Prosjekt Leilighet 2.0 – Oversikt over smarthusmarkedet

Smarthus

I 2009 skrev jeg en prosjektoppgave på femte året mitt på NTNU som endte opp med tittelen “Technology and Business Models for Smart Homes”. Jeg fikk da virkelig satt meg inn i et felt som jeg lenge har vært interessert i, nemlig smarthus. Prosjektoppgaven min var ikke bare en del av researcharbeidet til masteroppgaven min om Smarte Kraftnett og AMS, men også et grundig forarbeid for å bestemme meg for hva jeg selv skulle investere i for å gjøre min neste leilighet, og til slutt hus, så intelligent som mulig. Det som virkelig overrasket meg mens jeg skrev oppgaven var hvor fragmentert smarthusmarkedet globalt er, med tanke på hvor langt teknologien har kommet siden de første hjemmeautomasjonsfantastene begynte med mekanisk automatisering av huset sitt tilbake på 1960-tallet. Planen er å loggføre min egen progresjon mot Leilighet 2.0 gjennom teori, innkjøp, bruk og så vurdering for å gjøre det lettere for andre å gjøre det samme. For meg så er hovedmålet å redusere strømforbruket samtidig som jeg er ute etter å øke brukervennligheten av et stort antall gadgets jeg har i leiligheten. Jeg starter altså med første del, oversikt over smarthusmarkedet globalt.

Følger du meg på twitter (@christianhaug), så har du kanskje lagt merke til at jeg er over gjennomsnittet opptatt av miljøet og spesielt energiforbruk. Energiforbruket til husholdninger i Norge nådde en topp på 50 TWh  i 2010 etter flere års gradvis nedgang, mye grunnet en kald vinter (1 TWh = 1 billion watt, store tall ja). Husholdningenes energiforbruk står for ca 20% av det totale energiforbruket i Norge. Av dette er hele 38,5 TWh ren strøm til forbruk [SSB]. Poenget her er at av Norges totale energiproduksjon i 2010 på 124 TWh brukes 31% av dette til oppvarming, belysning og generell strømforbruk i husholdninger i Norge. Dette er et håndfast tall som består av hver og en av vårt sitt daglige forbruk. Det er nettopp her jeg mener at smarthusteknologien har mest å bidra med i forhold til intelligente løsninger som sparer strøm som er unødvendig å bruke i første omgang. At det kommer sammen med fine apps til nettbrett og smarttelefoner som gjør at vi kan styre hele leiligheten eller huset fra sofakroken tar jeg bare som en ekstra bonus!

Leilighet 2.0 som er målet for dette prosjektet er en leilighet hvor ulike teknologier og produkter jobber sammen for å spare strøm, beholde eller øke komfortnivået samt å øke produktiviteten til dens beboere. Leilighet 2.0 er et produkt av synergiene mellom sensornoder, smarte enheter, smarte kommunikasjonsprotokoller og et kommunikasjonsnettverk i leiligheten. De spesialiserte smarthusprotokollene som eksisterer per i dag er avanserte kommunikasjonsprotokoller som tilbyr muligheter som å konfigurere og bruke lokale enheter i leiligheten fra hvor som helst i verden. Det potensielle smarthusmarkedet er enormt og det er mange grunner til at dagens leverandører ikke har klart å få forbrukere til å kjøpe produktene deres selv om muligheten til å leve som Jetsonfamilien er noe de fleste kunne tenke seg. Mangel på støtte fra forbrukerelektronikk på grunn av proprietære kommunikasjonsprotokoller og høye førstegangskostnader er to hovedgrunner til at smarthusteknologiene ikke har oppfylt sitt markedspotensiale. Interoperabilitet og økende fokus på synergier mellom forbrukerelektronikk i husholdningene våre burde derfor være hovedfokus for smarthusleverandørene. Frem til en eksisterende eller kommende standard fremstår som en de facto  standard globalt vil nok smarthusmarkedet fortsatt være et nisjemarked for de med spesiell interesse. Det jeg likevel ønsker å gjøre her er altså å gjøre det uoversiktlige litt mer oversiktlig, samt å komme med egne erfaringer fra mine første spede forsøkt på å skape Leilighet 2.0

En kort oversikt over de ulike protokollene som eksisterer i dag

Ønsker du å gå litt mer i dybden på de ulike protokollene så står det mye mer utfyllende informasjon om det meste jeg kommer til å skrive om her i prosjektoppgaven min. Der har jeg skrevet om følgende smarthusprotokoller: Zigbee, Z-Wave, EnOcean, X10, Insteon, LonWorks, UPB og KNX. Jeg kommer bare til å se på Zigbee og Z-wave nå da disse er både de mest utbredte for leiligheter og hus og de mest lovende.

Zigbee

Zigbee er en trådløs smarthusprotokoll som er fremmet av Zigbee Alliansen. Protokollen er basert på IEE 802.15.4 standarden og har som mål å bruke små energieffektive radioer som ved å være utplassert i ulike enheter i huset lager et lite mesh nettverk som gjør at alle de smarte enhetene kan kommunisere sammen. Zigbee opererer i tre båndbredder, 868 MHz i Europa, 915 MHz i USA og Australia i tillegg til det internasjonale 2,4 GHz båndet. 2,4 GHz båndet gir Zigbee større overføringshastighet enn andre tregere standarder, men gjør også standarden mottakelig for støy fra enheter som benytter seg av de samme frekvensbåndet (Wifi og mikrobølgeovner er eksempler på dette). Siden enhetene bare skrur seg på når det er nødvendig kan batterikapasiteten være ekstremt god, ofte flere år.

Z-Wave

Z-Wave er en veldig lik teknologi som Zigbee sett fra utsiden. Z-Wave er også en protokoll som er laget av en allianse som består av en rekke ulike markedsaktører. Som Zigbee så er ikke Z-Wave en åpen protokoll, men krever at man må samarbeide med alliansen for å få tilgang til detaljert informasjon om protokollen. Mens Zigbee er basert på 802.15.4 standarden så er Z-Wave helt og holdent designet av det danske selskapet Zensys for husholdningsmarkedet, mens Zigbee også kan benyttes i større prosjekter som f.eks hoteller. Dette på grunn av at Z-Wave bare har støtte for 232 noder mot Zigbees potensielle 65 000 per nettverk. På bakgrunn av denne begrensingen har Zensys gjort det mulig å designe den fysiske Z-Wave brikken så liten som mulig. Z-Wave opererer i 915 MHz båndet i USA og Australia og 868 MHz i Europa. Fordelene med å bruke lave frekvensbånd som dette isteden for 2,4 GHz båndet er at dette båndet er mindre trafikkert samt at det er mindre sannsynlighet for interferens.

 

Hvordan henger dette sammen?

Leilighet 2.0 blir ikke noe bedre enn enkeltdelene den består av. Det er mulig å dele de tekniske elementene i en slik leilighet eller hus opp i fire deler:

  1. Overføringsmedium
  2. Kommunikasjonsprotokoller
  3. Smarte enheter
  4. Visuelle grensesnitt

På figuren under fra min prosjektoppgave har jeg laget en oversikt over disse fire delene et smarthus består av og hvordan de ulike nivåene kommuniserer med hverandre og hva de består av. Et smarthus må altså ha noe fra alle fire delene for å fungere optimalt.

Strukturelt design av et smarthus

Figur 1: Strukturelt design av et smarthus

Smarthusstatus per i dag

Ved å bruke teknologi som er tilgjengelig per i dag så er det fint mulig å realisere Leilighet 2.0. I figur 2 under så kan du se et potensielt smarthus og mulighetene dagens eksisterende teknologi gir oss med hyllevareprodukter. Dette er altså teknologier og produkter som jeg ønsker å etterhvert inkludere i min Leilighet 2.0 design.

Smarthus

Figur 2: Smarthusstatus per i dag – Ideer til Leilighet 2.0

 

  1. Gressklipperrobot. Produsenter som Husqvarna eller Friendly Robotics har tilgjengelige modeller som kan dekke opp til 3000 kvadratmeter med hage. I likhet med robotstøvsugeren som jeg allerede har så returnerer disse til basestasjonen sin for å lade seg opp når batteriet nærmer seg tomt.
  2. Robotiserte støvsugere og gulvvaskemaskiner. Her er det kommet flere produsenter de siste årene, men det er stort sett iRobot som har både støvsugere og vaskeroboter. Andre produsenter som Mint og Samsung kommer likevel etter. Samsung kan godt ta over tronen hvis de lanserer selvrensende robotstøvsugere, noe som det ble hintet etter på årets CES messe.
  3. Utendørssensorer kan bli plassert rundt huset for å samle inn en lang rekke data.  Huset kan sikres ved å installere bevegelsessensorer som sier ifra med en gang noen er på ditt område mens værsensorer kan gi deg tilbakemeldinger på været som igjen kan brukes for å justere temperaturen i huset. Sensorer som dette er som regel trådløse.
  4. Automatisk utendørs lyssystem. Automatiske lys kan være det første forsvaret for uønskede inntrengere i f.eks hagen din. Et slikt lyssystem kan også integreres med resten av lysene i huset slik at de kan kontrolleres fra ett sentralt sted.
  5. Vindussensorer. Vindussensorer kan brukes til to ting, sikkerhet og ventilasjon. Har man sensorer på alle vinduer i huset så trenger man ikke bekymre seg for at man har gått fra huset med noe på vidt gap. Sensorene kan også benyttes i sammeheng med f.eks varmeanlegget i leiligheten slik at oppvarmingen skrus av hvis noen åpner et vindu.
  6. Elektrokromiske vinduer. Enda en enhet med flere bruksområder er det elektrokromiske vinduet. Et elektrokromisk vindu er et vindu som har muligheten til å justere sine optiske egenskaper ved å manipuleres med lave spenninger. Dette betyr at når vinduene mottar en lav spenning så kan de endre farge eller mørkne drastisk. Dette kan brukes til både å bedre innemiljøet ved å la vinduene slippe inn lys avhengig av temperatur ute samt å fungere som elektroniske versjoner av gardiner. Energibesparinger på opp til 24% på lys og varme er funnet ved å kombinere ventilasjonsanlegget med slike smarte vinduer.
  7. Intelligente låsemekanismer. Ved å ha en lås som man kan sjekke status på eller kontrollere fra nettbrett eller smarttelefon har man mulighet til å låse opp for folk hvis de skal hente noe hos deg eller bare være trygg på at alle dørene i huset faktisk er låst når man reiser bort. Både Z-Wave og Zigbee har låser ferdige på markedet i dag.
  8. Dørsensorer. Akkurat det samme som vindussensorer. Gir deg muligheten til å få vite når ungene kom hjem fra skolen eller bare tryggheten at alle dørene faktisk er lukket igjen når du reiser bort.
  9. LED kontrollpanel. Får å kunne administrere et smarthus så er det viktig å ha tilgang til smarte kontrollpanel plassert på strategiske steder. Dette kan i de fleste tilfeller erstattes av nettbrett eller smarttelefoner.
  10. Intelligent vaskemaskin. Med tanke på hvor mye vaskemaskiner koster så er ekstrakostnaden med et trådløst nettverksinterface relativt lite. Flere produsenter har lansert vaskemaskiner med innebygget nettverksstøtte, men dette har enda ikke tatt helt av. Fjernstyring på disse enhetene gir deg mulighet til f.eks å sette på en vask som selv aktiveres når strømmen er billigst i løpet av natten. Man har også muligheten til å oppgradere programvaren på en slik enhet for å få nye vaskeprogrammer eller for å optimalisere de allerede eksisterende. [Update] Fikk denne linken til denne modellen fra Samsung som allerede har wifi og appstøtte, nice!
  11. Vekt med nettilgang. Withings er et eksempel på en vekt som er koblet til det trådløse nettet og gjør det mulig å føre statistikk over f.eks vekttap. De har også andre enheter for personlig helse som blodtrykksmåler. Dette gir det muligheten til å gjennomføre enkle sjekker på deg selv som logges og som det kan trekkes statistikk utifra.
  12. Smarte kjøleskap. Kjøleskap har endret seg mye de siste årene. De siste modellene fra produsenter som Samsung, LG eller Izona har nye egenskaper som f.eks oppdeling i ulike rom med ulik temperatur, automatiske antioksidanter, vitaminsprut eller innebygget HDTV. Det er ikke en underdrivelse å si at kjøleskapet fortsatt har mye å gå på for å finne funksjonalitet som vi faktisk trenger, da i tillegg til den åpenbare funksjonen med å holde maten vår kald.. RFID teknologi vil derimot forhåpentligvis gjøre noe med dette og endelig virkeligjøre drømmen om å ha tilgang til all informasjon om hva du har i kjøleskapet enten på en skjerm på utsiden eller på nettbrett eller smarttelefon. Da snakker ikke jeg om hva du har, men metainformasjonen om produktene. Altså når ting går ut, hva du bør kjøpe inn hvis du skal følge den ukentlige matplanen osv. Mulighetene her er enorme.
  13. Hjemmeserver. I mange tilfeller så vil de fleste sitt behov fremover bli dekket av skytjenester som Netflix, Hulu Plus eller Amazon Prime. Det er likevel fortsatt ikke mulig å se på de enorme mengdene media som vi selv tar opp, video, bilder osv på en god måte fra skyen. Det er derfor fortsatt veldig greit å ha en hjemmeserver eller en NAS-boks. En hjemmeserver er nok for de litt mer avanserte, noe jeg har beskrevet i min guide til å bygge hjemmeserver. En NAS boks er likevel noe som er så enkelt at de fleste burde ha det. Den gir sikker backup og mulighet til å streame media til alle enheter i huset.
  14. Tynne klienter. For å spare strøm kan man installere tynne klienter rundt om i huset. Dette krever en sentral server, men gjør også at man slipper å bytte ut utstyr så veldig ofte.
  15. Mediastreamer. Jeg kjører selv Apple TV2 med mulighet til å streame fra Netflix eller fra Itunes Store. Dette er et svært begrenset produkt, men det kommer til å komme produkter på markedet som gjør det mulig å streame fra andre tjenester som Hulu Plus, Amazon Prime osv med samme hardwarekvalitet som Apple er kjent for. Andre eksempler på streamingbokser som dette er Roku og Boxee Box.
  16. Multirommusikk. Her finnes det allerede geniale produkter som Sonos. Jeg har allerede investert i Sonos Play 5 og synes den er helt genial. Det er svært enkelt å utvide systemet til flere enheter som du kan styre hver for seg eller sammen som et stort musikkanlegg. Andre liknende systemer er Logitech Squeezebox eller Apple Airplay.
  17. Universalfjernkontroll. En universalfjernkontroll er en fjernkontroll som kan styre en lan rekke enheter som TVer, Blue-Ray spillere, konsollspill eller generelle smarthusenheter. Logitech sin Harmony serie er nok den mest avanserte av de der ute, men du har også andre typer utstyr som f.eks Squareconnect sin SQBlaster som er en IR-blaster som kommuniserer med nettbrett og smarttelefon over wifi. SQBlasteren er også kompatibel med Z-wave produkter gjennom MiOS plattformen til gatewayprodusent MiCasaVerde.

I neste innlegg skal jeg forsøke å konkretisere mine egne planer for Leilighet 2.0 og ta en titt på utstyret som jeg håper vil realisere det.