Endgerät
  • mehr Energieeffizienz, beispielsweise durch die automatische Steuerung von Heizkörpern und Fenstern sowie Heiz- und Klimaanlagen

 

Technische Eigenschaften: Vernetzung und Intelligenz

Für den Datentransport zwischen Anlagen im Smart Home stehen mehrere Möglichkeiten offen. Die Übertragungswege unterscheiden sich grundsätzlich dadurch, ob die beteiligten Geräte kabelgebunden oder drahtlos vernetzt sind.

 

Datentransport im Smart Home
Kabelgebunden über eine eigens installierte, verdrillte Kupferleitung (Twisted Pair = TP)
das 230/400-V-Netz, die Netzspannung überlagernd (Powerline = PL)
Weitere Möglichkeiten LAN/Ethernet, Glasfaser, Koaxialkabel, zusätzliche 230-V-Leitung
Drahtlos über Funkwellen (Radio Frequency = RF)
Infrarot-Lichtwellen (Infra Red = IR)

 

Ist von einem Bus-System die Rede, denkt man in der Regel zunächst an eine kabelgebundene Lösung. Die Vernetzung über eine Leitung erfolgt meist über Twisted Pair oder Powerline und gilt nach wie vor als Königsweg der Gebäudeautomation. Dennoch hat auch die kabellose Kommunikation im Smart Home ihre Vorzüge. Das Für und Wider entscheidet sich im Einzelfall abhängig von den individuellen Anforderungen der Einsatzumgebung.

 

Vernetzung kabelgebunden drahtlos
Twisted Pair Powerline Funk (Wi-Fi), Infrarot
Eigenschaften Gebräuchlichste Methode der Signalübertragung.

Der Datenaustausch erfolgt über zweiadrige Busleitungen mit geringen Spannungen von 12 bis 24 Volt.

Die Installation erfordert den Einsatz eines Systemintegrators oder Elektrikers.
Nutzt das vorhandene 230/400-V-Installationsnetz, um Bustelegramme zu übertragen.

Überlagert die Netzspannung mit hochfrequenten Signalen.

Die Installation erfordert technisches Verständnis.
Für die Übertragung der Steuersignale muss kein Leitungsnetz aufgebaut werden.

Das Einrichten ist in Eigenregie auch ohne Unterstützung eines Fachmanns möglich.
Vorteile Sicherer vor Störungen als ein Funknetz Kostengünstig zu haben

Lassen sich allmählich aufbauen und sind jederzeit nachrüstbar

Ermöglichen einen flexiblen Einsatz und lassen sich bei einem Umzug einfach mitnehmen

Auf dem Markt ist eine große Vielfalt an kompatiblen Geräten unterschiedlicher Hersteller verfügbar.

Lassen sich unkompliziert einrichten, auch von Nutzern mit durchschnittlichem technischem Verständnis
Hohe Funktionalität, Ausfallsicherheit und Lebensdauer Leichter nachzurüsten als Twisted Pair

Kostengünstiger als Twisted Pair
Mit funkgesteuerten Komponenten kombinierbar über sogenannte Bridges, die von unterschiedlichen Herstellern angeboten werden
Nachteile Höhere Anschaffungskosten

Installation erfordert fortgeschrittenes Fachwissen und die Unterstützung durch einen Spezialisten

Der Einsatz von Fachleuten kann Folgekosten verursachen.

Die Installation ist mit baulichen Maßnahmen verbunden.
Langsamere Datenübertragung als bei Twisted Pair

Bei der Installation einer Powerline-Lösung sind etliche Sicherheitsvorgaben zu beachten. Nähere Informationen dazu gibt beispielsweise die Plattform Baunetz Wissen.
Für einen reibungslosen Betrieb ist die Reichweite der Funksignale zu beachten.

Die Datenübertragung ist insgesamt störanfälliger als bei kabelgebundenen Systemen.

Durch den Batteriewechsel an smarten Geräten können Folgekosten entstehen.

Das Angebot an unterschiedlichen Geräten ist groß, die verschiedenen Anlagen sind aber nur bedingt untereinander kompatibel.
Eignung Für Neubauten oder Sanierungen, wenn eine umfassende Gebäudeautomation geplant ist und die Installation ohne größeren Aufwand gleichzeitig mit der übrigen Elektrik erfolgt Nachrüstung vorhandener Gebäude mit einem Bussystem

Für Gebäude mit historischer Bausubstanz, in denen eine Neuverlegung von Leitungen nicht möglich oder erwünscht ist
Vielseitige Eignung für Neubauten, Nachrüstung von Bestandsgebäuden und Mietwohnungen

 

Neben der Art der Vernetzung gehört die Form der Kommunikation und die Art, wie die smarten Geräte gesteuert werden, zu den wichtigsten Eigenschaften von Bus-Systemen. Die im Netzwerk integrierten Anlagen müssen einerseits eine gemeinsame, auf festen Regeln basierende „Sprache“ sprechen, um sich zu verständigen. Andererseits muss klar sein, wo die „Intelligenz“ des Systems sitzt. Im Wesentlichen geht es dabei um die Frage, ob

  • die Funktionen der Feldebene zentral von einer übergeordneten Automatisierungsebene gesteuert werden oder
  • die Geräte dezentral arbeiten und ihre Aufgaben selbstständig erledigen können, sodass Feld- und Automatisierungsebene zusammenfallen.

 

Die Begriffe zentral und dezentral beziehen sich in diesem Zusammenhang auf die Zuordnung der Aufgaben zu bestimmten Hardware-Komponenten. Das ist nicht zu verwechseln mit den Möglichkeiten der Softwaresteuerung für das Gesamtsystem. So erlaubt eine dezentral strukturierte Lösung durchaus die Festlegung von Funktionsparametern, Ablaufregeln und Szenarien, aber auch das Monitoring anhand einer übergeordneten Anwendung.

 

Strategische Eigenschaften: Verhalten zum Markt

Anbieter von Bus-Systemen verfolgen unterschiedliche Strategien in Bezug darauf, wie sie ihre Lösungen entwickeln, Smart Home-Geräte integrieren und die Zielumgebung aufbauen. Ein wichtiges Merkmal ist das Verhalten zum Markt, wobei sich offene und geschlossene Systeme unterscheiden lassen.

  • Offene Systeme legen Regeln für die Kommunikation und Steuerung von Anlagen im Smart Home fest und erlauben jedem Gerät, das diese Vorgaben befolgt – unabhängig von Hersteller und Gewerk – sich ins Netzwerk zu integrieren. Offene Systeme bieten höchstmögliche Flexibilität in Bezug auf die Wahl der bevorzugten Komponenten und die Veränderungen oder Erweiterungen der Installation.
  • Geschlossene Systeme arbeiten herstellerabhängig und definieren ein proprietäres Kommunikations- und Steuerungsmodell. Nur eigene Geräte oder die Anlagen ausgewählter Partner sind in die Lösung integrierbar. Geschlossene Systeme schränken die Produktauswahl in Bezug auf Marken und Gewerke ein, bieten aber unter Umständen ein höheres Maß an Kompatibilität als offene Systeme.

 

Rolle des Bus-Systems im Smart Home Verhalten zum Markt Eigenschaften
Partner des Handwerks Offen für alle Gewerke. In den meisten Fällen offen für Komponenten unterschiedlicher Hersteller Von der elektrotechnischen Industrie gefördert

Entwicklung von Lösungen in Zusammenhang mit dem Handwerk

Basisanwendungen sind z. B. Licht-, Heizungs-, Klima-, Fenstersteuerung

Cloud-Lösungen kommen nur als Erweiterungen zum Einsatz
Anbieter von Telekommunikationsdienstleistungen Offen für alle Hersteller, die das Kommunikationsmodell unterstützen Stellen die Infrastruktur für das Smart Home über den Router zur Verfügung

Der Router vermittelt zwischen allen Produkten und Diensten

Cloud-Lösungen kommen häufig vor
Anbieter einer proprietären Lösung Geschlossen und auf eigene Produkte oder Produkte bestimmter Partner-Marken beschränkt Geben die Betriebsplattform und die Produktauswahl vor

Cloud-Lösungen sind üblich
Partner der Konsumgüterindustrie Offen für die Hersteller von Konsumgütern Kommen mit geringen Anpassungen der Infrastruktur aus

Die Integration neuer smarter Produkte ist unkompliziert per Plug & Play durchführbar

Cloud-Lösungen sind üblich
Anbieter übergreifender Plattformen Offen für alle Gewerke und Komponenten unterschiedlicher Hersteller Versuchen das Angebot an Smart Home-Produkten und -Diensten zu konsolidieren

Definieren unterschiedliche Verfahren für eine übergreifende Zusammenarbeit der Geräte im Internet of Things / Smart Home

Bieten heterogene Ansätze an, beispielsweise über die Festlegung einheitlicher Kommunikationsprotolle oder einheitlicher Netzwerkstrukturen

 

Welche Bus-Systeme gibt es?

Der Markt hält eine Vielzahl von Bus-Systemen bereit, die auf unterschiedliche Anforderungen eingehen. Die strategische Ausrichtung und die Art der Vernetzung gehören zu den wichtigsten Eigenschaften der angebotenen Lösungen. Darüber hinaus sind der Schwierigkeitsgrad der Handhabung und die verfügbare Produktauswahl interessante Vergleichskriterien. Vor- und Nachteile der einzelnen Systeme lassen sich zwar grundsätzlich ableiten, eine sinnvolle Beurteilung von Stärken und Schwächen ist aber immer nur in Bezug zum konkreten Anwendungsfall möglich.

 

Die bekanntesten Bus-Systeme: Übersicht über die Eigenschaften Teil 1

Name Hersteller Vernetzung Strategie Funktion Komplexität Produktauswahl
KNX

www.knx.org
1999 aus dem Zusammenschluss von EIB, Batibus und EHS entstanden

Eine Vielzahl von Herstellern weltweit
Twisted Pair
Powerline
Funk (LAN/Ethernet)
Partner des Handwerks dezentral Fachmännische Unterstützung für die Installation erforderlich

Der Nutzer installiert lediglich kleinere Anwendungen als Ergänzung selbst
Sehr groß
Local Operating Network (LON)

www.lonmark.org
Um 1990 von der nordamerikanischen Echelon Corporation entwickelt

Verschiedene Hersteller
Twisted Pair
Powerline
Funk Infrarot (auch Glasfaser und Koaxialkabel)
Anbieter einer übergreifenden Plattform
Loxone

www.loxone.com
Loxone Electronics GmbH Twisted Pair
Funk
Partner des Handwerks zentral Überschaubar
LCN

www.lcn.eu
Issendorf KG Zusätzliche 230-V-Ader dezentral
digitalSTROM

www.digitalstrom.com
digitalSTROM AG Powerline zentral
HomeMatic

www.homematic.com
eQ-3 AG Funk Anbieter einer proprietären Lösung dezentral Installation auch für Laien zu bewältigen
Samsung SmartThings

www.samsung.com/de/smartthings/
SmartThings Inc. / Samsung Funk Partner der Konsumgüterindustrie zentral

 

 

Die bekanntesten Bus-Systeme: Übersicht über die Eigenschaften Teil 2

Name Unterstützt durch Vorteile Nachteile Eignung
KNX In Deutschland stark unterstützt, z. B. durch Albrecht Jung, Busch-Jaeger, Gira, Bosch Telecom, Hager Group, Merten, Siemens International genormter Standard

Zukunftssicher

Von zahlreichen Anbietern unterstützt
In der Regel mit Baumaßnahmen verbunden

Bei Nachrüstungen aufwendig

Vergleichsweise hohe Preise
Universell einsetzbar für die Heimanwendung und Zweckbauten
Local Operating Network (LON) ABB, Danfoss, Honeywell, Johnson Controls, Kieback&Peter, LG, Osram, Schneider electric, Siemens, Somfy und Viessmann Als internationale Norm anerkannt

Von zahlreichen Anbietern unterstützt

Nicht lokal begrenzt – LON-Netzwerke sind über das Internet ortsübergreifend steuerbar
In der Regel mit Baumaßnahmen verbunden

Anspruchsvolle Planung und Installation
Besonders gut für größere Zweckbauten geeignet

Für die Heimanwendung weniger geeignet
Loxone Internorm, Fröling, Keba

(Anschluss von KNX-Geräten möglich)
Smart Home-Server im Komplettpaket beispielsweise für Komfort, Sicherheit oder Energiesparen erhältlich

Kabelgebundene Lösung für Neubauten / Funkserver für die Nachrüstung
Fällt das zentrale Steuermodul aus, versagen die Smart Home-Funktionen Für die Heimanwendung geeignet

Nicht für Zweckbauten konzipiert
LCN Proprietäre Komponenten

(Es existieren Programmierschnittstellen zu anderen Systemen)
Vernetzung mit geringen Mehrkosten

Sensoren und Aktoren sind meist in einer Komponente kombiniert, dadurch bleibt das System übersichtlich

Schnelle Datenübertragung
Anspruchsvolle Planung und Installation Universell einsetzbar für die Heimanwendung und Zweckbauten
digitalSTROM iHomeLab, TU Berlin, FH Bern, Uni Stuttgart, Fraunhofer FOKUS, BNG Gebäudetechnik, BS2, Eberle, NetSolar Leicht nachrüstbar

Schnittstellen zu vielen anderen Systemen
Nur mit dem Stromnetz verbundene Geräte sind direkt integrierbar. Für batteriebetriebene Geräte (z. B. Heizungsthermostate) ist eine Funkerweiterung nötig.

Fällt das zentrale Steuermodul aus, versagen die Smart Home-Funktionen
HomeMatic mobilcom debitel, Conrad Electronic, ITC AG, Contronics GmbH und QIVICON Für den Neubau geeignet, aber auch leicht nachrüstbar

In der Variante HomeMatic IP mit Cloud-Steuerung und mit Verbindung zu Amazon Alexa und Google Home verfügbar

Lässt sich auch von Laien einrichten
Fällt das zentrale Steuermodul aus, versagen die Smart Home-Funktionen Für die Heimanwendung geeignet

Nicht für Zweckbauten konzipiert
Samsung SmartThings Eine Kooperation mit Vodafone ist bekannt (V-Home)

Die Open-Source-Plattform erlaubt Drittanbietern die Entwicklung neuer Anwendungen.
Lässt sich auch von Laien einrichten

Schnelles und einfaches Smart Home-Erlebnis auf der Ebene der intelligenten Haushaltsgeräte

Kompatibel mit smarten Geräten unterschiedlicher Hersteller
Eignet sich nur bedingt für eine umfassende Hausautomatisierung

Fällt das zentrale Steuermodul aus, versagen die Smart Home-Funktionen

 

Fazit

Es lohnt sich, rechtzeitig und vorausschauend zu planen, wenn Sie sich eine Smart Home-Lösung für Ihr Zuhause wünschen. Machen Sie zunächst eine Bestandsaufnahme Ihrer Wohnsituation und Ihrer Erwartungen an die Hausautomation, ehe Sie sich für eine Lösung entscheiden:

 

  • Planen Sie gerade Ihr neues Zuhause oder wohnen Sie in einem schon bestehenden Gebäude?
  • Wohnen Sie in einer Wohnung oder in einem Mehrfamilienhaus?
  • Sind Sie Eigentümer oder Mieter der Immobilie?
  • Möchten Sie eine Renovierung oder Sanierung durchführen?
  • Bewohnen Sie ein denkmalgeschütztes Haus?
  • Was erwarten Sie von einer Automatisierungslösung, was ist Ihnen besonders wichtig: Komfort, Sicherheit oder ein effizienter Umgang mit Ressourcen?
  • Wünschen Sie sich von Beginn an ein umfassendes System? Oder möchten Sie mit grundlegenden Funktionen beginnen und die Ausstattung später ausbauen?
  • Wie technikaffin sind Sie? Wünschen Sie sich einen Fachmann, der die Planung und Umsetzung der Automatisierung vollständig in die Hand nimmt? Oder möchten Sie das System gerne selbst einrichten, erweitern, steuern und überwachen können?
  • Welche Sicherheitsanforderungen haben Sie? Bevorzugen Sie ein kabelgebundenes System? Oder profitieren Sie lieber von einer unkomplizierten drahtlosen Vernetzung? Wünschen Sie sich eine lokale Datenhaltung und Steuerung? Oder kommt eine Cloud-Lösung infrage?

 

Wenn Sie sich eine umfassende, dauerhaft tragfähige Lösung wünschen, lohnt es sich, für die Planung und Durchführung einen Architekten oder erfahrenen Elektroinstallateur zurate zu ziehen. Ein Smart Home-Experte kennt die Produktlandschaft und kann Sie ihren individuellen Anforderungen entsprechend beraten. Er denkt dabei auch an die Zukunft und an die Handhabbarkeit des Systems in jedem Lebensalter. Auch in finanzieller Hinsicht ist nicht die billigste, sondern die maßgeschneiderte Lösung die beste Wahl.

 

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