Smart Home und Gesundheit Teil 02 – Erfahrungsbericht – Homematic IP Feinstaubsensor HmIP-SFD

Der Homematic IP Feinstaubsensor erweitert die Erfassungsmöglichkeiten des HmIP-Systems für Wetter-, Klima- und Umweltdaten um die Möglichkeit, einen der wichtigsten Luftschadstoffe zu erfassen und auszuwerten. In jeder Minute holt ein erwachsener Mensch etwa 12 bis 18 Mal Luft ‒ pro Atemzug atmen wir dabei einen halben Liter Luft ein und aus, das sind rund 10.000 Liter pro Tag. Je nach Belastung beispielsweise bei Sport oder schwerer Arbeit liegt dieser Wert noch deutlich darüber. Wir sollten daher genau darauf achten, wie es um die Qualität dieses lebensnotwendigen Mediums in unserer Umgebung bestellt ist. Mit dem neuen Homematic IP Feinstaubsensor-Bausatz können wir eine der wichtigsten Schadstoffarten in der Luft genau analysieren und diese Messwerte in unserem Smart Home System auswerten. Für einen ELV Bausatz ist es außergewöhnlich, das der neue Sensor sowohl zusammen mit dem HomeMatic IP Access Point, wie auch mit einer CCU oder Partnerlösung läuft.

Informationen zum HmIP-SFD

Grundlage für den Homematic IP Feinstaubsensor-Bausatz HmIP-SFD ist wie im ELVjournal 6/2019 vorgestellten Feinstaub-Messgerät PM2.5 der hochwertige SPS30-Feinstaubsensor von Sensirion. Er hat vor Kurzem als erster Feinstaubsensor für den Massenmarkt die MCERTS-Zertifizierung erhalten. Der hochpräzise und langzeitstabile Laser-Feinstaubsensor ist in der Lage, Feinstaubpartikel (PM = Particulate Matter) aus der Umgebungsluft massen- und mengenmäßig in den Partikelgrößen PM10, PM4, PM2.5 bis hinunter zu PM1 zu erfassen und zu messen. Ein integrierter Sensorlüfter sorgt dabei für eine definierte Luftmenge im Erfassungszeitraum und die automatische Sensorreinigung. Unser Bausatz wurde zudem speziell dafür entwickelt, dass die Möglichkeit des passgenauen Einbaus in eine Spelsberg-Verbindungsdose Abox 040 besteht und somit im geschützten Außenbereich montiert werden kann (Schutzart IP43). Durch einen ebenfalls auf der Platine vorhandenen kombinierten Temperatur- und Feuchtesensor (Sensirion SHT20), können zusätzlich im Außenbereich die entsprechenden Werte erfasst werden. Durch die Integration in unsere Smart Home Zentralen CCU2/CCU3 besteht somit die Möglichkeit, Feinstaubwerte in den verschiedenen Partikelgrößen zu messen und auf erhöhte Feinstaubkonzentrationen sowohl im Innen- als auch im Außenbereich zu reagieren. Anwendungsfälle sind hier beispielsweise die Alarmierung, das (automatische) Öffnen/Schließen der Fenster je nach Herkunft der Schadstoffbelastung oder die Steuerung von Luftreinigungsgeräten bei erhöhten Feinstaubwerten.

Feiner Staub – große Wirkung

Spätestens seit dem Abgasskandal im Jahr 2015 sind Luftverunreinigungen wieder stärker in den Fokus der Allgemeinheit gerückt. Neben Stickstoffdioxid, Ammoniak, Ozon, Schwefeldioxid und Kohlendioxid gehören Feinstäube zu den gefährlichsten Krankmachern in unserer Umgebungsluft. Der Verkehr steht dabei mit einem Anteil von 24 Prozent (Quelle: UBA) bei der direkten Emission von Feinstaub der Partikelgröße PM2.5 nicht einmal an erster Stelle. Wichtige Verursacher sind auch Haushalte und Kleinverbraucher (25 Prozent) sowie die Industrie (25,8 Prozent) (Bild 1). Zwar gibt es EU-Grenzwerte (20 μg/m³ für PM2.5, seit 1.1.2020), allerdings liegen die Feinstaubwerte saisonal bzw. regional zeitweise deutlich darüber. Das ist verständlich, wenn man sich vor Augen führt, dass z. B. im Winter vermehrt geheizt und die Belastung durch Inversions- wetterlagen zusätzlich erhöht wird. Da Feinstaub zu etwa 70 Prozent in der Atmosphäre gebildet wird, sind nicht nur die genannten primären Verursacher relevant, sondern beispielsweise auch die Landwirtschaft (Fleischerzeugung) mit Emissionen, die dann durch chemische Reaktionen zu erhöhten Feinstaubbelastungen führen können. Fest steht: Feinstaub ist menschengemacht. Ob in Innenräumen durch Staubsaugen, Rauchen, Föhnen, beim Kochen oder durch Anzünden einer Kerze:

Bei all diesen Vorgängen entstehen zum Teil hohe und schädliche Feinstaubkonzentrationen. Im Außenbereich machen sich die erwähnten Verursacher gerade in Städten oder Industriegebieten mit ihren Emissionen negativ bemerkbar. Wir als Menschen können zwar Feinstäube in hohen Konzentrationen erahnen, aber quantitativ nicht einordnen. Mit dem Homematic IP Feinstaubsensor ist dies nun sowohl innen als auch außen möglich. Wichtig bei der Problematik der Feinstaubbelastungen sind auch die unter- schiedlichen Partikelgrößen. Man unterscheidet allgemein folgende Partikelgrößen: PM10, PM4, PM2.5 und PM1, wobei PM10 und PM2.5 international verwendete Feinstaubkategorien sind. Dabei bezieht sich der genannte Wert auf die Größe der Partikel – im Beispiel bei PM10 auf den aerodynamischen Durchmesser der Partikel, der weniger als 10 Mikrometer (μm) beträgt. Während Feinstäube in der Kategorie PM10, die meist mechanischen Ursprungs sind (z. B. durch Reifenabrieb, Stäuben aus der Landwirtschaft etc.), in Nase und Luftröhre gelangen und in geringen Konzentrationen noch abgehustet werden können, sind vor allem die Feinstäube mit den Partikelgrößen PM2.5 und besonders PM1 (Ultrafeinstaub) gefährlich (Bild 2). Deren Partikel sind so klein, dass sie beim Einatmen über die Atemwege aufgenommen werden und bis in die Alveolen und Bronchiolen der Lunge vordringen können.

Dort können sie zu Asthma, Lungenentzündungen oder Bronchitis führen. Ultrafeinstäube können von dort ins Blut gelangen und Entzündungsreaktionen hervorrufen, die zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen führen können. Während gröbere Feinstäube relativ schnell absinken, halten sich zudem feinere Feinstäube länger in der Luft.

Technische Daten / Eigenschaften des verbauten Sensors

Feinstaubsensor-Bausatz HmIP-SFD

Der Zusammenbau des Homematic IP Feinstaubsensor-Bausatz HmIP-SFD sollte mit ein wneig Übung mit dem Lötkolben ohne Probleme machbar sein. Im Lieferumfang ist eine detaillierte Bauanleitung enthalten. Nachfolgend zeige ich euch zwei Fotos aus dem ELV Journal auf denen ihr sehen könnt, welche Teile der Bausatz umfasst und eine Explosionszeichnung.

Highlights

• Hochpräziser Laser-Feinstaubsensor auf Basis des Sensirion SPS30-Feinstaubsensors
• Der verbaute Feinstaubsensor Sensirion SPS30 ist MCERTS-Zertifiziert
• Erfassung von Partikelgrößen bis herab auf PM1
• Erfassung von Luftfeuchte und Umgebungstemperatur am Sensorstandort
• Durch Integration ins Smart Home über die Homematic IP Cloud oder Smart Home Zentrale CCU3/Raspberrymatic usw. können Feinstaubkonzentrationen im Innen- und Außenbereich erfasst, ausgewertet und ggf. Reaktionen auf zu hohe Werte ausgelöst werden, z. B. Alarmierungen, automatisches Belüften (z.B. mit der Homematic Winmatic über die CCU3) oder Steuerung von Luftreinigungsgeräten
• Passgenauer Einbau in optionale Spelsberg-Verbindungsdose Abox40, somit auch im Außenbereich platzierbar
• Betrieb an externer Betriebsspannung von 24 VDC

Anwendungsbeispiele

• Die aktuelle Feinstaubbelastung kann z. B. auf einem Homematic IP Schaltaktor mit Signalleuchte (HmIP-BSL) in unterschiedlichen Farben angezeigt werden
• Bei erhöhter Feinstaubbelastung kann z. B. automatisiert gelüftet werden oder auch Luftreiniger über eine Homematic IP Schaltsteckdose geschaltet werden
• Bei erhöhter Feinstaubbelastung könnt ihr euch eine Nachricht auf euer Smartphone schicken lassen
• Bei erhöhter Feinstaubbelastung könnt ihr auf einem entsprechenden Aktor einen akustischen Alarm ausgeben lassen

Anlernen und Möglichkeiten auf der CCU

Ihr könnt den Homematic IP Feinstaubsensor-Bausatz HmIP-SFD wie gewohnt über die Anlernfunktion in der WebUI in einer Smart Home System integrieren. Danach könnt ihr in der CCU oder entsprechenden Partnerlösungen entsprechende Programme oder Direktverknüpfungen herstellen. Abhängig der Luftqualität könnt ihr dann die gewünschten Aktionen durchführen (Beispiele dafür findet ihr weiter oben in diesem Artikel).

Ebenso ist es natürlich möglich, entsprechende Diagramme zu erstellen und somit einen Überblick über die Feinstaubbelastung in eurem Gebäude, oder aber in Verbindung mit der Abox40 auch im Außenbereich. Nachfolgend findet ihr ein paar Screenshots zur Darstellung der hier beschriebenen Möglichkeiten.

Anlernen im HomeMatic IP Access Point

Was bei den meisten ELV Bausätzen meist länger dauert, ist hier bereits möglich. Der Feinstaubsensor lässt sich auch über den HomeMatic IP Access Point mit der Cloud verbinden und funktioniert somit auch in dieser Umgebung. Um das zu Testen, habe ich dies auch auf meinem HomeMatic IP HAP durchgespielt. Nachfolgend ein paar Fotos zum Anlernen:

Fazit

Ich persönlich finde es sehr gut, das nun auch ein Feinstaubsensor im Portfolio von HomeMatic IP existiert. Damit sind wir in der Lage, neben Temperatur und Luftfeuchtigkeit einen sehr wichtigen weiteren Wert zu überprüfen und auszuwerten, der zu unserem Wohlbefinden und zur Gesundheit beitragen können. Wie schon im ersten Teil dieser Miniserie beschrieben, ist gerade in der heutigen Zeit die Überwachung der Luftqualität besonders wichtig.

Dieser neue Homematic IP Feinstaubsensor-Bausatz HmIP-SFD ist nur der erste Schritt zur Erweiterung der Möglichkeiten im Hinblick auf die Überwachung von Umweltwerten. Denn es gibt ja auch bereits einen weiteren Sensor, nämlich den Homematic IP Bausatz CO2-Sensor HmIP-SCTH230, mit dem der ebenfalls wichtige CO2 Wert überwacht werden kann. Diesen Sensor beschreibe ich euch in einem weiteren Artikel.

Aktuell beträgt die Lieferzeit den Homematic IP Feinstaubsensor-Bausatz HmIP-SFD laut ELV voraussichtlich 10 Wochen. Der Bausatz ist für den Preis von 99,95 Euro zu erwerben und gehört damit zu den teureren Aktoren/Sensoren. Das ist aber auch in der Verwendung des bewährten Feinstaubsensors Sensirion SPS30 mit MCERTS-Zertifiziert.

Bei mir zuhause verrichtet der Feinstaubsensor zur Zeit seinen Dienst im Wohnzimmer, weil dies der Raum mit der höchsten Verweildauer ist.