暖通空調(diào)的自動故障檢測及診斷分析

周銳

摘要：暖通空調(diào)技術(shù)作用在于為建筑物內(nèi)部提供一個合理的建筑溫度環(huán)境。但是這一類的空調(diào)系統(tǒng)因消耗功率較大，且易產(chǎn)生故障，需要進行定期的檢測診斷分析，并根據(jù)其所呈現(xiàn)出來的問題擬定相應(yīng)的維修護理方案，從而確保建筑物內(nèi)的環(huán)境。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)；自動故障檢測；診斷

中圖分類號：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）05—156—02

前言

伴隨著現(xiàn)代能源緊缺情況的逐步加劇，作為人類生產(chǎn)、生活的重要環(huán)境調(diào)節(jié)機制之一的暖通空調(diào)系統(tǒng)，在耗能問題上，也極大地增加了對環(huán)境的負(fù)擔(dān)。與此同時，其自身也極易發(fā)生故障。故障的存在，對空調(diào)系統(tǒng)是非常有害的，它不僅導(dǎo)致能源浪費，而且還會影響室內(nèi)的舒適性，縮短設(shè)備的使用壽命。在發(fā)生故障后的檢驗檢修中，會耗費較大的人力物力，這些都會增加設(shè)備的運營管理費用。

1暖通空調(diào)常見系統(tǒng)故障及原因分析

1.1常見系統(tǒng)故障

暖通空調(diào)系統(tǒng)的常見故障主要存在于組件和傳感器之上，組件故障是針對空調(diào)子系統(tǒng)設(shè)備而言的，如風(fēng)機設(shè)備、水泵設(shè)備、水閥、風(fēng)閥、制冷機等，當(dāng)系統(tǒng)組件發(fā)生故障時會對設(shè)備的正常運行造成影響，甚至?xí)鹪O(shè)備停機。傳感器故障在系統(tǒng)故障中并不少見，針對暖通空調(diào)功能的需要傳感器可以分為溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等，為保證系統(tǒng)的正常運行，傳感器所采集傳輸?shù)男畔⒈仨毐３指叨染珳?zhǔn)，所以它是系統(tǒng)的重要組成部分也是系統(tǒng)的敏感部分。它的故障是指測控的傳感器出現(xiàn)偏差、漂移、精度等級下降及完全失效等故障。

系統(tǒng)故障的嚴(yán)重程度可以從故障發(fā)生原因和發(fā)生部位進行大致的判斷，如果設(shè)備器件突然發(fā)生故障，一般會引起較大的破壞甚至導(dǎo)致器件完全失效，如：風(fēng)機不能運轉(zhuǎn)、閥門完全堵塞、傳感器沒有讀數(shù)或讀數(shù)完全失效等。這類故障往往是突發(fā)性的，故障一般較大，因此，相對來說，它易于被檢測到。而類似器件性能下降或部分失效等各種軟故障，如：風(fēng)機盤管的結(jié)垢、閥門的泄漏、傳感器的偏差與漂移等。這類故障一般是漸變性的，發(fā)展較慢，在初期往往難于被檢測到。因此，從某種意義上講，軟故障的危害比硬故障更大。

1.2系統(tǒng)故障原因分析

暖通空調(diào)在設(shè)計時應(yīng)用多種設(shè)備和專業(yè)技術(shù)，各個環(huán)節(jié)之間協(xié)同合作才能夠保證系統(tǒng)的正常運行。因此在分析系統(tǒng)故障的原因時也需要從多方面考慮。由于系統(tǒng)自身引起的故障可能是由于設(shè)備元件發(fā)生老化或者磨損而造成的，也可能是系統(tǒng)設(shè)置問題。系統(tǒng)內(nèi)部故障一旦出現(xiàn)必然會引起整個系統(tǒng)的斷層，因為各層系統(tǒng)之間的較強的連接性會將當(dāng)前的故障引申到更深層次，并引發(fā)新的故障，這一問題對于系統(tǒng)故障檢測而言較為復(fù)雜。此外由于人員操作失誤引起的系統(tǒng)故障也是不可忽視的，這類故障雖然難以受到人們的重視但是在實際應(yīng)用中卻頻繁發(fā)生。

2暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷方法

2.1傳感器診斷和軟件診斷

傳感器診斷法是在自動化技術(shù)的發(fā)展之下引申而來的。傳感器診斷主要是通過對暖通空調(diào)系統(tǒng)運行時參數(shù)變化的分析，來檢測系統(tǒng)發(fā)生故障的位置。傳感器診斷法在一定程度上實現(xiàn)了系統(tǒng)故障診斷的自動化，而且有效提高了故障診斷的精準(zhǔn)度和綜合效率。在傳感器診斷法的幫助下暖通空調(diào)系統(tǒng)故障可以在較短的時間內(nèi)被發(fā)現(xiàn)并接受維修，從而恢復(fù)正常運行。軟件診斷是針對完整的暖通空調(diào)系統(tǒng)進行的全面檢測，通過構(gòu)建系統(tǒng)模型，分類和識別正常工作狀態(tài)模式和故障狀態(tài)模式，通過獲取特征量進行故障計算和診斷，其主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的日常維護工作。

2.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷與故障樹診斷

由于暖通空調(diào)系統(tǒng)較為復(fù)雜，各機械設(shè)備連接緊密，因此如果某一部分發(fā)生故障很可能會引起系統(tǒng)的連鎖反應(yīng)從而將系統(tǒng)故障進行擴大，例如，在蒸氣壓縮式制冷循環(huán)中，如果冷水泵出現(xiàn)故障，則單位時間通過蒸發(fā)器的水量減少，蒸發(fā)溫度及蒸發(fā)壓力降低，壓縮機的壓縮比升高，功耗增加，系統(tǒng)的COP值下降，嚴(yán)重時會損壞壓縮機。對于類似這種情況可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法進行系統(tǒng)檢測，這一方法針對的是系統(tǒng)部分結(jié)構(gòu)，在神經(jīng)元的設(shè)置聯(lián)系中可以將暖通空調(diào)隔離在一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通過大量的、并行的、相互聯(lián)系的神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)故障診斷。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立后，輸入信號在神經(jīng)元之間反復(fù)往返傳遞，通過大量的數(shù)據(jù)樣本來訓(xùn)練這個網(wǎng)絡(luò)，不斷修正網(wǎng)絡(luò)之間的權(quán)值，最后用數(shù)據(jù)樣本校驗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在對暖通空調(diào)系統(tǒng)故障進行檢測與診斷的過程中，系統(tǒng)每一個環(huán)節(jié)的故障都會在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中顯現(xiàn)出來，并能夠根據(jù)故障實際狀況準(zhǔn)確判斷故障原因。在應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對暖通空調(diào)系統(tǒng)進行故障檢測與診斷時不需要建立相關(guān)物理模型，而且在解決非線性的問題時神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法占據(jù)著較為明顯的優(yōu)勢。

故障樹診斷是以故障結(jié)果為分析依據(jù)的故障檢測與診斷方式。診斷過程從系統(tǒng)最終的故障開始，從上到下倒查故障，形成一棵倒立的故障樹，空調(diào)系統(tǒng)的各種輸入、輸出參數(shù)作為故障的癥狀，被輸入到分類器，分類器根據(jù)事先制定好的分類策略，作出故障分類，給出故障診斷結(jié)果。這種方法故障檢索比較完全，但如果系統(tǒng)較大，故障樹的規(guī)模也大，建立故障樹比較復(fù)雜。

3自動故障檢測與診斷在暖通空調(diào)中的應(yīng)用

通過對相關(guān)文獻(xiàn)進行探究，并結(jié)合我國自動故障檢測與診斷實際應(yīng)用于暖通空調(diào)的相關(guān)經(jīng)驗來看。早期的自動故障檢測與診斷往往只是通過一些手提式的診斷器進行設(shè)備檢測，維修人員在實際工作中利用這些維修設(shè)備對暖通空調(diào)系統(tǒng)進行故障檢查與問題診斷，這種工具的優(yōu)點是可以通過一臺儀器實現(xiàn)多個系統(tǒng)的檢測與故障診斷，在儀器中還可以配置精度較高的傳感器進行輔助檢測，實現(xiàn)高效化的暖通空調(diào)設(shè)備故障診斷。但是，利用檢測設(shè)備進行檢測與診斷的過程中，往往不能實現(xiàn)在線檢測與診斷，檢測出來的數(shù)據(jù)結(jié)果并不能反映出系統(tǒng)的動態(tài)特征，這些數(shù)據(jù)資料只是檢測設(shè)備中的靜態(tài)檢測結(jié)果，還需要經(jīng)過一系列的處理以后才能發(fā)揮出實際效用。

近年來，大多數(shù)檢測設(shè)備生產(chǎn)廠家，在設(shè)備的安全性與實用性上進行了相應(yīng)的改善與創(chuàng)新，在檢測產(chǎn)品中加入了一些保護系統(tǒng)與故障診斷系統(tǒng)。保護系統(tǒng)是通過設(shè)備的啟停操作來實現(xiàn)的。例如：當(dāng)制冷系統(tǒng)中壓力超過容許上限時，認(rèn)為系統(tǒng)有故障，就停止設(shè)備運行。這種方法可以有效提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命，確保操作人員的安全，但是這種安全系統(tǒng)只能對一些故障情況較為嚴(yán)重的設(shè)備進行故障診斷，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)與特性惡化情況卻無法起到有效的監(jiān)測作用，致使設(shè)備在出現(xiàn)問題以后無法得到及時的維修，導(dǎo)致能源被大量損耗。

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展與社會產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的完善，國內(nèi)市場對暖通空調(diào)自動故障檢測與診斷的需求將會變得越來越大，將來一定會出現(xiàn)更加完善的故障檢測與診斷產(chǎn)品，這些產(chǎn)品將為我國空調(diào)設(shè)備發(fā)展指明一條新的方向。

4暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷技術(shù)研究與發(fā)展

當(dāng)前，限制自動故障檢測與診斷系統(tǒng)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用與發(fā)展的關(guān)鍵問題是故障檢測與診斷的技術(shù)性與經(jīng)濟性。對于空調(diào)系統(tǒng)這種復(fù)雜的高度非線性系統(tǒng)，要想找到一種既簡單易行，又準(zhǔn)確可靠的方法的確很難。盡管前面已經(jīng)提到了很多種方法，但它們都不同程度地存在著一些缺點。為進一步提高暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷技術(shù)，應(yīng)充分結(jié)合技術(shù)理論及經(jīng)濟性理論，在提高系統(tǒng)整體可靠性的同時，提高暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性，有效降低暖通空調(diào)出現(xiàn)故障的幾率，提升暖通空調(diào)應(yīng)用質(zhì)量及壽命。在今后的暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷技術(shù)發(fā)展過程中，從幾個方面進行強化研究：

（1）經(jīng)濟性角度。故障檢測與診斷技術(shù)在今后的強化研究中應(yīng)更加注重經(jīng)濟效益，進一步為人們帶來應(yīng)用保障。加強自動故障檢測與診斷技術(shù)和暖通空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合，最大限度利用系統(tǒng)元器件，減少對故障檢測與診斷系統(tǒng)的改動。

（2）可靠性角度。故障檢測與診斷技術(shù)在暖通空調(diào)的應(yīng)用中會受到多種因素影響，造成其他不可預(yù)見為題，所以要加強對故障診斷與檢測技術(shù)的可靠性，最大限度避免降低設(shè)備錯誤警報，避免出現(xiàn)造成干擾，提高暖通空調(diào)運行保障。

（3）理論角度。暖通空調(diào)屬于較復(fù)雜的服務(wù)性設(shè)備，運行過程中受多種因素干擾，因此故障檢測與診斷技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)趨向簡單、實用等方面，以保證其運行穩(wěn)定。因此，通過加強理論驗證與研究正式滿足這一要求的必要性十分重要，以切實有效為暖通空調(diào)系統(tǒng)運行提供理論保障。

5結(jié)語

暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動故障檢查和診斷的探究還處在理論與方法探究階段，伴隨經(jīng)濟的進步和社會服務(wù)方式的改變，對暖通空調(diào)系統(tǒng)自動障礙檢查和診斷的需求也隨之增多，因為經(jīng)濟的因素，這種體系或許只在一些大的系統(tǒng)或設(shè)備上取得應(yīng)用，但終會在全部暖通空調(diào)設(shè)施上取得推進。伴隨建筑自動化和資源管理體系的完善，暖通空調(diào)自動故障檢測及診斷分析體系也會在建筑工程行業(yè)得到廣泛地應(yīng)用與推廣。