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
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
9 Fazit
10 Literaturverzeichnis
Zielsetzung & Themen
Das Ziel dieser Arbeit ist es, den am besten geeigneten Smart-Home-Funkstandard für den Einsatz in Privathaushalten zu identifizieren und auf Basis einer Nutzwertanalyse und anschließender Marktrecherche zu evaluieren, ob sich eine Investition in ein solches System aus wirtschaftlicher Sicht amortisiert.
- Analyse und Vergleich offener Smart-Home-Funkprotokolle (ZigBee, Z-Wave, EnOcean, KNX-RF)
- Untersuchung der technologischen Grundlagen und Sicherheitsaspekte von Smart-Home-Systemen
- Durchführung einer Nutzwertanalyse zur Ermittlung des optimalen Standards für Privathaushalte
- Marktrecherche für geeignete Komponenten zur Reduktion des Standby-Verbrauchs
- Wirtschaftlichkeitsberechnung zur Amortisationsdauer von Smart-Home-Investitionen
Auszug aus dem Buch
3.1 Begriffsdefinition
Der Begriff Smart-Home setzt sich aus smart (englisch: clever, intelligent, klug) und home (englisch: Wohnung, Eigenheim, Haus) zusammen. Er beschreibt einen privat genutzten Wohn- oder Arbeitsbereich, der durch technische Installationen eine Intelligenz aufweist und dadurch die Wohnqualität verbessern soll.10
Der Begriff wird synonym mit "Connected Home", "Smart House", "E-Home"und "intelligentem Wohnen", "Heim- Raum- oder Hausautomation" sowie etlichen weiteren Bezeichnungen verwendet.11,12,13,14,15 Dies sind Oberbegriffe für Konzepte um „...Bewohnern Systeme zur Verfügung zu stellen, die ihre individuellen Bedürfnisse nach Komfort, Sicherheit und Energieeffizienz befriedigen.“16 Eine genormte allgemeingültige Begriffsbestimmung gibt es noch nicht, jedoch muss Smart-Home von Smart-Building bzw. Intelligentes Gebäude unterschieden werden. Smart-Buildings sind Zweckgebäude, die einen funktionalen Sinn haben wie z.B. Krankenhäuser, öffentliche Gebäude oder Altenheime. Bei diesen Gebäuden steht der betriebswirtschaftliche Aspekt im Vordergrund. Bei Smart-Home steht ein privat genutzter Wohnbereich bzw. der Nutzer im Fokus.17
Einem Smart-Home wird Technik zugeordnet, die die Bedürfnisse der Anwender über Schnittstellen erfasst, die gewonnenen Daten im optimalen Fall mit Informationen von weiteren vernetzten Systemen ergänzt, diese Daten auswertet und daraufhin Entscheidungen trifft bzw. Aktionen ausführt.18 Ein Beispiel: Es ist Winter, der letzte Bewohner verlässt das Haus und schließt die Haustür ab. Das Smart-Home erkennt dies über das digitale Türschloss, das diese Information übermittelt. Daraufhin wird die Heizung im Haus auf die Absenktemperatur geregelt und die Jalousien heruntergefahren, um Energie einzusparen. Zusätzlich werden sämtliche Steckdosen, die vorher von dem Anwender konfiguriert wurden, vom Stromnetz getrennt um, den Standby-Verbrauch zu minimieren bzw. ganz zu vermeiden. Bei diesem Beispiel arbeiten mehrere Systeme zusammen. Das Smart-Home ist also nicht ein Gerät oder ein System, sondern ein Systemverbund.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die steigenden Stromkosten durch Standby-Verbrauch, die Ziele der Energiewende und die Komplexität des Smart-Home-Marktes sowie die Forschungsfrage.
2 Betriebszustand Standby: Dieses Kapitel definiert den Standby-Modus von Geräten auf Basis der Ökodesign-Richtlinie 1275/2008 und unterscheidet zwischen verschiedenen Betriebszuständen.
3 Smart-Home: Hier werden der Begriff Smart-Home definiert, die historische Entwicklung betrachtet sowie die Systemarchitektur und der aktuelle Stand der Technik inklusive Sicherheitsaspekten erläutert.
4 Funkübertragungstechnik: Dieses Kapitel erläutert die Grundlagen der Funkübertragung (Modulation, Frequenzen) und bewertet die gesundheitlichen Aspekte der biotischen Wirkung von Funkwellen.
5 Vergleich der Funk-Protokolle: Es folgt eine detaillierte Analyse der Funkprotokolle ZigBee, Z-Wave, EnOcean und KNX-RF hinsichtlich Signalübertragung, Topologie, Kompatibilität, Energieverbrauch, Datensicherheit und Dokumentation.
6 Nutzwertanalyse: Dieses Kapitel führt die Nutzwertanalyse durch, legt die Vorgehensweise sowie die Gewichtung der Protokolleigenschaften fest und wertet die Ergebnisse aus.
7 Marktrecherche: Die Marktrecherche vergleicht typische Sensoren und Aktoren des gewählten EnOcean-Standards der Hersteller Eltako und PEHA hinsichtlich Leistung und Preis.
8 Wirtschaftlichkeitsanalyse: Dieses Kapitel umfasst die Umfeldanalyse, die Messung des Standby-Verbrauchs im Haushalt und die konkrete Wirtschaftlichkeitsberechnung für das gewählte System.
9 Fazit: Das Fazit fasst die ökonomischen Vorteile der Smart-Home-Technologie zusammen und gibt einen Ausblick auf die Standardisierung durch den VDE.
10 Literaturverzeichnis: Auflistung aller verwendeten Quellen.
Schlüsselwörter
Smart-Home, Gebäudeautomation, Standby-Verbrauch, Energieeffizienz, Funkprotokolle, ZigBee, Z-Wave, EnOcean, KNX-RF, Nutzwertanalyse, Wirtschaftlichkeitsanalyse, Funkübertragung, Datensicherheit, Smarte Technologien, Energiewende.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Evaluierung von drahtlosen Smart-Home-Systemen und deren ökonomischer Wirtschaftlichkeit bei der Steuerung elektrischer Verbraucher, um den Standby-Verbrauch in Privathaushalten zu senken.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen umfassen die Gebäudeautomation, Funkübertragungstechniken, Sicherheitsaspekte in Smart-Home-Netzwerken, energetische Amortisation und der Vergleich verschiedener Funkprotokolle.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel ist es, den geeignetsten Smart-Home-Funkstandard für privat genutzte Wohnbereiche zu ermitteln und zu analysieren, ob sich die Investitionskosten für ein solches System wirtschaftlich amortisieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Autor nutzt eine Kombination aus Literaturrecherche, einer Nutzwertanalyse zur Protokollbewertung und einer praktischen Wirtschaftlichkeitsrechnung basierend auf einer Marktrecherche.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert detailliert die Grundlagen von Funkstandards, vergleicht ZigBee, Z-Wave, EnOcean und KNX-RF und führt eine Nutzwertanalyse sowie eine Wirtschaftlichkeitsberechnung durch.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die zentralen Begriffe sind Smart-Home, Energieeffizienz, Funkprotokolle, Standby-Verbrauch, Nutzwertanalyse und Wirtschaftlichkeitsberechnung.
Warum wird EnOcean als Favorit in der Nutzwertanalyse identifiziert?
EnOcean überzeugt durch eine hohe Energieeffizienz, kostengünstige batterielose Schalter, eine dezentrale Systemstruktur sowie einen hohen Sicherheitsstandard bei der Datenübertragung.
Welche Rolle spielt die Ökodesign-Richtlinie für die Analyse?
Die Richtlinie definiert die Grenzwerte für den Standby-Verbrauch von Geräten, was als Basis für die Einsparungsberechnungen und die Bewertung des verbleibenden Leerlaufverbrauchs dient.
Welche Bedeutung haben die Sicherheitsanforderungen im Smart-Home?
Sicherheit, unterteilt in funktionale Sicherheit und IT-Sicherheit, ist ein zentrales Hemmnis für Nutzer; eine verschlüsselte Kommunikation und der Schutz privater Daten sind essenziell für die Akzeptanz.
- 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
