Smart Home

Was ist ein Smart Home?

Ein Smart Home ist ein Wohngebäude, in dem sich mit dem Internet verbundene Geräte befinden. Sie machen das Monitoring und das Management von Haushaltsgeräten von außerhalb möglich. Beispiele dafür sind Licht und Heizung.

Smart-Home-Technologie ist ebenfalls als Home Automation, Hausautomation oder Gebäudeautomation bekannt, seltener auch als Domotics. Immobilienbesitzer profitieren von Sicherheit, Komfort, Bequemlichkeit und Energieeffizienz, indem sie intelligente Geräte kontrollieren können. Oftmals geschieht das mit einer Smart Home App oder sogar dem Smartphone. Auch andere Netzwerkgeräte sind für die Steuerung denkbar.

Als Teil des Internet der Dinge (IoT) arbeiten Smart-Home-Systeme und Geräte oft zusammen, tauschen Verbrauchsdaten untereinander aus und automatisieren Aktionen, die auf den Präferenzen der Hausbesitzer basieren.

Wie funktioniert Smart-Home-Technologie?

Ein Smart Home ist keine Ansammlung einzelner intelligenter Geräte und Apparate, sondern solche, die zusammenarbeiten und ein fernsteuerbares Netzwerk bilden.

Alle Geräte, zum Beispiel Beleuchtung, Thermostate sowie Sicherheitssysteme, werden von einer übergeordneten Hausautomatisierungssteuerung gesteuert, häufig auch als als Smart Home Hub bezeichnet. Dieser Hub ist ein Hardwaregerät, das als zentraler Punkt des Smart-Home-Systems fungiert und Daten erfassen, verarbeiten sowie drahtlos kommunizieren kann. Er fasst alle unterschiedlichen Anwendungen in einer einzigen Smart-Home-App zusammen, die sich von Anwendern aus der Ferne bedienen lässt. Beispiele für Smart-Home-Hubs sind Amazon Echo, Google Home und Wink Hub. Während viele Smart-Home-Produkte WLAN und Bluetooth für die Verbindung mit dem Smart-Home-Netzwerk nutzen, sind andere auf drahtlose Protokolle wie Zigbee oder Z-Wave angewiesen.

Smart-Home-Geräte lassen sich entweder so programmieren, dass sie bestimmten Zeitplänen oder Befehlen folgen, oder so eingestellen, dass sie auf Sprachbefehle von Heimassistenten wie Amazon Alexa oder Google Assistant reagieren. Zum Beispiel kann ein intelligentes Thermostat die Gewohnheiten des Hausbesitzers erlernen und die Temperatur automatisch nach dessen Zeitplan justieren.

Beispiele von Smart-Home-Technologien

Fast in allen Bereichen, in denen Technologie im Heimbereich eine Rolle spielt, gibt es nun auch Smart-Home-Alternativen. Dazu gehören Lampen, Geschirrspüler und so weiter.

• Smart TVs verbinden sich mit dem Internet, um via Anwendungen auf Inhalte zuzugreifen. Das sind zum Beispiel Video auf Abruf und Musik. Einige intelligenten Fernseher werden auch via Sprache oder mithilfe von Gesten gesteuert.
• Intelligente Beleuchtungssysteme lassen sich natürlich von außen kontrollieren. Es gibt aber auch Systeme wie zum Beispiel Hue von Philips Lighting Holding B.V. Es erkennt, wenn sich Menschen im Raum befinden und kann das Licht entsprechend anpassen. Intelligente Lampen können sich weiterhin selbst anhand des vorhandenen Tageslichts regulieren.
• Intelligente Thermostate wie das Google Nest kommen bereits mit WLAN-Funktionalität. Anwender können damit die Temperatur in der Wohnung planen, überwachen und von überall kontrollieren. Die Geräte lernen außerdem das Verhalten des Besitzers und modifizieren die Einstellungen automatisch. Somit sind Komfort und Effizienz für den Bewohner maximiert. Intelligente Thermostate können weiterhin Berichte zum Energieverbrauch erstellen und erinnern Anwender unter anderem, etwa die Filter zu wechseln.
• Mit intelligenten Schlössern und Garagentoröffnern können Anwender potenziellen Besuchern den Zutritt gewähren oder eben verweigern. Solche Smart Locks entdecken auch, wenn Bewohner in der Nähe sind und sperren in dem Fall die Türen automatisch auf.
• Durch intelligente Sicherheitskameras können Bewohner ihre Wohnungen auch dann überwachen, wenn sie auf Reisen oder in den Ferien sind. Intelligente Bewegungsmelder sind in der Lage, zwischen Bewohnern, Besuchern, Haustieren und Einbrechern zu unterscheiden. Wird verdächtiges Verhalten erkannt, können sie die Behörden automatisch benachrichtigen.
• Die Versorgung der Haustiere lässt sich automatisieren, wenn entsprechende Futterautomaten zum Einsatz kommen. Zimmerpflanzen und Garten können Sie mit angeschlossene Zeitschaltuhren automatisch gießen.
• Es gibt allerlei smarte Küchengeräte, wie zum Beispiel intelligente Kaffeemaschinen. Frischer Kaffee wird gebrüht, sobald der Wecker klingelt. Intelligente Kühlschränke überwachen das Mindesthaltbarkeitsdatum, erstellen Einkaufslisten oder stellen Rezepte mit den Zutaten zusammen, die Sie noch haben. Weitere Beispiele wären Schongarer, Toaster und natürlich auch Waschmaschinen sowie Trockner.
• Smart Plugs (intelligente Adaptersteckdosen) werden an übliche Steckdosen angeschlossen und verwandeln einfache Haushaltsgeräte wie Lampen und Deckenventilatoren so, dass sie über mobile Apps und Sprachassistenten wie Alexa aus der Ferne gesteuert werden können.
• Sensoren für Haushaltsgeräte erkennen zum Beispiel eine Spannungsspitze und schalten deswegen das jeweilige Gerät ab. Vielleicht wurde auch ein Problem mit dem Wasser oder gefrorene Rohre erkannt. In so einem Fall würde das Wasser abgestellt, damit es keinen überfluteten Keller gibt.

Vor- und Nachteile von Smart Homes

Intelligente Technologie bietet zahlreiche Vorteile, von der Bequemlichkeit, Haushaltsgeräte wie die Waschmaschine von der Arbeit aus zu bedienen, bis hin zum Komfort, den Thermostat an einem kalten Wintertag aus der Ferne zu regulieren.

Zu den allgemeinen Vorteilen eines intelligenten Heims gehören:

• Bietet Sicherheit: Hausbesitzer können ihr Zuhause aus der Ferne überwachen und so Gefahren abwehren, zum Beispiel eine vergessene Kaffeemaschine ausschalten oder eine unverschlossene Haustür verriegeln.
• Ermöglicht die Anpassung an die Vorlieben des Benutzers für mehr Komfort: Beispielsweise können die Benutzer programmieren, dass sich das Garagentor öffnet, das Licht angeht, der Kamin eingeschaltet wird und ihre Lieblingsmusik läuft, sobald sie nach Hause kommen.
• Bietet Seelenfrieden: IoT-Geräte ermöglichen es Familienmitgliedern oder Pflegern, den Gesundheitszustand und das Wohlbefinden von Senioren aus der Ferne zu überwachen. Diese können so länger zu Hause bleiben, anstatt in ein betreutes Wohnheim ziehen zu müssen.
• Verbessert die Effizienz: Anstatt die Klimaanlage den ganzen Tag über laufen zu lassen, kann ein intelligentes Heimsystem das Verhalten des Hausbesitzers erlernen, um sicherzustellen, dass das Haus abgekühlt oder warm ist, wenn er nach Hause kommt.
• Spart Ressourcen und Geld: Mit einem intelligenten Bewässerungssystem wird der Rasen nur dann bewässert, wenn es nötig ist, und zwar mit genau der erforderlichen Wassermenge. Mit Geräten zur Hausautomatisierung und einer intelligenten Systemprogrammierung werden Energie, Wasser und andere Ressourcen effizienter genutzt. Das spart sowohl natürliche Ressourcen als auch Geld für den Verbraucher.
• Verwaltet Aufgaben: Smarte virtuelle Assistenten  wie Google Home oder Amazon Echo erledigen Aufgaben durch Spracherkennung und Sprachbefehle. Hausbesitzer können zum Beispiel mit Sprachbefehlen Musik einschalten, im Internet suchen und ihre intelligenten Haushaltsgeräte steuern.

Hausautomatisierungssysteme haben es jedoch schwer, sich durchzusetzen, was zum Teil an ihrer technischen Beschaffenheit liegt. Zu den häufigsten Nachteilen eines Smart Home gehören:

• Erfordert eine zuverlässige Internetverbindung: Eine unzuverlässige Internetverbindung oder ein Ausfall des Netzwerks kann dazu führen, dass die an ein intelligentes Haus angeschlossenen Geräte und Gadgets nicht mehr funktionieren.
• Wahrgenommene Komplexität: Manche Menschen haben Schwierigkeiten oder einen Mangel an Geduld mit der Technik. Smart-Home-Hersteller und -Verbände arbeiten daran, die Komplexität zu verringern und die Benutzererfahrung zu verbessern, damit sie für Anwender aller technischen Niveaus angenehm und nützlich ist.
• Fehlende Standards: Damit Hausautomatisierungssysteme wirklich effektiv sind, müssen die Geräte unabhängig vom Hersteller interoperabel sein und das gleiche oder zumindest ergänzende Protokolle verwenden. Da es sich um einen relativ neuen Markt handelt, gibt es noch keinen Goldstandard für die Hausautomatisierung. Allerdings arbeiten Standardallianzen mit Herstellern und Protokollen zusammen, um Interoperabilität und ein nahtloses Benutzererlebnis zu gewährleisten.
• Fragwürdige Sicherheit: IoT-Geräte stellen ein Sicherheitsproblem dar, da die meisten von ihnen keine integrierte Verschlüsselung besitzen. Außerdem können sie als Access Points für die sensiblen Daten des gesamten Netzwerks dienen, was die Angriffsfläche vergrößert. Einem Bericht des IoT-Marktforschungsunternehmens Parks Associates zufolge machen sich 55 Prozent der Verbraucher Sorgen über die Sicherheit ihrer Smart-Home-Geräte. Wenn Hacker in ein intelligentes Gerät eindringen können, könnten sie möglicherweise die Beleuchtung und den Alarm ausschalten und die Türen entriegeln, so dass ein Haus einem Einbruch schutzlos ausgeliefert wäre.
• Mangelnder Datenschutz: Viele intelligente Hausbesitzer sorgen sich auch um den Datenschutz. Laut dem Forschungsbericht von Parks Associates äußerten sich 72 Prozent der Verbraucher besorgt oder sehr besorgt über die Sicherheit ihrer persönlichen Daten, die von Smart-Home-Geräten erfasst und übertragen werden. Ebenso befürchten sie einen möglichen unbefugten Zugriff auf oder die Kontrolle über intelligente Geräte. Die Hersteller von Smart-Home-Geräten und -Plattformen sammeln zwar Verbraucherdaten, um ihre Produkte besser auf die Bedürfnisse ihrer Kunden abzustimmen oder ihnen neue und verbesserte Dienste anzubieten, aber Vertrauen und Transparenz sind für Hersteller, die neue Kunden gewinnen wollen, von entscheidender Bedeutung.
• Kosten: Auch wenn die Preise sinken, sind viele Smart-Home-Geräte immer noch teuer, und eine komplette Umgestaltung des Hauses kann Tausende von Euro kosten.
• Stromverbrauch: Die Sensoren und intelligenten Geräte in einem Smart Home sind permanent mehr oder weniger in Betrieb. Bei einer Vielzahl dieser kleinen Helfer kann sich der Stromverbrauch auf einige Watt summieren. Sparsame Hardware, gute Energiesparmodi und sinnvolle Konfiguration und Programmierung sind daher wichtig.

Wie man ein Smart Home konzipiert

Bei Neubauten fließt Smart-Home-Infrastruktur bereits in die Planung ein. Ältere Gebäude lassen sich mit intelligenten Technologien nachrüsten. Viele Smart-Home-Systeme laufen weiterhin mit X10 oder Insteon. Allerdings werden Bluetooth und WLAN oder Wi-Fi immer beliebter.

Zigbee und Z-Wave sind heutzutage zwei der am häufigsten eingesetzten Kommunikationsprotokolle bei der Heimautomation. Beides sind sogenannte Mesh-Netzwerk-Technologien, die kurzwellige und schwache Funkwellen einsetzen, um Smart-Home-Systeme zu verbinden. Beide haben die gleichen Smart-Home-Anwendungen im Fokus, wobei Z-Wave eine Reichweite von 30 Metern hat und Zigbee 10 Meter. Letzteres wird auch häufig als das komplexere der beiden Systeme bezeichnet. Zigbee-Chips gibt es von mehreren Firmen und Z-Wave-Chips nur von Sigma Designs. Auch Matter, der neueste Smart-Home-Standard, der im November 2022 eingeführt wurde, gewinnt an Dynamik. Matter wurde von der Connectivity Standards Alliance (ehemals Zigbee Alliance) entwickelt und wird von großen Smart-Home-Herstellern wie Amazon, Apple und Google unterstützt. Dieses IP-basierte Protokoll wurde speziell entwickelt, um die Kompatibilitätsprobleme von Smart Homes zu lösen. Es bietet ein Framework, das eine nahtlose Kommunikation zwischen Geräten, Apps und Cloud-Diensten ermöglicht.

Einige Smart-Home-Systeme lassen sich komplett selbst basteln. Dafür nutzen Tüftler ein Raspberry Pi oder andere Prototypen-Boards. Es gibt auch Smart Home Kits, die Sie käuflich erwerben können. Sie nennen sich auch Smart-Home-Plattform. Darin sind alle Teile enthalten, die Sie für ein eigenes Projekt in Sachen Heimautomation brauchen.

Auch wenn die Einrichtung eines Smart Home manchmal komplex sein kann, sollten Hausbesitzer die folgenden allgemeinen Schritte beachten:

• Investieren Sie in eine starke, zuverlässige Internetverbindung: Da die Smart-Home-Konnektivität stark von einer Internetverbindung abhängt, ist es wichtig, dass der Hausbesitzer über einen zuverlässigen und schnellen Internetdienst verfügt.
• Wählen Sie den Hub aus: Es ist wichtig, zu entscheiden, welcher Hub für ein Smart Home verwendet werden soll. Wenn der Hausbesitzer beispielsweise ein vollständig automatisiertes Smart Home wünscht, ist höchstwahrscheinlich ein Hub erforderlich, der alle Geräte zentral steuern kann. In anderen Fällen könnte ein virtueller Assistent ausreichen, der sich mit anderen Geräten im selben Netzwerk verbinden kann. Die meisten durchschnittlichen Hubs verfügen nicht über zusätzliche Funktionen wie eine integrierte Sprachsteuerung, auch wenn sie mit einer Vielzahl von Geräten kompatibel sind. Mit intelligenten Lautsprechern wie Amazon Echo können Benutzer hingegen Sprachbefehle erteilen und verschiedene Aufgaben ausführen, etwa das Wetter abfragen oder eine Lebensmittelliste anfordern.
• Beginnen Sie mit den Grundlagen: Starten Sie mit grundlegenden Geräten wie intelligenten Steckdosen, Glühbirnen und Schaltern für das Smart Home, da diese schnell eingerichtet sind und viele verschiedene Dinge im Haus automatisieren können. Mit intelligenten Steckerdosen lassen sich zum Beispiel Ventilatoren, Lampen, Slow Cookern, Lockenstäbe und Raumheizungen automatisieren.
• Sichern Sie die Geräte ab: Da die meisten IoT- und Smart-Home-Geräte nicht über eine integrierte Sicherheit oder Verschlüsselung verfügen, ist es wichtig, starke Passwörter und eine Multifaktor-Authentifizierung einzurichten, um unbefugten Zugriff auf diese Geräte zu verhindern.
• Fügen Sie weitere Geräte hinzu: Wenn sich der Hausbesitzer mit der Einrichtung eines intelligenten Hauses vertraut gemacht hat, kann er weitere Geräte wie Sicherheitssysteme, Kameras und Videotürklingeln hinzufügen.

Bei einfachen Smart-Home-Szenarien lassen sich Ereignisse mit einer Zeitschaltuhr auslösen. Denkbar ist zum Beispiel, dass die Jalousien um 18.00 heruntergefahren werden. Andere Ereignisse hängen vielleicht von weiteren automatisierten Systemen ab. Kommt das Smartphone des Besitzers etwa in die Nähe der Haustür, wird sie aufgesperrt und die Lichter gehen automatisch an.

Maschinelles Lernen (ML) und künstliche Intelligenz (KI) werden in Smart-Home-Systemen immer beliebter. Dadurch können sich Heimautomationsgeräte an die Umgebungen anpassen. Zum Beispiel gibt es in sprachgesteuerten Systemen wie Amazon Echo und Google Home virtuelle Assistenten, die dazulernen. Sie personalisieren das Smart Home und schneiden es genau auf die Muster und Präferenzen der Bewohner zu.

Smart Building

Während jedes Smart Home ein Smart Building ist, ist nicht jedes Smart Building auch ein Smart Home. Unternehmens-, Geschäfts-, Industrie- und Wohngebäude aller Formen und Größen – einschließlich Büros, Wolkenkratzer, Mehrfamilienhäuser und Wohnhäuser mit mehreren Mietparteien – setzen IoT-Technologien ein, um die Gebäudeeffizienz zu verbessern, Energiekosten und Umweltschäden zu reduzieren, die Sicherheit zu gewährleisten und die Zufriedenheit der Bewohner zu erhöhen.

Viele der gleichen intelligenten Technologien, die im Smart Home verwendet werden, kommen auch in der intelligenten Gebäudetechnik zum Einsatz, zum Beispiel in den Bereichen Beleuchtung, Energie, Heizung und Klimatisierung sowie Sicherheits- und Gebäudezugangssysteme.

Beispielsweise könnte ein Smarte Building mit Sensoren erkennen, wie viele Personen sich in einem Raum aufhalten, um mit dieser Information die Energiekosten senken. Die Temperatur lässt sich automatisch anpassen, indem kühle Luft zugeführt wird, wenn die Sensoren einen vollen Konferenzraum erkennen, oder indem die Heizung heruntergedreht wird, wenn alle im Büro für den Tag nach Hause gegangen sind.

Intelligente Gebäude können sich auch mit dem Smart Grid verbinden. Hier können intelligente Gebäudekomponenten und das Stromnetz miteinander kommunizieren und sich gegenseitig zuhören. Mit dieser Technologie kann die Energieverteilung effizienter gesteuert, die Wartung proaktiv durchgeführt und auf Stromausfälle schneller reagiert werden.

Neben diesen Vorteilen bieten intelligente Gebäude den Gebäudeeigentümern und -verwaltern auch den Vorteil einer vorausschauenden Wartung. Hausmeister können zum Beispiel die Vorräte in den Toiletten auffüllen, wenn die Sensoren zur Überwachung der Seifen- oder Papierhandtuchspender anzeigen, dass die Vorräte zur Neige gehen. Auch bei der Gebäudekühlung, den Aufzügen und den Beleuchtungssystemen lassen sich Wartung und Ausfälle vorhersagen.

Die Ursprünge des Smart Home

• 1975 wurde X10 veröffentlicht. Das ist ein Kommunikationsprotokoll für Home Automation. Plötzlich war der Traum von einem Smart Home wie bei der Zeichentrickserie The Jetsons Wirklichkeit. X10 sendet 120 kHz Funkwellen (RF) mit digitalen Informationen in die existierende, elektrische Verkabelung des Eigenheims und somit an programmierbare Steckdosen oder Schalter. Die Signale übermitteln Befehle an die entsprechenden Geräte. Sie kontrollieren, wie sich das Gerät verhält und was es tun soll. Ein Transmitter könnte zum Beispiel ein Signal über die elektrische Verkabelung schicken, dass sich ein Gerät zu einer bestimmten Zeit abschalten soll. Elektrische Hausverkabelung ist aber nicht gerade frei von Funkstörungen. Deswegen war X10 nicht immer zuverlässig. Signale gehen verloren und in einigen Fällen laufen die Signale nicht über Stromkreise, die mit unterschiedlichen Polaritäten verdrahtet sind. Das ist beispielsweise der Fall, wenn ein 220-Volt-Dienst in zwei 100-Volt-Einspeisungen aufgeteilt ist, wie in den USA üblich. Weiterhin war X10 anfängliche eine Einwege-Technologie. Die intelligenten Geräte konnten zwar Befehle empfangen, aber keine Daten an das zentrale Netzwerk zurücksenden. Später gab es dann Zweiwege-X10-Geräte, die natürlich etwas kostspieliger waren.
• 1984 prägte die American Association of Home Builders den Begriff Smart House, um das Konzept der Technologie in der Hausgestaltung zu fördern.
• 2005 betrat das Home-Automation-Unternehmen Insteon die Szene. Es stellte eine Technologie vor, die elektrische Verkabelung mit Funksignalen kombinierte. Inzwischen gibt es andere Protokolle, darunter Zigbee und Z-Wave, die den Problemen von X10 entgegenwirken.
• 2007 kamen die ersten Smart-TVs auf den Markt. Sie boten integrierte, mit dem Internet verbundene Dienste an, zum Beispiel Streaming und Zugang zu nutzergenerierten Inhalten.
• 2011 brachte das noch neue Unternehmen Nest Labs sein erstes intelligentes Produkt auf den Markt, den Nest Learning Thermostat. Das Unternehmen entwickelte auch intelligente Rauch- und Kohlenmonoxiddetektoren sowie Sicherheitskameras. Nach der Übernahme durch Google im Jahr 2015 wurde Nest eine Tochtergesellschaft von Alphabet Inc.
• 2012 sammelte SmartThings Inc. mit einer Kickstarter-Kampagne 1,2 Millionen US-Dollar, um sein Smart-Home-System zu finanzieren. Mit weiteren Förderungen konnte das Unternehmen im August 2013 den Markt betreten und wurde dann 2014 von Samsung gekauft.
• 2014 wurden Amazon Echo, Amazon Alexa sowie Apple HomeKit eingeführt und machten einen riesigen Sprung bei sprachgesteuerten intelligenten Geräten.
• 2016-2018: Die Einführung von intelligenten Lautsprechern, wie Google Home, Google Nest, Apple HomePod und Sonos, stellte einen bedeutenden Wandel in der Art und Weise dar, wie Nutzer mit intelligenten Heimgeräten interagieren.
• Heute: Die Trends in der Hausautomatisierung entwickeln sich weiter und bieten mehr Konnektivitätsoptionen und Funktionen.

Künftige Entwicklungen in der Smart-Device-Technologie werden Sprachmodelle und virtuelle Assistenten wie ChatGPT kombinieren. Einige Unternehmen nutzen diese Technologie bereits, um ihre eigenen persönlichen Assistenten zu entwickeln. Amazon arbeitet an einem bedeutenden Sprachmodell, das als Large Language Model (LLM) bezeichnet wird, um Alexa zu verbessern.