Projekt: Smarthome

Unsere ganz persönliche Energiewende

1. Motivation

Innerhalb der Planungs- und Bauphase unseres neuen Zuhauses habe ich unzählige Stunden recherchiert, YouTube Videos angesehen und mich in diversen Foren an Diskussionen beteiligt. Ich hatte - und habe - wenig Wissen in diesem Bereich und musste mich informieren. Neben dem Ratschlag von Profis war das Internet in all seinen Facetten unumgänglich um die richtigen Entscheidungen treffen zu können.

Mein Ziel mit diesem Beitrag ist diese spannende Zeit zu rekapitulieren, etwas zurück zu geben und Erfahrungen zu teilen.

Der Bau eines Hauses kann mitunter eine recht umfangreiche Angelegenheit sein. Ich habe nicht vor jedes Detail zu erläutern. Der Beitrag erhebt nicht den Anspruch auf Vollständigkeit. Der Fokus liegt auf Technologie, Automatisierung und Energieeffizienz und ich versuche möglichst viele Themenkomplexe kurz und knapp aus unserer Perspektive zu beschreiben.

2. Wie wird gebaut?

Bevor es in die Planung ging mussten ein paar ganz grundlegende Entscheidungen getroffen werden. Wir informierten uns über die unterschiedlichen Möglichkeiten, besuchten diverse Fertighausausstellungen, führten zahlreiche Gespräche und kamen zu folgendem Entschluss:

  • Wir planen mit einem Architekten bis zur Baugenehmigung
  • Die Gewerke werden ab hier von uns selbst ausgeschrieben und koordiniert
  • Teile, wie zum Beispiel die Elektroinstallation und andere Arbeiten erledigen wir selbst
  • Wir bauen ein Massivhaus ohne Keller. Modern, barrierefrei, altersgerecht und energieeffizient

2.1 Oder doch ein Fertighaus?

Im Wesentlichen werden folgende Argumente von Fertighausanbietern angeführt:

  1. Wir kümmern uns um alles - der Bau wird nahezu "stressfrei"
  2. Wir sind schneller
  3. Wir sind günstiger
  4. Wir bauen x Häuser im Jahr und unsere Qualität ist entsprechend hoch
Dem ersten Punkt ist nichts entgegenzusetzen. Ganz ehrlich: Wenn du nicht vor hast einen relativ großen Teil deines Lebens während Planung und Bau des Hauses ausschließlich damit zu verbringen, dann verfolge nicht unseren Ansatz. :)
Wir hatten viel Spaß und ich habe unfassbar viel lernen dürfen. Die Punkte drei und vier sind quatsch. Du wirst den Bau, wenn du es richtig machst bei gleicher oder besserer Qualität günstiger realisieren können

Kurzum: Wenn du möglichst stressfrei und schnell bauen willst - dann kommst du um ein Fertighaus nicht herum. Bist du bereit dich voll reinzuhängen überwiegen meiner Ansicht nach die Vorteile, wenn du das selbst in die Hand nimmst.

Eine saubere Planung ist das A und O. Lass es einen Architekten machen - und zwar einen richtigen. Bei der Planung geht es nicht nur darum das ganze "formgerecht" einzureichen. Viel wichtiger ist es jemanden mit Erfahrung an der Seite zu haben. Das spart unheimlich viel Ärger.

Lass dir Zeit beim Grundriss. Spreche mit möglichst vielen darüber. Tipp: Nehme dir einen Samstag Zeit, pack Kreide ein und male deinen Grundriss auf einem großen Parkplatz auf. Eine Vorstellung der Dimensionen ohne Erfahrung ist schwierig. Wir haben es gemacht und haben beim nächsten Planungstermin mehrere Dinge am Grundriss angepasst.

3.1 Eckdaten

  • Einfamilienhaus auf 700qm Grundstück
  • Einliegerwohnung mit separaten Zugang
  • Zwei Vollgeschosse ohne Keller
  • Flachdach
  • Monolithische Bauweise
  • Doppelgarage, integriert
  • Wandaufbau 42,5cm Ziegel, verputzt

3.2 KFW40+

Die KFW Förderungen sind eine tolle Sache. Ziel ist es entsprechend hohe Energiestandards beim Neubau durch ein Darlehen mit guten Konditionen zu fördern. Insbesondere die Tilgungszuschüsse sind hier relevant. Wir haben uns dazu entschieden den zum Zeitpunkt des Baus höchstmöglichen Energiestandard KFW40+ anzustreben. Unserer Kalkulation nach übersteigen zwar die Investitionskosten für die zusätzliche Anforderungen den Tilgungszuschuss der KFW. Falls du jedoch zwei Wohneinheiten vorsiehst kannst du auch den doppelten Zuschuss erhalten - womit das Ganze auch wirtschaftlich nicht unattraktiv wird.

4. Energiekonzept

Unser Ziel war immer eine möglichst hohe Energieeffizienz. Zum einen natürlich, weil wir alle eine Verantwortung für unseren Planeten haben. Zum anderen, weil ein sauber umgesetztes Energiekonzept deine Nebenkosten niedrig hält. Der Ansatz dabei war es sich diesem Ziel von drei Richtungen zu nähern

  1. Erzeuge so viel Energie wie möglich selbst
  2. Verliere durch eine entsprechende Bausubstanz so wenig Energie wie möglich
  3. Optimiere deinen Energieverbrauch so gut wie möglich

5. Infrastruktur

Es galt eine saubere Grundlage zu schaffen, um sich eine möglichst hohe Flexibilität zu ermöglichen. In der IT spricht man von "Design", "Skalierbarkeit" und "Standards".

Fehler an diesem Punkt können in einer Umsetzung der Anforderungen zu höheren Aufwänden führen - oder diese gar unmöglich machen.

Beim Aufbau der Infrastruktur lautete unsere Devise somit:

  • Erschaffe maximale Flexibilität
  • Vermeide proprietäre Protokolle und setze auf offene Standards
  • Kritische Komponente sind hochverfügbar auszulegen
  • Ein Kabel ist verlässlicher als Funk

5.1 Die Vergangenheit

Einfache Elektroinstallationen bestehen aus einem Zähler, einem Fehlerstrom-Schutzschalter, einer Handvoll Sicherungsautomaten und ein paar Strippen in den Räumen für Steckdosen, Licht und Schalter. Die Komponenten im Haus wie Heizung und Lüftung sind voneinander isolierte und eigenständige Systeme ohne Schnittstellen.

Zustände werden wenig erfasst und beschränken sich zum Teil nur auf die Raumtemperatur - welche dann wieder nur isoliert für die Heizungssteuerung genutzt wird. Kommunikationsschnittstellen sind rar gesät. Die Hersteller meiden offene Standards wie Vampire das Tageslicht und Zubehör für die Vernetzung kostet ein Vermögen.

5.2 Die Gegenwart: Internet of Things

Mächtige Chips sind zu Cent-Artikeln geworden. Jedes Gerät kommuniziert. Vom Herd über den Staubsauger, bis hin zum Lichtschalter oder die Haustür. Alles kann und alles wird vernetzt werden. Somit benötigen wir die richtige Grundlage für Kommunikation und Stromversorgung.

Leider ist die Infrastruktur in Deutschland ein einziges Desaster. Lächerliche Bandbreiten, Funklöcher und mangelhafte Versorgungskapazitäten machen uns zu einem Entwicklungsland in dieser Hinsicht. Aber das muss ja nicht für unser Zuhause gelten :)

5.3 Die Systemfrage

Generell lässt sich sagen - am Ende gibt es nicht das einzige System. Die Grundlage in einem Neubau sollte sicherlich ein etabliertes und möglichst weit verbreitetes Bus-System zur Gebäudesteuerung sein. Damit lässt sich dann schon sehr viel abbilden. Schlussendlich wird es jedoch ein Mix an Herstellern werden - womit man wieder bei dem Punkt offener Standards und Protokolle ist. Was Bus-Systeme angeht wird der Markt von KNX, Loxone und LCN dominiert. Unsere Wahl viel relativ eindeutig auf KNX.

Die Gründe:

  1. Offener, internationaler Standard
  2. Herstellerunabhängig
  3. Keinen single point of failure - by design
  4. Proprietäre Protokolle sollten gemieden werden

Kritische Komponenten und alles was wirtschaftlich sinnvoll war versuche ich weitestgehend innerhalb KNX abzubilden. So funktionieren die Grundfunktionen wie Licht und Heizung komplett unabhängig von meiner IT-Infrastruktur. Das war auch deshalb eine wichtige Prämisse, weil das Haus und seine Grundfunktionen nicht von meinem "Know-how"" abhängig sein darf. Komponenten, die entweder nicht in KXN abgebildet werden können, oder dort unverhältnismäßig teuer und unkritisch sind, setzen durchaus auf Funkstandards.

Am Ende wird all dies in einer übergeordneten Plattform zusammengeführt die den Namen Homeassistant trägt. Dort findet auch die überwiegende Mehrheit an Automatisierung, Visualisierung und komplexer Logik statt. Die quelloffene Software zur Hausautomatisierungs zählt seit Jahren zu einer der Top Projekte auf github und stellt alles in den Schatten was es in diesem Bereich stand heute gibt.

5.4 Flexible Elektroinstallation

Sowohl das Bus-System als auch die Anforderung der maximalen Flexibilität erfordert eine umfangreichere Elektroinstallation. Wenn man hier viel selbst macht lässt sich ordentlich Geld sparen. Bedingt allerdings natürlich das man sich hier entsprechend auskennt - oder einen Profi an der Seite hat.

Dank großartiger Unterstützung haben wir Kilometer an Kabel gezogen und diese wurden entsprechend in der Verteilung einzeln auf Klemmen gelegt.

Das kostet unfassbar Zeit und erfordert detaillierte Planung. Auf keinen Fall sollte man hier die Dokumentation vernachlässigen. Das Ergebnis war dann eine Verteilung wie sie vermutlich eher in Fabriken wieder zu finden ist :)

Die Verkabelung

  • Die Mehrheit an Steckdosen sind sternverkabelt - und somit jeweils einzeln schaltbar
  • Genauso wie die einzelnen Beleuchtungsgruppen
  • Jeweils Leitungen zu allen Fenstern für Rollo/Jalousie
  • Ein Bus-Kabel führt zu jedem Taster (= Schalter im KNX-Jargon)
  • und zu jedem Sensor(= z.b. ein Präsenzmelder an der Decke)
  • Steuerleitungen zu allen Türen und Fenstern (=> Zustandsabfrage)
  • Jeder Raum min. ein CAT7 Kabel (=> Netzwerk)
  • Je Flur ein CAT7 Kabel in der Decke (=> WiFi Accesspoints)
  • Jeweils an jeder Fassadenseite ein CAT7 Kabel (=> Kameras)
  • Das gleiche gilt für das Dach,
  • die Garage
  • und den Garten :)
  • Entsprechend große Leerrohre vom Technikraum auf das Dach, die Garage und den Garten sind ratsam

All das wurde anschließend in einer zentralen Verteilung im Technikraum zusammengeführt.

5.5 KNX Infrastruktur

Nachdem das Ziel ist alle kritischen Komponenten für den Alltag in KNX abzubilden bedarf es hierfür ebenfalls eine Planung. Ich könnte mir nichts nervigeres Vorstellen, als für jeden Anpassungswunsch erneut externe Beratung bemühen zu müssen. Die Notwendigkeit hier etwas anzupassen lässt mit der Zeit nach. Aber gerade in den ersten Jahren im neuen Zuhause bedarf es doch immer der ein oder anderen Änderung für das ideale Ergebnis. Und auch sollte mal etwas nicht funktionieren will ich das selbst lösen können. Für mich stand somit fest ich musste mir das selbst aneignen.

Am Anfang steht wie immer Recherche und Lernen. Die Community auf knx-user-forum.de ist sehr hilfreich und durch stöbern im Forum kann man sich das notwendige Wissen aneignen. Zweifelsohne hat KNX den großen Vorteil das du unterschiedliche Hersteller miteinander im gleichen System kombinieren kannst. Nichtsdestotrotz führte für uns eigentlich kein Weg an mdt.de vorbei. Die Hard- und Software der Bauteile ist super und der Preis stimmt.

Systemkomponenten und Aktoren
  • Busspannungsversorgungen: Hier wird die verlegte KNX Leitung angeklemmt. Wir haben für die Einliegerwohnung und den Außenbereich eine separate Linie und somit separate Spannungsversorgungen
  • IP Interface: Wird benötigt um die Anlage zu konfigurieren und an das übergeordnete Smarthome System anzubinden
  • Linienkoppler: Zur Kopplung der getrennten Linien für Hauptgebäude und Einliegerwohnung/Außenbereich
  • Binäreingänge: Abfrage von Zuständen wie Fenster -und Türkontakte
  • Dimmaktoren: Schalten und Dimmen von 230V Verbrauchern
  • LED Controller: Schalten und Dimmen von 24V LEDs
  • Analogaktor: Zur Steuerung unserer Zusatzheizung im Warmwasserspeicher
  • Schaltaktoren: Schalten von Verbrauchern / Steckdosen
  • Heizungsaktor: Zum regeln der Stellantriebe für die Heizung
  • Jalousieaktor: Zum steuern der Rollos und Jalousien

Sensoren und Taster
  • Taster: Je nach Raum mit entsprechenden Funktionsumfang. Jeder unserer Taster erfasst zusätzlich die Temperatur je Raum. Ein altbackener "Raumtemperaturregler" wird somit überflüssig
  • Präsenzmelder: Automatisierung ist schwer möglich, ohne die Anwesenheit zu kennen. In jedem Raum existiert somit ein Präsenzmelder. Dieser erfasst neben Bewegung zusätzlich auch die Helligkeit und ermöglicht eine dynamische Tageslichtsteuerung
  • Bewegungsmelder: Der Klassiker für den Außenbereich.
  • Bedienzentrale: Eine zentrale Steuereinheit. In unserem Fall eher ein "Fallback"-Szenario. Die gesamte Haussteuerung findet in unserem Fall über eine zentrale App statt
Konfiguration
Oftmals wird hier der Begriff "Programmierung" gebraucht und das mag den ein oder anderen abschrecken. Im Wesentlichen klickt man aber in Menüs die jeweiligen Einstellungen zusammen. Vielmehr ist somit hier die Rede von "parametrieren". Nach durchlesen der meist guten Dokumentation des Herstellers kriegt man das auch hin - selbst wenn man noch nie auch nur eine Zeile Code geschrieben hätte.

5.6 IT-Infrastruktur

Die im gesamten Haus verlegten CAT7 Kabel wurden im Technikraum auf Patchfelder aufgelegt und bilden somit die passive Verkabelung. In einem 19" Rack finden dann sowohl Netzwerk -als auch Serverkomponenten Platz.

Netzwerkinfrastruktur

Das WiFi (WLAN) spannt sich über im Haus verteile Accesspoints auf. Gemeinsam mit den über Ethernet angebunden Systemen landet zentral alles auf einen entsprechenden Core-Switch. Ebenfalls auf diesem Switch ist unsere Firewall angeschlossen, welche wiederum den Übergabepunkt zum Modem unseres Internetproviders bildet.

Auch wenn die Grundlage natürlich die Ethernet und Bus-Verkabelung ist sollte man das WiFi auf keinen Fall vernachlässigen. Perspektivisch wird alles in einem solchen Netz funken. Hoher Durchsatz, geringe Latenzen und Stabilität sind hier somit unabdingbar. Bei uns kommen zum Einsatz:

Serverinfrastruktur

Ein VMWare Hypervisor bildet die Plattform für die Virtualisierung unserer Serversysteme. Neben zahlreichen Spielerein die den Umfang dieses Artikels sprengen würden besteht die Serverinfrastruktur aus nachfolgenden Systemen.

Sicherlich tut es im privaten Umfeld eine Fritzbox von AVM und nen RaspberryPi als Server auch. Nachdem IT jedoch nicht nur mein Beruf, sondern auch mein Hobby ist brauche ich Zuhause aber auch ein vernünftiges Homelab :)

6. Der Technikraum

Das Herzstück des Hauses - zumindest aus technischer Sicht - ist der Technikraum. Insbesondere, wenn man ohne Keller baut ist es wichtig das dieser gut - und groß genug - geplant ist.

Meine Empfehlung ist ganz klar hier auf den Zentimeter genau zu planen welche Komponente wohin kommt. Alles andere wird zu einem Chaos führen sobald die Installateure vor Ort sind. Unser Technikraum ist mit 11qm und folgenden Komponenten restlos belegt:

  1. Hausanschlusskasten
  2. Hauptverteilung
  3. Unterverteilung
  4. PV Batterie
  5. PV Wechselrichter
  6. 19" Serverrack
  7. Wärmepumpe
  8. Pufferspeicher + Ausgleichsgefäß
  9. Lüftungsanlage
  10. Gartenbewässerung

7. Beleuchtung

Nachdem das Massivhaus eine Betondecke beinhaltet und Decke "abhängen" keine Option für uns war musste die Beleuchtung entsprechend umfangreich vorab geplant werden.

Ich habe Stunden oder gar Tage damit verbracht Einbaugehäuse für die Spots in einem CAD-Plan zu platzieren, die Anzahl der Strahler zu definieren und einzelne Ambientebeleuchtungen zu hinterlegen. Man kann so etwas für teuer Geld planen lassen oder sich selbst mittels Software wie DIALux in die Arbeit stürzen.

Die wesentlichen Merkmale unseres Beleuchtungskonzeptes sind

  1. Grundbeleuchtung stellt in 90% der Räume eine Gruppe aus LED Spots von constaled dar
  2. Die gesamte Grundbeleuchtung baut auf 24V auf, Versorgung durch redundante Ausgelegte Netzteile in der Verteilung
  3. Alles ist von kalt auf warmweiß dimmbar. Die Beleuchtung passt sich dem Tagesverlauf automatisch an (morgens kaltes Licht, gegen abends wärmeres Licht)
  4. Nur Spots ist langweilig. Ambientebeleuchtung in den Wohnräumen ist mit Wandstrahlen realisiert.
  5. Über den Esstisch gehört eine Pendelleuchte
  6. Nutzräume wie HWR und Technik haben eine "normale" Lichtquelle in der Mitte des Raumes
  7. Die Küche braucht Licht, viel Licht, mehr Licht. Unsere Kochinsel kann zum Operationssaal verwandelt werden - die Frau feierts! :)
  8. Die Treppe ist indirekt durch ein LED Band beleuchtet
  9. Den ein oder anderen Raum wurde eine Stehlampe - überwiegend zur Dekoration - spendiert ;)

Bei der Wahl der Spots sollte neben der Leistung in Watt auch die Farbechtheit in CRI im Auge behalten werden. Die Grundbeleuchtung im Haus passt sich durch entsprechende Steuerung dynamisch dem Tagesverlauf an (HCI). Die Anzahl der notwendigen Spots je Lichtgruppe habe ich errechnet in dem ich die entsprechenden Zielparameter in DIALux eingetragen und die Beleuchtung somit vorab simuliert habe.

8. Heizung

Wenn die Prämisse lautet so viel Energie wie möglich selbst zu erzeugen, dann gehört hierzu eine Heizung, die auf erneuerbare Energien setzt. Wir haben uns für eine Wärmepumpe - genauer gesagt eine Luftwärmepumpe - entschieden. In Kombination mit der geplanten PV-Anlage ergeben sich Synergieeffekte. Wenn man nur den Wirkungsgrad berücksichtigt wäre eine Sole-Wärmepumpe sicherlich die effektivere Heizung. Die notwendigen Investitionskosten für die Bohrung im Verhältnis zu dem gesteigerten Wirkungsgrad machten das jedoch schnell uninteressant.

Die Wahl viel letztlich auf eine Heliotherm hp20l-m-bc. Tolles Produkt. Schade, dass der Hersteller ein Geheimnis aus den technischen Dokumentationen und Schnittstellenbeschreibungen macht. Das macht die persönliche Optimierung der Heizungsanlage etwas mühsam. Unsere Heizungsanlage wird ergänzt durch einen 900 Liter Kombispeicher welcher sowohl den Puffer für den Heizkreislauf, als für das Brauchwasser in zwei Schichten beinhaltet

Über die serielle Schnittstelle des Webreglers wird die Wärmepumpe ausgelesen und bei Bedarf angesteuert. Man kann hier für viel Geld ein entsprechendes Modul beim Hersteller kaufen, oder man baut etwas derartiges selbst. Desweiteren befindet sich in dem Pufferspeicher ein zusätzlicher Heizstab welcher Überschüsse aus der PV Anlage in Wärme umwandelt

Was den Heizkreis angeht besteht in der Regel nicht viel Optimierungsbedarf bei einer korrekt dimensionierten Wärmepumpe + Fußbodenheizung + guten Dämmwerten der Gebäudehülle. Was die Warmwasserbereitung angeht ist das jedoch anders.

Was die Sache mit der Nachtabsenkung angeht: Mir fehlen Detailkenntnisse um das physikalisch bewerten zu können. Man liest hier viel widersprüchliches und ich kann alle Pro und Contra Argumente nachvollziehen. Ich habe unsere Heizung 2 Wochen mit und 2 Wochen ohne Nachtabsenkung bei nahezu identischer Außentemperatur gemessen. Der Netzbezug war mit einer konfigurierten Nachtabsenkung geringer als ohne. Daher ist bei uns auch weiterhin eine Nachtabsenkung konfiguriert. Möglich das der Wirkungsgrad nach unten geht - entscheidend für mich aber ist der Netzbezug solange ich eigenen Strom im Überfluss habe.

9. Photovoltaikanlage

Auf unserem Dach befinden sich Ost-West aufgeständerte Solarmodule, die es auf 16 kW peak bringen. Die Module hängen an einem Wechselrichter vom Typ SMA Tripower 15000TL-30. Komplettiert wird die Anlage mit einem Energiespeicher der Firma Varta (Element 12). Der Gesetzgeber hat leider nichts unversucht gelassen die bürokratischen Hürden auf ein Maximum anzuheben. Das EEG-Gesetz ist für den privaten Häuslebauer unnötig komplex. Mit 2021 wurde nachgebessert - zumindest teilweise.

Unabhängig davon führt aus meiner Sicht kein Weg an einer PV Anlage vorbei. Sich unabhängiger zu machen kann ich hier nur jedem empfehlen. Ganz besonders dann, wenn neben den herkömmlichen Verbrauchern im Haus auch das Thema Wärme in der Konsequenz auf Strom aufbaut. Und was die Dimensionierung angeht ist die Antwort auch ganz einfach: Mach das Dach voll!

10. Lüftungsanlage

Eine weitere Rolle in unserer Haustechnik spielt die Lüftungsanlage. Hauptargument für die Entscheidung pro Lüftung ist der Zugewinn an Komfort. Zusätzlich ist es eine Förderbedingung für KFW40+. Wenn man die Horrorgeschichten hinsichtlich "mangelnden Lüften" mal außen vorlässt, ist es schlussendlich ein Zugewinn an Komfort.

Jedes Zimmer verfügt ständig über großen Sauerstoffgehalt. Ganz egal wann das Fenster das letzte mal geöffnet war. Aus Energieperspektive ist hier sicher auf einen entsprechend hohen Wärmerückgewinnungsgrad zu achten. Man will ja nicht die teuer aufgeheizte Luft zum "Fenster rausblasen"

11. Wasser

Nachhaltigkeit bedeutet auch mit Wasser verantwortungsvoll umzugehen.

Die Entwässerung erfolgt in einem Versickerungsschacht. Das schont den Kanal - und auch den Geldbeutel, wenn es um die Abwassergebühren geht. Eine Zisterne in der Größe die für eine tägliche Bewässerung des Gartens ausreicht inkl. Pumpe haben wir nicht realisiert.
Unserer Kalkulation nach war es einfach nicht wirtschaftlich aufgrund der niedrigen Wassergebühren. Sollte sich das ändern, können wir aus dem Versickerungsschacht immer noch eine Zisterne bauen.

Trinkwasser

Die Qualität unseres Trinkwassers ist per sé ja bereits hervorragend. Zusätzlich gibt es in an unserer "Hauptzapfstelle" in der Küche nochmal einen Wasserfilter. Das ewige Kästen schleppen hat sich somit erledigt

Gartenbewässerung

Unsere Bewässerungsanlage besteht aus Versenkregnern und Sprüher von Rainbird verteilt auf die gesamte Rasenfläche. Diese sind auf mehrere Bewässerungskreise aufgeteilt und werden über elektrische Magnetventile angesteuert. Neben der Rasenbewässerung gibt es weitere Kreise, um die Bewässerung der Pflanzbeete unabhängig davon anzusteuern. In den Pflanzbeeten ist ein Rain Bird dripline verlegt.

Die Magnetventile für die Zuleitungen haben wir im Technikraum montiert. Der Grund: Wir müssen die Anlage nicht jeden Winter frostsicher machen. Die Magnetventile werden über KNX Schaltaktoren gesteuert. Auf Basis von Wetterdaten und gemessenen Werten wie Temperatur und Niederschlag konnten wir somit die Bewässerung vollständig automatisieren.

12. Homeassistant

Neben KNX als Grundlage für die kritischen Komponenten landet man dann relativ schnell bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Steuerungen. Jede einzelne Komponente bringt ihre eigene App mit. Am Ende ist das Smartphone voll mit Apps für den Staubsauger, die Lüftungsanlage, die Heizung, die Kameras, die Türklingel, deine Bewässerungssteuerung usw. Das für sich genommen wäre schon nervig genug. Hinzu kommt, dass das Ziel ja darin besteht die unterschiedlichen "Inseln" zu verbinden. An dieser Stelle kommt Homeassistant zum Einsatz. Eine quelloffene und unfassbare mächtige Steuerzentrale für das Smarthome.

Vergiss einfach alles was es in diesem Bereich gibt. Ganz egal ob das die Homeserver von Gira und Co für KNX, der Miniserver von Loxone oder irgendwelche Systeme von Bosch, AVM, Innogy und so weiter sind.

Homeassistant stellt alles meilenweit in den Schatten. Die Community hinter dieser Plattform sorgt dafür, dass es eine schiere Flut an Integrationen gibt. Absolut kein Hersteller wird mit dieser Geschwindigkeit mithalten können (zumindest so lange bis es jemand aufkauft und versaut :)). Die Apps für Android und iOS sind exzellent und homeassistant auf einem Raspberry Pi kostet dich in Summe am Ende keine 100 €.

13. Sicherheit

Nun bin ich allein von Berufs wegen Paranoid was den Themenkomplex Security angeht.

Auch in unserem Zuhause spielt die Sicherheit daher eine entsprechende Rolle.

Der Umstand das alles miteinander verbunden ist hat viele Vorteile. Damit einher gehen aber auch zahlreiche Herausforderungen. Wir unterteilen den Bereich Sicherheit in zwei unterschiedliche Teilbereiche

Safety

  • Die Eingangstüre verfügt über ein elektronisches Türschloss und Kamera
  • Der gesamte Perimeter des Gebäudes ist mit Sensoren ausgestattet. Der Zustand aller Fenster und Türen ist somit jederzeit bekannt
  • Der Außenbereich auf dem Grundstück wird rundum Videoüberwacht
  • Bewegung wird sowohl im gesamten Gebäude als auch im Außenbereich erfasst
  • Alle Rauchmelder sind miteinander vernetzt
  • Im Technikraum befinden sich Aqara Leckagesensoren

Cybersecurity

  • Für den Fernzugriff kommt ein VPN mit starker Authentifizierung zum Einsatz. Keinerlei anderen Dienste aus unserem Netz sind vom Internet erreichbar
  • Ein entsprechendes Backupkonzept mit Online und Offline Sicherungen erlaubt uns eine Wiederherstellung kritischer Komponenten
  • Gäste bekommen einen eigenen, abgetrennten Netzbereich
  • Weitere abgetrennte Netzbereiche beheimaten potenziell nicht vertrauenswürdige IoT Geräte (China Staubsauger usw.)
  • Eine Firewall filtert ein und ausgehende Kommunikation
  • Das gleiche Gerät entschlüsselt jeglichen ein und ausgehenden Netzwerkverkehr und prüft ihn auf Schadsoftware

14. Das Ergebnis - Smarthome

Nun hat man alles vernetzt was vernetzt werden konnte. Der Zustand von nahezu allem ist von überall aus einsehbar und alle Komponenten im Haus lassen sich auf die unterschiedlichsten Arten steuern. Da kann es schon auch mal passieren das man belächelt wird, wenn man hiervon berichtet. Schnell kommt dann auch mal die Frage: "Was bringt's? Was hast du davon?".

Zuerst muss man verstehen das man hiermit erstmal eine Welt der nahezu unbegrenzten Möglichkeiten erschaffen hat - der Fantasie sind kaum Grenzen gesetzt. Mit einer Vielzahl von Sensoren und Vernetzung entstehen Unmengen an Möglichkeiten. Dieses Kapitel soll einzelne dieser Möglichkeiten beschreiben und aufzeigen was aufgrund mit der dargestellten Grundlage möglich wird.

Definition: Smart

Der Begriff "smart" wird leider, häufig für Marketingzwecke, missbraucht. Schnell wird z.b. im Bereich Beleuchtung eine RGB-LED Birne + Fernbedienung mit 20 Tasten als "Smart" verkauft. Oder das LED Band mit "Alexa skills" als das neue Wunder der smarten Beleuchtung beworben. Meine Interpretation von Smart ist aber nicht, dass ich das Licht auf 10 unterschiedlichen Möglichkeiten in 10 unterschiedliche Farben leuchten lassen kann.

Smart am Beispiel der Beleuchtung ist für mich, wenn das Licht zu jedem Zeitpunkt, von allein, exakt auf diese Weise leuchtet, wie es unsere Lebensumstände erfordern

Smarte Beleuchtung

Mittels Bewegungs -und Präsenzerfassung schaltet sich unser Licht automatisch in jedem Bereich ein in dem sich der Bewohner des Hauses befindet. Abhängig von Tages- und Jahreszeit wird das Licht automatisch im Tagesverlauf zwischen Kalt- und Warmweiß auf eine Farbtemperatur gedimmt, welche dem natürlichen Sonnenlicht nachempfunden ist. Durch die Helligkeitssensoren in den verbauten Präsenzmeldern kann jeweils individuell eine Helligkeit je Raum definiert werden, ab welcher das Licht geschalten werden soll.

Befindet sich das Haus im "Schlafmodus" werden einzelne Räume wie z.B. das Schlafzimmer hiervon ausgenommen. In den Fluren und im Bad wird in diesem Modus ebenfalls auf ein sehr niedriges Niveau herunter gedimmt. Sollte man nachts mal raus müssen wird man dadurch nicht mit einer unangenehmen Helligkeit aus dem Schlaf gerissen. Bemerkt die Haussteuerung, dass der TV im Wohnzimmer eingeschalten wurde und die Außenhelligkeit einen definierten Schwellwert unterschritten hat, dann wird die Ambientebeleuchtung im Wohnbereich aktiviert. Das Wohnzimmer wechselt somit automatisch in den "Relax-Modus"

Weitere Szenen erlauben es gewisse Sonderzustände zu aktivieren. So verwandelt die Szene "Kochen" unsere Kochinsel automatisch in einen OP-Saal indem die gesamte Beleuchtung auf maximale Helligkeit und Farbtemperatur gedimmt wird.

Heizungssteuerung

Durch Schnittstellen zur Wärmepumpe, der PV Anlage und unserer Batterie sieht unser Energiemanagement derzeit folgendes vor:

  • Die Laufzeit der Wärmepumpe ist mit entsprechenden Zeitprogrammen auf den Zeitraum eingeschränkt in dem erfahrungsgemäß am meisten PV Strom zur Verfügung steht
  • Überschreitet der aktuelle Überschuss den niedrigsten Leistungsbereich, den die Wärmepumpe bereit ist zu fahren wird die Zieltemperatur für das Brauchwasser angehoben um somit überschüssige Energie in Wärme zu speichern
  • Für den Fall das der gemessene Netzüberschuss geringer ist als der niedrigste Leistungsbereich der Heizung werden auch geringe Menge Leistung mittels dem zusätzlichen Heizstab in Wärme umgewandelt

Verbrauchsoptimierung

Nachdem wir die Anwesenheit im Gebäude kennen lassen sich auch andere Verbraucher im Haus dahingehend steuern. Wir reduzieren den Stromverbrauch im Haus durch Standby Verbraucher durch eine entsprechende Automatisierung. Der Klassiker mit der Steckdosenleiste, die manuell ausgeschalten werden muss ist somit hinfällig. Sobald sich in einem Raum über längere Zeit hinweg keiner aufhält werden die entsprechenden Standby-Verbraucher abgeschalten.

Visualisierung: Single pane of glass

Egal ob wir unseren Staubsauger auf die Arbeit schicken, das Garagentor öffnen, die Lüftungsanlage steuern oder die Werte der PV Anlage anzeigen möchten. Alles passiert in einer einzigen App. Von überall und jederzeit.

Reporting

Alle Zustände werden in einer dafür entsprechenden Datenbank (InfluxDB) gespeichert. Mittels Grafana können wir entsprechende Auswertungen, Dashboards und Statistiken erstellen. Somit sind Auswertungen wie: "Täglicher Stromverbrauch der letzten x Monate" oder "Temperatur im Raum X über das letzte Jahr" kein Problem.

Smart Garden

Im Frühjahr startet unser Bewässerungsprogram, wählt je nach gemessenem Niederschlag die ideale Bewässerungsdauer und beendet seinen Dienst automatisch im Herbst des Jahres. Ein Mähroboter verrichtet ebenfalls täglich automatisch seine Arbeit. Weder für die Bewässerung noch für das Rasenmähen fallen somit irgendwelche manuellen Aufwände an.

Automatische Beschattung

Befindet sich das Haus im "Nachtmodus" wird diese automatisch im gesamten Haus entsprechend abgefahren. Um dennoch frische Luft im Schlafzimmer zu haben wird hier der Rollo nur zu 95% heruntergefahren. Außer jedoch es ist Vollmond - dann wird der Rollo trotzdem auf 100% herunter gefahren. Das klingt auf den ersten Blick verrückt - war aber wirklich eine Anforderung. Dank Homeassistant, NodeRed, KNX und mit Hilfe guter Wetterdaten, gar nicht so aufwändig wie es sich anhört.

Zusätzlich findet eine automatische Beschattung auf der Südseite des Hauses statt, um im Sommer zu vermeiden, dass sich die Räume unnötig aufheizen. Nachdem der Öffnungszustand der Fenster/Türen bekannt ist kann die Beschattung gesperrt werden, wenn das Fenster geöffnet ist. Das sorgt dafür das man sich nicht aussperren kann. Zusätzlich fährt die Beschattung automatisch um 10% auf wenn wir ein Fenster kippen und zu 100% auf, wenn wir das Fenster komplett öffnen.

Alarmanlage

Durch das Zusammenspiel von Tür/Fensterkontakten, Bewegungsmeldern, Rauchmeldern und Kameras wurde ein entsprechendes Sicherheitssystem entwickelt. Die Aktivierung der Anlage kann hierbei sowohl über unsere Homeassistant App, als über die KNX Bedienzentrale erfolgen. Wird ein Eindringling erkannt und die Alarmanlage nicht entsprechend rechtzeitig deaktiviert werden eine Reihe von Aktionen ausgeführt. Zum Beispiel werden vorhandene Kameraufzeichnungen in der Cloud gesichert, Rollladen im Haus hochgefahren, Innen und Außenbeleuchtung, Sirenen usw. aktiviert.

Benachrichtigungen und Sicherheitsalarme

Eine Vielzahl an Benachrichtigungen informiert die Bewohner über entsprechende Auffälligkeiten.

  • Ein Fenster ist zu lange geöffnet
  • Ist ein Fenster über längere Zeit trotz Regen geöffnet wird der Rollo abgefahren um Wasserschäden zu verhindern
  • Ist das Garagentor über einen längeren Zeitraum geöffnet erfolgt eine Benachrichtigung
  • Ist das Dachfenster geöffnet und Regen erkannt, so schließt es sich automatisch wieder
  • Bei starkem Frost werden die Rollos im geöffneten Zustand verriegelt, um ein Festfrieren zu vermeiden
  • Sind kritische Komponenten der Haustechnik nicht erreichbar (z.b. Batterie, Wechselrichter, Wärmepumpe) erfolgt ein Hinweis an alle Bewohner
  • Weitere Benachrichtigungen informieren über den anstehenden Filterwechsel der Lüftungsanlage oder andere Wartungsarbeiten
  • Ein Rauchalarm wird entsprechend nicht nur akustisch im Haus, sondern auch an alle mobilen Endgeräte alarmiert

Türklingel

Wird die Türklingel betätigt erfolgt in jedem Fall ein akustischer Hinweis auf die ebenfalls in Homeassistant eingebunden Lautsprecher im Gebäude. An Feiertagen und außerhalb von unseren gewöhnlichen Arbeitszeiten erfolgt eine kritische Benachrichtigung an unsere Mobilgeräte inklusive Foto. Kritisch deshalb, da unsere Smartphones sehr oft im "Nicht stören" Modus sind. Kritische Hinweise werden dennoch akustisch signalisiert. Während Arbeitszeiten erfolgt eine herkömmliche Benachrichtigung. So fällt man nicht unangenehm in Meetings auf. Durch entsprechende Aktionen kann man auf diese Benachrichtigungen reagieren und entweder die Tür öffnen oder das Live Video der Kamera anzeigen

Niemand zu Hause

Erkennt "das Haus" das sich kein Bewohner Zuhause befindet werden automatisch Verbraucher abgeschalten und die automatische Beschattung aktiviert. Falls die Alarmanlage nicht bereits scharf gestellt wurde erhalten wir eine Benachrichtigung auf das Smartphone und können das mit einem Klick nachholen.