Ratgeber Haushalt & Garten Echt smart: das Bus-System KNX

Sensoren und Steuerzentralen ersetzen herkömmliche Schalter und versenden Steuerbefehle in Form von Daten-Telegrammen via Aktoren („Antriebselemente“) an die „Verbraucher“, das sind KNX-fähige und -zertifizierte Elektrogeräte und Automationsszenarien. Also beispielsweise gebündelte Befehle an diverse Leuchten, Rollläden, die Musikanlage, die Heizung und die Waschmaschine beim Szenario „Betreten des Hauses“ nach dem Öffnen mit einem intelligenten Türöffner.

Über den Bus werden Aktoren direkt angesteuert, wenn etwa Sensoren bestimmte Helligkeiten, Kohlendioxidkonzentrationen oder Temperaturen registrieren, oder nach zwischengeschalteter IT-Auswertung von Sensordaten auch aufgrund einer Zeitsteuerung von Schaltungen.

Schritt für Schritt zum KNX

Um die attraktiven Vorteile des Smart Home optimal und ohne böse Überraschungen nutzen zu können, muss das richtige Bus-System gefunden werden: eines, das störungsfrei für umfassende Sicherheit und Bequemlichkeit sorgt und doch das Budget nicht sprengt. Einen Übertragungsstandard, der mit smarter Sensorik und Steuerung Energie und Geld spart. Der erweiterbar ist und sich mit Neueinsteigern bestens versteht.

Ein kabelbasiertes, eigenes KNX-Bus-System, das vom Wechselstrom getrennt ist, ist die erste Wahl, wenn man ohnehin neu baut oder kernsaniert. Für dieses elektrische Zweit-Installationssystem kommen entsprechende Kosten auf die Bauherren zu. Aber die Anfangsinvestition lohnt sich, denn so weist das Smart Home seiner Lebensader ein eigenes Domizil zu, in der sie ungestört die Hausautomation, Komfort und Sicherheit am Laufen halten kann.

Um ein KNX-System zu installieren, wird klassischerweise neben der konventionellen 230 V-Leitung eine grün ummantelte KNX-Busleitung verlegt. Das geht auch vorsorglich, wenn ohnehin neu gebaut oder umfassend saniert wird. Die Bewohner vermeiden auf diese Weise das nachträgliche Aufstemmen der Wände und das Neuverputzen. Anders als in Privathaushalten sieht es übrigens in Zweckbauten wie Schulen oder Industriehallen aus: dort sind Kabelkanäle oft so gut zugänglich, dass auch ohne unangenehmes Baustellen-Ambiente nachträglich eine KNX-Bus-Leitung verlegt werden kann.

Das bedeutet im Umkehrschluss für smarte Bauherren und Sanierer von Eigenheimen: Architekten und Elektroinstallateuren sollte von Anfang an mitgeteilt werden, dass eine zukunftsträchtige Hausautomation angestrebt wird. Tolle Küchen, Möbel oder Home Theater können warten, ausreichende Kabelkanäle und eine ausbaufähige Infrastruktur für Elektroinstallationen nicht. Um Unabhängigkeit, Flexibilität und Sicherheit zu schaffen, sollte man neben dem Kanal für Wechselstromkabel unbedingt bereits beim Bau einen zweiten Kanal fürs Smart Home anlegen oder gleich als Bus-System ausbauen. Wer an dieser Stelle Profis an einer gut verpackten Rundum-Lösung arbeiten lässt, spart sich unter Umständen spätere Mühe, Bastelei und Verdruss mit Lösungen, die störanfälliger sind oder aufgrund ihrer Inselkonfiguration nicht kompatibel sind.

Zeigen Architekt oder Elektroinstallateur Unverständnis für den KNX-Wunsch, sollten kompetente und ambitionierte Partner gesucht werden, die zumindest mit geschulten und erfahrenen KNX-Partnern zusammenarbeiten. Elektroinstallateure, Systemintegratoren und Planer, die von der KNX Association anerkannte Kurse absolviert haben, bilden als KNX-Partner ein Netzwerk an KNX-Spezialisten für Planung, Bauphase, Installation und Betrieb. Smart Home-Bauherren finden ortsnahe Experten mithilfe einer Deutschlandkarte zu KNX-Partnern, genauer gesagt auf der Webseite des KNX Deutschland, der beim ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. – angesiedelt ist.

Technische Fachplaner nehmen dem Bauherren – sofern gewünscht – die konkrete Planung für ein Eigenheim nach Komfort-, Premium- oder sogar High-End-Kriterien ab. Die Honorare der technischen Fachplaner kommen zu den Kosten für die Elektroinstallation (Kabel, Klemmen, Verteiler, Arbeitsstunden des Elektrikers) und die KNX-Geräte (inklusive Programmierung und Montage) hinzu. Die konkreten KNX-Gesamtkosten hängen insgesamt vom Einzelfall, dem gewünschten Ausbau-Umfang und seinen Spezifika ab und lassen sich daher nicht generell beziffern.

Deshalb: Unbedingt vor dem Bau Kostenvoranschläge für alle direkten und indirekten Kosten (z. B. Schönheitsverpackung von Sensoren, wie Bewegungsmeldern), die für den Basis-Bus, aber auch für diverse, smarte Anwendungsmöglichkeiten zu erwarten sind, erstellen lassen. Energieeinsparungskosten, die das busbasierte Smart Home mit sich bringt, sind den jeweiligen KNX-Einrichtungskosten gegenüberzustellen.

Tipp: Ihr persönliches, smartes Haus sollten smarte Bauherren den finanziellen Möglichkeiten entsprechend erst allmählich ausbauen, um die Kosten im Griff zu behalten und Raum für Trends und Innovationen zu lassen. Bei der Berechnung der finanziellen Möglichkeiten dürfen auch die Preise der netten Einrichtungen und Gadgets des Smart Homes selbst nicht vergessen werden – vom Thermostat, für dessen Zählerstand kein Termin mehr vereinbart werden muss, bis hin zum niedlichen Roboterhund, der bellt und blinzelt, wenn die Kinder ihn streicheln.

Gibt es Alternativen zum kabelbasierten KNX?

KNX oder ein Konkurrenzsystem? Das ist für Smart Home-Interessierte die Ausgangsfrage, wenn sie nicht nur einzelne Elektrogeräte miteinander verbinden wollen, wie etwa Kaffeemaschine und Badezimmerfußbodenheizung mit dem Motivations-Licht-Wecker. Sondern wenn sie die gesamte Hauselektrik intelligent vernetzen und beispielsweise mit einem einzigen Smartphone-Befehl ein energiesparendes, Anwesenheit simulierendes Szenario einstellen wollen, das zudem wieder rechtzeitig Behaglichkeit für die Bewohner schafft.

Wer ein älteres Haus hat oder in einer Mietwohnung ohne KNX wohnt, sollte nicht lange überlegen: Wo ganz neu verkabelt werden muss, stehen extrem aufwändige und teure Bauarbeiten an, die das Portemonnaie nicht nur mit den Kosten für zusätzliche Kabel, Abdeckungen für Aktoren und Sensoren sowie Elektronikbauteile belasten. Ohne Einbettung in eine sowieso anstehende, umfassende Sanierung ist dieser Aufwand kaum zu stemmen. Für Verkabelung und größere Verteiler, die Platz für Koppler und Stromversorgung des Busses bieten, wird zudem ausreichend Platz benötigt.

Eine Alternative für private Nutzer, für die eine aufwändige und kostspielige, komplette Nachrüstung mit KNX-Bussystemen nicht infrage kommt, sind Smart Home-Systeme mit Funkkomponenten oder verdrahtete Teillösungen, die teilweise auf kleiner und dadurch kostengünstiger gehaltenen KNX-Erstverkabelungen aufsetzen:

• So lässt sich etwa mit KNX Radio Frequency (KNX RF), also KNX via Funksignal, ein vorhandenes KNX-System ohne neuerliche Baumaßnahmen für die Übernahme weiterer, zeitgemäßer Aufgaben erweitern. Es steht in Konkurrenz zu funkbasierten Smart Home-Paketlösungen, etwa der Telekom.
• Ohne Aufwand ließ sich bis 2015 auch Powernet-KNX nachträglich einrichten, bei dem die Steuersignale über ein phasengekoppeltes Stromnetz ohne gesonderte Bus-Leitung gesendet werden. In den USA und Asien sind Powerline-Lösungen nach wie vor stark verbreitet.
• In Europa rückt bei Powerline-Lösungen oft der Standard EHS in den Mittelpunkt, bei dem die einzelnen Funktionen von Hausgeräten über spezifizierte Protokoll-Frames, sogenannte „Objekte“, umgesetzt wird. Dies geschieht weniger über die Sensor-/Aktor-Technik, als auf den spezifizierten Protokoll-Frames aufgesetzt, mit denen die Ansteuerung der einzelnen Funktionen von Hausgeräten realisiert wird.
• Die jüngste und sehr zukunftsträchtige Entwicklung KNXnet, bei der die Netze KNX und LAN verschmolzen werden, steuert die komplette Gebäudeautomation über das geschlossene, LAN-kabelbasierte Datennetzwerk Ethernet. Vernetzung auf IP-Ebene liegt im Trend, hat starke Konkurrenz und kommt den datenfordernden Komfortsystemen (z. B. Musik und Videos, die im Multiroom-Verfahren mitgehen) entgegen. KNX allein hat eine zu geringe Datenrate für die Signalübertragung von Multiroom-Systemen oder auch Sprechanlagen. Doch das lässt sich durch Verknüpfungen mit der modernen IP-Welt, mit LAN, WLAN und Funk, aufstocken. Tipp: Vor dem Kauf von Lautsprechern, Verstärkern, Receivern und teuren Hausschutz-, Kommunikations- und Kamerasystemen sollte man sich über Nachfragen und Zertifizierungsnachweise immer erst vergewissern, ob sich die einzelnen Komponenten in ein KNX-Smart Home integrieren lassen.
• KNX vergleichbar ist die Technologie des Loxone-Systems. Sie ist per se günstiger in der Anschaffung, gehört in der Kabel-Variante aber ebenfalls unbedingt in die Hände eines Elektro-Fachmanns, der den Mini-Server im Schaltkasten installiert und alle Sensoren und Regler mit einem eigenen Kabel direkt damit verbindet. Schon beim Bau sind für Loxone viele Leerrohre und eine Sternverkabelung einzuplanen. Für die Nachrüstung kann beim Loxone-System auf eine reine Funklösung oder eine Mischung aus Kabel und Funk zurückgegriffen werden. Interessant für das KNX-Smart Home: Das umfangreiche Loxone-Sortiment, welches auch in Internetkaufhäusern angeboten wird, ist mit KNX und EnOcean kompatibel. Heizkörperthermostate lassen sich mit einem Loxone-Modul drahtlos regeln. Insgesamt ist Loxone pur eher etwas für Technikbegeisterte, die selbst Hand anlegen, programmieren und damit auch sparen wollen.
• Ein Gateway zwischen der originären KNX-Welt der Gebäudesteuerung und sogenannten Smart Objects wie Sonos (Smart Speaker – Musiklautsprecher, die auch hören können), Netatmo (Wetter-, Wind-, Raumluftqualitätsmesser), Amazons Sprachassistentin Alexa und Philips Hue (smarte Beleuchtung auch während der Abwesenheit der Bewohner), ist beispielsweise auch der IoT-Controller von Hager. Die IP-Anbindung eines solchen IoT-Controllers ist eine Möglichkeit für die komfortable Steuerung und Konfiguration von Szenen und Aktionen des Internets der Dinge im Smart Home über das heimische (W)LAN oder das Internet. Smart Home-Komponenten kommunizieren via IP-Controller mit Cloud-Diensten.

Fazit: KNX sollte klug eingesetzt werden. Auch Smartness verbraucht Energie. Bei der Wahl der Aktoren und Sensoren ist auf den Energieverbrauch zu achten, damit nicht etwa der Eigenverbrauch des KNX-Busses die beabsichtigten Energieeinsparungen durch zentrale Steuerungen zunichte macht. Andere Bussysteme arbeiten durch Spezialisierungen unter Umständen effizienter, doch fehlt ihnen die Universalität, welche für die weltweite Verbreitung, Standardisierung, Anbindung und KNX-Zertifizierung notwendig ist.

Datensicherheit im KNX-Smart Home

Smart Home-Systeme können zusätzliche Sicherheit bringen, müssen jedoch auch selbst sicher sein. Stichworte: Bewusster Umgang mit privaten Daten und Passwörtern, Verschlüsselung, Abwehr von Hacking, regelmäßige Updates, Kameras im Smart Home auch mal bewusst ausschalten und dabei PC und TV-Geräte nicht vergessen.

Die gute Nachricht: IT-Sicherheitsanbieter ESET verlautbarte nach einem Test von Smart Home-Geräten im Februar 2018: „Mit Augenmaß und Vorsicht lässt sich ein Smart Home auch heute schon sicher betreiben.“

Speziell KNX lässt sich zeitgemäß sicher handhaben, denn es bietet umfangreiche Möglichkeiten zur Datensicherheit, die fest in die KNX-Software und KNX-Hardware integriert sind.

Internationalen Standardisierungsgremien zufolge ist KNX der einzige Standard für Smart Home und Smart Building, der die weltweit höchsten Sicherheitsanforderungen in der Cyber Security erfüllt. Mit seiner Sicherheitsarchitektur KNX Secure soll KNX erfolgreich Hacker-Attacken auf die digitale Infrastruktur vernetzter Gebäude abwehren und für maximalen Datenschutz sorgen. KNX IP Secure sichert dabei die IP-Kommunikation zwischen den KNX-Installationen ab. KNX Data Secure soll zudem Nutzdaten, die mit verschiedenen Endgeräten ausgetauscht wurden, gegen unbefugte Zugriffe und Manipulationen schützen.

Früher wurden Daten in der KNX-Bus-Leitung unverschlüsselt übertragen, was etwa bei Leitungen zu Außenschaltern im Freien zum Problem werden konnte. Das ist mittlerweile Geschichte: Heute sollten KNX-Kabel im Außenbereich von den KNX-Partnern auf einer Linie, möglichst hoch und mit einer Firewall gesichert verlegt werden. Auch im Innenbereich ist es wichtig, die Leitungen schwer zugänglich und nicht identifizierbar zu verlegen, um physischem „Anzapfen“ vorzubeugen. Installateure sollen ein gesondertes LAN- oder WLAN-Netzwerk speziell für die KNX-Steuerung einrichten und Filter in KNX-Linienkopplern aktivieren, um die Kommunikation mit KNX-Teilnehmern im Netz zu authentifizieren.

Von der KNX Association gibt es mit KNX Secure ein Konzept für „Sicherheit in Installationen und Systemen in Bestand, Neubau und IoT“, welches zusammen mit KNX IP Secure und KNX Data Secure Bestandteil der jeweils neuesten Versionen der ETS-Software (mit Sicherheitszertifizierung) ist. Beide Technologien nutzen Verschlüsselungstechniken und Mechanismen, wie sie auch bei der Übertragung von Verbrauchsdaten aus smarten Stromzählern an Versorgungsbetriebe zum Einsatz kommen.

Nicht alle Daten und Netzwerkbefehle in Bussystemen sind sicherheitsrelevant und nicht alle Informationen müssen vor unbefugtem Zugriff geschützt werden. Daher sind Mischsysteme möglich, um Ausbauten zu erleichtern.

Zu den Daten, die den KNX-Bus nicht verlassen sollten, gehören:

• Verbrauchsdaten von Heizung, Klima und Licht, weil sie Rückschlüsse über An- und Abwesenheit zulassen,
• der kommunikative Verkehr der Alarmtechnik,
• die physischen Adressen von Alarmanlagen und Bewegungsmeldern,
• Signalmeldungen von Türschlössern,
• Codes und Abgleiche von Fingerabdrücken bei Zutrittssystemen,
• Zugangsdaten zu Steuergeräten.

Der KNX-Standard ist längst Teil des globalen Internets der Dinge. Mit dem KNX IoT city setzt die KNX Association auf neue Wege in der Bedienung und Visualisierung von KNX-Systemen im Internet und von KNX Secure im Internet der Dinge.

Die KNX Association empfiehlt in einem Positionspapier zu Datensicherheit und Datenschutz an ihre Partner, dass sich Elektriker und Installateure möglichst früh mit verfügbaren Sicherheitsvorkehrungen vertraut machen und diese in bestehenden und künftigen KNX-Installationen umsetzen sollten, um langfristig sicher zu gehen. So sollten Leitungsenden des KNX Twisted Pair Kabels nicht sichtbar sein oder aus der Wand herausragen, weder innerhalb noch außerhalb des Gebäudes. Im Außenbereich sollte der Zugang zu Busleitungen physisch erschwert werden.

KNXnet IP-Meldungen sollten dem Papier zufolge nicht ungeschützt übers Internet, sondern über eine VPN-Verbindung, also über ein virtuelles, privates Netzwerk, via Router mit VPN-Funktionalität oder einen Router + VPN Server laufen. Das betrifft vor allem Fernzugriffe. Der Bus könne „selbstverständlich“ jederzeit überwacht, ungewöhnlicher Verkehr aufgezeichnet und Security Angriffe auf die KNX-Anlage dadurch jederzeit erkannt werden.

Zukunft: Smart Home

Elektrotechnik pur war gestern. Wer sein Privatleben in Hinsicht auf die Annehmlichkeiten des weltweiten Netzes genießen will, kommt um eine ausbaufähige Haussystemtechnik mit vernetzungsfähigen Geräten und zugehörigen Dienstleistungen nicht herum.

Intelligente Smart Homes sind auf dem Weg dahin, eine Zukunftsbranche zu werden, welche die Privatsphären ähnlich stark verändern wird wie Smartphones das mobile Leben. Intelligente Vernetzungen der Elektroinstallationen im Zuhause, seiner Geräte und „Gewerke“, also seiner Gebäude-Systeme, sollen nicht nur für Wohlfühlszenarien sorgen, sondern zu Hütern des Hauses werden. Sie unterstützen Eltern dabei, ihre Kinder in einer geschützten, auf die kindliche Neugierde vorsorglich reagierenden Umgebung groß werden zu lassen. Und sie können es älteren und pflegebedürftigen Menschen ermöglichen, länger in den eigenen vier Wänden zu leben.