王剛+朱清雪

摘 要： 隨著暖通空調(diào)系統(tǒng)（HVAC）在各種場(chǎng)合越來越廣泛的應(yīng)用，暖通空調(diào)系統(tǒng)得到了很大發(fā)展，空調(diào)系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)也越來越復(fù)雜。不管是商用辦公樓還是工業(yè)加工場(chǎng)所，甚至是民用住宅都對(duì)空調(diào)系統(tǒng)提出了更高的要求，要求空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定、舒適和節(jié)能。在越來越復(fù)雜和龐大的HVAC系統(tǒng)中，往往會(huì)產(chǎn)生各種各樣的故障，要快速及時(shí)地檢測(cè)、鑒別出系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種故障，已遠(yuǎn)非操作者力所能及，這就使得故障檢測(cè)與診斷（Fault Detection and Diagnosis， FDD）系統(tǒng)越來越成為必要。為此，本文主要對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)故障原因、檢測(cè)及診斷方法進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞： 暖通空調(diào)系統(tǒng)；故障原因；檢測(cè)；診斷方法

暖通空調(diào)系統(tǒng)最先應(yīng)用于美國(guó)，其工作原理主要是改變房間中的風(fēng)量來使得室內(nèi)所產(chǎn)生的負(fù)荷得到滿足。因?yàn)橄到y(tǒng)絕大多數(shù)時(shí)間都是在負(fù)荷下進(jìn)行工作的，所以能夠在能源消耗上有一定程度上的降低，在節(jié)能的效果上有著顯著的作用。這就使得空調(diào)系統(tǒng)的使用逐漸的傳向了全世界，繼而在世界各地都得到了廣泛的應(yīng)用，并為節(jié)省能耗做出了一定的貢獻(xiàn)。隨著人類對(duì)節(jié)能意識(shí)及生活質(zhì)量的要求不斷的提高，專業(yè)學(xué)者研究出調(diào)節(jié)變風(fēng)量系統(tǒng)及變水量系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，使其更好的平衡暖通空調(diào)系統(tǒng)。

一、暖通空調(diào)系統(tǒng)故障常見原因

暖通空調(diào)系統(tǒng)是由多種設(shè)備組合而成的，其中系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用到了多個(gè)學(xué)科的技術(shù)，如熱力學(xué)、流體力學(xué)等。暖通空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，各種設(shè)備的參數(shù)相互配合，共同完成對(duì)建筑物的采暖、調(diào)節(jié)空氣的作用。暖通系統(tǒng)的復(fù)雜性增強(qiáng)了故障發(fā)生的機(jī)率，同時(shí)各種故障的相互影響，也會(huì)造成新的故障。暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用到多種空調(diào)設(shè)備，這些設(shè)備之間互相用管道進(jìn)行間接，關(guān)聯(lián)性特別強(qiáng)，如果某種設(shè)備出現(xiàn)故障，也會(huì)影響其他設(shè)備的運(yùn)行，從而影響整個(gè)暖通空調(diào)系統(tǒng)性能和功能發(fā)揮。故障原因可分為以下幾種：

1、自然因素。所謂自然因素就是指內(nèi)因，也就是系統(tǒng)本身的因素而導(dǎo)致故障的產(chǎn)生。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，因?yàn)樽陨碣|(zhì)量的不合格而導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生故障。在空調(diào)系統(tǒng)中，有許多的軟件或者硬件組成，在空調(diào)系統(tǒng)的自然運(yùn)行中，很可能會(huì)在出現(xiàn)硬件的損壞而導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行不正?；蛘呤且?yàn)檐浖系脑蚨鴮?dǎo)致系統(tǒng)不能有效的運(yùn)行，這些都是屬于自然故障。

2、人為因素。人為因素就是指操作者因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而引起系統(tǒng)的損壞。有些的人為因素是有意的，而有些的是無意的。有意的是人為的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行破壞來導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常的運(yùn)行，而無意的則是在操作時(shí)因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而導(dǎo)致系統(tǒng)的損壞，這些都屬于人為的故障。

二、暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷分析

通過故障預(yù)測(cè)與診斷，使暖通空調(diào)設(shè)備按優(yōu)化程序運(yùn)行，是降低建筑能耗和提高經(jīng)濟(jì)的途徑之一。因此，加強(qiáng)對(duì)故障的預(yù)測(cè)與監(jiān)控，能夠減少故障的發(fā)生，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，同時(shí)也能夠給業(yè)主提供持續(xù)的、舒適的室內(nèi)環(huán)境，這對(duì)提高用戶的舒適性、提高建筑的能源效率、增加HVAC系統(tǒng)的可靠性、減少經(jīng)濟(jì)損失將有重要的意義。

1、暖通空調(diào)系統(tǒng)診斷方法

暖通空調(diào)故障診斷方式主要有兩種：一種是在線方式，即故障診斷系統(tǒng)實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，基于適時(shí)的在線故障檢測(cè)與診斷算法，給出系統(tǒng)的故障信息，包括故障程度、故障所屬模塊、故障位置、故障報(bào)警等。另一種是離線方式，即構(gòu)建計(jì)算機(jī)輔助決策支持系統(tǒng)，幫助系統(tǒng)迅速發(fā)現(xiàn)故障，制定合理有效的系統(tǒng)維修方案。

（1）基于知識(shí)的專家系統(tǒng)

建立專家系統(tǒng)診斷模塊，包括專家系統(tǒng)知識(shí)故障診斷庫(kù)，并可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的積累以及在獲得了新的、可靠的故障診斷規(guī)則時(shí)或發(fā)現(xiàn)原有某條規(guī)則不足甚至錯(cuò)誤時(shí)，能自動(dòng)進(jìn)行添加、修改和更新。 專家系統(tǒng)診斷模塊由知識(shí)獲取系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和輸人、輸出系統(tǒng)構(gòu)成。

（2）基于規(guī)則的故障樹

利用專家知識(shí)、工程師的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)庫(kù)建立基本故障診斷樹，并可生成新的故障診斷樹，用戶則選擇相適應(yīng)的故障診斷樹來執(zhí)行故障診斷。

故障樹分析是在復(fù)雜系統(tǒng)中作故障診斷的一種有力工具。用這種方法診斷的效率較高且不容易漏檢，例如該模塊能根據(jù)系統(tǒng)故障現(xiàn)象，逐次向下展開，查詢有關(guān)的節(jié)點(diǎn)和樹枝，直到找出故障的發(fā)生原因及處理對(duì)策。

（3）基于人工神經(jīng)網(wǎng) B P改進(jìn)算法的模式識(shí)別

該模塊由 B P改進(jìn)算法的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)及推理診斷等組成，主要用于完成模式識(shí)別和故障診斷。專家系統(tǒng)診斷與故障樹診斷兩種方法的相互結(jié)合，可以有效地解決過去已發(fā)生過的各種故障的診斷；但對(duì)于以前沒有發(fā)生過的故障，不具備處理能力，因?yàn)橹R(shí)庫(kù)中缺乏相應(yīng)的診斷知識(shí)。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ A N N） 模式識(shí)別技術(shù)是一種較好的方案。它根據(jù)新的樣本進(jìn)行自動(dòng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練以更新故障診斷知識(shí)，并可添加到專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中。A N N的故障初始樣本來自已有的故障實(shí)例，這些實(shí)例可通過故障機(jī)理分析或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)獲得，此外還可在應(yīng)用中逐步添加、刪除和更新。

2、故障檢測(cè)與診斷的應(yīng)用

隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)在的故障檢測(cè)和診斷手段嵌入了動(dòng)態(tài)的控制系統(tǒng)體系，完善了檢測(cè)和診斷的技術(shù)。制定一些模型數(shù)值或者一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)傳感器測(cè)量得到的實(shí)際運(yùn)行過程中的參數(shù)和由模型得到的計(jì)算值在診斷軟件中進(jìn)行對(duì)比和評(píng)估，它們之間的差值作為傳送的數(shù)據(jù)，送到故障診斷分析其中的問題，如果這個(gè)差值逐漸的增大時(shí)，就說明了這個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性就會(huì)增加。根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的分析，就會(huì)將故障的診斷結(jié)果及時(shí)傳送出去進(jìn)行顯示。這些故障診斷由輸入的數(shù)據(jù)類型、復(fù)雜程度、性質(zhì)等進(jìn)行分區(qū)，較難的診斷就會(huì)需要長(zhǎng)時(shí)間來完成，或者由更高層次的診斷設(shè)備來完成。

暖通空調(diào)系統(tǒng)故障的檢測(cè)方法。在以前，我們所用的方法就是用直接、解析和時(shí)序三種冗余法來進(jìn)行檢測(cè)。基于定量模型法在相同的情況下可以通過比較實(shí)際系統(tǒng)或者仿真的模型運(yùn)行狀態(tài)來進(jìn)行檢測(cè)和診斷系統(tǒng)故障，但是在執(zhí)行的時(shí)候需要具體的、精確的數(shù)據(jù)模型來進(jìn)行檢測(cè)。還有一些基于定型模型法、基于統(tǒng)計(jì)學(xué)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和模式識(shí)別法等可以對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障來進(jìn)行檢測(cè)。

按照故障的級(jí)別和故障的優(yōu)先級(jí)不同，不同故障在不同的診斷層次上來診斷。在分布式控體系（DCS）中，駐留在不同層級(jí)上的故障診斷工主要由輸入數(shù)據(jù)的類型、性質(zhì)、復(fù)雜程度和診斷具使用的頻率來區(qū)分，復(fù)雜的、需要更多知識(shí)和能的故障診斷（如診斷周期需要一天或一個(gè)月的將由更高層次的診斷工具（或計(jì)算機(jī)）來完成，由現(xiàn)在傳感器性能的提高，大量的、低端的故障診傾向于在傳感器中就地解決。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)普遍用于各建筑物之內(nèi)，得到了人們的一致好評(píng)。然而系統(tǒng)中很容易出現(xiàn)設(shè)備損壞故障，這就要求維修人員要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行維修，保證空調(diào)系統(tǒng)的有效運(yùn)行。而維修人員在進(jìn)行故障確認(rèn)時(shí)，要知道故障主要是分為哪幾類，分別通過什么方法檢測(cè)，這樣就能更好、更快速的找到故障，進(jìn)而加以維修以保證系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 ■

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