KNX

Technische Grundlagen

In herkömmlichen Elektroinstallationen sind die Steuerfunktionen mit der Energieverteilung fest verbunden und erfolgen mittels Parallel- oder Reihenschaltung. Nachträgliche Schaltungsänderungen sind daher schwierig umzusetzen. Auch übergeordnete Steuerfunktionen wie ein zentrales Schalten aller Beleuchtungsstromkreise in einem Gebäude können nur mit hohem Aufwand realisiert werden.

KNX trennt die Gerätesteuerung und die Stromversorgung voneinander auf zwei Netze, das Stromnetz zur Stromversorgung mit Wechselspannung und das Steuerungsnetz (=KNX-Bus) mit 29 V Gleichspannung. Beide Netze können unabhängig voneinander oder parallel im Haus verlegt werden. Es existiert auch eine Powernet-Variante, bei der die Steuersignale über ein phasengekoppeltes Stromnetz gesendet werden. Powernet-KNX ist in erster Linie für die nachträgliche Installation gedacht. Es können gemeinhin alle Geräte über den Bus miteinander verbunden werden und so Daten austauschen. Die Funktion der einzelnen Busteilnehmer wird durch ihre Programmierung bestimmt, die jederzeit verändert und angepasst werden kann.

Die Geräte unterschiedlicher Hersteller können dabei uneingeschränkt miteinander in einem System eingesetzt werden, sofern sie die entsprechende Zertifizierung durch die KNX Association besitzen.

Vorteile von KNX-Netzen

Mit der KNX-Technik kann jede Art von elektrischem Verbraucher einfach und zeitnah bedient werden. Durch Neuprogrammierung kann jeder Anschluss umdefiniert werden. So kann etwa ein Schalter, der vorher noch zum Anschalten einer Deckenleuchte bestimmt war, innerhalb kurzer Zeit zum Einschalten der Gartenbewässerung umprogrammiert werden. Ebenso kann jede KNX-Installation verschiedene Sensordaten abfragen. Beispielsweise können die Daten des Windmessers genutzt werden, um Jalousien oder Markisen einzufahren oder Fenster und Türen bei einer bestimmten Windstärke automatisch zu schließen. Welche Aktionen erfolgen sollen, lässt sich dabei durch Programmierung der Anlage flexibel festlegen. Dabei können auch verschiedene Gewerke miteinander verbunden werden. Heizung, Belüftung, Alarmanlage, Jalousie bzw. Beschattungsanlagen, Beleuchtung und Wetterstation können so über ein einheitliches Netz kommunizieren und selbständig auf sich verändernde Umweltbedingungen reagieren. Zusätzlich ist es möglich über Gateways weitere Gewerke einzubinden.

Nachteile von KNX

Im Vergleich zur herkömmlichen Elektroinstallation ergeben sich höhere Anschaffungskosten durch einen vergrößerten Verkabelungsbedarf, welcher mehr Platz in den Installationszonen beansprucht. Daneben sind größere Verteiler notwendig, um die Koppler bzw. die Stromversorgung des Busses aufzunehmen. Ebenso müssen die Aktoren und Sensoren platziert und in der Regel auch verdeckt werden. Es können sich Kostenvorteile ergeben,

wenn verschiedene Gewerke (Heizung, Lüftung, Sanitär, Elektro usw.) miteinander kombiniert werden, da auf andere Regelungen verzichtet werden kann. Eine Signalübertragung von Kameras, Sprechanlagen, Multiroom-Systemen u. ä. ist wegen der geringen Datenrate von KNX nicht möglich. Im Idealfall hat jeder Raum nur eine Zu- und Busleitung, wobei dann erst im Raum auf einzelne Verbraucher verteilt wird. Die Anschaffungskosten für KNX-fähige Sensoren (Taster, Schalter) sind in der Regel wesentlich höher als die rein elektrisch schaltenden herkömmlichen Schalter. Bezüglich der Kostengestaltung und zum Vertriebsweg heißt es in der Literatur: „So werden häufig Geräte des KNX/EIB, verglichen zwischen verschiedenen Herstellern, zu gleich hohen Preisen vertrieben, die Kosten von ca. 370 Euro zuzüglich Mehrwertsteuer für eine Spannungsversorgung, die lediglich einen Transformator und wenige elektronische Bauelemente enthält, ist viel zu hoch und angesichts einer Marktverfügbarkeit von mehr als 20 Jahren kaum zu rechtfertigen.“ ^[3].

Einer möglichen Energieeinsparung durch die zentrale Steuerung steht der eigene Stromverbrauch des KNX-Busses gegenüber. Pro Aktor oder Sensor ist mit 5 bis 8 mA Strombedarf zu rechnen. Daher sollten Aktoren und Sensoren mit möglichst hoher Portdichte verwendet werden. Damit wird der anteilige Stromverbrauch pro geschalteter oder überwachter Funktion gesenkt. Gleichzeitig sind bei großer Portdichte die anteiligen Kosten am Businterface niedriger, der Preis pro Port also geringer. Mit der Verbreitung von Energiesparleuchten sinkt das Potential der Energieeinsparung durch automatische Lichtschaltfunktionen (Präsenzmelder).

In der Fachliteratur werden wiederholt Zweifel über die Zukunftsfähigkeit des Systems laut, wobei der Autor insbesondere auch die geringe wirtschaftliche Ertragsmöglichkeiten der Hersteller sieht.^[4] Zudem führt der Autor an, dass sich parallel zum KNX-Bus parallele Bussysteme (DALI, DMX) entwickeln, die mit spezialisierten Protokollen Teilaufgaben (LED-Licht, Motoren für Beschattungen u. ä.) schneller und genauer kontrollieren können.

Die Daten werden im KNX-Bus unverschlüsselt übertragen. Insbesondere Bus-Leitungen, die aus der gesicherten Gebäudehülle ins Freie führen (z. B. Außenschalter), stellen ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar. Die KNX Association hat hierauf reagiert, wobei entsprechend ausgerüstete Produkte bislang kaum erhältlich sind und der Anteil an den verbauten Komponenten unter 0,1 % liegt.^[5]

Beispiele für die Verwendung von KNX

Beispiel „Einschalten einer Deckenleuchte“

In der Regel wird der Befehl, die Deckenleuchte einzuschalten, durch einen „normalen“ Lichtschalter erteilt. Eine Person drückt den Schalter, und das Licht geht an. Der Anschalt-Befehl kann jedoch auch kumulativ über Sensoren erfolgen. Ein Lichtsensor misst zum Beispiel bei Abenddämmerung, dass die Lichtintensität im Raum abnimmt. Daher erteilt er den Befehl an die Deckenleuchte zum Einschalten. Ebenso könnte er jedoch in der Dämmerung kontinuierlich die Deckenleuchte immer heller werden lassen. Wenn die Sonne vollständig untergegangen ist, leuchtet die Leuchte mit maximaler Helligkeit. Mit dieser kontinuierlichen Dimmung wird das Zimmer dann konstant hell gehalten. Befinden sich mehrere Deckenleuchten im Raum, so können verschiedene Beleuchtungsszenarien programmiert werden, sofern jede einzelne Deckenleuchte separat über Aktoren angeschlossen wurde. Auch diese können dann über einen regulären Schalter eingeschaltet werden. Über einen Zentral-Computer lassen sich auf diesen Schalter im Raum beliebige Beleuchtungsarten programmieren, da sich dann jede einzelne Leuchte ansteuern lässt.

Beispiel „Öffnen/Schließen von Fenstern“

In einem Raum befinden sich drei Fenster. Diese haben einen automatischen Öffnen/Schließen-Mechanismus. Über einen im Raum montierten Schalter kann jedes beliebige Fenster oder alle gemeinsam auf Tastendruck geöffnet werden. Zusätzlich kann in dem Raum ein Luftgüte-Sensor installiert werden. Ist in diesem Raum schlechte/stickige Luft, so wird eines oder alle Fenster automatisch geöffnet und der Raum wird durchgelüftet. Danach werden die Fenster wieder automatisch geschlossen. Daneben kann dies mit einem Regensensor kombiniert werden. Registriert der Regensensor im Außenbereich Regen, so kann über das EIB-Netz der Befehl erteilt werden, alle Fenster zu schließen.

Unproblematisch können diese Funktionen auch mit anderen Systemen (=Gewerken) kombiniert werden.

Denkbar ist eine Koppelung mit der Schließanlage. Wird die Haustür abgeschlossen, so werden alle noch offenen Fenster in dem Haus automatisch geschlossen.

Denkbar ist auch eine Kombination mit einem Erdgas-Sensor. Tritt Erdgas aus einer Erdgas-Leitung aus und konzentriert sich etwa im Aufstellungsraum der Heizung, so kann dies ein Erdgas-Sensor registrieren. Automatisch werden dann alle relevanten Fenster geöffnet, damit sich das Erdgas verflüchtigt. Damit wird eine Gas-Explosion verhindert. Zusätzlich kann ein elektrischer steuerbarer Verschluss die Erdgas-Hauptleitung verschließen, damit kein weiteres Gas in den Raum nachfließt.

Zusammenfassung

Mittels KNX lassen sich

• Beleuchtung
• Beschattung
• Heizung
• Klima
• Lüftung
• Alarm
• Information
• Fernzugriff (über Handy, Smartphone, Telefon, Internet)
• Zentrales Steuern des Hauses

integriert zusammenschalten.