CO2- und VOC-Luftqualitätssensoren für KNX-Lüftungssteuerung
Die CO2-Konzentration ist der zuverlässigste Indikator für den belegungsabhängigen Lüftungsbedarf. Bei 400 ppm im Außenbereich und 1000 ppm als Grenzwert für verschlechterte Luftqualität lässt sich der Bereich zwischen diesen Werten direkt auf die Lüfterdrehzahl in einem KNX-gesteuerten HVAC-System abbilden. Dieser Leitfaden behandelt Sensortechnologien, KNX-Integration, Lüftungssteuerungslogik, Fensterautomation und die kritische Frage, wann die ABC-Selbstkalibrierung deaktiviert werden sollte.
CO2 vs. VOC – zwei verschiedene Messungen
CO2- und VOC-Sensoren messen grundlegend unterschiedliche Größen und werden für unterschiedliche Lüftungssteuerungszwecke eingesetzt. Das Verständnis des Unterschieds ist entscheidend, bevor man ein Produkt auswählt oder eine KNV-Lüftungsstrategie entwirft.
CO2 — Kohlendioxid
- Messtechnik: NDIR (nichtdispersives Infrarot) — misst die Absorption von IR-Licht bei der CO2-spezifischen Wellenlänge
- Was es erfasst: menschliche Stoffwechselprodukte (Ausatemluft) — direkt proportional zur Anzahl der Personen und deren Aktivitätsniveau
- Genauigkeit: ±50 ppm typisch, lange Kalibrierlebensdauer (5–10 Jahre)
- Beste Verwendung: bedarfsgesteuerte Lüftung (DCV) basierend auf Anwesenheit
- Einschränkung: erkennt keine chemischen Schadstoffe (Farbe, Reinigungsmittel)
VOC — flüchtige organische Verbindungen
- Messtechnik: Metalloxid-Halbleiter (MOS) — Widerstandsänderung bei oxidierenden/reduzierenden Gasen
- Was es erfasst: Farbdämpfe, Reinigungsmittel, Formaldehyd, Kochgerüche, Klebstoffe — chemische Luftqualitätsereignisse
- Genauigkeit: relativer Index (nicht absoluter ppm-Wert), kreuzempfindlich gegenüber Feuchtigkeit
- Beste Verwendung: Erkennung von Raumluftqualitätsereignissen — Auslösung einer Stoßlüftung
- Einschränkung: misst die Anwesenheit nicht zuverlässig — kann nicht für DCV verwendet werden
Empfehlung: Verwenden Sie für die anwesenheitsgesteuerte Lüftungsregelung ausschließlich CO2. Für eine umfassende Raumluftqualitätslösung – insbesondere in Küchen, Laboren oder neu ausgestatteten Räumen – verwenden Sie einen kombinierten CO2- + VOC-Sensor wie den Elsner CARMA KNX-S, der beide Messwerte auf separaten KNX-Gruppenadressen bereitstellt.
CO2-Referenzwerte
Die folgenden CO2-Konzentrationswerte werden als Schwellenwerte in der KNX-Lüftungssteuerungslogik verwendet. EN 13779 legt für Bürogebäude (Kategorie IDA 2) ein Maximum von 1200 ppm über der Außenkonzentration fest. Viele Projekte streben heute 800 ppm oder weniger als Komfort-Benchmark an.
| CO2-Wert | Luftqualität | Lüftungsaktion | Regulatorischer Hinweis |
|---|---|---|---|
| 400 ppm | Außen-/Frischluft | Keine Aktion – minimale Lüftergeschwindigkeit | Typischer Außenluftgrundwert |
| 600 ppm | Hervorragend innen | Mindestlüftung — 10–20 % Lüfter | Übertrifft Kategorie IDA 1 (beste) |
| 800 ppm | Gut — Lüftung einschalten | Lüftung aktivieren — 30–50 % Lüfter | Grenze IDA 1/2 |
| 1000 ppm | Akzeptabel — Lüftung erhöhen | Lüfter auf 60–80 % erhöhen | IDA-2-Grenzwert (EN 13779 Büros) |
| 1200 ppm | Schlecht – Maximum für Büros | Maximale Lüfterdrehzahl 100 % | EN 13779 IDA-3-Grenzwert |
| 1500 ppm | Handlung erforderlich | Fenster öffnen + maximaler Lüfter + Alarm | Überschreitet die meisten EU-Bauvorschriften |
| 2000 ppm+ | Sehr schlecht | Evakuieren wenn möglich + maximale Belüftung | Beeinträchtigt die kognitive Leistung (Studien zeigen 15–25 % Reduktion) |
KNX-Produktvergleich
| Produkt | CO2-Bereich | CO2-Genauigkeit | Busgespeist | Zusätzliche Sensoren | HVAC-DPT-Ausgänge |
|---|---|---|---|---|---|
| MDT SCA-CO2.01 | 0–5000 ppm | ±(50ppm + 3%) | Ja — Hutschiene | Temperatur, Luftfeuchtigkeit | DPT 9.001 (ppm), DPT 5.001 (0–100%), DPT 1.005 (Alarm) |
| Elsner CARMA KNX-S | 0–5000 ppm | ±50ppm | Ja — Aufputzmontage | VOC, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Lux, Präsenz | DPT 9.001, DPT 5.001, DPT 1.001 (Präsenz), DPT 9.004 (Lux) |
| Siemens QPA2060 | 0–2000 ppm | ±(40ppm + 3%) | Ja — Hutschiene | Temperatur | DPT 9.001 (ppm), DPT 5.001 (Lüftungsbedarf) |
KNX-Gruppenobjekte für CO2
| Gruppenobjekt | DPT | Richtung | Beschreibung |
|---|---|---|---|
| CO2 ppm-Wert | DPT 9.001 | Senden | Gemessener CO2-Wert in parts per million (2-Byte-Gleitkommazahl). Wird für Visualisierung und Logikblock-Eingang verwendet. |
| CO2-Alarm | DPT 1.005 | Senden | 1 = CO2-Schwellenwert überschritten (in ETS konfigurierbar, z. B. 1200 ppm); 0 = unterhalb des Schwellenwerts |
| CO2-Prozentsatz | DPT 5.001 | Senden | CO2 auf 0–100 % des konfigurierten Bereichs abgebildet – wird als analoger Sollwert für den Gebläsekonvektor-Regler verwendet |
| Lüftungsbedarf | DPT 5.001 | Senden | 0–100 % berechneter Lüftungsbedarf basierend auf CO2-Niveau – steuert direkt die Lüfterdrehzahl |
| VOC-Index | DPT 9.001 | Senden | VOC-Niveau als relativer Index oder äquivalentes CO2 (eCO2) – produktspezifisches Format |
| VOC-Alarm | DPT 1.005 | Senden | 1 = VOC-Schwellenwert überschritten; löst Stoßlüftungslogik aus |
Lüftungssteuerungslogik
Die Standardimplementierung bildet CO2 ppm linear auf die Lüfterdrehzahl in Prozent ab (DPT 5.001 = 0–100 %). Der KNX-Sensor gibt entweder den rohen ppm-Wert aus (der einen Logikbaustein zur Abbildung erfordert) oder einen vorberechneten Lüftungsbedarfswert (DPT 5.001), der direkt an eine Gruppenadresse eines Gebläsekonvektorreglers angeschlossen werden kann.
Proportionale CO2 → Lüfterdrehzahl-Abbildung
CO2 sensor GA 2/1/1 (DPT 9.001, ppm) → KNX logic block → Fan coil GA 2/2/1 (DPT 5.001, %) Breakpoint mapping (linear interpolation): 400 ppm → 0% fan speed (outdoor/fresh air — ventilation off) 600 ppm → 10% fan speed (minimum flow — fresh air maintain) 800 ppm → 30% fan speed (ventilation on) 1000 ppm → 60% fan speed (increased demand) 1200 ppm → 100% fan speed (maximum — EN 13779 limit) Hysteresis: Fan switches ON when CO2 rises above 700ppm Fan returns to minimum when CO2 drops below 600ppm for 5 minutes (prevents rapid cycling near the setpoint boundary) Example at 900ppm: Interpolate between 800ppm(30%) and 1000ppm(60%): 900ppm = 30% + ((900-800)/(1000-800)) × (60%-30%) = 30% + 15% = 45% fan
MDT SCA-CO2.01 interner Lüftungsbedarf
Der MDT SCA-CO2.01 kann einen vorab abgebildeten Lüftungsbedarfswert (DPT 5.001, 0–100 %) direkt vom Sensor ohne externen Logikbaustein berechnen und senden. Konfigurieren Sie den minimalen CO2-Sollwert, den maximalen CO2-Sollwert und die Ausgangskennlinie in den ETS-Parametern. Dieser Wert wird dann an die Gruppenadresse des Gebläsekonvektors weitergeleitet – es sind keine zusätzlichen Logikmodule erforderlich.
HLK-Integrationspfade
CO2-gesteuerter Lüftungsbedarf kann die HLK-Anlage über mehrere Integrationswege erreichen, abhängig von der verfügbaren HLK-Ausrüstung.
KNX → Modbus-Gateway → Wärmepumpe / RLT-Gerät
CO2 ppm oder Lüftungsbedarf (DPT 5.001) vom KNX-Sensor → Modbus-Gateway (z. B. MDT SCN-MBG.02) → Modbus-Register an Nibe-Wärmepumpe, Daikin-RLT-Gerät oder ähnlich. Das Modbus-Register wird auf den Lüftungssollwert oder Drehzahlsollwert des Ventilators im HLK-Gerät abgebildet.
KNX → DALI-Vorschaltgerät Analogausgang (0-10V) → Lüftermotor
Ein KNX-DALI-Gateway mit Analogausgangskanälen kann DPT 5.001 in ein 0–10V-Steuersignal umwandeln. Dieses 0-10V-Signal treibt direkt einen drehzahlvariablen Lüftermotor oder steuert einen Frequenzumrichter für größere Gebläsekonvektoren. Am kosteneffizientesten für einzonige Lüftungsventilatoren.
KNX → Aktor → motorisierte Luftklappe
CO2-Alarm (DPT 1.005) oder CO2-Pegel löst einen KNX-Schaltaktor aus, der an eine motorisierte Luftklappe (Belimo, Siemens Luftklappenantrieb) angeschlossen ist. Einfache Ein-/Aus- oder gestufte Lüftung – geeignet für zonierte VAV-Systeme (variable Volumenströme).
Fensterautomation über CO2
Bei natürlich belüfteten Räumen können CO2-Werte die automatische Fensteröffnung über KNX-Kettenantriebe steuern. Dies erfordert eine sorgfältige Hysterese, um ein Pendeln (schnelles Öffnen und Schließen des Fensters, wenn der CO2-Wert nahe dem Schwellwert liegt) zu vermeiden.
Fensterautomatisierungslogik — CO2-gesteuert
Sensor: MDT SCA-CO2.01 → GA 2/1/1 (DPT 9.001, CO2 ppm) Open condition: CO2 > 1000ppm for 3 minutes (debounce timer) AND outdoor temperature > 10°C (weather station input) AND rain sensor = dry (Elsner P04 rain input) → Send 30% position to Geze E300N chain actuator (DPT 5.001) Close condition: CO2 < 700ppm sustained for 10 minutes (hysteresis timer) → Send 0% position (fully closed) to Geze E300N Override: Manual push-button (DPT 1.001) → disable automation for 2 hours Wind speed > 8m/s (Elsner P04) → force close regardless of CO2
Integrieren Sie stets Wetterstationsverriegelungen (Regen, Wind, Temperatur) in die Fensterautomatisierungslogik. Ein CO2-Auslöser, der Fenster bei Regen oder Sturm öffnet, führt zu Wasserschäden oder Beschwerden über Strukturgeräusche. Die Elsner P04 KNX-Wetterstation bietet alle erforderlichen Verriegelungen auf einem einzigen KNX-Gerät.
ABC-Selbstkalibrierung — wann deaktivieren
Die meisten NDIR-CO2-Sensoren verwenden ABC (Automatic Baseline Calibration). Der Algorithmus beobachtet den minimalen CO2-Wert über ein gleitendes 7–14-Tage-Fenster und nimmt an, dass dieses Minimum der Außenluft (ca. 400–420 ppm) entspricht. Die Sensor-Baseline wird periodisch auf dieses angenommene Minimum korrigiert, um Langzeitdrift auszugleichen.
ABC aktiviert lassen, wenn
- • Der Raum mindestens einige Stunden pro Woche unbesetzt ist (Büros, Schulen)
- • Fenster oder Frischluftzufuhr den Raum während unbesetzter Zeiten auf Außenniveau bringen
- • Der Sensor befindet sich in einem normal belüfteten Wohn- oder Gewerberaum
- • Eine langfristige Driftkorrektur ohne manuelle Nachkalibrierung ist wünschenswert
ABC deaktivieren, wenn
- • Der Raum ist 24/7 durchgehend belegt (Krankenstation, Hotelzimmer)
- • Fenster werden nie geöffnet und es wird nur mechanische Lüftung verwendet
- • Der minimale CO2-Wert in einem 7-Tage-Fenster erreicht nie 400 ppm (immer belegt)
- • Ergebnis: ABC nimmt hohen CO2-Wert als Basis an → Sensor misst zu niedrig → Lüftung wird zu wenig angesteuert
ABC bei MDT SCA-CO2.01 deaktivieren
In the ETS parameter set, navigate to CO2 sensor parameters → Calibration → set ABC mode to "Disabled". When ABC is disabled, perform manual field calibration: place the sensor in fresh outdoor air (or a well-ventilated unoccupied space) for 30 minutes, then trigger the calibration command via the ETS diagnostic interface. Recalibrate every 2–3 years.
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