Ventilazione a Controllo di Domanda con KNX: Logica CO2, Controllo Ventilatore VFD e EN 16798-1
La ventilazione a controllo di domanda riduce l'energia dei ventilatori HVAC del 30–50% variando il flusso d'aria in base all'occupazione effettiva e alla concentrazione di CO2, anziché al tasso di occupazione massimo di progetto che si applica solo per una frazione delle ore di funzionamento. KNX fornisce il livello di integrazione tra sensori CO2, serrande VAV di zona, VFD UTA e l'obiettivo di qualità dell'aria interna di categoria II EN 16798-1.
Principio DCV e categorie EN 16798-1
La EN 16798-1 (che ha sostituito la EN 15251 nel 2019) definisce quattro categorie di qualità dell'aria interna basate sulla concentrazione di CO2 rispetto al livello esterno. La DCV mantiene la Categoria II (l'obiettivo di progettazione standard per uffici e scuole) regolando continuamente la portata di ventilazione in base alla concentrazione effettiva di CO2 – non all'occupazione massima di progetto.
Linea di base di ventilazione costante
La ventilazione per l'occupazione massima di progetto funziona a piena velocità del ventilatore indipendentemente dall'occupazione effettiva. Una sala riunioni per 30 persone ventilata per 30 persone funziona al 100% anche quando sono presenti solo 3 persone – sprecando il 90% dell'energia del ventilatore durante i periodi tipici di occupazione parziale.
Miglioramento DCV
La DCV funziona con un flusso d'aria minimo del 20-30% quando la stanza è vuota o con bassa occupazione. La potenza del ventilatore segue la legge del cubo: al 40% di velocità, il ventilatore utilizza solo (0,4)³ = 6,4% della potenza a piena velocità. Risparmi energetici misurati negli edifici per uffici: 35-50% dell'energia dei ventilatori HVAC durante una stagione di riscaldamento.
Catena di controllo DCV KNX
La catena di controllo DCV KNX collega gli indirizzi di gruppo del sensore CO2 attraverso la logica ETS6 al controllo di velocità VFD dell'AHU tramite Modbus TCP. Ogni componente della catena deve essere configurato correttamente affinché il sistema mantenga la Categoria II della EN 16798-1.
Catena di controllo DCV – flusso del segnale
[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
Logica di controllo PI ETS6 per DCV
Il blocco funzione PI del modulo logico MDT SCN-LOGM.01 converte la concentrazione di CO2 nella percentuale di velocità del ventilatore dell'AHU. Il regolatore PI mantiene la CO2 al setpoint (900 ppm – con un margine al di sotto del limite di 1.220 ppm della Categoria II) regolando continuamente la velocità del ventilatore.
Parametri PI del modulo logico 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 serrande VAV
Negli uffici open space con più zone occupate indipendentemente, ogni zona richiede la propria scatola VAV (Volume d'Aria Variabile) per fornire la portata d'aria corretta per zona. Il ventilatore centrale dell'AHU mantiene la pressione statica del condotto mentre le scatole VAV di zona modulano in base alla loro lettura locale di CO2.
DCV VAV a 5 zone – configurazione 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
Logica combinata occupazione-CO2
La combinazione del rilevamento di presenza PIR con il controllo CO2 migliora il tempo di risposta del DCV – la CO2 aumenta 10–15 minuti dopo l'arrivo delle persone, ma il rilevamento di presenza è immediato. La logica combinata fornisce un boost di pre-diluizione di 5 minuti all'ingresso nella stanza prima di passare il controllo al DCV basato su CO2.
Logica combinata presenza + CO2 — Modulo logico 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 di verifica categoria II secondo EN 16798-1
Verificare le prestazioni DCV con un test di occupazione reale prima della consegna dell'edificio. Documentare i risultati per i valutatori BREEAM e LEED.
Test funzionale DCV — sala riunioni 30m², 8 occupanti
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.
Integrazione AHU Modbus TCP
Le unità di trattamento aria centrali di Swegon GOLD, Robatherm, Klingenburg e produttori simili forniscono interfacce Modbus TCP o BACnet/IP per l'integrazione KNX. Il gateway Intesis IN701KNX collega gli indirizzi di gruppo KNX ai registri Modbus dell'AHU.
Intesis IN701KNX — Tabella segnali 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
Calcolo del risparmio energetico
I risparmi energetici DCV seguono la legge di affinità dei ventilatori: la potenza del ventilatore è proporzionale al cubo della velocità. Operare al 40% della velocità di progetto consuma solo il 6,4% della potenza a piena velocità: i risparmi sono sostanziali anche con riduzioni di velocità moderate.
Risparmio energetico DCV in sala riunioni – esempio pratico
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
Messa in servizio e bilanciamento del flusso d'aria
Eseguire la messa in servizio della logica DCV dopo l'installazione e la verifica dei sensori di CO2. Testare l'intera catena di controllo dal sensore al VFD prima del test di occupazione in condizioni reali.
| Passo | Azione | Criterio di superamento |
|---|---|---|
| 1 | Impostare tutti i GA CO2 di zona a 1200 ppm in ETS6 Group Monitor (simulazione di CO2 elevato) | Il ventilatore UTA aumenta all'80–100% della velocità entro il tempo di risposta PI |
| 2 | Imposta tutti i GA CO2 a 400 ppm (simula edificio vuoto) | UTA riduce al 20% della velocità minima entro 5 minuti |
| 3 | Testare ogni serranda VAV: impostare CO2 zona a 600 ppm → controllare posizione serranda | Serranda aperta circa al 30%; misurare la portata d'aria ai diffusori con anemometro |
| 4 | Bilanciamento portata aria: confrontare la portata misurata con i valori di progetto | Portata misurata entro ±20% del progetto; regolare la calibrazione VAV se necessario |
| 5 | Test di occupazione reale (8 persone, 30 min, finestre chiuse) | CO2 non supera 1220 ppm (Categoria II); registrare i valori GA |
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