(重慶市設(shè)計(jì)院 400015)

研究暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷技術(shù)

張 紅

(重慶市設(shè)計(jì)院 400015)

針對暖通空調(diào)系統(tǒng)故障，首先從性質(zhì)、程度、故障器件與發(fā)生位置角度對故障進(jìn)行分類，然后介紹了故障檢測診斷基本方法，最后對檢測診斷技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行分析。

暖通空調(diào)系統(tǒng)；故障分類；檢測、診斷技術(shù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，公共建筑總能耗60%用于暖通空調(diào)運(yùn)行，是建筑中的重點(diǎn)耗能設(shè)備。此外，如果暖通空調(diào)發(fā)生故障，不僅影響正常運(yùn)行，還將進(jìn)一步增大耗能，造成資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。因此，分析并提出有效的故障檢測診斷方法對建筑發(fā)揮基本功能和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有重要意義。

1 、暖通空調(diào)故障類型

1.1按性質(zhì)分類

（1）自然故障。指系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中由于自身設(shè)備等原因發(fā)生的故障。

（2）人為故障。指系統(tǒng)操作人員自身原因造成的故障。

1.2 按程度分類

（1）硬故障。指系統(tǒng)設(shè)備、元件已經(jīng)完全失去效用。此類故障發(fā)生較為突然，且存在一定破壞性，但檢測難度低，常見的有風(fēng)機(jī)啟動異常與閥門卡住等。

（2）軟故障。指系統(tǒng)設(shè)備、元件持續(xù)使用中由于嚴(yán)重疲勞、磨損和腐蝕等原因失效后造成的故障。實(shí)際情況中，軟故障發(fā)生率較高，且很難檢測，從某種程度上講，其危害大于硬故障。

1.3按故障器件分類

（1）組件故障。指各類設(shè)備發(fā)生故障，如風(fēng)機(jī)和水泵無法工作，制冷機(jī)效率急劇下降。

（2）傳感器故障。指系統(tǒng)中各類傳感器異常，包括偏差、精度下降與漂移等。

1.4按具體發(fā)生位置分類

（1）水側(cè)故障。指制冷機(jī)與水系統(tǒng)發(fā)生故障。

（2）空氣側(cè)故障。指變更量末端與空氣處理器發(fā)生故障。

2 、暖通空調(diào)故障檢測和診斷方法

故障診斷由四個(gè)部分構(gòu)成，分別為檢測、識別、評價(jià)與決策。當(dāng)檢測結(jié)果顯示系統(tǒng)存在故障時(shí)，需對故障的類型、位置與影響程度進(jìn)行分析，判斷系統(tǒng)是否可以在這一故障下繼續(xù)保持正常運(yùn)行。繼而明確采取何種故障處理措施，比如維修或更換故障元件等，也可通過對測量儀器讀數(shù)、設(shè)定值等的修改確保系統(tǒng)正常運(yùn)行[1]。

暖通空調(diào)故障的診斷方法有很多種，按照不同的理論，可分成以信號處理為核心的故障診斷、以數(shù)學(xué)模型為核心的故障診斷與以知識為核心的故障診斷三種。如今，伴隨相關(guān)理論研究的不斷深入，以及各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域、行業(yè)的完善，新型暖通空調(diào)診斷技術(shù)層出不窮，為對這些技術(shù)進(jìn)行科學(xué)分類，本文從定性和定量兩個(gè)角度進(jìn)行分析。

定性的方法主要指的是利用定性分析工具與專家個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)對象延續(xù)狀況與獲取的各類信息資料，判斷對象的基本性質(zhì)、特征與發(fā)展規(guī)律。由此可見，定性方法主要借助專業(yè)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)與事物間保持的某種因果關(guān)系，適合在有明確邏輯關(guān)系的系統(tǒng)中應(yīng)用。定量的方法主要指的是根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)模型，同時(shí)使用模型通過計(jì)算得出對象特有的各類指標(biāo)與數(shù)值。定量方法強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)驗(yàn)證事物的特有性質(zhì)，適合在擁有完整歷史數(shù)據(jù)或具備構(gòu)建完善、準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型條件的系統(tǒng)中應(yīng)用。

3 、暖通空調(diào)故障檢測和診斷技術(shù)分析

暖通空調(diào)是一個(gè)具有復(fù)雜性、多變量性和非線性的系統(tǒng)，而且不同系統(tǒng)的特性存在很大差異，想要構(gòu)建一種可實(shí)現(xiàn)通用目標(biāo)的系統(tǒng)故障檢測診斷體系有極大的困難，但我國相關(guān)學(xué)者正致力于打造同時(shí)具備集成化、智能化和綜合化的新檢測診斷技術(shù)。通過對相關(guān)研究成果的總結(jié)，暖通空調(diào)故障檢測診斷技術(shù)拓展可從以下幾方面入手：

（1）在研究對象方面，大多數(shù)學(xué)者都將對象集中于系統(tǒng)傳感器、空氣處理裝置和冷水機(jī)組上，這些對象都是系統(tǒng)的局部設(shè)備，缺乏對于系統(tǒng)級故障檢測診斷方面的研究，在故障性質(zhì)判斷和原因分析上還需進(jìn)行更為深入的研究[2]。

（2）在研究方法角度，目前較為常用的暖通空調(diào)故障檢測診斷方法以定量為主，包含小波分析、卡爾曼濾波與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等類型，通過之前的分析可知，作為典型的定量方法，適合在擁有完整歷史數(shù)據(jù)或具備構(gòu)建完善、準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型條件的系統(tǒng)中應(yīng)用，其本身存在一定應(yīng)用局限性。因此，為解決這一局限性，使分析結(jié)果更為具體、直觀的體現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)際情況，可對定性與定量的方法進(jìn)行結(jié)合，分別從體現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況的定量數(shù)據(jù)和主觀認(rèn)知兩個(gè)層面對故障進(jìn)行預(yù)測與診斷，這樣雖然能起到大幅提高故障檢測診斷準(zhǔn)確度的作用，但同時(shí)會增大用于檢測診斷的時(shí)間和存儲空間。

（3）在研究深度方面，通過對當(dāng)前研究成果的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，故障建模在實(shí)行檢測診斷時(shí)十分重要，但有許多故障模型缺乏全面性，精確度也有待提升，無法對所有對象模式進(jìn)行覆蓋，以VAV系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)在不同的季節(jié)有著對應(yīng)的控制策略，但在具體研究中，僅僅是研究了其中一個(gè)季節(jié)。針對有較大特征差的研究對象，需分別建模，如果只是建立一個(gè)故障模型，則不能充分表現(xiàn)出所有的對象特征[3]。此外，還缺乏對故障評價(jià)和決策的深入研究，需全面強(qiáng)化對故障程度的綜合分析，預(yù)測故障的發(fā)展規(guī)律，進(jìn)而采取有效措施進(jìn)行隔離或容錯(cuò)控制，減小故障造成的不利影響。

（4）在應(yīng)用和推廣方面，經(jīng)濟(jì)性是限制故障檢測診斷技術(shù)深入推廣的關(guān)鍵因素。為突破這一瓶頸，可良好融合現(xiàn)有的建筑控制系統(tǒng)與故障檢測診斷系統(tǒng)，以此減少投入，盡量利用原有設(shè)備和元件，降低或避免故障檢測診斷方面的附加投入。目前有許多建筑都配置了BEMS，它可對暖通空調(diào)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行自動收集，結(jié)合FDD和BEMS，能獲取實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以此降低用于檢測診斷工作的費(fèi)用。另外，還要對節(jié)能效果進(jìn)行準(zhǔn)確評估，構(gòu)建系統(tǒng)性能評估體系，確保每一個(gè)用戶都能清楚觀察到合理的故障檢測診斷所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果，為其應(yīng)用和推廣奠定良好的基礎(chǔ)。

結(jié)束語

綜上所述，暖通空調(diào)是一個(gè)具有復(fù)雜性、多變量性和非線性的系統(tǒng)，系統(tǒng)故障種類多樣，常用的故障檢測診斷方法以定性、定量為主。盡管我國相關(guān)學(xué)者正致力于打造同時(shí)具備集成化、智能化和綜合化的新檢測診斷技術(shù)，但在研究對象、方法、深度及應(yīng)用推廣方面依然存在一些問題，仍需進(jìn)行有效改進(jìn)與解決。

[1]韓琦,魏東,曹勇.暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷技術(shù)研究進(jìn)展[J].暖通空調(diào),2014,10(03):105-112.

[2]孫利敏.暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷技術(shù)研究[J].科技經(jīng)濟(jì)市場,2015,11(12):19-20.

[3]賴業(yè)涌.暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷技術(shù)探討[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào),2016,10(13):68-69.

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1007-6344（2017）06-0349-01