Управление вентиляцией по CO2 через KNX: логика, VFD и EN 16798-1
Вентиляция по потребности (DCV) снижает энергопотребление HVAC на 30–50%, регулируя воздушный поток по фактическому CO2, а не по максимальной проектной загрузке. KNX объединяет датчики CO2, VAV-клапаны, VFD и стандарт EN 16798-1 категории II.
Принцип DCV и категории EN 16798-1
EN 16798-1 (заменил EN 15251 в 2019) определяет четыре категории качества воздуха по превышению CO2 над наружным уровнем. DCV поддерживает категорию II (стандарт для офисов и школ), непрерывно регулируя вентиляцию по фактическому CO2, а не по максимальной загрузке.
Постоянная вентиляция (базовый вариант)
При постоянной вентиляции вентилятор работает на полную мощность независимо от загрузки. Переговорная на 30 человек вентилируется на 100% даже при 3 присутствующих — тратится 90% энергии в периоды неполной загрузки.
Улучшение с DCV
DCV поддерживает минимальный воздушный поток 20–30% при пустом помещении. Мощность вентилятора подчиняется закону куба: на 40% скорости потребление всего (0,4)³ = 6,4% от полной. Реальная экономия в офисах: 35–50% энергии вентиляторов за отопительный сезон.
Цепочка управления DCV через KNX
Цепочка управления DCV через KNX связывает групповые адреса датчиков CO2, логику ETS6 и управление VFD через Modbus TCP. Каждый элемент должен быть настроен для поддержания категории II по EN 16798-1.
Цепочка управления DCV — поток сигналов
[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
PI-логика ETS6 для DCV
PI-блок модуля MDT Logic Module SCN-LOGM.01 преобразует концентрацию CO2 в скорость вентилятора. PI-регулятор удерживает CO2 на уровне 900 ppm (с запасом ниже предела категории II — 1220 ppm), непрерывно меняя скорость.
Параметры PI модуля MDT для 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%
Многозонная DCV с VAV-клапанами
В open-space офисах с несколькими зонами каждая зона требует свой VAV-бокс для подачи нужного объёма воздуха. Центральный вентилятор поддерживает статическое давление в воздуховоде, а VAV-клапаны регулируются по локальному CO2.
5-зонная VAV DCV — настройка в 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
Совмещенная логика присутствия и CO2
Объединение PIR-детекции присутствия с управлением по CO2 улучшает время реакции DCV — CO2 повышается через 10–15 минут после прихода людей, а детекция присутствия срабатывает мгновенно. Совмещенная логика обеспечивает 5-минутный предварительный приток воздуха при входе в помещение, после чего управление передается CO2-контролю DCV.
Совмещенная логика присутствия + CO2 — MDT Logic Module
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 occupationТест на соответствие категории II по EN 16798-1
Проверьте производительность DCV с помощью реального теста occupancy перед сдачей здания. Задокументируйте результаты для оценки BREEAM и LEED.
Функциональный тест DCV — переговорная 30 м², 8 человек
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.
Интеграция AHU через Modbus TCP
Центральные приточные установки от Swegon GOLD, Robatherm, Klingenburg и аналогичных производителей предоставляют интерфейсы Modbus TCP или BACnet/IP для интеграции с KNX. Шлюз Intesis IN701KNX связывает групповые адреса KNX с регистрами Modbus AHU.
Intesis IN701KNX — таблица сигналов Modbus TCP для 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
Расчет экономии энергии
Экономия энергии DCV следует закону вентилятора: мощность вентилятора пропорциональна кубу скорости. Работа на 40% от проектной скорости требует всего 6,4% от полной мощности — экономия значительна даже при умеренном снижении скорости.
Пример расчета экономии энергии DCV для переговорной
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
Пусконаладка и балансировка воздушного потока
Настройте логику DCV после установки и проверки CO2-датчиков. Протестируйте всю цепочку управления от датчика до VFD перед тестированием с реальной occupancy.
| Шаг | Действие | Критерий успеха |
|---|---|---|
| 1 | Установите все групповые адреса CO2 зон на 1200 ppm в ETS6 Group Monitor (имитация высокого CO2) | Вентилятор AHU увеличивает скорость до 80–100% в течение времени реакции PI |
| 2 | Установите все групповые адреса CO2 на 400 ppm (имитация пустого здания) | AHU снижает скорость до 20% минимальной в течение 5 минут |
| 3 | Проверьте каждый VAV-демпфер: установите CO2 зоны на 600 ppm → проверьте положение демпфера | Задвижка открыта примерно на 30%; измерьте расход воздуха на диффузорах анемометром |
| 4 | Балансировка расхода: сравните измеренные значения с проектными | Измеренный расход в пределах ±20% от проекта; при необходимости откалибруйте VAV |
| 5 | Реальный тест occupancy (8 человек, 30 мин, закрытые окна) | CO2 не превышает 1220 ppm (категория II); запишите значения GA |
Нужна настройка логики DCV и интеграции AHU через KNX?
Мы проектируем и настраиваем системы вентиляции с управлением по потребности на KNX — логика ETS6 PI, настройка шлюза Modbus TCP, калибровка VAV и проверка по EN 16798-1 категория II с документацией BREEAM и LEED.
Запросить расчёт →