暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷技術(shù)研究進(jìn)展

趙友軍

（北京京投興檀房地產(chǎn)有限公司 北京 101502）

在樓宇項(xiàng)目中，中央空調(diào)故障的出現(xiàn)可以通過(guò)及時(shí)查找，降低20%～50%。因此一定要把故障的診斷方式運(yùn)用至中央空調(diào)系統(tǒng)中，這樣才能夠快速且精準(zhǔn)地找到故障所在區(qū)域，降低相關(guān)設(shè)備的檢修時(shí)長(zhǎng)，確保設(shè)備的正常運(yùn)行，減少其能耗，優(yōu)化節(jié)約能源的效果。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)的常見故障

當(dāng)下伴隨著人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，中央空調(diào)系統(tǒng)在各類型的樓宇項(xiàng)目中被廣泛地應(yīng)用，這樣可以滿足不同建筑和室內(nèi)人們對(duì)于空氣及溫度的不同需求，但是由于中央空調(diào)系統(tǒng)自身是根據(jù)流體流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件，并由各種熱交換器、設(shè)備、管路等一同構(gòu)造，因此，要把中央空調(diào)故障細(xì)分為3 類，包括傳感器的故障、執(zhí)行部分的故障、被控制部分的故障。

因中央空調(diào)的系統(tǒng)自身的特點(diǎn)是非線性質(zhì)、繁雜多變、眾多子系統(tǒng)，以及相關(guān)數(shù)據(jù)控制一同構(gòu)造，所以當(dāng)下構(gòu)建起相對(duì)完善且通用于各類型空調(diào)的系統(tǒng)問(wèn)題診斷方式是不太容易實(shí)現(xiàn)的，本文著重分析中央空調(diào)系統(tǒng)中的核心設(shè)備部分，提出故障的診斷措施［1］。

2 中央空調(diào)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的故障分析——冷水機(jī)組

2.1 冷水機(jī)組故障分析

因?yàn)槔渌畽C(jī)組其自身非常繁雜，導(dǎo)致其出現(xiàn)故障的頻率很多，故障的問(wèn)題種類也很多，依據(jù)相關(guān)故障的特征，可以把所有的故障細(xì)分成兩種，即硬性問(wèn)題與軟性問(wèn)題。硬性問(wèn)題包括冷水機(jī)組中，壓縮設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題、PLC 的問(wèn)題、電氣構(gòu)件的問(wèn)題，這些屬于突發(fā)問(wèn)題的故障情況，如果出現(xiàn)硬性問(wèn)題，機(jī)組中部分?jǐn)?shù)據(jù)會(huì)馬上出現(xiàn)偏離的問(wèn)題，并迅速蔓延，造成冷水機(jī)組的設(shè)備無(wú)法作業(yè)，但是這種問(wèn)題很容易被找到，所以不會(huì)發(fā)展得太嚴(yán)重。但是，冷水機(jī)組的軟性問(wèn)題就不一樣了，軟性問(wèn)題一般情況下是不容易被馬上找到的，因?yàn)樵诶渌畽C(jī)組出現(xiàn)軟性問(wèn)題時(shí)，其總體依舊可以正常運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)馬上停機(jī)的情況。軟性問(wèn)題大多數(shù)都是使冷水機(jī)組發(fā)生整體的故障，本文所探討的核心便是冷水機(jī)組的軟性故障類型，利用可靠的方式，解決軟性問(wèn)題，減少冷水機(jī)組的總體能耗，同時(shí)優(yōu)化機(jī)組的總體制冷效率［2］。如果冷卻水泵出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)失誤、冷凝裝置發(fā)生結(jié)垢，或者冷卻水的閥門部位出現(xiàn)破損，都會(huì)造成冷卻水的流量出現(xiàn)問(wèn)題。由于冷卻水的端口，其水的溫度變得不穩(wěn)定，就會(huì)造成冷凝器出現(xiàn)故障。

使用適量的潤(rùn)滑油，能夠確保壓縮設(shè)備的正常運(yùn)行工作，并且確保其使用的時(shí)間?？墒?，一旦使用過(guò)多的潤(rùn)滑劑，就會(huì)難以控制，多出來(lái)的潤(rùn)滑劑極有可能進(jìn)入氣道中，之后再進(jìn)入壓縮設(shè)備的氣缸中，就會(huì)出現(xiàn)液擊的問(wèn)題；還容易進(jìn)入蒸汽設(shè)備與冷凝設(shè)備中，在其設(shè)備中形成污漬，之后會(huì)對(duì)其換熱的作業(yè)帶來(lái)負(fù)面的影響，最后會(huì)造成壓縮的功率浪費(fèi)問(wèn)題。

本文所分析的冷水機(jī)組設(shè)備軟性問(wèn)題，使用的是自模擬數(shù)據(jù)的方法，實(shí)施機(jī)組問(wèn)題的仿真模擬，并依據(jù)試驗(yàn)的成果，進(jìn)一步證明故障分析方式的使用性能。

2.2 冷水機(jī)組故障特征變量

基于上文所述，從故障的分析內(nèi)容可知冷水機(jī)組的問(wèn)題故障因素是多種多樣的，一旦出現(xiàn)軟性問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致很多的故障隨之出現(xiàn)。例如，冷凍水的運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題，造成蒸發(fā)設(shè)備的壓力程度不夠，導(dǎo)致溫度的減少；同理可知，這樣一個(gè)類型的情況發(fā)生，就等于涵蓋了很多的故障根源，如空調(diào)設(shè)備的功率被無(wú)效消耗，這種問(wèn)題的根源可能是由于冷水機(jī)組里存在無(wú)法凝固的氣體，也可能是由于潤(rùn)滑劑的不慎進(jìn)入。這樣一來(lái)，伴隨軟性問(wèn)題的出現(xiàn)，故障也在不斷增加。所以，在選擇特征變量環(huán)節(jié)，需要切實(shí)參考故障之間的特點(diǎn)，分析其之間的關(guān)系［3］。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備故障診斷方法與仿真

3.1 冷水機(jī)組故障與特征變量

綜合上一部分中，冷水機(jī)組軟性問(wèn)題的種類及特點(diǎn)變化的敘述，此環(huán)節(jié)對(duì)于軟性問(wèn)題實(shí)施有關(guān)模擬，本文選取的冷水機(jī)組模擬故障，是假設(shè)冷卻水量出現(xiàn)問(wèn)題，冷凍水的流量也不夠，制冷劑出現(xiàn)泄漏的情況，還有潤(rùn)滑油出現(xiàn)過(guò)多的問(wèn)題，相對(duì)選擇的冷水機(jī)組，其特性的變化是冷凝設(shè)備在進(jìn)水時(shí)的溫度（TCI）、冷凝設(shè)備排水環(huán)節(jié)的溫度（TCO）、蒸發(fā)設(shè)備輸水階段溫度（TEI）、蒸發(fā)設(shè)備排水環(huán)節(jié)溫度（TEO）、壓縮設(shè)備（To-sump）這5個(gè)溫度情況。冷水機(jī)組故障類型與特征變量之間的關(guān)系詳見表1。

表1 冷水機(jī)組故障類型與特征變量之間的關(guān)系

為精簡(jiǎn)故障的環(huán)節(jié)，這里不參考問(wèn)題之間的耦合情況，只是單獨(dú)對(duì)于某一類問(wèn)題的出現(xiàn)，便于實(shí)施冷水機(jī)組的問(wèn)題診斷模擬分析。這里把冷水機(jī)組其特征變量正常及故障狀況下的溫度區(qū)域設(shè)定相關(guān)的參數(shù)，詳見表2。

表2 中采用變量的E代表冷卻水的進(jìn)出端，其水的溫度變化TCO-TCI；變量F代表冷凍水的進(jìn)出端，其水的溫度變化TEI-TEO；變量G代表蒸發(fā)設(shè)備，其水的溫度變化TEO；變量H代表的壓縮設(shè)備，底部的油溫變化To-sump［4］。

表2 冷水機(jī)組特征變量正常與故障狀況下溫度范圍

3.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障模式識(shí)別

構(gòu)建基于BP網(wǎng)絡(luò)的冷水機(jī)組設(shè)備，其故障的模擬情況，設(shè)計(jì)BP網(wǎng)絡(luò)的隱含層神經(jīng)元，其數(shù)目是20，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的預(yù)估偏差值假設(shè)為0.001，作業(yè)的速率取值0.01，最強(qiáng)的訓(xùn)練次數(shù)取值為1000，最終的冷水設(shè)備問(wèn)題診斷成果，詳見圖1［5］。

根據(jù)圖1（a）可知，BP網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)與實(shí)際的參數(shù)很接近，只在潤(rùn)滑油的輸出環(huán)節(jié)中（輸出數(shù)據(jù)為4），有一些明顯的偏差，總體訓(xùn)練成果是很好的，并且進(jìn)行訓(xùn)練的時(shí)長(zhǎng)不多，只是訓(xùn)練的步長(zhǎng)是3的環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)訓(xùn)練就結(jié)束了［6］。根據(jù)圖1（b），冷水機(jī)組的問(wèn)題診斷，在作業(yè)正常的時(shí)候，預(yù)測(cè)的誤差數(shù)據(jù)可能會(huì)更大一些，在別的狀況中，預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)都與實(shí)際的數(shù)據(jù)相對(duì)吻合。這個(gè)時(shí)候，BP 網(wǎng)絡(luò)的模擬成果，其平均的誤差數(shù)據(jù)是0.0405。同時(shí)，根據(jù)圖1（c）分析，BP 網(wǎng)絡(luò)的總體參數(shù)，其回歸的模式很大，并沒(méi)發(fā)生特別明顯的誤差問(wèn)題，這可以證明BP網(wǎng)絡(luò)能夠用于冷水機(jī)組的問(wèn)題診斷作業(yè)中［7］。

圖1 冷水設(shè)備在基于BP 網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題判斷成果

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷水機(jī)組設(shè)備的軟性問(wèn)題故障，實(shí)施了有關(guān)的研究分析，進(jìn)行基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題判定實(shí)驗(yàn)。把這種方式實(shí)施模擬實(shí)驗(yàn)，基于BP網(wǎng)絡(luò)，冷水機(jī)組的問(wèn)題判斷，做了仿真的驗(yàn)證，其實(shí)驗(yàn)的成果，證明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用于冷水機(jī)設(shè)備，軟性問(wèn)題的判斷、問(wèn)題的測(cè)試成果、相關(guān)的誤差不明顯，達(dá)到了設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)誤差，進(jìn)一步為基于大數(shù)據(jù)背景的空調(diào)故障診斷提供了新思路。