Componenti smart home: I cinque elementi costitutivi e come funziona una smart home

In una casa KNX si preme l'interruttore della luce nel corridoio e un relè scatta nel quadro di distribuzione in cantina. Solo allora la luce si accende. L'interruttore in sé non ha commutato nulla.

Tutto ciò che definisce una smart home avviene lungo il percorso tra questi due punti. Chi sta progettando una casa o vuole aggiornarla sente parlare soprattutto di nomi di prodotti per quanto riguarda i componenti smart home: KNX, Hue, Home Assistant, FRITZ!Box. Quale compito svolga ciascuna parte rimane solitamente poco chiaro. Qui ordiniamo i componenti in base al loro ruolo. Dopodiché saprete quali cinque compiti devono essere svolti in una smart home e quali dispositivi servono alla vostra casa.

I punti chiave in breve

• Una smart home è composta da cinque elementi: i sensori rilevano, una logica decide, gli attuatori commutano, un canale di trasmissione collega tutti e tre. Sopra a tutto si trova il sistema di controllo.
• Tecnicamente, l'interruttore della luce è un sensore. Segnala la pressione di un tasto, mentre l'attuatore accende la luce.
• Ogni smart home ha bisogno di una logica, ma non tutte di una centralina. Nel caso di KNX, la logica può risiedere nei dispositivi stessi. Tuttavia, un server è utile nella maggior parte delle case perché gestisce automazioni, app e dispositivi di terze parti.
• Un bridge traduce tra due protocolli, un server prende decisioni. In commercio, entrambi vengono spesso chiamati "hub" o "centrale".
• Un pannello touch serve per il controllo, non è una centralina. Le automazioni con condizioni vanno affidate a un server nella domotica.

Come funziona una smart home?

Una smart home funziona in tre fasi.

1. I sensori rilevano ciò che accade in casa: ad esempio la temperatura ambiente o la pressione di un tasto.
2. Una logica decide cosa fare di conseguenza.
3. Gli attuatori mettono in pratica l'azione: accendono la luce, abbassano le tapparelle o regolano il riscaldamento.

Tutti e tre sono collegati tramite un canale di trasmissione, via cavo o via radio.

Un esempio è il riscaldamento. L'impostazione è 21 °C, il sensore misura 19,5 °C. La logica riconosce che fa troppo freddo e invia all'attuatore il comando di aprire la valvole del riscaldamento. Dopodiché il sensore continua a misurare. Una volta raggiunti i 21 °C, la logica invia all'attuatore il comando di chiudere nuovamente la valvola. In questo modo la casa mantiene la temperatura senza che nessuno debba intervenire.

Sopra questo processo si trova il comando. Tramite pulsante, app o pannello touch è possibile vedere cosa succede in casa e intervenire se l'automazione non fa esattamente ciò che si desidera in quel momento. Anche il comando utilizza la stessa via di trasmissione degli altri dispositivi.

Per la pianificazione, due di questi aspetti sono particolarmente rilevanti. La via di trasmissione determina se è necessario posare dei cavi. Il comando determina come ci si rapporta quotidianamente con la casa.

Sensori: ciò che la Smart Home percepisce

Un sensore misura qualcosa e trasmette il valore. Di per sé non aziona nulla. Di quali sensori ha bisogno una casa dipende da ciò che deve avvenire automaticamente. La tabella mostra esempi comuni.

Anche i sensori ricevono informazioni. Un termostato ambiente a parete segnala la temperatura misurata e il valore impostato. Allo stesso tempo, indica se è in corso il riscaldamento o se c'è una finestra aperta nella stanza. Questa informazione viene ricevuta da altri dispositivi. Nel sistema KNX spesso regola anche autonomamente, agendo quindi sia come sensore che come logica. Non è un attuatore perché non commuta nulla in prima persona.

Attuatori: ciò che commuta nella Smart Home

Un attuatore converte un comando in corrente o in movimento. Al suo interno si trova solitamente un relè, un dimmer o un comando motore. Tipici attuatori nella Smart Home:

• Attuatore di commutazione: accende e spegne luci, prese o pompe
• Attuatore dimmer: regola la luminosità delle luci
• Attuatore per tapparelle o persiane: movimenta la tenda e regola le lamelle
• Attuatore per riscaldamento con servomotore: apre e chiude la valvole di un circuito di riscaldamento
• Presa intelligente: un attuatore di commutazione da inserire nella presa
• Controllo attuatori: per serratura motorizzata, porta del garage o attuatore per finestre

La posizione di un attuatore dipende dal sistema. Con KNX, la maggior parte degli attuatori sono dispositivi componibili per guida DIN situati nel quadro elettrico, da cui partono i cavi per lampade e motori. Nei sistemi wireless, l'attributo è spesso integrato direttamente nel dispositivo finale. Una lampada Hue, ad esempio, è un ricevitore radio, un attuatore e una sorgente luminosa in un unico elemento.

Differenza tra attuatori e sensori

Un sensore rileva qualcosa e lo segnala, come la temperatura o se una finestra è aperta. Un attuatore esegue un comando e commuta direttamente qualcosa, come la luce o la tenda. I sensori si trovano nella stanza nel punto in cui viene effettuata la misurazione.

Come verifica, ci si può chiedere se il dispositivo commuta o muove direttamente qualcosa. In tal caso, si tratta di un attuatore. Se si limita a segnalare o mostrare qualcosa, è un sensore. Alcuni dispositivi contengono entrambe le funzioni nello stesso involucro. Ai fini della progettazione, ciascuna funzione viene considerata singolarmente.

Secondo questa regola, anche l'interruttore della luce nella smart home è un sensore. Esso segnala solo la pressione del tasto, mentre la luce viene commutata dall'attuatore nel quadro elettrico. Produttori come Gira o Jung definiscono pertanto i loro pulsanti KNX come sensori a tasto.

Canale di trasmissione: cavo, radio e il linguaggio intermedio

Affinché sensori, logica e attuatori possano comunicare tra loro, sono necessari due elementi. Il mezzo è il percorso fisico, ovvero un cavo o una frequenza radio. Il protocollo è il linguaggio con cui i dispositivi comunicano lungo questo percorso. KNX, ad esempio, è un protocollo che può viaggiare su un cavo bus dedicato, via radio o tramite la rete.

Il cavo bus KNX trasmette 9.600 bit al secondo. Questo è sufficiente per i comandi di commutazione e i valori misurati. Le immagini delle telecamere, la musica e il sistema citofonico passano quindi attraverso la rete.

Il nome Matter viene spesso menzionato in questo contesto. Zigbee porta con sé la propria rete wireless e il proprio linguaggio. Matter è solo il linguaggio. Apple, Google, Amazon e molti produttori di dispositivi lo hanno definito insieme in modo che i dispositivi di marche diverse possano funzionare nella stessa app o centrale senza un bridge specifico del produttore. È quindi ancora necessaria una centrale. Matter viene trasmesso tramite reti già esistenti: Wi-Fi, Ethernet o Thread. Thread è una rete wireless a basso consumo, simile a Zigbee, e viene collegata alla rete domestica tramite un cosiddetto border router.

Cavo o wireless?

Negli edifici nuovi consigliamo i cavi, solitamente con KNX. Tutto ciò che viene aggiunto in seguito o che non può essere cablato viene integrato via radio, idealmente con lo stesso standard. KNX RF è più costoso dei comuni sistemi radio, ma in cambio l'elettricista programma tutto nello stesso software, l'ETS, e non deve gestire un secondo standard. Negli interventi di ristrutturazione su edifici esistenti, Zigbee è spesso la scelta più pratica.

Logica: dove la smart home prende decisioni

Troppo freddo, quindi aprire la valvola. Questa decisione deve essere presa da qualche parte in ogni smart home. Perciò ogni sistema ha bisogno di una logica. Tuttavia, il luogo in cui essa risiede varia: può trovarsi all'interno dei dispositivi stessi oppure girare su un computer dedicato, il server.

Ogni smart home ha bisogno di una centralina?

Non necessariamente. Con KNX la logica è integrata nei dispositivi. Durante la messa in servizio, l'elettricista stabilisce nel software quale pulsante aziona quale attuatore. Quando si preme il pulsante, questo invia un telegramma, ovvero un breve messaggio come "luce corridoio accesa", sul bus. L'attuatore riconosce che il messaggio è rivolto a lui e commuta.

Anche il riscaldamento in KNX viene spesso regolato senza server. Il termostato a parete misura la temperatura, la confronta con il valore desiderato e invia la posizione della valvola direttamente all'attuatore di riscaldamento. Sensore e logica si trovano qui nello stesso dispositivo.

Un impianto KNX può fare a meno di un server se deve principalmente commutare, regolare l'intensità (dimmerare), movimentare le tapparelle e riscaldare, rispettivamente tramite pulsanti o con temporizzazione tramite un timer KNX. Nella maggior parte delle case, tuttavia, un server è utile. Gestisce automazioni con condizioni, l'accesso tramite app, una visualizzazione (ovvero un'interfaccia che mostra tutti gli impianti insieme) e i dispositivi che non parlano KNX.

Altri sistemi hanno una struttura centralizzata. In Loxone la logica gira nel Miniserver, in Home Assistant sul computer in cui è installato il software. Questo rende la programmazione chiara, perché tutto si trova in un unico punto. Se il server si ferma, però, si fermano anche tutte le funzioni che passano attraverso di esso.

Nei nuovi edifici si ricorre quindi spesso a una combinazione di entrambi. Luce, tapparelle e riscaldamento funzionano direttamente tramite KNX. Un server come Home Assistant si posiziona al di sopra, gestisce le automazioni e integra dispositivi di altri produttori. Se il server si guasta, pulsanti, luci e riscaldamento continuano a funzionare.

Bridge o server: tradurre o decidere

Il settore commerciale usa "centrale", "gateway", "bridge", "hub" e "server" quasi indifferentemente. Dietro ci sono due compiti diversi: tradurre e decidere.

Ciò che viene venduto nei negozi come hub o centrale smart home di solito svolge entrambe le funzioni in un unico dispositivo, ma solo per un sistema radio. La Hue Bridge, ad esempio, traduce lo Zigbee nella rete domestica ed esegue contemporaneamente pianificazioni e regole per i sensori di movimento, ma solo per i dispositivi Hue.

Un server può, ad esempio, collegare un rilevatore di movimento Zigbee alla luce del corridoio KNX. Se il rilevatore si attiva dopo le 22:00, la luce si accende solo al 20%. Un semplice bridge non può farlo, si limita a inoltrare ciò che riceve. Un hub può farlo solo all'interno del proprio sistema.

Come interagiscono tra loro

Un esempio tratto da una di queste case. Un rilevatore di movimento Zigbee presso la casetta da giardino segnala il movimento a una chiavetta radio Zigbee sul server. Il software Zigbee2MQTT trasforma questo segnale in un messaggio MQTT. Con questo protocollo leggero, i dispositivi inviano messaggi relativi a un argomento come "giardino/movimento" a un intermediario, il broker. Quest'ultimo li distribuisce immediatamente a tutti coloro che si sono abbonati all'argomento. Home Assistant riceve il messaggio, verifica se è buio e invia un telegramma sul bus tramite l'interfaccia IP KNX. Un attuatore di commutazione nel quadro di distribuzione accende l'illuminazione esterna.

Zigbee2MQTT e l'interfaccia IP KNX fanno solo da traduttori, la decisione è stata presa unicamente da Home Assistant. Tutti i sistemi coinvolti si incontrano nella rete domestica.

Il server stesso fa parte della tecnica degli edifici. Di solito si tratta di un computer piccolo e a basso consumo nel locale tecnico, che funziona 24 ore su 24 e non fa nient'altro. Le automazioni che devono funzionare in modo affidabile per anni non devono trovarsi su un pannello touch o su un PC da ufficio che installa aggiornamenti in background e si riavvia per farlo.

Comandi: Pulsante, app, tablet, pannello touch, voce

Molte cose nella smart house funzionano senza bisogno di comandi. Se vi alzate di notte, il rilevatore di movimento accende la luce del corridoio in modo attenuato e contemporaneamente quella del bagno, senza che dobbiate cercare un interruttore. Questa automazione viene eseguita nei dispositivi o sul server, indipendentemente dal fatto che qualcuno stia guardando un'interfaccia.

Il controllo ha altri compiti. Intervenite quando il sistema automatico non può sapere cosa volete in quel momento, ad esempio una luce più intensa per leggere. Vedete cosa succede in casa. E configurate o modificate lì scenari e automazioni, ad esempio nell'interfaccia di Home Assistant o nell'app Loxone. Con KNX l'elettricista definisce le funzioni di base, ma orari e scenari possono essere adattati autonomamente in molte visualizzazioni.

Ciò che configurate viene salvato ed eseguito sul server o nei dispositivi. I comandi sono solo l'accesso ad essi. Se sono spenti, le automazioni continuano a girare.

La tabella mostra quale forma è adatta a quale scopo.

Tecnicamente, un pannello tattile è esso stesso un sensore, solo con uno schermo. Registra i tuoi input, invia comandi e mostra cosa succede in casa. Altri dispositivi decidono e commutano. Un pannello tattile è quindi per la visualizzazione e il comando, non una centrale. Configurazioni e automazioni si impostano direttamente sulla parete, senza laptop, ma vengono comunque eseguite sul server.

Nella vita di tutti i giorni, un pannello tattile mostra soprattutto ciò che cambia: chi è alla porta, cosa vede la telecamera del carport, cosa l' impianto fotovoltaico sta attualmente fornendo e quanto sta consumando la casa, quanto è stata fredda la notte. In più avvisi prima che qualcosa vada storto, ad esempio se una finestra è ancora aperta quando si lascia la casa. Se suona il campanello, il pannello tattile si attiva senza che nessuno debba cercarlo o sbloccarlo. La temperatura ambiente, invece, viene regolata quotidianamente da pochissime persone se il sistema automatico funziona.

Per questo ruolo HomeCockpit realizza i suoi pannelli tattili. Sono collegati via cavo alla rete domestica e tramite essa accedono alla domotica. Quale sistema sia in funzione non ha importanza. I pannelli tattili funzionano indipendentemente dal produttore con i sistemi di controllo edifici di Gira, Jung, Berker, Hager, WAGO, Loxone, IP-Symcon, LCN e altri fornitori. La logica rimane nei dispositivi o sul server.

Di quali componenti smart home ho bisogno?

Quali componenti inserire nella lista dipende principalmente dal fatto che si tratti di una nuova costruzione o di una ristrutturazione. La tabella mostra la dotazione tipica per ogni attività.

Quattro punti per la pianificazione:

1. Definisci prima il canale di trasmissione. Esso determina quali sensori e attuatori possono essere presi in considerazione. Un cavo mancante in una casa finita può essere aggiunto solo con grande sforzo.
2. Fai arrivare i cavi di rete in ogni punto in cui potrebbe essere installato un pannello touch. Anche se il pannello touch arriverà solo tra qualche anno.
3. Pianifica il server come dispositivo separato nell'impianto tecnico, non sul pannello touch o su un portatile.
4. Attieniti a un unico standard radio, se possibile. Ognuno in più porta con sé un proprio bridge e spesso una propria app.

Cavi, quadri e programmazione vengono pianificati alla fine dall'elettricista. Con questo elenco sai di cosa parlare con lui.

Conclusione: pianificare i componenti smart home in base al loro compito

Ordina il tuo elenco per compiti anziché per marche. In questo modo vedrai subito cosa manca e cosa è doppio. Nelle nuove costruzioni la pianificazione inizia con il cavo, nel retrofit con lo standard radio. Pianifichi il pannello touch come punto di comando e il server come dispositivo separato nell'impianto tecnico.

Domande frequenti sui componenti smart home

Cosa serve per una smart home? Sensori che rilevano qualcosa, una logica che decide, attuatori che commutano e un canale di trasmissione via cavo o radio. A ciò si aggiunge un comando, ad esempio pulsanti, app o pannello touch. Nei sistemi radio la logica risiede solitamente su una centrale, mentre nel KNX può trovarsi direttamente nei dispositivi. Un server è tuttavia utile anche in questo caso per automazioni, app e visualizzazione.

Wireless o cablato in una nuova costruzione? In una nuova costruzione, il cablaggio è la scelta più affidabile. Non ci sono zone d'ombra né batterie, e il sistema è più difficile da raggiungere dall'esterno. Il wireless è ideale per integrazioni che non possono essere cablate, preferibilmente con lo standard del resto dell'impianto, quindi KNX RF nel caso di KNX.

È possibile installare una smart home in un edificio esistente? Sì, solitamente tramite wireless. Spine intelligenti, attuatori radio dietro interruttori esistenti e sensori a batteria non richiedono nuovi cavi. Un sistema cablato come KNX vale la pena in edifici esistenti soprattutto se sono comunque in corso lavori di ristrutturazione e le pareti sono aperte.

Chi pianifica e installa una smart home? Di norma un elettricista con esperienza nel sistema scelto, per KNX un'azienda specializzata KNX o un system integrator. Pianifica cavi e quadri di distribuzione, installa i componenti e programma l'impianto. Molti residenti configurano autonomamente spine intelligenti e sensori a batteria. Gli attuatori radio dietro l'interruttore sono collegati alla rete a 230 volt e devono essere gestiti da un elettricista.

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