Ventilation à la demande avec KNX : Logique CO2, contrôle de ventilateur VFD et EN 16798-1
La ventilation à la demande réduit l'énergie des ventilateurs CVC de 30 à 50 % en faisant varier le débit d'air en fonction de l'occupation réelle et de la concentration de CO2, plutôt que du taux d'occupation maximal de conception qui ne s'applique que pendant une fraction des heures de fonctionnement. KNX fournit la couche d'intégration entre les capteurs CO2, les registres VAV de zone, les VFD de CTA et l'objectif de qualité de l'air intérieur de catégorie II de l'EN 16798-1.
Principe DCV et catégories EN 16798-1
La norme EN 16798-1 (qui a remplacé EN 15251 en 2019) définit quatre catégories de qualité de l'air intérieur basées sur la concentration de CO2 par rapport au niveau extérieur. La DCV maintient la catégorie II (l'objectif de conception standard pour les bureaux et les écoles) en ajustant en continu le débit de ventilation en fonction de la concentration réelle de CO2 – et non de l'occupation maximale de conception.
Ligne de base de ventilation constante
La ventilation pour l'occupation maximale de conception fonctionne à pleine vitesse du ventilateur quelle que soit l'occupation réelle. Une salle de réunion pour 30 personnes ventilée pour 30 personnes fonctionne à 100% même si seulement 3 personnes sont présentes – gaspillant 90% de l'énergie du ventilateur pendant les périodes typiques de faible occupation.
Amélioration DCV
La DCV fonctionne avec un débit d'air minimum de 20 à 30% lorsque la pièce est vide ou peu occupée. La puissance du ventilateur suit la loi du cube : à 40% de vitesse, le ventilateur utilise seulement (0,4)³ = 6,4% de la puissance à pleine vitesse. Économies d'énergie mesurées dans les immeubles de bureaux : 35 à 50% de l'énergie des ventilateurs CVC sur une saison de chauffage.
Chaîne de contrôle DCV KNX
La chaîne de contrôle DCV KNX relie les adresses de groupe des capteurs CO2 via la logique ETS6 au contrôle de vitesse VFD de la CTA via Modbus TCP. Chaque composant de la chaîne doit être correctement configuré pour que le système maintienne la catégorie II de la norme EN 16798-1.
Chaîne de contrôle DCV – flux de signaux
[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
Logique de régulation PI ETS6 pour DCV
Le bloc fonctionnel PI du module logique MDT SCN-LOGM.01 convertit la concentration de CO2 en pourcentage de vitesse du ventilateur de la CTA. Le régulateur PI maintient le CO2 à la consigne (900 ppm – avec une marge en dessous de la limite de 1 220 ppm de la catégorie II) en ajustant en continu la vitesse du ventilateur.
Paramètres PI du module logique 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 multi-zones avec registres VAV
Dans les bureaux ouverts avec plusieurs zones occupées indépendamment, chaque zone nécessite sa propre boîte VAV (Volume d'Air Variable) pour fournir le débit d'air correct par zone. Le ventilateur central de la CTA maintient la pression statique du conduit tandis que les boîtes VAV de zone modulent en fonction de leur lecture locale de CO2.
DCV VAV à 5 zones – configuration 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
Logique combinée présence-CO2
La combinaison de la détection de présence PIR avec la régulation CO2 améliore le temps de réponse du DCV – le CO2 augmente 10 à 15 minutes après l'arrivée des personnes, mais la détection de présence est immédiate. La logique combinée fournit un boost de pré-dilution de 5 minutes à l'entrée de la pièce avant de passer le contrôle au DCV basé sur le CO2.
Logique combinée présence + CO2 — Module logique 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 occupationTest de vérification catégorie II selon EN 16798-1
Vérifiez les performances DCV avec un test d'occupation réel avant la remise du bâtiment. Documentez les résultats pour les évaluateurs BREEAM et LEED.
Test fonctionnel DCV — salle de réunion 30m², 8 occupants
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.
Intégration AHU Modbus TCP
Les centrales de traitement d'air de Swegon GOLD, Robatherm, Klingenburg et fabricants similaires fournissent des interfaces Modbus TCP ou BACnet/IP pour l'intégration KNX. La passerelle Intesis IN701KNX relie les adresses de groupe KNX aux registres Modbus de l'AHU.
Intesis IN701KNX — Tableau des signaux 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
Calcul des économies d'énergie
Les économies d'énergie DCV suivent la loi d'affinité des ventilateurs : la puissance du ventilateur est proportionnelle au cube de la vitesse. Fonctionner à 40 % de la vitesse nominale ne consomme que 6,4 % de la puissance à pleine vitesse – les économies sont substantielles même avec des réductions de vitesse modérées.
Économies d'énergie DCV dans une salle de réunion – exemple chiffré
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
Mise en service et équilibrage des débits d'air
Mettez en service la logique DCV après l'installation et la vérification des capteurs de CO2. Testez toute la chaîne de commande du capteur au variateur de fréquence avant le test d'occupation en conditions réelles.
| Étape | Action | Critère de réussite |
|---|---|---|
| 1 | Réglez toutes les GA de zone CO2 à 1200 ppm dans ETS6 Group Monitor (simulation de CO2 élevé) | Le ventilateur CTA augmente à 80–100 % de vitesse dans le temps de réponse PI |
| 2 | Régler tous les GA CO2 à 400 ppm (simuler un bâtiment vide) | La CTA réduit à 20 % de vitesse minimale en 5 minutes |
| 3 | Tester chaque registre VAV : régler le CO2 de la zone à 600 ppm → vérifier la position du registre | Registre ouvert à environ 30 % ; mesurer le débit d'air aux diffuseurs avec un anémomètre |
| 4 | Équilibrage du débit d'air : comparer le débit mesuré aux valeurs de conception | Débit mesuré dans ±20 % de la conception ; ajuster l'étalonnage VAV si nécessaire |
| 5 | Test d'occupation réelle (8 personnes, 30 min, fenêtres fermées) | Le CO2 ne dépasse pas 1220 ppm (Catégorie II) ; enregistrer les valeurs GA |
Besoin d'une mise en service de la logique KNX DCV et de l'intégration de la CTA ?
Nous concevons et mettons en service des systèmes de ventilation à la demande KNX — logique PI ETS6, configuration de la passerelle Modbus TCP, calibrage des registres VAV et vérification de la catégorie II selon EN 16798-1 avec documentation BREEAM et LEED.
Demander un devis →