Wentylacja sterowana zapotrzebowaniem z KNX: Logika CO2, sterowanie wentylatorem VFD i EN 16798-1
Wentylacja sterowana zapotrzebowaniem zmniejsza energię wentylatorów HVAC o 30–50% poprzez zmienny przepływ powietrza w zależności od rzeczywistej obecności i stężenia CO2, zamiast maksymalnej projektowej liczby osób, która obowiązuje tylko przez ułamek godzin pracy. KNX zapewnia warstwę integracji między czujnikami CO2, strefowymi przepustnicami VAV, przemiennikami VFD AHU a celem jakości powietrza wewnętrznego kategorii II EN 16798-1.
Zasada DCV i kategorie EN 16798-1
EN 16798-1 (która zastąpiła EN 15251 w 2019 r.) definiuje cztery kategorie jakości powietrza wewnętrznego na podstawie stężenia CO2 powyżej poziomu zewnętrznego. DCV utrzymuje kategorię II (standardowy cel projektowy dla biur i szkół) poprzez ciągłe dostosowywanie wydajności wentylacji do rzeczywistego stężenia CO2 – a nie do maksymalnej projektowej liczby osób.
Stała bazowa wentylacji
Wentylacja dla maksymalnej projektowej liczby osób działa z pełną prędkością wentylatora niezależnie od rzeczywistej liczby osób. Sala konferencyjna na 30 osób wentylowana dla 30 osób pracuje na 100%, nawet gdy obecne są tylko 3 osoby – marnując 90% energii wentylatora w typowych okresach częściowego obłożenia.
Poprawa DCV
DCV działa z minimalnym przepływem powietrza 20–30%, gdy pomieszczenie jest puste lub ma niskie obłożenie. Moc wentylatora podlega prawu sześcianu: przy 40% prędkości wentylator zużywa tylko (0,4)³ = 6,4% mocy pełnej prędkości. Zmierzone oszczędności energii w budynkach biurowych: 35–50% energii wentylatorów HVAC w sezonie grzewczym.
Łańcuch sterowania DCV KNX
Łańcuch sterowania DCV KNX łączy adresy grupowe czujników CO2 przez logikę ETS6 z regulacją prędkości VFD AHU przez Modbus TCP. Każdy element w łańcuchu musi być poprawnie skonfigurowany, aby system utrzymywał kategorię II normy EN 16798-1.
Łańcuch sterowania DCV – przepływ sygnału
[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
Logika sterowania PI w ETS6 dla DCV
Blok funkcyjny PI modułu logicznego MDT SCN-LOGM.01 przekształca stężenie CO2 na procent prędkości wentylatora AHU. Regulator PI utrzymuje CO2 na wartości zadanej (900 ppm – zapewniając margines poniżej limitu 1220 ppm dla kategorii II) poprzez ciągłą regulację prędkości wentylatora.
Parametry PI modułu logicznego 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%
Wielostrefowe DCV z przepustnicami VAV
W biurach typu open space z wieloma niezależnie użytkowanymi strefami każda strefa wymaga własnej skrzynki VAV (Variable Air Volume), aby dostarczyć odpowiedni przepływ powietrza na strefę. Centralny wentylator AHU utrzymuje ciśnienie statyczne w kanale, podczas gdy strefowe przepustnice VAV modulują na podstawie lokalnego odczytu CO2.
5-strefowe VAV DCV – konfiguracja 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
Połączona logika obecności i CO2
Połączenie detekcji obecności PIR z regulacją CO2 poprawia czas reakcji DCV – CO2 wzrasta 10–15 minut po wejściu osób, ale detekcja obecności jest natychmiastowa. Połączona logika zapewnia 5-minutowy boost wstępnego rozcieńczenia przy wejściu do pomieszczenia, zanim sterowanie zostanie przekazane do DCV opartego na CO2.
Połączona logika obecności + CO2 — Moduł logiczny 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 weryfikacyjny kategorii II według EN 16798-1
Zweryfikuj wydajność DCV za pomocą rzeczywistego testu obłożenia przed przekazaniem budynku. Udokumentuj wyniki dla audytorów BREEAM i LEED.
Test funkcjonalny DCV — sala konferencyjna 30m², 8 osób
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.
Integracja AHU Modbus TCP
Centralne centrale wentylacyjne od Swegon GOLD, Robatherm, Klingenburg i podobnych producentów udostępniają interfejsy Modbus TCP lub BACnet/IP do integracji z KNX. Bramka Intesis IN701KNX łączy adresy grupowe KNX z rejestrami Modbus AHU.
Intesis IN701KNX — Tabela sygnałów 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
Obliczanie oszczędności energii
Oszczędności energii DCV są zgodne z prawem powinowactwa wentylatorów: moc wentylatora jest proporcjonalna do sześcianu prędkości obrotowej. Praca przy 40% prędkości projektowej zużywa tylko 6,4% mocy przy pełnej prędkości – oszczędności są znaczące nawet przy umiarkowanych redukcjach prędkości.
Oszczędności energii DCV w sali konferencyjnej – przykład obliczeniowy
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
Uruchomienie i równoważenie przepływu powietrza
Uruchom logikę DCV po zainstalowaniu i zweryfikowaniu czujników CO2. Przetestuj cały łańcuch sterowania od czujnika do przemiennika częstotliwości przed testem z rzeczywistym obciążeniem.
| Krok | Działanie | Kryterium zaliczenia |
|---|---|---|
| 1 | Ustaw wszystkie GA stref CO2 na 1200 ppm w ETS6 Group Monitor (symulacja wysokiego CO2) | Wentylator AHU zwiększa prędkość do 80–100% w czasie odpowiedzi PI |
| 2 | Ustaw wszystkie GA CO2 na 400 ppm (symulacja pustego budynku) | AHU zmniejsza do 20% prędkości minimalnej w ciągu 5 minut |
| 3 | Przetestuj każdą przepustnicę VAV: ustaw CO2 w strefie na 600 ppm → sprawdź położenie przepustnicy | Przepustnica otwarta w około 30%; zmierz przepływ powietrza przy dyfuzorach anemometrem |
| 4 | Bilans przepływu powietrza: porównaj zmierzony przepływ z wartościami projektowymi | Zmierzony przepływ w granicach ±20% projektu; w razie potrzeby wyreguluj kalibrację VAV |
| 5 | Test rzeczywistej obecności (8 osób, 30 min, zamknięte okna) | CO2 nie przekracza 1220 ppm (Kategoria II); rejestruj wartości GA |
Potrzebujesz uruchomienia logiki KNX DCV i integracji z centralą wentylacyjną?
Projektujemy i uruchamiamy systemy wentylacji sterowanej zapotrzebowaniem KNX — logika PI ETS6, konfiguracja bramki Modbus TCP, kalibracja przepustnic VAV oraz weryfikacja kategorii II wg EN 16798-1 z dokumentacją BREEAM i LEED.
Poproś o wycenę →