Das Ziel dieser Abhandlung ist es, den geeignetsten Smart-Home-Funkstandard für privat genutzte Wohnbereich zu ermitteln und darauf aufbauend zu analysieren, ob sich Investitionen in ein Smart-Home-System aus wirtschaftlicher Sicht rentieren.
Seit dem Jahr 2000 haben sich die Stromkosten maßgeblich durch höhere Abgaben und Steuern, deren Anteil aktuell rund 52% des Strompreises betragen, nahezu verdoppelt. Trotzdem lag der Standby-Verbrauch von Geräten im Jahr 2008 bei rund 22 Milliarden Kilowattstunden (kWh), was der Leistung eines Großkraftwerkes entspricht und die Verbraucher zum damaligen Zeitpunkt rund 1,2 Milliarden Euro gekostet hat. Diese Energie ist verschwendet worden. Aus ökologischer und ökonomischer Sicht sollte daher der Verbrauch reduziert beziehungsweise bestenfalls ganz vermieden werden.
Zwar wurde von der Europäischen Union die Verordnung 1275/2008 erlassen, nach der die Hersteller den Standby-Verbrauch reduzieren müssen, trotzdem bleibt ein geringer Leerlaufverlust vorhanden, der sich mit der Anzahl der Geräte summiert. Zusätzlich sind von dieser Verordnung Geräte ausgenommen, die neben der Einschaltbereitschaft weitere Funktionen wie z.B. die Kommunikation über eine Netzwerkschnittstelle während des Standby-Betriebs ermöglichen.
Vor dem Hintergrund, dass alle aktuellen Energiestudien in den nächsten Jahren steigende Strompreise prognostizieren, scheint dies besonders sinnvoll. Ein weiterer Grund ist die von der Bundesregierung vorangetriebene Energiewende. Ziele sind unter anderem eine Reduktion der Treibhausgasemissionen sowie die Steigerung der Energieeffizienz. Diese Ziele werden durch die Reduzierung des Standby-Verbrauchs ebenfalls gestützt. Moderne funkbasierte Smart-Home-Systeme ermöglichen die komfortable Abschaltung dieser Standby-Verbraucher und lassen sich in jedem Haushalt mit geringem Aufwand nachrüsten. Der Smart-Home-Markt ist jedoch aufgrund zahlreicher Faktoren sehr unübersichtlich und komplex. Die Funkprotokolle sind untereinander unzureichend oder gar nicht kompatibel. Ein Protokoll deckt meist nicht alle Anforderungen der Verbraucher an ein Smart-Home ab, was wiederum den Einsatz mehrerer Systeme impliziert. Zusätzlich werden die hohen Sicherheitsforderungen seitens der Verbraucher, aber auch bedingt durch das Einsatzszenario, nicht von allen Smart-Home-Funkstandards erfüllt.
Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- 1 Einleitung
- 1.1 Problemstellung
- 1.2 Zielsetzung
- 1.3 Abgrenzung
- 1.4 Gliederung und Vorgehensweise
- 2 Betriebszustand Standby
- 2.1 Begriffsdefinition
- 2.2 Ökodesign-Richtlinie
- 3 Smart-Home
- 3.1 Begriffsdefinition
- 3.2 Historie
- 3.3 Systemarchitektur
- 3.4 Systemstruktur
- 3.5 Aktueller Stand
- 4 Funkübertragungstechnik
- 4.1 Grundlagen
- 4.2 Frequenzbänder
- 4.3 Biotische Wirkung von Funkwellen
- 5 Vergleich der Funk-Protokolle
- 5.1 ZigBee
- 5.1.1 Signalübertragung
- 5.1.2 Topologie
- 5.1.3 Kompatibilität
- 5.1.4 Energieverbrauch
- 5.1.5 Datensicherheit
- 5.1.6 Dokumentation
- 5.2 Z-Wave
- 5.2.1 Signalübertragung
- 5.2.2 Topologie
- 5.2.3 Kompatibilität
- 5.2.4 Energieverbrauch
- 5.2.5 Datensicherheit
- 5.2.6 Dokumentation
- 5.3 EnOcean
- 5.3.1 Signalübertragung
- 5.3.2 Topologie
- 5.3.3 Kompatibilität
- 5.3.4 Energieverbrauch
- 5.3.5 Datensicherheit
- 5.3.6 Dokumentation
- 5.4 KNX-RF
- 5.4.1 Signalübertragung
- 5.4.2 Topologie
- 5.4.3 Kompatibilität
- 5.4.4 Energieverbrauch
- 5.4.5 Datensicherheit
- 5.4.6 Dokumentation
- 6 Nutzwertanalyse
- 6.1 Vorgehensweise
- 6.2 Erläuterung zu den Protokolleigenschaften
- 6.3 Gewichtung
- 6.4 Auswertung
- 7 Marktrecherche
- 7.1 Komponenten
- 7.2 Hersteller
- 7.3 Auswertung
- 8 Wirtschaftlichkeitsanalyse
- 8.1 Umfeldanalyse
- 8.2 Standby-Verbrauch im Haushalt
- 8.3 Wirtschaftlichkeitsberechnung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Diese Arbeit befasst sich mit der Evaluierung und Wirtschaftlichkeitsanalyse von drahtlosen Smart-Home-Systemen, die für Privathaushalte zur Steuerung elektrischer Verbraucher eingesetzt werden können. Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Ermittlung der besten Funk-Protokolle für den Einsatz in Smart-Home-Systemen unter Berücksichtigung der Kriterien Energieverbrauch, Datensicherheit, Kompatibilität, Topologie und Kosten.
- Steuerung elektrischer Verbraucher in Privathaushalten
- Funk-Protokolle für Smart-Home-Systeme
- Vergleich verschiedener Funk-Protokolle hinsichtlich Energieverbrauch, Datensicherheit, Kompatibilität und Topologie
- Wirtschaftlichkeitsanalyse von Smart-Home-Systemen
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
Kapitel 1 stellt die Problemstellung und Zielsetzung der Arbeit dar. Es wird die Abgrenzung des Themas erläutert und die Gliederung der Arbeit vorgestellt. Kapitel 2 beschäftigt sich mit dem Betriebszustand Standby, wobei der Begriff definiert und die Ökodesign-Richtlinie behandelt wird. In Kapitel 3 wird das Smart-Home-Konzept vorgestellt, einschließlich der Definition, Historie, Systemarchitektur, Systemstruktur und des aktuellen Stands. Kapitel 4 behandelt die Grundlagen der Funkübertragungstechnik, wobei Frequenzbänder und die biotische Wirkung von Funkwellen erläutert werden. Kapitel 5 vergleicht verschiedene Funk-Protokolle wie ZigBee, Z-Wave, EnOcean und KNX-RF. Für jedes Protokoll werden die Signalübertragung, Topologie, Kompatibilität, Energieverbrauch, Datensicherheit und Dokumentation beschrieben. Kapitel 6 befasst sich mit der Nutzwertanalyse der Funk-Protokolle. Es werden die Kriterien der Nutzwertanalyse erläutert, eine Gewichtung der Kriterien vorgenommen und eine Auswertung der Ergebnisse durchgeführt. Kapitel 7 beinhaltet eine Marktrecherche zu Komponenten und Herstellern von Smart-Home-Systemen. Die Ergebnisse der Marktrecherche werden in diesem Kapitel ausgewertet. Kapitel 8 umfasst eine Wirtschaftlichkeitsanalyse von Smart-Home-Systemen. Es werden die Umfeldanalyse, der Standby-Verbrauch im Haushalt und eine Wirtschaftlichkeitsberechnung durchgeführt.
Schlüsselwörter (Keywords)
Smart Home, Funk-Protokolle, Energieverbrauch, Datensicherheit, Kompatibilität, Topologie, Wirtschaftlichkeitsanalyse, ZigBee, Z-Wave, EnOcean, KNX-RF, Nutzwertanalyse, Marktrecherche, Standby-Verbrauch.
- Arbeit zitieren
- Etienne Lasch (Autor:in), 2014, Drahtlose Smart-Home-Systeme für Privathaushalte zur Steuerung von elektrischen Verbrauchern. Systemevaluierung und Wirtschaftlichkeitsanalyse, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/315265
