KNX

KNX ist der offene Standard für die Gebäudeautomation: Taster, Sensoren und Aktoren für Licht, Beschattung, Heizung und weitere Gewerke hängen am selben Bus und verstehen dieselbe Sprache — unabhängig davon, von welchem Hersteller sie stammen. Für die Planung ist die wichtigste Eigenschaft dieselbe wie bei jedem Standard: Man kauft kein KNX, man prüft am Gerät, ob es KNX-zertifiziert ist. Die eigentliche Entscheidung fällt eine Ebene früher — für ein Verfahren, das keinem einzelnen Unternehmen gehört und deshalb länger lebt als jede Gerätegeneration darin.

Das zugrunde liegende Problem

Ein Gebäude lebt Jahrzehnte, seine Technik nicht. Wer Licht, Beschattung und Heizung automatisiert, verlegt Leitungen in Wände, die danach verputzt werden — und bindet sich mit jeder dieser Leitungen an das System, das darüber spricht. Bei einem herstellergebundenen Steuerbus gehört diese Sprache einem Unternehmen: Was am Strang hängt, kommt von diesem Anbieter, und die Änderbarkeit der Anlage hängt an seiner Modellpolitik und seinen Fachpartnerprogrammen.

Genau dieses Problem sollte ein gemeinsamer Standard lösen, und die Geschichte erklärt die heutige Verbreitung: Anfang der 1990er konkurrierten in Europa drei Bussysteme — der EIB im deutschsprachigen und nordischen Raum, BatiBUS in Frankreich, Italien und Spanien, EHS bei den Herstellern von Haushaltsgeräten. 1997 beschlossen die drei Trägerorganisationen den Zusammenschluss; die daraus entstandene KNX Association mit Sitz bei Brüssel veröffentlichte 2002 die erste KNX-Spezifikation, aufbauend auf dem EIB und ergänzt um Verfahren der beiden anderen. Seither ist KNX europäisch genormt (EN 50090, ratifiziert 2003) und seit November 2006 internationaler Standard (ISO/IEC 14543-3) mit allen vier Übertragungswegen. Ein bestehender EIB-Bus ist deshalb kein Fremdkörper, sondern der direkte Vorläufer — wie weit sich eine konkrete Bestandsanlage aus den 1990ern mit heutigen KNX-Geräten erweitern lässt, bleibt trotzdem eine Einzelfallprüfung am Gerätebestand.

Heute führen mehr als 500 Hersteller über 8000 zertifizierte Produkte. Diese Breite ist das eigentliche Argument: Sie bedeutet Wettbewerb bei jedem einzelnen Bauteil und einen Markt an Fachbetrieben, der nicht an einen Anbieter gebunden ist.

Funktionsweise

Eine Leitung versorgt und verbindet. Die klassische KNX-Buslinie (KNX TP, Twisted Pair) führt Versorgungsspannung und Daten in derselben Leitung: Ein Netzteil speist 30 V Gleichspannung ein, die Telegramme liegen als Wechselspannung darüber. Jedes Busgerät braucht mindestens 21 V an seinen Klemmen und belastet den Bus mit bis zu 200 mW; ein übliches Netzteil mit 640 mA versorgt damit eine voll bestückte Linie von 64 Geräten. Der Bus ist ein Sicherheitskleinspannungsnetz (SELV), wird nicht geerdet und bleibt von Netzleitungen getrennt — einzelne Adern brauchen 4 mm Abstand oder eine zusätzliche Isolierung.

Die Geräte reden direkt miteinander. KNX kennt keinen Zentralrechner, der jede Handlung vermittelt. Ein Taster sendet sein Telegramm an eine Gruppenadresse, und jeder Aktor, der auf diese Adresse hört, führt aus — die Logik steckt in der Parametrierung der Geräte selbst. Fällt ein einzelnes Gerät aus, fällt seine Funktion aus, nicht das Haus. Welche Geräte auf welche Adressen hören, legt die Software ETS fest, das zentrale Inbetriebnahme-Werkzeug der KNX Association: ein Programm für die Produkte aller Hersteller, und damit das Gegenstück zu den herstellergebundenen Konfigurationswerkzeugen der proprietären Welt.

Die Topologie wächst in Linien und Bereichen. Eine Linie ist der Grundbaustein: höchstens 64 Geräte, insgesamt bis 1000 m Kabellänge, höchstens 700 m zwischen zwei Geräten, die miteinander reden, und höchstens 350 m zwischen Netzteil und Gerät. Bis zu 15 Linien verbindet eine Hauptlinie über Linienkoppler zu einem Bereich, bis zu 15 Bereiche verbindet eine Bereichslinie — in großen Projekten übernimmt oft ein IP-Router die Kopplerrolle, dann ist das Hausnetz das Rückgrat zwischen den Linien. Für ein Einfamilienhaus reicht häufig eine einzige Linie; die KNX-Planungsrichtlinie empfiehlt trotzdem Reserve, im Wohnbau höchstens 90 Prozent Auslastung je Linie. Jede Linie braucht ihr eigenes Netzteil, denn Koppler trennen die Linien elektrisch voneinander.

Verlegt wird flexibel — mit zwei harten Regeln. Innerhalb einer Linie darf die Leitung über die genormte Busklemme verzweigt und verlängert werden; die Grenzen setzen Kabellänge und Spannung, nicht die Form. Unzulässig ist nur, was die Ordnung der Topologie unterläuft: Leitungen verschiedener Linien dürfen nie direkt verbunden werden, und große Schleifenflächen zwischen Busleitung und Netz- oder Wasserleitungen sind zu vermeiden, weil ein Blitzeinschlag in solchen Schleifen hohe Überspannungen erzeugt. Einen Abschlusswiderstand gibt es bei KNX TP konstruktionsbedingt nicht — einer der Gründe, warum sich der Bus auf der Baustelle gutmütiger verhält als klassische serielle Mehrpunktverbindungen nach RS-485. Das Standardkabel ist das grüne YCYM 2×2×0,8 mit einem Reservepaar; angeschlossen wird über die genormte rot-graue Busklemme, die bis zu vier Adern je Pol aufnimmt und den Tausch eines Geräts ohne Unterbrechung des Busses erlaubt.

Vier Wege, ein Protokoll. Neben der Zweidraht-Leitung als Regelfall kennt der Standard die Übertragung über das Stromnetz (KNX Powerline), über Funk im 868-MHz-Band (KNX RF) für Nachrüstsituationen und über das IP-Netz (KNXnet/IP), das in größeren Anlagen als Rückgrat zwischen den Linien dient.

Voraussetzungen

Die Busleitung gehört in die Rohbauplanung. KNX TP braucht eine eigene Leitung zu jeder Bedienstelle, jedem Sensor und jedem dezentralen Aktor. Die Längengrenzen sind großzügig, aber sie sind Obergrenzen — und ob am Ende eines langen Strangs noch genug Spannung ankommt, ist eine Rechnung, keine Hoffnung. Die Spezifikation gibt der Linie dafür ein klares Budget mit: 30 V Systemspannung, 21 V Mindestspannung am Gerät, 75 Ω Schleifenwiderstand je Kilometer Kabellänge. Wie sich daraus der Spannungsabfall ergibt und welche Falle im bereits verdoppelten Schleifenwert steckt, rechnet Spannungsabfall auf Gleichstromleitungen an einem KNX-Beispiel durch.

Ohne ETS und Fachwissen geht es nicht. Jede Funktionsänderung — ein Taster soll eine andere Leuchtengruppe schalten, eine Szene kommt dazu — läuft über die ETS und die Projektdatei der Anlage. Das Werkzeug ist herstellerunabhängig und über den Shop der Association erhältlich; das Wissen, es richtig zu bedienen, bleibt Fachsache. Entscheidend für die Zeit nach der Übergabe ist deshalb weniger die Software als die Datei: Die KNX-Richtlinien zur Projektabwicklung sehen ausdrücklich vor, dass die ETS-Projektdaten mit der Dokumentation an den Kunden gehen. Wer diese Datei hat, kann jeden KNX-Fachbetrieb beauftragen; wer sie nicht hat, lässt die Anlage mühsam rekonstruieren. Diese Frage gehört in den Vertrag, nicht in die Erinnerung.

Die Speisung ist Teil der Auslegung. Je Linie sind höchstens zwei zentrale Netzteile zulässig; für kleine Anlagen gibt es dezentrale Speisemodule. Wie viele Geräte eine Linie wirklich verkraftet, hängt an deren tatsächlichem Strombedarf — die 64 sind eine Obergrenze bei gleichmäßiger Last, keine Zusicherung.

Abgrenzung

Gegen die proprietären Steuerbusse. Cresnet, Loxone Tree und Lutron QS lösen dieselbe Verkabelungsaufgabe — Daten und Versorgung in einer Leitung —, gehören aber je einem Hersteller. Der praktische Test steht auf der Seite zu den proprietären Steuerbussen: Kann am selben Strang ein Gerät eines anderen Herstellers arbeiten? Bei KNX lautet die Antwort ja, und das ist der Zweck der Sache.

Gegen DALI. DALI ist der offene Standard für die Lichtsteuerung im engeren Sinn — die Sprache zwischen Steuerung und Vorschaltgerät. KNX ist der Gebäudebus über alle Gewerke; in vielen Anlagen arbeiten beide zusammen, mit einem Gateway, das die Lichtbefehle vom Gebäudebus in die DALI-Welt übersetzt.

Gegen ein Steuerungssystem. KNX verbindet Gewerke, aber es ist keine Bedienoberfläche und keine Szenenlogik für die AV-Welt. Ob eine Anlage über die Gewerkesteuerung hinaus eine eigene Steuerungsinstanz braucht, klärt Wann eine Anlage ein Steuerungssystem braucht — in der Praxis spricht die AV-Steuerung KNX dann über eine Schnittstelle an, statt ihn zu ersetzen.

Gegen die Funkstandards im Smart Home. Zigbee, Thread und Matter sind Funkökosysteme mit anderen Stärken und anderer Herkunft; KNX RF ist der Funkarm desselben drahtgebundenen Standards. Die Einordnung der Funkwelt steht bei Funkstandards im Smart Home.

Grenzen

KNX ist langsam — mit Absicht, aber ohne Ausnahme. 9600 bit/s reichen für Schaltbefehle, Messwerte und Statusmeldungen; für Audio, Video oder auch nur ein Kamerabild sind sie um Größenordnungen zu wenig. KNX ist die Steuerebene eines Hauses, nie sein Signalweg — die Trennung dieser Ebenen erklärt Signalwege und ihre Ebenen. Wer viele Statusmeldungen, zyklische Messwerte und Visualisierungen auf einer Linie bündelt, kann auch die Steuerebene an ihre Kapazitätsgrenze bringen — Telegrammlast ist eine Planungsgröße, keine Störung.

Zertifiziert heißt verstanden, nicht gleichwertig. Die Zertifizierung sichert zu, dass Geräte dieselbe Sprache sprechen. Wie tief ein Gerät parametrierbar ist, wie gut seine ETS-Applikation gepflegt wird und welche Sonderfunktionen es mitbringt, bleibt Herstellersache — die Auswahl innerhalb der KNX-Welt ist deshalb weiterhin eine Qualitätsentscheidung.

Änderungen brauchen Werkzeug und Datei. Die Gutmütigkeit der Elektrik hat ein Gegenstück in der Konfiguration: Ohne ETS-Projektdatei ist jede Änderung Detektivarbeit. Die Anlage funktioniert dann weiter — aber sie ist eingefroren.

Der Rückkanal ins Funkzeitalter ist schmal. KNX stammt aus der Welt der festen Verdrahtung. Nachrüstung ohne Leitung heißt KNX RF oder Gateway-Lösungen, und beide sind in Gerätauswahl und Reichweite enger als die Zweidraht-Welt. Im Neubau ist das kein Thema; im Bestand entscheidet es manchmal gegen KNX — oder für ein Leerrohr an den richtigen Stellen.

Verknüpfte Inhalte

Die Gegenwelt zu KNX — Steuerbusse, die einem Hersteller gehören — behandelt Proprietäre Steuerbusse; wann eine Anlage überhaupt eine eigene Steuerungsinstanz braucht, klärt Wann eine Anlage ein Steuerungssystem braucht. Der Lichtbus im Detail steht bei DALI-Bus, die Funkwelt bei Funkstandards im Smart Home. Die Busversorgung rechnet Spannungsabfall auf Gleichstromleitungen mit den KNX-Werten durch; die Eingangsgröße dazu liefert Schleifenwiderstand einer Leitung. Warum Steuerung und Signalweg getrennte Ebenen sind, erklärt Signalwege und ihre Ebenen; die physikalische Grundlage der Leitung steht bei Twisted Pair, die Anschlusstechnik bei Euroblock und Terminalklemmen. Ein Hersteller, dessen Bedienwelt auf KNX aufsetzt, ist Basalte.

Quellen

Systemspannung, Mindestspannung, Leitungstypen, Längengrenzen, Speisung und Installationsregeln stammen aus dem Installationsdokument des KNX-Basiskurses der KNX Association; es ist dieselbe Quelle, mit der die Formelseite zum Spannungsabfall rechnet, und wurde für diese Seite erneut am Objekt gelesen. Topologie, Geräteobergrenzen, Planungsreserven, Adressstruktur und die Übergabe der Projektdaten stammen aus den KNX-Projektierungsrichtlinien. Die Geschichte der Vorläufer, die Normungsdaten und die Konfigurationsmodi belegt eine Pressemitteilung der KNX Association vom Dezember 2006; die heutigen Markt- und Produktzahlen nennt die Association auf ihrer Website, beides sind Angaben des Standardgebers über sich selbst. Die Datenraten der Medien sind im Text gesondert markiert. Alle technischen Werte gelten für den Stand der jeweils genannten Dokumente.