Czujniki jakości powietrza CO2 i VOC do sterowania wentylacją KNX
Stężenie CO2 jest najbardziej wiarygodnym wskaźnikiem zapotrzebowania na wentylację wynikającego z obecności osób. Przy 400 ppm na zewnątrz i 1000 ppm oznaczającym pogorszoną jakość powietrza, zakres między tymi wartościami bezpośrednio przekłada się na prędkość wentylatora w systemie HVAC sterowanym przez KNX. Niniejszy przewodnik obejmuje technologie czujników, integrację z KNX, logikę sterowania wentylacją, automatykę okienną oraz kluczowe pytanie, kiedy wyłączyć samokalibrację ABC.
CO2 vs. VOC – dwa różne pomiary
Czujniki CO2 i VOC mierzą zasadniczo różne wielkości i są używane do różnych celów sterowania wentylacją. Zrozumienie różnicy jest niezbędne przed wyborem produktu lub zaprojektowaniem strategii wentylacji KNX.
CO2 — dwutlenek węgla
- Technologia pomiaru: NDIR (niedyspersyjna podczerwień) — mierzy absorpcję światła podczerwonego na długości fali specyficznej dla CO2
- Co wykrywa: ludzki metabolizm (wydychane powietrze) — wprost proporcjonalne do liczby osób i poziomu aktywności
- Dokładność: typowe ±50 ppm, długi okres kalibracji (5–10 lat)
- Najlepsze zastosowanie: sterowanie wentylacją w zależności od obciążenia (DCV) na podstawie obecności
- Ograniczenie: nie wykrywa zanieczyszczeń chemicznych (farby, środki czyszczące)
LZO — lotne związki organiczne
- Technologia pomiaru: półprzewodnik tlenku metalu (MOS) — zmiana rezystancji w obecności gazów utleniających/redukujących
- Co wykrywa: opary farb, środki czyszczące, formaldehyd, zapachy kuchenne, kleje — zdarzenia chemicznej jakości powietrza
- Dokładność: wskaźnik względny (nie bezwzględne ppm), krzyżowo czuły na wilgotność
- Najlepsze zastosowanie: wykrywanie zdarzeń jakości powietrza w pomieszczeniu — wyzwalanie wentylacji impulsowej
- Ograniczenie: nie mierzy w sposób wiarygodny obecności — nie może być używany do DCV
Zalecenie: do sterowania wentylacją w zależności od obecności używaj wyłącznie CO2. Dla kompleksowego rozwiązania jakości powietrza w pomieszczeniu — szczególnie w kuchniach, laboratoriach lub nowo wyposażonych pomieszczeniach — użyj czujnika kombinowanego CO2 + VOC, takiego jak Elsner CARMA KNX-S, który dostarcza oba pomiary na oddzielnych adresach grupowych KNX.
Poziomy referencyjne CO2
Następujące poziomy stężenia CO2 są używane jako progi w logice sterowania wentylacją KNX. Norma EN 13779 określa maksimum 1200 ppm powyżej stężenia zewnętrznego dla budynków biurowych (kategoria IDA 2). Wiele projektów obecnie dąży do 800 ppm lub mniej jako benchmarku komfortu.
| Poziom CO2 | Jakość powietrza | Działanie wentylacji | Uwaga regulacyjna |
|---|---|---|---|
| 400 ppm | Powietrze zewnętrzne / świeże | Brak działania – minimalna prędkość wentylatora | Typowy poziom bazowy na zewnątrz |
| 600 ppm | Doskonałe wewnątrz | Wentylacja minimalna — 10–20% wentylatora | Przekracza kategorię IDA 1 (najlepszą) |
| 800 ppm | Dobrze — włącz wentylację | Aktywuj wentylację — 30–50% wentylatora | Granica IDA 1/2 |
| 1000 ppm | Akceptowalne — zwiększ wentylację | Zwiększ wentylator do 60–80% | Limit IDA 2 (EN 13779 biura) |
| 1200 ppm | Słaba – maksimum dla biur | Maksymalna prędkość wentylatora 100% | Limit EN 13779 IDA 3 |
| 1500 ppm | Wymagane działanie | Otwórz okna + maksymalny wentylator + alarm | Przekracza większość limitów unijnych przepisów budowlanych |
| 2000 ppm+ | Bardzo słaba | Ewakuuj jeśli to możliwe + maksymalna wentylacja | Upośledza wydajność poznawczą (badania wykazują 15–25% spadek) |
Porównanie produktów KNX
| Produkt | Zakres CO2 | Dokładność CO2 | Zasilanie z magistrali | Dodatkowe czujniki | Wyjścia DPT HVAC |
|---|---|---|---|---|---|
| MDT SCA-CO2.01 | 0–5000 ppm | ±(50ppm + 3%) | Tak — szyna DIN | Temperatura, wilgotność | DPT 9.001 (ppm), DPT 5.001 (0–100%), DPT 1.005 (alarm) |
| Elsner CARMA KNX-S | 0–5000 ppm | ±50ppm | Tak — montaż natynkowy | VOC, temperatura, wilgotność, luks, obecność | DPT 9.001, DPT 5.001, DPT 1.001 (obecność), DPT 9.004 (luks) |
| Siemens QPA2060 | 0–2000 ppm | ±(40ppm + 3%) | Tak — szyna DIN | Temperatura | DPT 9.001 (ppm), DPT 5.001 (zapotrzebowanie na wentylację) |
Obiekty grupowe KNX dla CO2
| Obiekt grupowy | DPT | Kierunek | Opis |
|---|---|---|---|
| Wartość CO2 w ppm | DPT 9.001 | Wyślij | Zmierzony CO2 w częściach na milion (2-bajtowa liczba zmiennoprzecinkowa). Używany do wizualizacji i wejścia bloku logicznego. |
| Alarm CO2 | DPT 1.005 | Wyślij | 1 = przekroczony próg CO2 (konfigurowalny w ETS, np. 1200 ppm); 0 = poniżej progu |
| Procent CO2 | DPT 5.001 | Wyślij | CO2 odwzorowane na 0–100% skonfigurowanego zakresu – używane jako analogowa wartość zadana dla sterownika nagrzewnicy wentylatorowej |
| Zapotrzebowanie na wentylację | DPT 5.001 | Wyślij | 0–100% obliczonego zapotrzebowania na wentylację na podstawie poziomu CO2 – bezpośrednio steruje prędkością wentylatora |
| Indeks VOC | DPT 9.001 | Wyślij | Poziom VOC jako wskaźnik względny lub równoważne CO2 (eCO2) – format specyficzny dla produktu |
| Alarm LZO | DPT 1.005 | Wyślij | 1 = przekroczony próg LZO; uruchamia logikę wentylacji impulsowej |
Logika sterowania wentylacją
Standardowa implementacja odwzorowuje liniowo ppm CO2 na procent prędkości wentylatora (DPT 5.001 = 0–100%). Czujnik KNX wysyła albo surową wartość ppm (wymagającą bloku logicznego do odwzorowania), albo wstępnie obliczoną wartość zapotrzebowania na wentylację DPT 5.001, którą można bezpośrednio podłączyć do adresu grupowego sterownika wentylatora konwektora.
Proporcjonalne odwzorowanie CO2 → prędkość wentylatora
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 wewnętrzne zapotrzebowanie na wentylację
MDT SCA-CO2.01 może obliczyć i wysłać wstępnie odwzorowaną wartość zapotrzebowania na wentylację (DPT 5.001, 0–100%) bezpośrednio z czujnika, bez zewnętrznego bloku logicznego. Skonfiguruj minimalny i maksymalny punkt zadany CO2 oraz krzywą wyjściową w parametrach ETS. Wartość ta jest następnie przekazywana do adresu grupowego wentylatora konwektora – nie są wymagane dodatkowe moduły logiczne.
Ścieżki integracji HVAC
Zapotrzebowanie na wentylację sterowane stężeniem CO2 może dotrzeć do instalacji HVAC kilkoma ścieżkami integracji, w zależności od dostępnego sprzętu HVAC.
KNX → bramka Modbus → pompa ciepła / centrala wentylacyjna
CO2 ppm lub zapotrzebowanie na wentylację (DPT 5.001) z czujnika KNX → bramka Modbus (np. MDT SCN-MBG.02) → rejestr Modbus w pompie ciepła Nibe, centrali Daikin lub podobnym. Rejestr Modbus odwzorowuje nastawę wentylacji lub nastawę prędkości wentylatora w urządzeniu HVAC.
KNX → statecznik DALI wyjście analogowe (0-10V) → silnik wentylatora
Bramka KNX-DALI z kanałami wyjścia analogowego może przekształcić DPT 5.001 na sygnał sterujący 0–10V. Ten sygnał 0-10V bezpośrednio napędza silnik wentylatora o zmiennej prędkości lub steruje przemiennikiem częstotliwości dla większych klimakonwektorów. Najbardziej opłacalne dla wentylatorów w strefie jednopomieszczeniowej.
KNX → siłownik → motoryzowana przepustnica powietrza
Alarm CO2 (DPT 1.005) lub poziom CO2 wyzwala siłownik przełączający KNX podłączony do motoryzowanej przepustnicy powietrza (napęd przepustnicy Belimo, Siemens). Prosta wentylacja włącz/wyłącz lub stopniowana – odpowiednia dla strefowych systemów VAV (zmienna objętość powietrza).
Automatyka okienna przez CO2
W przypadku pomieszczeń wentylowanych naturalnie, poziom CO2 może sterować automatycznym otwieraniem okien za pomocą siłowników łańcuchowych KNX. Wymaga to starannej histerezy, aby zapobiec oscylacji (szybkie otwieranie i zamykanie okna, gdy CO2 oscyluje wokół progu).
Logika automatyki okien — sterowanie CO2
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
Zawsze uwzględniaj blokady ze stacji pogodowej (deszcz, wiatr, temperatura) w logice automatyki okien. Wyzwalacz CO2 otwierający okna podczas deszczu lub burzy spowoduje uszkodzenia wodne lub skargi na hałas konstrukcyjny. Stacja pogodowa Elsner P04 KNX zapewnia wszystkie wymagane blokady na jednym urządzeniu KNX.
Samo-kalibracja ABC — kiedy wyłączyć
Większość czujników CO2 NDIR wykorzystuje ABC (Automatic Baseline Calibration). Algorytm obserwuje minimalny odczyt CO2 w ruchomym oknie 7–14 dni i zakłada, że to minimum reprezentuje świeże powietrze zewnętrzne (około 400–420 ppm). Linia bazowa czujnika jest okresowo korygowana do tego zakładanego minimum, kompensując długoterminowy dryft czujnika.
Pozostaw ABC włączone, gdy
- • Pomieszczenie jest nieużywane przez co najmniej kilka godzin w tygodniu (biura, szkoły)
- • Okna lub wentylacja świeżym powietrzem doprowadzają pomieszczenie do poziomu zewnętrznego w okresach nieużytkowania
- • Czujnik znajduje się w normalnie wentylowanej przestrzeni mieszkalnej lub komercyjnej
- • Pożądana jest długoterminowa korekcja dryftu bez ręcznej kalibracji
Wyłącz ABC, gdy
- • Pomieszczenie jest stale zajęte 24/7 (oddział szpitalny, pokój hotelowy)
- • Okna nigdy nie są otwierane, a używana jest tylko wentylacja mechaniczna
- • Minimalne stężenie CO2 w oknie 7-dniowym nigdy nie osiąga 400 ppm (zawsze zajęte)
- • Wynik: ABC przyjmuje wysokie CO2 jako wartość bazową → czujnik odczytuje za nisko → wentylacja jest niedosterowana
Wyłączanie ABC w MDT SCA-CO2.01
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.
Integracja czujników w szafie KNX
Wybieramy i wstępnie okablowujemy czujniki KNX zgodnie z wymaganiami przestrzeni – czujniki obecności, czujniki CO2 i czujniki temperatury zintegrowane z projektem szafy, z poprawnymi mapowaniami DPT zweryfikowanymi przed dostawą.
Poproś o wycenę →