Vernetztes Zuhause und Intelligente Gebäude

Die Technologiekosten sinken, die Konsumenten haben mehr Interesse an Lösungen für ein vernetztes Zuhause und größeres Vertrauen in die Effizienz der Cloud: Dies ebnet den Weg für Lösungen zur Hausautomation, die ausgeklügelter und leichter zugänglich sind.

Der weltweite Markt für Hausautomation umfasst alle steuerbaren Komponenten in einem modernen Zuhause. Vernetzte Beleuchtung, Haushaltsgeräte, Entertainment und Zugangsgeräte - sie alle sind für die fachmännische sowie die eigenhändige Installation im Handel erhältlich.

Angetrieben von Sicherheitsbedenken, Stromsparpotenzial und Komfortaspekten sind die wichtigsten Komponenten der Hausautomation von Beleuchtung, Sicherheit, Entertainment, HVAC und Energiemanagement nun mittels existierender Technologien steuerbar. Die Konvergenz von Markttreibern und Technologien hat zu einem signifikanten Wachstumspotenzial auf dem Markt geführt. Der gesamte Markt wird auf 3,6 Milliarden Dollar in 2012 geschätzt; bis 2019 wird er auf 16,4 Milliarden Dollar angestiegen sein. Dieses Wachstum wird von Nordamerika angeführt, dessen gesamter Marktanteil bei den weltweiten Hausautomationsinstallationen bei 40,7 Prozent liegt.¹ 

Etablierte Sicherheitsunternehmen wie ADT² nutzen den Trend des vernetzten Zuhauses als Grundlage für erweiterte Angebote zur Hausautomation durch SHaaS (Smart Home as a Service). Zusätzlich haben Breitbandanbieter wie AT&T und Comcast sowie Energieunternehmen wie British Gas neue Einnahmequellen durch SHaaS³ geschaffen. Breitband-, Kabel- und Strombetreiber sind hervorragend aufgestellt, um in diesem Markt erfolgreich zu sein, da sie Millionen von Kunden haben, die auf ihren Service im Bereich Energiemanagement und Datenzugang vertrauen.

Da diese Serviceanbieter selten ihren eigenen Komponenten entwickeln, ist für das Wachstum auf dem SHaaS-Markt eine große Bandbreite von im Handel erhältlicher, interoperabler und einfach einsetzbarer Hardware – wie zum Beispiel Relais, Schalter, Steckverbinder, Sensoren und Passive – notwendig und entscheidend. 

Der vernetzte Konsument ist ein wichtiger Treiber für den Industriezweig rund ums vernetzte Zuhause. Von den Konsumenten in den USA besitzen 78 Prozent ein mobiles Endgerät und wissen um den Nutzen, wenn es darum geht, Funktionen des Zuhauses – wie Heizungs- und Kühlsysteme – von überall aus zu steuern. Vom Büro aus die Temperatur im Haus anpassen oder die Verriegelung der Tür überprüfen - diese Möglichkeiten waren vor 10 Jahren noch nicht gegeben.

Die in mobilen Geräten integrierten Fähigkeiten zur GPS-Nachverfolgung eröffnen neue Anwendungsoptionen mittels Geo-Tracking. Hierzu gehört zum Beispiel das Aufschließen der Tür und das Anschalten des Lichts, wenn ein Hausbesitzer die Einfahrt hinauffährt. Andere Fähigkeiten werden durch Schnittstellen zu persönlichen Wearables möglich, so beispielsweise Überwachungsgeräte für Fitness und Gesundheit⁴, die einem Hausautomationssystem signalisieren können, dass es das Licht dimmen soll, wenn es wahrnimmt, dass ein Nutzer schläft oder die Vorhänge öffnet, wenn der Nutzer aufwacht.

Diese Optionen zur Überwachung der Gesundheit schaffen auch neue Marktchancen. Ein Beispiel sind Anwendungen, die die Echtzeitbeobachtung von Senioren und der Geräte in ihrem eigenen Zuhause ermöglichen, sodass sie auch im Alter in der gewohnten Umgebung bleiben können. Dies ist die bessere Alternative zu einem Umzug in ein teureres Seniorenwohnheim.⁵

Das Wachstum dieser Märkte und Entwicklungsanwendungen machen Hardware notwendig, die Vernetzung ermöglicht. 

Ein weiterer Technologietreiber des vernetzten Zuhauses ist die Zusammenführung von Funk- und Radioprotokollen. Das Sammelsurium von offenen und geschlossenen Protokollen und Kommunikationsstandards ist für einen neuen Industriezweig typisch. ZigBee, ZWave, KNX, Thread/6LowPAN, Bluetooth LE und WLAN - sie alle spielen in diesem Markt eine Rolle. Einige Hersteller setzen auf ein Protokoll, während andere auf Nummer sicher gehen und zwei oder mehr Protokolle in ihre Produkte implementieren.

Jedes Protokoll hat seine Stärken, und auch wenn sie alle unterschiedlich sind, ist ihre kombinierte Marktdurchdringung wertvoll, da jedes einzelne zeigt, was bei einer Hausautomationsimplementierung möglich ist. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass sich letztendlich nur ein oder zwei Protokolle durchsetzen werden. Glücklicherweise ist die Hardware, die für die Vernetzung notwendig ist, dieselbe - ganz egal welcher Kommunikationschip oder welches Kommunikationsprotokoll implementiert ist. 

TE hat starke Partnerschaften mit den wichtigsten OEMs für Hausautomationsgeräte im Bereich des vernetzten Zuhauses und vernetzten Gebäudes, einschließlich der - wie von BCC Research berichtet - Top-10-Hausautomationslieferanten. Vernetzung ist für die effiziente Herstellung, Montage und Installation dieser Geräte entscheidend. Die Produkte von TE werden in die OEM-Produkte eingebaut, die die Innovationen im Bereich Hausautomation vorantreiben. Der zusätzliche Fokus von TE auf Second-Tier-OEMs und Third-Tier-Start-ups mittels Direktvertrieb und Distributionspartner positioniert das Unternehmen als wichtigen Lieferanten von Komponenten in diesem sich rasant entwickelnden Marktumfeld.

Die Kundenbeziehungen von TE erstrecken sich über viele Kategorien der Hausautomation wie Hubs, Anwesenheitssensoren, Geräte, HVAC-Ausstattung und Thermostate. Die Zusammenschaltungs- und Umschaltungstechnologien von TE spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Hausautomationssystemen: TE ermöglicht beispielsweise das Routen von Strom und Signalen intern und manchmal extern, indem elektrische Zusammenschaltungen genutzt werden und Strom und Signale in diese Geräte via Schaltkomponenten geleitet werden (zum Beispiel wird in jeder drahtlosen oder kabelgeführten vernetzten AC-Steckdose ein Stromrelais gebraucht).

Die Geräte der TE-Kunden können in allen wichtigen Subsystemen im automatisierten Zuhause gefunden werden, u. a.:

• Beleuchtungsanlagen und -steuerungen
• Sicherheitsanlagen und -steuerungen
• Schutzanlagen und -steuerungen
• Entertainment 
• Tragbare Unterhaltungselektronik 
• HVAC-Ausrüstung und -Steuerungen
• Energiemanagementanlagen und -steuerungen 
• Haushaltskleingeräte
• Tragbare Haushaltsgeräte

Die Auswahl des richtigen Steckverbinders, Schalters, Relais oder Sensors für das Gerät und seine Anwendungen ist der Schlüssel für eine lange, problemfreie Produktlebenszeit. Fehlerhaft konfigurierte Produkte können für OEMs ein echtes Problem darstellen, da sie zu Fehlern führen können, deren Behebung Jahre dauern kann. Das weltweite Team von TE, bestehend aus Produkt- und Entwicklungsingenieuren, Anwendungs- und Verkaufsingenieuren, Account Managern und Technologieexperten, hilft Kunden dabei, diese wichtigen Entscheidungen frühzeitig im Produktentwicklungsprozess zu treffen, nämlich genau dort, wo die Optimierung des Designs am wichtigsten ist.

Die Weiterentwicklungen in der Hausautomation verändern die Produkte der TE-Kunden aktuell und werden dies auch weiterhin tun. Überlegen wir einmal, wie Thermostate vor 30 Jahren ausgeschaut haben: Sie waren eigentlich thermo-elektrische-mechanische Geräte, die eine bi-metallische Komponente genutzt haben, um die Hitze an- oder auszustellen.

Und heutzutage: Das Innere eines modernen Thermostats beginnt wie ein Mobiltelefon mit neuer Technologie auszusehen, inklusive der Vernetzungs- und Sensorikprodukte von TE. Vernetzte Thermostate beinhalten zum Beispiel mehrere Leiterplatten mit elektronischen Komponenten, passiven Geräten, Sensoren, besonders feinen Steckverbindern und sehr kleinen Wire-to-Board Steckverbindern für winzige Batterie-Backup-Pakete. Das Umschalten und die Steuerung der HVAC-Ausrüstung ist entscheidend, deswegen sind oft flache Relais integriert. Für die Oberfläche werden oft kleine taktile Schalter für die Auswahl- oder Reset-Knöpfe genutzt.

Ein anderes Beispiel: Die allgegenwärtige Steckdose, die im Haus in den Wänden zu finden ist. Diese Technologie, die beinahe 100 Jahre lang kaum verändert wurde, wird jetzt durch eine vernetzte Anschlussdose ersetzt, die Stromrelais, Antennen, Regelschaltung und natürlich eine Reset-Taste enthält. 

Kleinststeckverbinder und -schalter
Durch sein breites Produktportfolio kann TE sehr kleine Steckverbinder und Schalter für die kleinsten Sensorbaugruppen anbieten. Kleinstgrößen sind wichtig: Die Konsumenten wollen, dass ihre Geräte für die Hausautomation so klein und unauffällig wie möglich sind. Das bedeutet, dass die internen Komponenten dieser Geräte verhältnismäßig klein sein müssen, was durch die zusätzlichen Funktionen, die in den Geräten enthalten sind, weiter erschwert wird. So können in Anwesenheitssensoren beispielsweise auch Ambient-Light-Level-Sensoren, Mikrophone oder andere Sensorik- oder Überwachungselemente enthalten sein.

Hochstromfähigkeit
TE bietet außerdem Steckverbinder, Schalter und Schaltrelais für Hochstrom in HVAC-Ausrüstungen und Haushaltsgeräten, die die Vernetzung und Steuerung in einem automatisierten Zuhause ermöglichen. Vernetzte, elektronische Endgeräte verfügen von Natur aus über eine niedrige Netzspannung oder niedrige Leistung. Sie brauchen Relais, die zu einer höheren Netzspannung/Leistung umschalten können, die für Häuser typisch sind. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Kaffeemaschine oder einen Toaster, die in einer vernetzten Steckdose eingesteckt sind, oder einen Heizkesselregler, der mit einem vernetzten Thermostat verdrahtet ist, handeln.

Breite Auswahlmöglichkeiten für Produktdesigner
Das Produktportfolio von TE ist sehr umfangreich. Dies ermöglicht Designern genau das zu finden, was sie für ihre einzigartigen Ideen und Produkte benötigen. Bei fast jedem elektronischen Design werden an einem bestimmten Punkt Steckverbinder und Sensoren benötigt, um Strom und/oder Signale zu übertragen und in oder aus einem Stromkreis hinein oder hinaus zu leiten.

Nachfolgend findet sich eine Auflistung von einigen der Produktfamilien von TE Connectivity, die häufig bei den oben aufgeführten Subsystemen eingesetzt werden.

• Klemmleisten
• Schnellklemmanschluss
• Punktanschlusskontakte (FASTON, PIDG usw.)
• Kleinformatrelais
• Stromrelais
• Daten-I/O-Steckverbinder
• Feine Steckverbinder
• Passive Leiterplattenkomponenten
• Schalter
• Federkontakte
• Integration/Mehrwert-Fähigkeiten
• High-Performance-Kennzeichnungen
• Sensoren

Individuelle Lösungen
Die Ingenieure von TE können mit Kunden zusammenarbeiten, um ein - teilweise oder komplett -kundenspezifisches Design zu entwickeln, das deren Anforderungen entspricht. Der Prozess wird angestoßen, indem mit einem Verkaufs- oder Anwendungsingenieur von TE zusammengearbeitet wird.

Die Ingenieure von TE nutzen die neuesten Metall- und Polymer-Materialien, um ein perfekt passendes Produkt für maßgeschneiderte Anwendungen zu entwickeln. Die Ingenieure können aus einer ganzen Reihe von verschiedenen Herstellungstechnologien auswählen, so zum Beispiel schnellen progressiven Stanzanwendungen, Spritzgussverfahren, einer Vielzahl von Galvanotechniken und automatisierter Montage. Dies hilft dabei, langfristige Produktionsvolumen sicherzustellen - und zwar mit einem Design, das für die Fertigung und die Anwendung der Endkunden optimiert ist.

Drahtlose Innovationen
Entfernte und drahtlose Kommunikation sowie die Steuerung und Überwachung werden zu einem integralen Bestandteil von vernetzten Hausökosystemem. Diese vernetzten Möglichkeiten schaffen Mehrwert, da sie den Konsumenten Zeit und Geld sparen. Außerdem werden sie entscheidend sein, wenn es darum geht, die Nachfrage und die Verbreitung bei Mainstream-Konsumenten voranzutreiben.

TE verändert die Art und Weise, wie Haushaltsgeräte verdrahtet sind, um so ein noch vernetzteres Haushaltsgerät zu entwickeln, das sowohl Konsumenten als auch OEMs zahlreiche Vorteile bringt. Das Haushaltsgeräte-Team von TE hat zum Beispiel ein Produkt entwickelt - ADNEXHA -, das die komplette Punkt-zu-Punkt-Draht-Kabelbaum-Montage, die bei modernen Geräten üblich ist, eliminiert. Dies funktioniert, indem Steuerungen und Strom elektronisch zu allen Bausteinen in einem Haushaltsgerät geleitet werden.

Das Ergebnis ist eine Vernetzung, die informativen Charakter hat. Stellen wir uns Konsumenten vor, die eine Textnachricht von ihrer Waschmaschine erhalten, dass der Waschvorgang beendet ist oder dass das Waschmittel fast aufgebraucht ist. Das ADNEXHA-System ermöglicht es, detaillierte Informationen über ein Haushaltsgerät zurück an die Hauptsteuerung des Geräts zu kommunizieren. Wenn es mit dem WLAN im Haus verbunden ist, kann es Statusupdates an das Mobilgerät des Hausbesitzers schicken.  

Der Bereich der Automation von Geschäftsgebäuden unterscheidet sich von der Hausautomation in zahlreichen Punkten. Das Wachstum hier ist eng mit den Trends beim Bau von Gewerbeimmobilien verbunden. Es fiel in diesem Jahrzehnt recht gering aus, da es von der nachlassenden Dynamik beim Bau von Geschäftsgebäuden in China beeinflusst wurde. Im Bereich der Baukonstruktion gab es daher in einigen Regionen ein Durchschnittswachstum um die 8,5 Prozent und in anderen unter 5 Prozent, wobei das weltweite Wachstum durchschnittlich bei 5,5 Prozent liegt.⁸ Die Wachstumserwartungen für diesen speziellen Markt fallen wesentlich geringer aus als die Prognosen bei der Hausautomation.

Die Gebäudeautomation für Geschäftsgebäude hat mit ersten Pneumatiksteuerungen angefangen und sich zu einem ausgereiften Marktumfeld entwickelt. Die Entwickler dieser Systeme sind über die vormals stark isolierten, getrennten Systeme, die HVAC, Sicherheit/Zugang, Beleuchtung, Gebäudesicherheit und Betriebsanlagensteuerungen kontrollieren, hinausgegangen. Heute nun können diese einzelnen Systeme mittels integrierten Systemsteuerungen untereinander kommunizieren, indem sie eine gemeinsame Sprache nutzen. Dies wird durch moderne serielle Bus-Kommunikation wie BACnet und KNX möglich.

Standardisierung treibt die Entwicklung im gewerblichen Bereich voran
Cloud-Fähigkeiten haben in diesem Markt ein bisher ungekanntes Maß an Management und Steuerung bewirkt. Und sie haben komplexe Heuristiken ermöglicht, die moderne Gebäude wesentlich intelligenter machen als ihre Vorgänger. In den heutigen Systemen für Geschäftsgebäude wurden viele der Bugs und Probleme, die sich jetzt in der Hausautomation zeigen, schon lange durch die in den BACnet- und KNX-Protokollen vorherrschende Standardisierung beseitigt. Die Cloud vereinfacht das Management von mehreren Gebäuden und dient als Datenaggregator für Gebäudemanager, die für mehrere Gebäude verantwortlich sind, ohne dass diese viele Mitarbeiter im IT-Bereich benötigen, um ein dediziertes System zu betreuen.

Beide Systeme haben sich anfangs als fest verdrahtet herausgebildet; mittlerweile jedoch wurden sie um den drahtlosen Bereich erweitert, um in schwer zugänglichen Umgebungen Vernetzung zu ermöglichen. Der überwiegende Teil der Gewerbegebäudesysteme jedoch wird verdrahtet bleiben. Die Gründe hierfür sind die Unkompliziertheit bei der Installation, Wartung und Fehlerdiagnose solcher Systeme.

Ein anderer Faktor für die hohe Zuverlässigkeit von gewerblichen Systemen ist, dass sie alle professionell installiert und entwickelt wurden – in enger Zusammenarbeit des Gebäudearchitekten, Generalunternehmers, Elektroinstallateurs und Niederspannungs-Schalttechnik-Auftragnehmers. In einigen Fällen ist sogar der Besitzer des Gebäudes in den Entscheidungsprozess involviert, denn ein Gebäudebesitzer, der mehrere Anlagen hat, entscheidet sich fast immer für das gleiche System. So hat das Gebäudemanagementpersonal für die Wartung, Steuerung und Fehlerdiagnose ein einheitliches System. Dies führt zu einer starken Markenbindung im Bereich der gewerblichen Steuerung.

Große Nachfrage nach Sensoren
Im Marktumfeld der Geschäftsgebäude ist der Bedarf an Sensoren sogar noch größer. Gebäudemanager müssen wissen, was in ihren Gebäuden vor sich geht. Dazu gehört, wer das Gebäude betritt und wann, wie viel Strom verbraucht wird, wo der Strom verbraucht wird, welche Bereiche des Gebäudes genutzt werden, wie die Temperatur ist, wie einheitlich die Umgebungsbedingungen sind und wie effizient die Betriebsanlagen laufen (funktioniert zum Beispiel ein Lager nicht richtig oder ist ein Filter verstopft).

Zusätzlich zu den Sensoren gibt es viel mehr Aktoren in einem Geschäftsgebäude. Ein zentrales Kontrollsystem kann Messungen von mehreren Luftstromsensoren in einem Gebäude erfassen und Luftstromklappen dynamisch anpassen, um einen gleichmäßigen Luftstrom und ein einheitliches Komfortniveau im ganzen Gebäude sicherzustellen. Aus der Perspektive der Sicherheit: Wenn ein Rauch- oder Feuermelder in einem Teil des Gebäudes ein Feuer meldet, kann das System die Luftklappen dort, wo das Feuer festgestellt wird, komplett schließen, um dem Feuer den Sauerstoff zu entziehen. Gleichzeitig wird die Brandunterdrückungsanlage mit aus der Ferne ausgelösten Ventilen aktiviert.

Die Industrie rund um vernetzte Gebäude besteht aus weltweit agierenden Unternehmen wie Johnson Controls, Honeywell, Siemens, Schneider und United Technologies. Da Systeme dazu neigen, stark verdrahtet zu sein, hat TE einen Marktvorteil, denn das Unternehmen verfügt über eine große Bandbreite von Steckverbinder-Produkten – vor allem im Bereich der Klemmleisten, da es sich hier um die I/O-Anschlussmethode handelt, die in aller Welt genutzt wird.

Auch drahtlose Geräte bieten Möglichkeiten für TE-Produkte. All diese Geräte haben mindestens einen Schalter, mit dem sich die Geräte zurücksetzen und konfigurieren lassen. Viele Geräte nutzen mehrere Schalter vom Typ DIP, um verschiedene Eigenschaften fest in die unterschiedlichen Geräte hinein zu programmieren.

Die starke Fokussierung von TE auf die Fertigung von Betriebsanlagen und Ausrüstungen bedeutet, dass das Unternehmen mehrere Steckverbinder und Sensoren für Heizkessel, Klimaschränke und Klimaanlagen in Geschäftsgebäuden anbietet. Die Steckverbinder, Relais, Schalter und Sensoren von TE sind in zentralen Steuerungseinheiten, Satellitenreglern, verschiedenen Sensoreinheiten und Aktoren zu finden, die von OEMs angeboten werden, die im Markt für Geschäftsgebäude tätig sind.

In Zukunft wird es Gebäude geben, die noch stärker instrumentiert sind. Dabei liegt der Fokus zunehmend auf der Umweltqualität (einschließlich Luft, Komfort, Beleuchtung), um die Effizienz und den Komfort der Bewohner zu steigern. Energieeffizienz wird weiterhin ein wichtiger Markttreiber sein, genauso wie der Trend hin zu Netto-Null-Energie-Gebäuden. Dies verlangt, dass das Gebäude von Grund auf so konzipiert ist, dass der Energieverbrauch minimiert und der Verbrauch von erneuerbaren Energien wie Sonne, Wind und anderen geologischen Quellen maximiert wird. Die Eigenschaften variieren je nachdem, in welcher Klimazone sich das Gebäude befindet. Es kann zum Beispiel die Nutzung von verstellbaren Markisen auf der Südseite eines Gebäudes beinhalten, um so die Fenster abzuschirmen und den Kühlaufwand im Sommer zu minimieren. Möglich ist auch der Einsatz von mehr Dachfenstern und Lichtrohren, um vermehrt natürliche Lichtquellen zu nutzen und so den Verbrauch von Elektrizität für die Beleuchtung zu minimieren.

Ähnlich wie bei der Entwicklung von Hausautomationsgeräten wird Miniaturisierung und Intelligenz ein wichtiger Aspekt bei den Geräten von Geschäftsgebäuden sein. Die jahrelange Erfahrung sowie das breite Produktportfolio bei der Vernetzung von kleinen Konsumentengeräten versetzen das Unternehmen in die Lage, diesem Trend erfolgreich zu begegnen.