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Intelligente, funkbasierte Heizungssteuerung

Ein Smart Home-System reduziert den Energieverbrauch und sorgt gleichzeitig für mehr Sicherheit und Komfort in den eigenen vier Wänden. Mithilfe von batterieloser, wartungsfreier Funktechnologie wird dabei die intelligente Heizungssteuerung zum Dreh- und Angelpunkt eines intelligent vernetzten Zuhauses.

 (Bild: EnOcean GmbH)

(Bild: EnOcean GmbH)


In einem modernen Haus meldet der Fensterkontakt ein geöffnetes Fenster an das Heizkörperventil, das daraufhin die Wärme nach unten reguliert. Leuchten erkennen dank Präsenzmeldern, ob, wann und wo im Raum sich eine Person befindet, und schaffen abhängig davon die geeignete Lichtatmosphäre. Auf diese Weise kann das gesamte Haus bei Abwesenheit in einen Energiesparmodus geschaltet werden. Dabei senkt sich die Raumtemperatur ab, die Beleuchtung und elektrische Verbraucher wie Kaffeemaschine oder Herd schalten sich automatisch aus. Zudem überprüft das System, ob alle Fenster und Türen verschlossen sind. Der Bewohner kann alle Funktionen seines intelligenten Hauses auch via Smartphone oder Tablet steuern.

Vernetzt für die Zukunft

Die Vernetzung geht in Zukunft noch sehr viel weiter. In die Hausautomation integrierte Smart Meter-Technologien steuern Energieverbraucher wie Wasch- oder Spülmaschinen automatisiert nach dem Energiepreisangebot. Durch derartige Maßnahmen wird der private Haushalt als Verbraucher, und dank Photovoltaikanlagen zunehmend auch als Erzeuger, in die Netz- und Energiesteuerung integriert. Das vernetzte Zuhause stimmt den Energieverbrauch auf den individuellen Bedarf der Bewohner ab und reduziert ihn gleichzeitig deutlich. Damit wird das Smart Home zur Basis für die Energiewende.

Batterielose Funkkommunikation

Die funktionellen Grundideen für das System Smart Home sind keineswegs neu. In der modernen Gestaltung von Bürogebäuden haben sich schon lange Techniken etabliert, die Energie einsparen sowie die Sicherheit und den Komfort am Arbeitsplatz erhöhen. Technologische Fortschritte erlauben inzwischen auch eine Vernetzung und Automation privater Haushalte. Der neue zentrale Aspekt dabei ist Funktechnologie. Bei der Vernetzung der einzelnen Komponenten bieten funkbasierte Lösungen klare Vorteile: In der Installationsphase entfällt die Verkabelung und dadurch eine aufwändige Montage. Zudem verringern sich die Kosten für die Kabelleitungen. Des Weiteren bleibt der Nutzer auch nach der Installation völlig flexibel, da sich Sensoren jederzeit ergänzen oder versetzen lassen. Einen immensen Vorteil bietet hier die batterielose Funktechnologie von EnOcean. Dank Energy Harvesting – der Energiegewinnung aus Bewegung, Licht oder Temperaturdifferenzen – arbeiten EnOcean-basierte Sensoren energieautark ohne Batterien. Stattdessen erzeugen Minisolarzellen, mechanische Bewegungs- oder Thermowandler die nötige Energie. Das ermöglicht eine besonders flexible Platzierung der Funkkomponenten genau dort, wo sie die zuverlässigsten Messwerte liefern. Zudem entfällt im Betrieb der lästige Wartungsaufwand, der bei anderen Funktechnologien durch den regelmäßigen Batteriewechsel entsteht. Der EnOcean-Funk ist international standardisiert als ISO/IEC 14543-3-10. Dieser Standard ist für Funklösungen mit besonders niedrigem Energieverbrauch und Energy Harvesting optimiert. Zusammen mit den Anwendungsprofilen (EnOcean Equipment Profiles) der EnOcean Alliance ergeben sich die Voraussetzungen für eine vollständig interoperable und offene Funktechnologie, vergleichbar zu Bluetooth oder WiFi. Dadurch können Geräte unterschiedlicher Hersteller problemlos innerhalb eines Systems zusammenarbeiten. Über Gateways lässt sich der batterielose Funk auch an alle gängigen Bus-Systeme wie TCP/IP, KNX, Lon, BACnet oder Dali anbinden. Die Kernfunktion der batterielosen Funktechnik im Smart Home ist die Anbindung von Sensoren und Aktoren auf den letzten Metern. Andere Systeme sorgen dann für die optimale Übertragung der Informationen auf den übrigen Wegen, wie beispielsweise vom Gateway zum Smartphone.

Sicherer Datenverkehr

Im Smart Home spielen Sicherheit und Zuverlässigkeit der Daten eine wichtige Rolle. Der EnOcean-Funk bietet bereits grundlegende Funktionen für eine zuverlässige Zweiwege-Kommunikation in der Hausautomation und nutzt dafür übertragungssichere Funkkanäle. So enthält jedes Datenpaket eine Prüfsumme, die die Integrität der Telegramme sicherstellt und dadurch Übertragungsfehler vermeidet. Außerdem besitzt jedes Modul eine individuelle 32Bit lange Identifikationsnummer, um Telegrammüberschneidungen zu verhindern und Sensor-Identitäten zu authentifizieren. Auf diesen grundlegenden Sicherheitsfeatures bauen weiterführende Methoden auf. Als sich ständig ändernder Sicherheitsmechanismus kann dabei ein mit jedem Telegramm hochgezählter Rolling Code erzeugt werden. Der aktuelle Rolling Code bildet die Basis, um einen Authentifizierungscode zu generieren. Das Empfängersystem kann dann anhand der Codes das Datenpaket validieren und sich dadurch vor Wiederholungsangriffen schützen. Eine weitere Maßnahme ist die Verschlüsselung der Datenpakete durch den Sender. Sehr hohen Verschlüsselungsschutz bietet dabei der AES-Algorithmus mit 128Bit-Schlüsseln, der z.B. auch bei Funk-Autoschlüsseln zum Einsatz kommt.

Bedarfsabhängige Wärme

Bei den Funktionen eines Smart Home steht die intelligente Heizungssteuerung inzwischen bei vielen Hausbesitzern ganz oben auf der Wunschliste. Dank der hohen Energieeinspar- und Komfortpotenziale entwickelt sich das Gewerk Heizung, Lüftung, Klima (HKL) zunehmend zum Kern des Systems. Denn funkbasierte Systeme ermöglichen es, mit geringen Investitionsmitteln viel Heizenergie zu sparen. Eine intelligente Heizungssteuerung stellt gezielt nur dann Wärme zur Verfügung, wenn sie tatsächlich gebraucht wird – immer abgestimmt auf den jeweiligen Bedarf aller Bewohner im Haus. Auf Basis der wartungsfreien und flexiblen batterielosen Funktechnologie lässt sich ein solches System mit nur geringem Eingriff in ein bestehendes Heizungssystem umsetzen. Die Grundstruktur der Heizungsanlage, also Heizkessel und Heizkörper, bleiben unverändert. Vielmehr beschränkt sich der Geräteaustausch auf die Komponenten des Regelkreises wie Heizkörperventilaufsätze oder Raumregler. Im Smart Home sind die einzelnen Ventilaufsätze mit einer zentralen Steuerung oder via Router und Gateway mit der Cloud verbunden, die die Temperatur in jedem Wohnraum individuell regelt. Die Temperatursensoren in jedem Zimmer übertragen dabei die Werte an die Zentrale beziehungsweise einen Cloud Service. Von hier werden wiederum entsprechende Steuerbefehle an die Ventilaufsätze gesendet. Zusätzlich können Präsenzmelder erkennen, wenn sich eine Person im Raum befindet, und diese Information für die entsprechende Regelung der Heizung an die Zentrale schicken. Der Bewohner selbst kann die Wunschtemperatur auf unterschiedliche Weise einstellen: über eine entsprechende App auf dem Smartphone, das mit der zentralen Steuerung verbunden ist, oder über ein stationäres Bedienelement im Gebäude. In weiter optimierten Systemen werden auch die Heizungsbrenner in die batterielose Funkkommunikation eingebunden. Dadurch kommuniziert der Brenner direkt mit dem Heizungsventil oder der Zentrale. Der Nutzer kann dann via Smartphone und anhand von Echtzeitdaten nicht nur die einzelnen Heizkörper, sondern seine gesamte Heizungsanlage unmittelbar steuern.

Energieautarkes Heizungsventil

Die batterielose Funktechnologie revolutioniert neuerdings auch die Komponenten der intelligenten Heizungssteuerung: Neue drahtlose Heizkörperventilaufsätze wie beispielsweise von Kieback&Peter nutzen ausschließlich die Temperaturdifferenz der Heizung zur Umgebung, um die Energie für die Stellhubveränderungen sowie die Kommunikation bereitzustellen. Zusätzlich ausgestattet mit einem Energiespeicher und einem intelligenten Energiespeichermanagement, arbeitet der Kleinstellantrieb energieautark ohne Kabel und Batterien. Diese batterielosen, funkbasierten Geräte lassen sich dadurch besonders einfach montieren und sind wartungsfrei. Der lästige alljährliche Batteriewechsel entfällt künftig auch an dieser Stelle im Smart Home.

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