Verkabelt oder drahtlos?

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Im Zeitalter der Konnektivität umgeben uns immer mehr vernetzte Geräte, die kabellos miteinander kommunizieren: Fernseher streamen über WLAN, mit Girokarten bezahlen wir per NFC kontaktlos, Handyakkus laden durch Induktion und Thermostate steuern wir aus der Ferne per Smartphone.

Man könnte meinen, die Zukunft ist drahtlos. Doch wie so oft hängt die optimale Lösung vom Anwendungsfall ab, da verkabelte und drahtlose Verbindungen eigene Vorteile besitzen.

Zudem ist zwischen zwei Perspektiven zu unterscheiden: der Kommunikation vernetzter Geräte untereinander und deren Spannungsversorgung. Beides kann jeweils verkabelt oder drahtlos erfolgen. Ein WiFi-Router würde sicherlich von vielen als drahtloses Gerät bezeichnet, da seine ureigene Aufgabe die Verwaltung eines Drahtlos-Netzwerkes ist, aber dennoch verfügt er über eine verkabelte Spannungsversorgung.

Abb.: “Drahtlos” kann die Spannungsversorgung oder die Kommunikation betreffen. Die Kombinationsmöglichkeiten hier am Beispiel der Verbindung eines Wärmeerzeugers mit Raumthermostat

Verkabelungen punkten mit Betriebssicherheit

Eine Drahtlosverbindung reduziert den Installationsaufwand, macht keinen Dreck und ist im Haus unsichtbar. Soweit die wichtigsten und berechtigten Gründe für die steigende Verbreitung der Kommunikation per Funk und WLAN. Insbesondere im Gebäudebestand, wo die Kabelverlegung aufwändig ist, sind drahtlose Verbindungen daher beliebt.

Verkabelte Geräte und Netzwerke bieten jedoch vor allem für die Betriebssicherheit immense Vorteile – besonders für die Heiztechnik als Teil der Gebäudeinfrastruktur ein wichtiger Aspekt. Damit einhergehend können verkabelte Lösungen einige der wesentlichen Herausforderungen vernetzter Heiztechnik abmildern.

Warum gelten Verkabelungen also als robuster?

• Verkabelte Datenkommunikation ist weniger anfällig für physische Unterbrechungen und Störungen. Wände, Betondecken und Metallflächen wie Rohre oder Verteilerschränke stellen im laufenden Betrieb für Kabelverbindungen keine Hindernisse dar. Drahtlose Datenübertragung kann hingegen in ihrer Sendeleistung massiv beeinträchtigt werden.
• Drahtlose Kommunikation kann durch Fremdsysteme auf gleicher Frequenz gestört werden. Diese sind besonders schwer beherrschbar, da sie beispielsweise vom Router des Nachbarn ausgestrahlt werden können. Störungen bleiben daher oft unbemerkt und können sich durch Positionswechsel von Geräten oder Inventar stetig ändern. Sie liegen somit außerhalb der Kontrolle des Installateurs, der aber dennoch im Störungsfall vom Kunden mit der Ursachenforschung betraut wird.
• Verkabelte Datenkommunikation eignet sich besser für größere Reichweiten. Insbesondere in gewerblichen Gebäuden wie Büros oder Hotels sind oft lange Strecken zu bewältigen. Es gibt zwar spezialisierte Funktechnologien für lange Übertragungswege, allerdings sind diese umso teurer durch Einbußen in anderen wichtigen Eigenschaften erkauft. Mit LoRa existiert zum Beispiel ein Funkstandard, der sogar mehrere Kilometer Reichweite ermöglicht, sich dafür aber nur für kleinste Datenmengen eignet und zudem einen eigenen Server erfordert.
• Sie bieten in der Regel höhere Übertragungsraten und geringere Latenzzeiten. Auch hier gibt es spezialisierte Funkstandards wie WLAN, die mit verkabelten Technologien mithalten können, allerdings fallen dafür andere Nachteile wie die Leistungsaufnahme oder die Reichweite umso stärker ins Gewicht.
• Sie kommen meist ohne Gateway aus. Ein Gateway zur Verwaltung eines Drahtlos-Netzwerkes kostet Geld, muss zusätzlich installiert werden und erhöht die technische Komplexität im Fehlerfall.
• Sie verfügen über eine permanente und stabilere Spannungsversorgung, die das Ausfallrisiko senkt (vergleiche z.B. Batterien leer)

Datenraten in der Heiztechnik

Prinzipiell eignet sich die Heiztechnik insofern gut für den Einsatz drahtloser Technologien, dass viele Anwendungsfälle keine hochfrequente Datenübermittlung erfordern.

In einer trägen Fußbodenheizung oder für die Ermittlung des Energieverbrauchs eines Wärmeerzeugers reicht beispielsweise ein 15- bis 30-minütiges Sendeintervall oder bedarfsbasierte Wake-up Calls locker aus. Anders sieht es etwa bei Frischwassersystemen, Funktionen wie der Fenster-Auf-Erkennung oder der Regelung von Heizkörpern aus, die teils sehr schnelle Reaktionszeiten benötigen.

Kurze Übertragungsintervalle können auch sinnvoll sein, um Konfusionsrisiken beim Nutzer gering zu halten. Dieser kann zu Fehlhandlungen verleitet werden, wenn eine bewusste Nutzerhandlung wie das Verstellen eines Parameters, Öffnung eines Fensters o.ä. nicht unmittelbar die erwartete Reaktion hervorruft, weil sich das System zu selten synchronisiert. Oder wenn zwei Displays aufgrund von Datenträgheit widersprüchliche Informationen vermitteln – z.B. App und physisches Gerät, oder zwei Raumthermostate im selben System. Nutzerkonfusion ist wiederum oft Ausgangspunkt fehlgeleiteter Folgehandlungen, die ein dysfunktionales System oder unnötigen Supportaufwand verursachen können.

Versteckte Kosten im After Sales Support

Ein Engpass der Heizungsindustrie ist die Knappheit qualifizierter Montagekapazität. Da manche Heizungsbauer eher ungern an der Elektrik arbeiten, scheint die Verringerung des Verdrahtungsaufwandes besonders attraktiv.

Es wird jedoch oft übersehen: was bei der Verkabelung vereinfacht wird, wird lediglich in die Einrichtung der Drahtlosverbindung verlagert. Die Installation wird somit nicht unbedingt einfacher, sondern eher „anders“.  Da viele SHK-Handwerker sich Stand heute jedoch ebenso wenig als Netzwerktechniker oder IT-Spezialist betätigen möchten, spielt ihnen der vermehrte Einsatz von Drahtloskommunikation nicht wirklich in die Karten.

Im Gegenteil sind Probleme in Funkverbindungen sogar noch weniger greifbar und somit schwerer zu lösen als falsche elektrische Anschlüsse oder Kabelbrüche.

Die Entscheidung für den Einsatz von Drahtloskommunikation kann zwar die richtige sein, es empfiehlt sich jedoch nicht nur die sichtbaren, sondern auch solche versteckten Kosten in die Produktentscheidungen einfließen zu lassen.

Abb.: Kostenbetrachtung von verkabelten und drahtlosen HVAC-Komponenten

Die Tücken der drahtlosen Spannungsversorgung

Batteriebetriebene, vernetzte Produkte kommen vor allem zum Einsatz, um in der Renovierung Strecken minimalinvasiv zu überbrücken oder den Verdrahtungsaufwand zu verringern.

Für die Produktentwicklung bringt das die zusätzliche Herausforderung mit sich, das System für lange Batterielebensdauern optimieren zu müssen – ein kompliziertes Unterfangen, das meist durch Einbußen in anderen Produkteigenschaften erkauft werden muss. Wo die Batterielebensdauer hingegen keine Rolle spielt, besteht in vielen technischen Designentscheidungen keine Notwendigkeit für Kompromisse.

So oder so müssen Batterien regelmäßig getauscht werden. Was bei der Installation an Aufwand und Kosten gespart wird, muss über die Jahre letztlich doch vom Anlagenbetreiber selbst getragen werden – mit dem Unterschied, dass der Handwerker hierfür keine Arbeitsleistung mehr in Rechnung stellen kann.

Sofern die Auftragsbücher des Handwerkers ohnehin prall gefüllt sind und der Hausbewohner keinen Wert auf ein wartungsarmes System legt, fällt diese Betrachtung nicht unbedingt ins Gewicht. Insbesondere im öffentlichen und gewerblichen Bereich erhöht der Einsatz von Batterien jedoch die Wartungskosten und kann somit zum No-Go werden.

Da Batterien zudem Schadstoffe wie Quecksilber, Cadmium und Blei enthalten sowie eine schlechte Energiebilanz aufweisen, ist die höhere Umweltbelastung ein weiterer Aspekt, um ihren übermäßigen Einsatz möglichst zu vermeiden.

Alternativ zur Batterie existieren energieautarke Geräte, wie zum Beispiel einige Heizkörperthermostate, die sich mittels Energy Harvesting selbst speisen. Hierbei werden kleine Mengen elektrischer Energie aus der Umgebungstemperatur oder Luftströmen gewonnen, um drahtlose Geräte mit geringer Leistungsaufnahme zu speisen.

So reizvoll das Prinzip dieser Technologie auch scheint, schraubt sie die Anforderungen an die Optimierung des Eigenverbrauches noch höher als die Batterie und erfordert zudem genügend Umgebungsenergie, aus der sie sich speisen kann. Hinzu kommen die hohen Stückkosten, die einem breiten Einsatz des Energy Harvesting bisher im Wege stehen.

Der Vielfalt von Installationssituationen mit Flexibilität begegnen

Hersteller wollen ihre Systeme in der Regel für ein breites Spektrum von Einbausituationen einsetzbar machen und müssen somit auch die härteren Fälle einplanen.

Sofern die Entscheidung für den Einsatz von Drahtloskommunikation gefallen ist, sollte die Auswahl der richtigen Funktechnologie, der Elektronik und des Produktlayouts daher äußerst sorgfältig erfolgen. Der Entwicklungsaufwand für funkbasierte Produkte ist jedenfalls meist höher als für verkabelte.

Auch wenn sich einige Argumente für den Einsatz von Batterien finden, spricht aufgrund des Ausfallrisikos, laufendem Aufwand und Umweltaspekten vieles für eine verkabelte Spannungsversorgung.

Durch intelligentes Produktdesign lassen sich zudem die Anforderungen an eine verkabelte Installation weiter verringern. Wenn beispielsweise Raumthermostate und -sensoren minimalinvasiv in bestehende Mehrfachschalter zu Licht und Steckdosen zu- oder eingefügt werden können, vereint die kabelgebundene Spannungsversorgung sogar im Gebäudebestand das Beste aus beiden Welten, ohne große Wandschlitze stemmen zu müssen.

Mit Blick auf die Kommunikation der Regelkomponenten untereinander hat eine Kabelverbindung viele technische Vorteile. Drahtloskommunikation über Funk oder WLAN ist jedoch eine hervorragende Alternative, wenn Verkabelungen nicht gangbar sind – beispielsweise in der Renovierung.

Da beide Wege ihre Daseinsberechtigung haben, sollte man für beide auch Lösungen zur Hand zu haben, um für jede Installationssituation flexibel zu sein. Eventuell können drahtlose und verkabelte Produktvarianten sogar so konzipiert werden, dass sie miteinander kombinierbar sind, um Lagerhaltung und Disposition zu vereinfachen.