Ventilación Controlada por Demanda con KNX: Lógica de CO2, Control de Ventilador VFD y EN 16798-1
La ventilación controlada por demanda reduce la energía de los ventiladores HVAC entre un 30 y un 50 % al variar el flujo de aire según la ocupación real y la concentración de CO2, en lugar de la tasa de ocupación máxima de diseño que se aplica solo durante una fracción de las horas de funcionamiento. KNX proporciona la capa de integración entre los sensores de CO2, las compuertas VAV de zona, los VFD de la UTA y el objetivo de calidad del aire interior de categoría II de la EN 16798-1.
Principio DCV y categorías EN 16798-1
La norma EN 16798-1 (que reemplazó a EN 15251 en 2019) define cuatro categorías de calidad del aire interior basadas en la concentración de CO2 por encima del nivel exterior. La DCV mantiene la Categoría II (el objetivo de diseño estándar para oficinas y escuelas) ajustando continuamente la tasa de ventilación para que coincida con la concentración real de CO2, no con la ocupación máxima de diseño.
Línea base de ventilación constante
La ventilación para la ocupación máxima de diseño funciona a máxima velocidad del ventilador independientemente de la ocupación real. Una sala de reuniones para 30 personas ventilada para 30 personas funciona al 100% incluso cuando solo hay 3 personas presentes, desperdiciando el 90% de la energía del ventilador durante períodos típicos de ocupación parcial.
Mejora DCV
La DCV funciona con un flujo de aire mínimo del 20-30% cuando la habitación está vacía o con baja ocupación. La potencia del ventilador sigue la ley del cubo: al 40% de velocidad, el ventilador usa solo (0,4)³ = 6,4% de la potencia a máxima velocidad. Ahorros de energía medidos en edificios de oficinas: 35-50% de la energía del ventilador HVAC durante una temporada de calefacción.
Cadena de control DCV KNX
La cadena de control DCV KNX vincula las direcciones de grupo del sensor de CO2 a través de la lógica ETS6 con el control de velocidad VFD de la UMA mediante Modbus TCP. Cada componente de la cadena debe configurarse correctamente para que el sistema mantenga la Categoría II de EN 16798-1.
Cadena de control DCV — flujo de señal
[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
Lógica de control PI ETS6 para DCV
El bloque de función PI del Módulo Lógico MDT SCN-LOGM.01 convierte la concentración de CO2 en porcentaje de velocidad del ventilador de la UTA. El controlador PI mantiene el CO2 en el punto de consigna (900 ppm – proporcionando un margen por debajo del límite de 1.220 ppm de la Categoría II) ajustando continuamente la velocidad del ventilador.
Parámetros PI del Módulo Lógico MDT – 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%
DCV multizona con compuertas VAV
En oficinas abiertas con múltiples zonas ocupadas de forma independiente, cada zona requiere su propia caja VAV (Volumen de Aire Variable) para suministrar el caudal de aire correcto por zona. El ventilador central de la UTA mantiene la presión estática del conducto mientras que las cajas VAV de zona modulan según su lectura local de CO2.
DCV VAV de 5 zonas – configuración ETS6
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
Lógica combinada ocupación-CO2
Combinar la detección de presencia PIR con el control de CO2 mejora el tiempo de respuesta del DCV – el CO2 aumenta 10–15 minutos después de que las personas lleguen, pero la detección de presencia es inmediata. La lógica combinada proporciona un impulso de predilución de 5 minutos al entrar en la sala antes de pasar el control al DCV basado en CO2.
Lógica combinada de presencia + CO2 — Módulo lógico MDT
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 occupationPrueba de verificación categoría II según EN 16798-1
Verifique el rendimiento DCV con una prueba de ocupación real antes de la entrega del edificio. Documente los resultados para los evaluadores BREEAM y LEED.
Prueba funcional DCV — sala de reuniones 30m², 8 ocupantes
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.
Integración AHU Modbus TCP
Las unidades centrales de tratamiento de aire de Swegon GOLD, Robatherm, Klingenburg y fabricantes similares proporcionan interfaces Modbus TCP o BACnet/IP para la integración KNX. La pasarela Intesis IN701KNX conecta las direcciones de grupo KNX con los registros Modbus de la AHU.
Intesis IN701KNX — Tabla de señales Modbus TCP AHU
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
Cálculo del ahorro de energía
Los ahorros de energía DCV siguen la ley de afinidad del ventilador: la potencia del ventilador es proporcional al cubo de la velocidad. Operar al 40% de la velocidad de diseño consume solo el 6,4% de la potencia a máxima velocidad: los ahorros son sustanciales incluso con reducciones de velocidad moderadas.
Ahorro de energía DCV en sala de reuniones: ejemplo práctico
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
Puesta en marcha y equilibrado del flujo de aire
Ponga en marcha la lógica DCV después de instalar y verificar los sensores de CO2. Pruebe toda la cadena de control desde el sensor hasta el VFD antes de la prueba de ocupación en vivo.
| Paso | Acción | Criterio de aprobación |
|---|---|---|
| 1 | Establezca todos los GA de CO2 de zona en 1200 ppm en ETS6 Group Monitor (simulación de CO2 alto) | El ventilador UTA aumenta al 80–100% de velocidad dentro del tiempo de respuesta PI |
| 2 | Establecer todos los GA CO2 a 400 ppm (simular edificio vacío) | UTA reduce al 20% de velocidad mínima en 5 minutos |
| 3 | Probar cada compuerta VAV: establecer CO2 de zona a 600 ppm → verificar posición de la compuerta | Compuerta abierta aproximadamente al 30%; medir caudal de aire en difusores con anemómetro |
| 4 | Balance de caudal de aire: comparar caudal medido con valores de diseño | Caudal medido dentro de ±20% del diseño; ajustar calibración VAV si es necesario |
| 5 | Prueba de ocupación real (8 personas, 30 min, ventanas cerradas) | CO2 no supera 1220 ppm (Categoría II); registrar valores GA |
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