暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷方法

劉純

摘 要：本文主要將對空調(diào)系統(tǒng)常見的故障以及故障產(chǎn)生的具體原因進(jìn)行全面的分析，總結(jié)一些實(shí)用性較強(qiáng)的故障檢測和診斷方法，并針對各方法的優(yōu)劣勢挑選出最佳的故障檢測和診斷方法，從全球暖通空調(diào)故障檢測和診斷方法的應(yīng)用以及研發(fā)現(xiàn)狀角度出發(fā)，預(yù)測出空調(diào)系統(tǒng)故障診斷和檢測方向和趨勢。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào) 故障檢測 故障診斷 進(jìn)展

中圖分類號：TM925.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0091-02

在與商務(wù)行業(yè)有關(guān)的建筑物中，因?yàn)樵O(shè)備的維護(hù)方式不當(dāng)、功能受損以及控制操作方法錯(cuò)誤等情況而引發(fā)的耗能嚴(yán)重大約在15%～30%左右，HVAC系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)生故障或者傳感器性能出現(xiàn)問題都會加大降低室內(nèi)舒適度和增加耗能負(fù)荷的可能性，所以，嚴(yán)謹(jǐn)而精準(zhǔn)的檢測和操作是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，也是數(shù)字化和最佳化操作得以實(shí)施的首要前提，當(dāng)系統(tǒng)因出現(xiàn)故障而運(yùn)行不穩(wěn)定時(shí)，檢測人員應(yīng)當(dāng)立即精準(zhǔn)而快速的查找出故障產(chǎn)生原因和位置，另外在檢測工作和處理工作完成后還要采取一些預(yù)防措施和手段，目的就是提前防止和預(yù)測出發(fā)生可能性較高的故障和問題，進(jìn)而降低故障發(fā)展率并且提高故障處理的時(shí)效性和穩(wěn)定性。

1 暖通空調(diào)系統(tǒng)故障原因及常見故障

1.1 故障原因

HVAC系統(tǒng)整合了多種設(shè)備，很多參數(shù)互相配合和融合，使整個(gè)系統(tǒng)變得十分復(fù)雜，增加了故障之間的連接性和影響性。多個(gè)種類的空調(diào)設(shè)備通過管道連接而形成關(guān)聯(lián)性和影響性極強(qiáng)的HVAC系統(tǒng)，倘若這個(gè)系統(tǒng)中有任何一個(gè)位置出現(xiàn)問題、發(fā)生故障，都會對其他設(shè)備和位置的運(yùn)行情況產(chǎn)生影響，進(jìn)而牽連到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和控制性能。比如說在蒸汽壓縮制冷過程中，假如冷水泵正常運(yùn)行受到干擾，那么蒸發(fā)器中的進(jìn)水量就會減少，進(jìn)而降低蒸發(fā)壓力和溫度，使系統(tǒng)的整體功能受到阻礙，甚至?xí)p壞壓縮機(jī)等設(shè)備。因?yàn)镠VAC系統(tǒng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)會產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)會干擾和阻礙其他設(shè)備的運(yùn)行，涉及的參數(shù)變化范圍非常廣，因此，當(dāng)故障產(chǎn)生時(shí)極不容易判斷和查找出故障的具體位置，也不容易分析出參數(shù)和數(shù)據(jù)的因素性和結(jié)果性，加大了故障診斷的難度系數(shù)。另外，HVAC系統(tǒng)中所包含的傳感器數(shù)量是極少的，因此缺少傳感器帶來是數(shù)據(jù)和信息，降低系統(tǒng)的監(jiān)測性，而且，HVAC系統(tǒng)所整合數(shù)據(jù)比較多也比較復(fù)雜，通常都會給系統(tǒng)的控制者增大管理難度，由于系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息不能通過圖案和文字直觀的表現(xiàn)出來，其多變性較強(qiáng)，而這些數(shù)據(jù)信息最終都是由人工來進(jìn)行處理和分析的，對故障的檢測和診斷器械和軟件也必須通過人來判斷，還有就是系統(tǒng)的控制者比較容易忽視的故障和隱患，盡管這些故障不能干擾系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，但也許會有帶來一些不確定問題。

1.2 常見故障及其后果

空調(diào)系統(tǒng)故障產(chǎn)生的原因有很多種， 任何部件都有發(fā)生故障的可能，19世紀(jì)末期曾有人指出對于全封閉式蒸汽壓縮空調(diào)系統(tǒng)來講，超過一半的故障都是由電氣故障而引發(fā)的，而接近20%故障都屬于機(jī)械類故障，很少的一部分故障由管路和開關(guān)部分引發(fā)的，而電氣故障中85%左右是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)損壞引發(fā)的。

暖通空調(diào)系統(tǒng)故障大都不會引發(fā)大型的安全事故，最主要的影響使室內(nèi)溫差變大和增加系統(tǒng)耗能，美國曾經(jīng)有一篇關(guān)于HVAC系統(tǒng)的報(bào)道，在美國地區(qū)因HVAC系統(tǒng)而加大耗能的情況有很多。

2 故障特征及分類

暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障大體可分成兩大類：硬故障和軟故障，既有局部性也有全面性，對整個(gè)HVAC系統(tǒng)的影響大小也不盡相同。硬故障是指機(jī)械設(shè)備和運(yùn)轉(zhuǎn)部件完全喪失功能所產(chǎn)生的故障，例如皮帶斷裂、傳感器失效、閥門不受控制和風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行等故障。從故障產(chǎn)生時(shí)間的角度分析，這些故障應(yīng)當(dāng)歸為突發(fā)故障，且故障影響效果比較嚴(yán)重，所以檢測和診斷的難度系數(shù)不大。軟故障的實(shí)質(zhì)是說設(shè)備和部件的機(jī)械功能降低或局部失效等，比如部件或管道結(jié)垢、堵塞，局部泄露、儀表穩(wěn)定性降低等等。軟故障基本都是循序漸進(jìn)的，在產(chǎn)生的最初時(shí)期所表現(xiàn)的特征不太明顯，因此在初級階段很難被發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上，這類故障的產(chǎn)生是因?yàn)橄到y(tǒng)參數(shù)漸漸惡化，從某方面或者某種角度來講，軟故障的危害性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硬故障的危害性，所以，軟故障的監(jiān)測力度要適當(dāng)加強(qiáng)，并且要做好預(yù)防工作，其對空調(diào)系統(tǒng)的意義和作用是不言而喻的。

暖通空調(diào)在運(yùn)行一段時(shí)間之后，系統(tǒng)故障的產(chǎn)生一般都是偶然且不確定的，所以，故障的屬性具有任意性，且發(fā)展情況與平衡過程具有隨機(jī)性。從HVAC系統(tǒng)整個(gè)結(jié)構(gòu)入手分析，所涉及的設(shè)備都是由子設(shè)備和基礎(chǔ)構(gòu)件按照一系列的標(biāo)準(zhǔn)組合而成的，層次性和系統(tǒng)性極強(qiáng)，所以故障產(chǎn)生時(shí)就會因?yàn)閷哟紊疃鹊牟灰粯佣斐刹灰粯拥挠绊?。除此之外，考慮到系統(tǒng)是由多個(gè)相關(guān)的子設(shè)備綜合而成的，一些子設(shè)備發(fā)生故障也可能是因?yàn)槠湎嚓P(guān)環(huán)節(jié)或者設(shè)備產(chǎn)生故障而引發(fā)的，這種現(xiàn)象稱為故障的傳導(dǎo)性。根據(jù)系統(tǒng)故障產(chǎn)生的位置不一樣，既可以說是設(shè)備故障也可以說是傳感器故障，既可以說是硬故障也可以說是軟故障，因?yàn)檫@些故障參雜在一起很難分辨，所以空調(diào)系統(tǒng)的診斷和檢測就十分的復(fù)雜。

3 常用的故障檢測與診斷方法

3.1 基于案例的故障診斷方法

通過查找知識庫和相關(guān)資料找到空調(diào)問題的解決辦法，通常包含故障案例的檢索、表達(dá)和學(xué)習(xí)等一系列過程，這類故障的檢測和診斷要結(jié)合很多相似案例，但是因?yàn)楣收系漠a(chǎn)生的確定性極低，所以案例的應(yīng)用的局限性也較強(qiáng)。

3.2 基于模糊推理的故障診斷方法

利用大量的經(jīng)驗(yàn)和模糊性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)而構(gòu)成的信息庫，再依照模糊性較強(qiáng)的邏輯整合成綜合性評判標(biāo)準(zhǔn)，整體思路也比較不清晰，因此，對數(shù)據(jù)的判斷和整理也比較模糊化。

3.3 基于故障樹的診斷方法

檢測和診斷過程要從系統(tǒng)最終故障入手，采用倒查的方法依次排查故障，這種故障檢索比較全面和完整，但是假如系統(tǒng)過于龐大，所以故障樹的建造規(guī)模也比較大，其整個(gè)系統(tǒng)也比較復(fù)雜。endprint

3.4 基于模式識別的故障診斷方法

應(yīng)當(dāng)將故障的檢測和診斷看作是穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定狀態(tài)的分辨和區(qū)分，通過故障產(chǎn)生的具體特征和屬性進(jìn)行系統(tǒng)的分析和探究，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和總結(jié)，此方式的長處就是不需要建立模型且計(jì)算量不大。

3.5 基于小波分析的故障診斷方法

20世紀(jì)80年代末漸漸有小波分析診斷故障工具對不穩(wěn)定的信號和波動(dòng)較大的信號分析極有幫助。設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)所產(chǎn)生的突變信號包含故障信息，因此通過對突變信號的小波分析就能夠分析出故障的具體位置和影響大小，非常適合信號的處理工作。

3.6 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法

通過很多相互關(guān)聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來診斷和分析故障。輸入信號在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中來回傳遞，在網(wǎng)絡(luò)建成以后，大量的信息樣本來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。不斷修復(fù)和完善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，最后通過數(shù)據(jù)的校對實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有效運(yùn)行。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢較為突出，不需要?jiǎng)?chuàng)建物理模型。

3.7 基于規(guī)則的故障診斷專家系統(tǒng)

規(guī)則故障診斷方式的應(yīng)用就目前故障診斷現(xiàn)狀而言較為廣泛，主要通過IF-THEN的規(guī)則形式來表示相關(guān)故障與預(yù)測之間的種種聯(lián)系，也就是表示各個(gè)部件之間的必然關(guān)系。該診斷方式融合了多方面的知識到一個(gè)特定程序中來解決相關(guān)問題，在規(guī)則的故障診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，發(fā)展出智能化的故障檢測系統(tǒng)，在醫(yī)療、化學(xué)等行業(yè)中的應(yīng)用也比較廣泛。

3.8 基于模型（mode-l based）的故障診斷系統(tǒng)

在1984年Davis曾經(jīng)提出，模型診斷方法主要是通過使用數(shù)字化邏輯電路配合信號輸入和輸出等行為表達(dá)故障的具體影響和情況，de Kleer一些人也提出過用沖突集將具體故障信息和可能出現(xiàn)的故障部件聯(lián)系起來。模型的故障診斷方法較為系統(tǒng)和復(fù)雜，特別在HVAC系統(tǒng)中，許多構(gòu)件都是非線性，且計(jì)算難度較大，方法也較為復(fù)雜。

總而言之，未來的故障診斷工具將更為標(biāo)準(zhǔn)化和現(xiàn)代化，甚至是將成為能源管理和控制系統(tǒng)的一個(gè)模塊，這些診斷工具既可以由開發(fā)商提供也可以由第三方供應(yīng)商來提供。暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測在未來的發(fā)展和應(yīng)用前景將是不可限量的，其實(shí)用性和便利性等優(yōu)點(diǎn)更為顯著和突出。

參考文獻(xiàn)

[1] 鮑士雄，趙鵬.制冷系統(tǒng)故障診斷中模糊模式識別技術(shù)的應(yīng)用[J].制冷學(xué)報(bào)，2011，19（2）：20-27.

[2] 陳友明，郝小禮.建筑能源管理與控制系統(tǒng)中傳感器故障及其檢測與診斷[J].暖通空調(diào)，2012，34（2）：83-88.

[3] 陳友明.自動(dòng)故障檢測與診斷在暖通空調(diào)中的研究與應(yīng)用[J].暖通空調(diào)，2012，34（3）：29-33.endprint