Smarthome-Technologien für Heizungsanlagen: Chancen und Herausforderungen

Wie können Smart-Home-Technologien die Effizienz von Heizungsanlagen steigern und Energiekosten einsparen?

Die Heizung verbraucht im Haus die meiste Energie. Wer sie täglich individuell einstellt, vergisst schnell das Herunterdrehen. In der Folge wird suboptimal geheizt, die Heizkosten steigen. Eine Smart-Home-Heizungssteuerung regelt hingegen die Temperaturen optimal ein und steigert damit die Effizienz der Heizung bei gleichzeitig sinkenden Verbrauchskosten. Vernetzte Heizungssysteme stellen im gesamten Haus ein optimales Klima her, analysieren die Umgebung und reagieren auf Veränderungen. Sie lassen sich per App auch aus der Ferne ansteuern, wobei ihre tägliche individuelle Bedienung gar nicht mehr nötig ist, was wiederum Bedienungsfehler vermeidet. Das smarte Zuhause sorgt selbstständig für das Energiesparen bei einem Wohlfühlklima im Haus. Im Wesentlichen funktionieren die Ersparnisse im Smart Home auf diesen vier Wegen:

• Intelligente Thermostate regeln die Smart-Home-Heizungssteuerung elektronisch ein. Die Bewohner müssen sie nicht mehr individuell verstellen. Die Regelung erfasst über Sensoren im Raum die Temperatur und regelt die intelligenten Thermostate automatisch auf den voreingestellten Wert ein. Auch eine Zeitsteuerung ist möglich: Wenn die Bewohner das Haus verlassen, wird in diesem die Temperatur heruntergeregelt. Dabei ist eine zentrale Steuerung für das gesamte Haus möglich, die beispielsweise wochentags und natürlich im Urlaub die Heizleistung abregelt, wenn niemand mehr im Haus ist, doch es gibt auch intelligente Thermostate für jeden einzelnen Raum und Heizkörper. Mit diesen lässt sich eine individuelle Temperatur für jedes Zimmer einstellen. Ein selten betretener Hauswirtschaftsraum benötigt keine hohe Temperatur. Viele Menschen haben es auch im Schlafzimmer gern etwas kühler. Intelligente Thermostate erkennen das Erreichen der Wunschtemperatur, dann stoppen sie die Zufuhr von Heizenergie. Sie reagieren zudem auf Sonneinstrahlung und auf offene Fenster. Daran passen sie die Heizungsregelung an. Mit einer App sind sie vom Smartphone aus steuerbar. Wer etwa unerwartet eher nach Hause kommt, regelt die Heizung schon einmal für die vorgewärmte Wohnung hoch.
• Die Rollladensteuerung fährt die Rollläden hoch, wenn es im Raum zu kühl wird. Selbst wenn draußen kein strahlender Sonnenschein herrscht, heizt das Tageslicht Räume mit großen Glastüren und -fenstern signifikant auf. Moderne Eigenheime sind meistens so konzipiert. Im Gegenzug regeln dann die intelligenten Thermostate die Heizung herunter. Sensoren messen die Temperatur im Raum, Aktoren steuern die Thermostate an. Das ist das Grundprinzip im Smart Home. Im Sommer unterstützt die Rollladensteuerung die Klimaanlage, indem sie bei zu großer Erwärmung die Rollläden herunterfährt.
• Intelligentes Lüften senkt ebenfalls die Heizkosten. Im zu wenig oder falsch gelüfteten Raum drohen feuchte Wände. Dadurch erwärmt sich der Raum schlechter, die Schimmelgefahr steigt. Smart-Home-Klimasensoren messen in jedem einzelnen Raum die Luftfeuchtigkeit und benachrichtigen per App und/oder über ein Blinken des Sensors die Bewohner, die dann lüften sollten. Während des Lüftens regeln die intelligenten Thermostate die Heizung ab.
• Vernetzte Heizungssysteme erfassen die Temperaturen in allen Räumen und heizen kühlere Bereiche auf der Wind- und Wetterseite etwas mehr auf. Das nivelliert die Temperaturen im gesamten Haus auf ein einheitliches Niveau ein, was wiederum Heizkosten spart. Die Heizung muss nicht so intensiv arbeiten, um Temperaturdifferenzen zwischen den Räumen auszugleichen.

Welche smarten Geräte und Systeme sind am besten geeignet?

Die moderne Smart-Home-Heizungssteuerung wird in der Regel im Gesamtpaket angeboten. Dieses enthält sämtliche Komponenten für vernetzte Heizungssysteme. Ein Basissystem, das per App oder im Haus selbst ansteuerbar ist, verknüpft die einzelnen Thermostate untereinander und mit der zentralen Steuerung. Sensoren liefern Signale, die Basis verknüpft einzelne Funktionen miteinander. Die Sensoren können sehr unterschiedliche Signale aufnehmen, welche die Basis für die Steuerung der Aktoren an den Thermostaten nutzt:

• Ein Temperatursensor erfasst die Temperatur im einzelnen Raum.
• Ein Hygrometer misst die Luftfeuchtigkeit (wichtig für das Lüften).
• Eine Wetterstation kann außerhalb des Hauses die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit messen.
• Sensoren an den Fenstern erfassen deren Öffnen und Schließen. Bei geöffnetem Fenster (unter anderem beim Stoßlüften) regelt die Basis die Heizung vollkommen ab. Die Fenstersensoren werden im Smart Home auch aus Sicherheitsgründen benötigt.
• Die Basis steuert auch die Aktoren der Rollläden an.
• Es ist auch möglich, über Sensoren im Fußboden zu messen, ob sich eine Person in einem Raum befindet. Dementsprechend regelt die Basis die Temperatur hoch oder runter. Eine Koppelung mit dem Licht ist ebenfalls denkbar.

Unabhängig von der Sensorsteuerung lässt sich die Temperatur jederzeit von Hand verändern. Hinzu kommt die schon oben beschriebene Zeitsteuerung.

Wie lassen sich Sicherheit und Datenschutz gewährleisten?

Vernetzte Heizungssystem im Smart Home benötigen jede Menge Daten, das steht außer Frage. Damit stellt sich zwangsläufig das Problem des Datenschutzes. Wie wichtig die Bewohner eines smarten Eigenheims oder auch Büros dieses Thema nehmen, geht aus einer Umfrage des Branchenverbandes Bitkom aus dem Jahr 2022 hervor:

• 88 % der Bewohner wünschen sich auf Smart-Home-Geräten eine klare Kennzeichnung zur Sicherheit und Datenübertragung an externe Stellen.
• 47 % sorgen sich vor Hackerangriffen auf ihre Smart-Home-Technik.
• 37 % befürchten, dass erhobene Daten im Smart Home auf irgendeine Weise missbraucht werden, und sei es zu Werbezwecken.
• 29 % befürchten Einblicke in ihre Privatsphäre über die Daten des Smart Homes, die externe Dienstleister verarbeiten.

Nun ist natürlich festzustellen, dass nicht alle Daten aus dem Smart Home extern erfasst werden. Vernetzte Heizungssysteme der Smart-Home-Heizungssteuerung funktionieren vorrangig über die intern im Haus weitergegebenen Daten. Dennoch gelangen auch Daten nach außen, was im Bereich der Smart-Home-Heizungssteuerung unter anderem sinnvoll für die Erfassung des Energieverbrauchs in einer Kommune ist.

Andere Daten aus dem Smart Home dienen der Sicherheit. Sie melden einen Einbruch an die Polizei oder den Sturz einer hilfsbedürftigen Person an den Rettungsdienst. Schauen wir uns die Datenerfassung und -weitergabe von vernetzten Heizungssystemen etwas näher an, um den Umgang mit den Daten und ihren Schutz besser zu verstehen. Bitkom stellt hierzu fest, dass die Daten in sieben Stufen erhoben werden. Bis zur dritten Stufe bleiben sie im Haus. Erst ab Stufe #4 gelangen sie in eine Cloud außerhalb des Hauses. Dann spielt die Datensicherheit eine relevante Rolle. Hier die Stufen im Detail:

• Stufe 1: Schon die unmittelbare Smart-Home-Heizungssteuerung im Haus benötigt Daten. Diese werden aber nicht gespeichert, weil das überflüssig ist. Sie gelangen von den Sensoren zur Basis, welche die Aktoren der smarten Thermostate an den Heizkörpern ansteuert.
• Stufe 2: In der zweiten Stufe verwendet die Basis Konfigurationsdaten, um die Heizungsregelung über längere Zeiträume zu verbessern. In Zukunft dürften hier KI-Lösungen entscheidend sein. Künstliche Intelligenz kann das Verhalten der Bewohner ermitteln und somit feststellen, dass die Heizung im Grunde wochentags immer ab 09.00 Uhr heruntergeregelt werden kann, am Dienstag aber nicht, weil die Schule des jüngsten Sohnes erst zwei Stunden später anfängt. Dessen Kinderzimmer und der Flur bleiben noch etwas länger warm. Auch diese Daten gelangen nicht außer Haus.
• Stufe 3: In dieser Stufe visualisiert die Basis die Daten für die zentrale Steuereinheit im Haus. Die Bewohner können sich den Temperaturverlauf ansehen. Damit stellen sie fest, wann sie (bei welchem Wetter, zu welcher Tages-, Wochen- und Jahreszeit) die meiste Heizenergie verbrauchen. Dies dient der Anpassung ihres Verhaltens und der Planung ihrer Heizkosten und -lösungen (zum Beispiel Einbau einer Wärmepumpe). Diese Daten bleiben wiederum im Haus, es sei denn, sie sollen auch in der App erscheinen. Das können die Bewohner selbst entscheiden.
• Stufe 4: Hier werden Daten auf jeden Fall in der App gespeichert, die ja immerhin mit einer zentralen Cloud arbeitet. Es stellt sich also die Frage, inwieweit der App-Anbieter Zugriff auf individuelle Daten in seiner Cloud hat. Der Mehrwert für die Bewohner ist dennoch unbestreitbar, denn sie können ortsunabhängig auf ihre vernetzten Heizungssysteme zugreifen. Es ist aber auch möglich, die Daten dem Energieanbieter zur Verfügung zu stellen, der damit die Energie viel genauer abrechnen kann. Er muss nicht mehr eine feste monatliche Abschlagszahlung festlegen, sondern kann monatlich den realen Verbrauch abrechnen. Damit erhält er individuelle Daten eines Haushalts, die dem Datenschutz unterliegen müssen. Es gibt noch einen weiteren Mehrwert: Eine Unregelmäßigkeit (spontaner Energiesprung), die auf eine defekte Anlage hinweist, wird sofort erkannt. Der Schaden kann sofort repariert werden, die Bewohner werden nicht am Jahresende mit stark erhöhten Energiekosten konfrontiert. Im Gegenzug müssen sie damit leben, dass ein externer Dienstleister Einblick in ihre Verbrauchsdaten erhält.
• Stufe 5: Der Energieanbieter und sogar die Kommune können auf dieser Stufe in der Cloud die Daten mehrerer Smart Homes übergreifend betrachten, im vergleichende Analysen durchzuführen. Das nutzt den einzelnen Haushalten, die einen Vergleichswert zum Energieverbrauch in einem ähnlichen Gebäude erhalten, es ist aber auch für die Energieversorgung wichtig, die sich besser auf Verbrauchsspitzen und sogar mögliche Engpässe einstellen kann. Während der Energiekrise des Jahres 2022 gewann diese Datenverarbeitung eine essenzielle Bedeutung. Wiederum gelangen Daten außer Haus und sind dementsprechend zu schützen.
• Stufe 6: Die Daten vieler Smart Homes lassen sich auch für statistische Zwecke nutzen. Hierfür ist allerdings die Voraussetzung, dass sie mit zusätzlichen Informationen angereichert werden. Diese sind beträchtlich. Es geht um die Größe, die Lage, das Alter und die Bauart des Gebäudes sowie um Daten zu dessen Bewohnern, nämlich ihre Zahl, ihr Alter und ihre Lebensgewohnheiten. Damit werden schon sehr sensible personenbezogene Daten extern erfasst und verarbeitet. Es liegt auf der Hand, dass dies Sorgen um den Datenschutz auslöst.
• Stufe 7: In Stufe 7 lassen sich die Daten als übergreifende steuerbare Einheit betrachten. Es entsteht aus vielen Smart Homes eine Smart City beziehungsweise Smart Region. Das schafft ein gewaltiges Potenzial, um die Anforderungen der Energiewende zu meistern. Wärmepumpen in den Gebäuden könnten durch intelligente Vernetzung ein riesiger skalierbarer Verbraucher werden, der als Regelenergieverwender die Schwankungen der erneuerbaren Energien ausgleicht. Es ließen sich auch (über die Heizung hinaus) Photovoltaikanlagen sowie Batteriespeicher von Gebäuden und Elektroautos zu einem virtuellen, intelligenten Kraftwerk zusammenschalten. Unerlässlich ist hierfür die Verwendung individueller Verbrauchsdaten und in diesem Kontext die Beachtung des Datenschutzes.

Für die Gewährleistung des Datenschutzes und der Sicherheit ist es unerlässlich, dass externe Dienstleister die Verbraucher informieren, ob, wann und inwieweit sie auf die Daten zugreifen. Hierfür existiert schon ein rechtlich geregelter Rahmen. Alle personenbezogenen Daten unterliegen dem Schutz durch die DSGVO (europäische Datenschutzgrundverordnung). Die Erfassung der rein technischen Daten ist allerdings ebenso durch die Dienstleister offenzulegen. Die Verbraucher können dann selbst entscheiden, ob sie solche Daten weitergeben möchten oder nicht. Sie können auch im Dashboard der Smart-Home-Steuerung die Übermittlung einzelner Daten freigeben oder blockieren. Die Rechtsgrundlage für die Datenverarbeitung durch den Energiedienstleister ist der mit ihm abgeschlossene Vertrag.

Der Versorger muss seinen Kunden freistellen, ob sie aufgrund der Jahresabrechnung mit einem fixen Monatsabschlag leben möchten oder ob sie bereit sind, ihre aktuellen Daten zeitnah (monatlich, wöchentlich, täglich, sogar stündlich) für die Verbrauchsmessung und -abrechnung an den Energieversorger zu übermitteln. Die Entscheidung hierüber sollten sich die Bewohner eines Smart Homes nicht zu leicht machen. Aus den Heizdaten lässt sich ablesen, wann ein Haus leer steht. Wenn solche Daten in die Hände von Kriminellen gelangen, wüssten diese, wann die beste Zeit für einen Einbruch ist. Der Teufel steckt im Detail. So wäre eine monatliche Verbrauchsermittlung möglicherweise sehr unproblematisch, eine stündliche hingegen nicht.

Welche Herausforderungen müssen bei der Integration von Smart-Home-Technologien bewältigt werden?

Vernetzte Heizungssysteme für das Smart Home lassen sich auch bei bestehender Heizungsanlage nachrüsten. Das funktioniert mit (fast) jeder Heizungsanlage unabhängig vom Energieträger, es sei denn, das Haus würde ausschließlich mit Kohleöfen und einem Kamin beheizt. Für die Nachrüstung erhalten alle Heizkörper im Haus intelligente Thermostate, die dann mit einer Smart-Home-Basis verknüpft werden. Von den meisten Anbietern gibt es Komplettpakete mit den wichtigsten Smart-Heating-Komponenten. Die Basis steuert auch die Belüftung und Verschattung beziehungsweise das Öffnen von Rollläden zur Heizungsunterstützung. Ein Problem in älteren Häusern könnten fehlende Datenleitungen sein. Die Datenübertragung erfolgt über ein Bussystem, wobei es zwei Varianten gibt:

• kabelgebundene Datenübertragung
• Datenübertragung per Funk

Bei Neubauten werden schon länger Kabelschächte für Datenleitungen integriert oder gar die Leitungen gleich mit verlegt (zusammen mit Strom- und Telekommunikationsleitungen), in Altbauten dürften sie fehlen, weshalb sich hier die Funkübertragung anbietet. Die Kabelübertragung bietet aber auch Vorteile, sie ist weniger störanfällig. Kabelgebundene Bussysteme basieren wahlweise auf dem KNX-Standard, der eine Weiterentwicklung des Europäischen Installationsbusses (EIB) ist und von sehr vielen Herstellern unterstützt wird, doch auch ein LON (Local Operating Network) und noch eher ein LCN (Local Control Network speziell für Gebäude) sind möglich.

Sogar das System digitalSTROM bieten manche Installateure an. Es schickt die Daten über die Stromleitungen. Diese Technologie dürften Bewohner von Altbauten bevorzugen, wenn sie auf ein kabelgebundenes Bussystem setzen, denn sie bedingt keine Neuverlegung von Leitungen. Allerdings ist mit Stand 2023 digitalSTROM noch vergleichsweise teuer. Funksysteme können, müssen aber nicht störanfällig sein. Für sie entfällt der Mehraufwand durch neue Kabel. Gängige Systeme sind die Datenübertragung per WLAN, Bluetooth Smart und sogar Bluetooth Low Energy. Letzteres senkt den übermäßigen Energieverbrauch der Bluetooth-Technologie. Diese Variante steckt allerdings noch in den Kinderschuhen, es sind Komplikationen quasi vorprogrammiert.

Als sehr zuverlässig gilt KNX RF. Das System arbeitet mit einer Mittelwellenfrequenz und ist sogar zuverlässiger als das WLAN, es ist aber weniger bekannt. Noch seltener verwendete Systeme sind ZigBee und Z-Wave, die für das Smart Home konzipiert wurden und die Kommunikation der Thermostate auch untereinander ermöglichen. EnOcean ist ein weiteres exotisches System, das seine elektrische Energie nicht aus Batterien, sondern aus der Umgebung bezieht. Wer ein älteres Haus zum Smart Home umrüsten lässt, sollte die beauftragte Fachfirma nach dem verwendeten System und seinen konkreten Vorzügen und Nachteilen befragen.

Wie können Smart-Home-Technologien zur Steigerung des Wohnkomforts beitragen?

Das Smart Home erfüllt verschiedenste Aufgaben. Seine wichtigsten Funktionen sind im Überblick:

• Smart-Home-Heizungssteuerung und -Klimaregelung: Das Haus wird bedarfsbezogen beheizt. Überall herrscht ein angenehmes Raumklima, wenn die Bewohner daheim sind. Im leerstehenden Haus fährt die Heizung herunter. Die Einsparungen sind beträchtlich.
• Sicherheit: Kameras überwachen die Räume und den Außenbereich (aber nicht die öffentliche Straße, das ist nicht erlaubt). Einbruchsensoren ermitteln, ob Fenster und Türen unbefugt geöffnet werden. Fußsensoren ermitteln das Betreten von Bereichen und auch den Sturz einer hilfebedürftigen Person. Die Informationen lassen sich auch auf dem Smartphone abrufen. Einen zusätzlichen Schutz bieten Bewegungsmelder.
• Lichtsteuerung: Bewegungsmelder steuern auch das Licht im Raum bei dessen Betreten und Verlassen an.
• Rollladensteuerung: Die Rollladensteuerung unterstützt die Heizung und Klimatisierung.
• Ansteuerung der Heimelektronik: Wer es wünscht, lässt das Smart Home beim Betreten des Hauses seinen Lieblingssong spielen.
• Steuerung der Haushaltsgeräte: Das Smart Home kann auf Wunsch den Kaffeevollautomaten, den Herd und die Waschmaschine ansteuern.