Bedarfsgeführte Lüftung mit KNX: CO2-Logik, VFD-Lüftersteuerung und EN 16798-1
Die bedarfsgeführte Lüftung reduziert die HVAC-Lüfterenergie um 30–50 %, indem der Luftstrom basierend auf der tatsächlichen Belegung und CO2-Konzentration variiert wird, anstatt der maximalen Auslegungsbelegungsrate, die nur für einen Bruchteil der Betriebsstunden gilt. KNX bietet die Integrationsebene zwischen CO2-Sensoren, Zonen-VAV-Klappen, AHU-VFDs und dem EN 16798-1 Kategorie II Ziel für die Raumluftqualität.
DCV-Prinzip und EN 16798-1 Kategorien
EN 16798-1 (die 2019 EN 15251 ersetzt hat) definiert vier Raumluftqualitätskategorien basierend auf der CO2-Konzentration über dem Außenniveau. DCV hält Kategorie II (das Standard-Planungsziel für Büros und Schulen) ein, indem es die Lüftungsrate kontinuierlich an die tatsächliche CO2-Konzentration anpasst – nicht an die maximale Auslegungsbelegung.
Konstante Lüftungsbasislinie
Die Lüftung für maximale Auslegungsbelegung läuft mit voller Ventilatorgeschwindigkeit unabhängig von der tatsächlichen Belegung. Ein Besprechungsraum für 30 Personen wird für 30 Personen belüftet, läuft aber mit 100%, selbst wenn nur 3 Personen anwesend sind – was 90% der Ventilatorenergie in typischen Teilbelegungszeiten verschwendet.
DCV-Verbesserung
DCV läuft mit 20–30% Mindestluftstrom, wenn der Raum leer oder gering belegt ist. Die Ventilatorleistung folgt dem Kubikgesetz: Bei 40% Drehzahl verbraucht der Ventilator nur (0,4)³ = 6,4% der Volllastleistung. Gemessene Energieeinsparungen in Bürogebäuden: 35–50% der HVAC-Ventilatorenergie über eine Heizperiode.
KNX DCV-Regelkette
Die KNX DCV-Regelkette verbindet CO2-Sensor-Gruppenadressen über ETS6-Logik mit der AHU-VFD-Drehzahlregelung via Modbus TCP. Jede Komponente in der Kette muss korrekt konfiguriert sein, damit das System EN 16798-1 Kategorie II einhält.
DCV-Regelkette – Signalfluss
[CO2 sensor NDIR] → KNX TP bus → GA 9/1/room_no (DPT 9.008, ppm) → MDT Logic Module SCN-LOGM.01 (Max aggregation) → GA 9/1/10 (Maximum Zone CO2, DPT 9.008) → MDT Logic Module PI controller → GA 8/0/0 (AHU Fan Speed %, DPT 5.001) → Intesis IN701KNX (KNX/Modbus TCP gateway) → AHU VFD Modbus register 1 (0–20000 = 0–100% speed) → AHU supply fan variable speed Zone VAV parallel path: → GA 9/1/zone (zone CO2) → MDT Logic (zone threshold) → GA 8/2/zone (VAV damper %, DPT 5.001) → KNX 0-10V analogue output → VAV box actuator (Belimo GK230A-SR 0-10V) → Zone supply airflow proportional to CO2
ETS6 PI-Regelungslogik für DCV
Der PI-Funktionsblock des MDT Logic Module SCN-LOGM.01 wandelt die CO2-Konzentration in die Lüfterdrehzahl der RLT-Anlage in Prozent um. Der PI-Regler hält den CO2-Wert am Sollwert (900 ppm – mit einem Sicherheitsabstand unter dem Grenzwert von 1.220 ppm der Kategorie II), indem er kontinuierlich die Lüfterdrehzahl anpasst.
MDT Logic Module PI-Parameter – DCV
Process variable: GA 9/1/10 (max zone CO2, ppm) Setpoint: 900 ppm (target — margin below 1220 ppm) Output GA: 8/0/0 (AHU fan speed %, DPT 5.001) PI parameters: Proportional gain Kp: 0.1 (fan speed % per ppm deviation) Integral time Ti: 300 seconds Output minimum: 20% (minimum outdoor air for CO2 dilution) Output maximum: 100% AHU Modbus scaling (Intesis gateway MAPS): GA 8/0/0 (0–100% DPT 5.001) → Modbus register 1 Scale: 0% → 0, 100% → 20000 (AHU VFD 16-bit register) At CO2 = 900 ppm (setpoint): fan at 20% (minimum) At CO2 = 1100 ppm (+200 ppm): PI output ≈ 40% At CO2 = 1300 ppm (+400 ppm): PI output ≈ 60% At CO2 > 1500 ppm: PI output → 100%
Mehrzonen-DCV mit VAV-Klappen
In Großraumbüros mit mehreren unabhängig genutzten Zonen benötigt jede Zone einen eigenen VAV-Volumenstromregler (Variable Air Volume), um den korrekten Luftvolumenstrom pro Zone zu liefern. Der zentrale RLT-Ventilator hält den statischen Druck im Kanal aufrecht, während die Zonen-VAV-Klappen basierend auf ihrem lokalen CO2-Messwert modulieren.
5-Zonen-VAV-DCV – ETS6-Konfiguration
Zone VAV boxes: Belimo GK230A-SR (50–200mm duct, 0-10V) → KNX analogue output MDT AMS-0816V.01 (0-10V per zone) Per zone GA mapping: GA 9/1/zone (CO2 ppm) → MDT Logic threshold → GA 8/2/zone (VAV %) CO2 < 700 ppm: VAV at 20% (minimum fresh air) CO2 700–900: VAV 20–50% (linear proportional) CO2 900–1100: VAV 50–80% CO2 > 1100: VAV 100% (maximum zone airflow) Central AHU static pressure control: Duct static pressure sensor (0-10V) → KNX analogue input → GA 8/3/0 (duct static pressure, DPT 9.006, Pa) → MDT Logic PI → GA 8/0/0 (AHU fan speed %) Setpoint: 50Pa duct static pressure AHU fan adjusts speed to maintain 50Pa as VAV dampers open/close All 5 zones satisfied at low CO2: → all VAVs at 20% → duct pressure rises above 50Pa → AHU fan reduces speed → energy saving achieved
Kombinierte Anwesenheits-CO2-Logik
Die Kombination von PIR-Präsenzerkennung mit CO2-Regelung verbessert die Reaktionszeit der DCV – CO2 steigt 10–15 Minuten nach Betreten des Raums an, die Präsenzerkennung erfolgt jedoch sofort. Die kombinierte Logik sorgt für einen 5-minütigen Vorverdünnungs-Boost beim Betreten des Raums, bevor die Steuerung an die CO2-basierte DCV übergeben wird.
Kombinierte Präsenz- + CO2-Logik — MDT Logikmodul
Input GAs:
GA 7/0/zone (PIR presence, DPT 1.001: 0=vacant, 1=occupied)
GA 9/1/zone (CO2 ppm, DPT 9.008)
Output GA: 8/2/zone (VAV damper %, DPT 5.001)
Logic states:
Presence = 0 AND 30 min elapsed → VAV at 20% (standby)
Presence = 1 (first entry) → VAV at 50% for 5 minutes (pre-boost)
After 5 min: CO2 PI takes over
CO2 < 700 ppm: VAV at 30% (low occupancy confirmed)
CO2 700–1000 ppm: VAV PI control 30–80%
CO2 > 1000 ppm: VAV 80–100% (high occupancy)
Presence = 0 for 30 min: → VAV ramps to 20% minimum
Benefits:
- Immediate pre-dilution prevents CO2 spike at meeting start
- Standby mode when room vacated — energy saving
- CO2 control maintains EN 16798-1 during occupationEN 16798-1 Kategorie II Verifikationstest
Überprüfen Sie die DCV-Leistung mit einem realen Belegungstest vor der Gebäudeübergabe. Dokumentieren Sie die Ergebnisse für BREEAM- und LEED-Gutachter.
DCV-Funktionstest — Besprechungsraum 30m², 8 Personen
Test conditions: Windows closed, HVAC at design conditions 8 people enter meeting room simultaneously Monitor via ETS6 Group Monitor: GA 9/1/zone (CO2) Expected behaviour: T+0 min: CO2 = 420 ppm (outdoor level, room pre-diluted) T+5 min: CO2 rises to ~600 ppm (pre-boost active: VAV 50%) T+10 min: CO2 reaches ~800 ppm → DCV PI increases VAV T+20 min: CO2 stabilises at 900–1100 ppm (Category II) T+30 min: CO2 ≤ 1220 ppm confirmed → Category II maintained Pass criterion: CO2 does not exceed 1220 ppm (Category II) at any point during 30-minute occupied period with 8 occupants Document: CO2 log CSV from ARISTO, peak CO2 value, time to stabilise. Submit to BREEAM/LEED assessor.
AHU Modbus TCP Integration
Zentrale Lüftungsgeräte von Swegon GOLD, Robatherm, Klingenburg und ähnlichen Herstellern bieten Modbus TCP- oder BACnet/IP-Schnittstellen für die KNX-Integration. Der Intesis IN701KNX-Gateway verbindet KNX-Gruppenadressen mit AHU-Modbus-Registern.
Intesis IN701KNX — AHU Modbus TCP Signaltabelle
Signal Register Type DPT GA Description 1 1 uint16 5.001 8/0/0 Fan speed setpoint (0–100%) 2 3 uint16 5.001 8/0/1 Fan actual speed (read-only) 3 5 uint16 9.001 8/0/2 Supply air temperature (°C) 4 10 bit 1.001 8/0/3 Filter alarm (0/1) 5 15 uint16 9.006 8/0/4 Duct static pressure (Pa) Register scaling: Register 1 write: 0% → 0, 100% → 20000 (16-bit scale) Register 3 read: same scale, divide by 200 for % BACnet/IP alternative (some AHUs): Use Intesis IN701KNX BACnet/IP variant Object: Analog Value 1 (fan speed setpoint, 0–100%) Same KNX GA mapping — only gateway firmware differs
Berechnung der Energieeinsparung
Die Energieeinsparungen durch DCV folgen dem Ventilatoraffinitätsgesetz: Die Ventilatorleistung ist proportional zur dritten Potenz der Drehzahl. Ein Betrieb bei 40 % der Auslegungsdrehzahl verbraucht nur 6,4 % der Volllastleistung – die Einsparungen sind selbst bei moderaten Drehzahlreduzierungen erheblich.
Energieeinsparungen durch DCV in Besprechungsräumen – Berechnungsbeispiel
Baseline (constant ventilation at design rate, 10 ACH): Fan motor: 800W (3-phase, 15Pa external duct pressure) Annual operating hours: 3,000 h Annual energy: 800W × 3000h = 2,400 kWh DCV (average 40% fan speed during occupied hours): Fan power at 40% speed: 800W × (0.40)³ = 51W Annual energy: 51W × 3000h = 153 kWh Annual saving: 2,400 − 153 = 2,247 kWh At €0.20/kWh: €449/year per meeting room 10 meeting rooms: €4,490/year DCV implementation cost (sensors + logic): ~€3,000 Simple payback: 3000 / 4490 = 0.67 years (< 1 year) Include in LEED EAc1 (Energy and Atmosphere): submit DCV design airflow data and logged actual airflow data to demonstrate measured energy savings
Inbetriebnahme und Luftmengenabgleich
DCV-Logik nach Installation und Überprüfung der CO2-Sensoren in Betrieb nehmen. Testen Sie die gesamte Steuerkette vom Sensor bis zum Frequenzumrichter vor dem Live-Belegungstest.
| Schritt | Aktion | Bestandskriterium |
|---|---|---|
| 1 | Setzen Sie alle Zonen-CO2-GA auf 1200 ppm im ETS6 Group Monitor (simuliert hohen CO2-Wert) | AHU-Lüfter erhöht auf 80–100 % Drehzahl innerhalb der PI-Reaktionszeit |
| 2 | Alle CO2-GA auf 400 ppm setzen (leeres Gebäude simulieren) | AHU reduziert innerhalb von 5 Minuten auf 20 % Mindestdrehzahl |
| 3 | Jede VAV-Klappe testen: Zone CO2 auf 600 ppm setzen → Klappenstellung prüfen | Klappe bei ca. 30 % geöffnet; Luftstrom an Diffusoren mit Anemometer messen |
| 4 | Luftstromabgleich: gemessenen Luftstrom mit Planwerten vergleichen | Gemessener Durchfluss innerhalb ±20 % des Plans; ggf. VAV-Kalibrierung anpassen |
| 5 | Realbelegungstest (8 Personen, 30 min, geschlossene Fenster) | CO2 überschreitet nicht 1220 ppm (Kategorie II); GA-Werte protokollieren |
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