暖通空調(diào)的自動(dòng)故障檢測(cè)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(gè)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(jìn)行定期的檢測(cè)診斷分析，并根據(jù)其所呈現(xiàn)出來(lái)的問(wèn)題擬定相應(yīng)的維修護(hù)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(dòng)故障檢測(cè)；診斷

中圖分類號(hào)：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jī)制之一的暖通空調(diào)系統(tǒng)，在耗能問(wèn)題上，也極大地增加了對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。與此同時(shí)，其自身也極易發(fā)生故障。故障的存在，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)是非常有害的，它不僅導(dǎo)致能源浪費(fèi)，而且還會(huì)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(yàn)檢修中，會(huì)耗費(fèi)較大的人力物力，這些都會(huì)增加設(shè)備的運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用。

1暖通空調(diào)常見(jiàn)系統(tǒng)故障及原因分析

1.1常見(jiàn)系統(tǒng)故障

暖通空調(diào)系統(tǒng)的常見(jiàn)故障主要存在于組件和傳感器之上，組件故障是針對(duì)空調(diào)子系統(tǒng)設(shè)備而言的，如風(fēng)機(jī)設(shè)備、水泵設(shè)備、水閥、風(fēng)閥、制冷機(jī)等，當(dāng)系統(tǒng)組件發(fā)生故障時(shí)會(huì)對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行造成影響，甚至?xí)鹪O(shè)備停機(jī)。傳感器故障在系統(tǒng)故障中并不少見(jiàn)，針對(duì)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(yùn)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(cè)控的傳感器出現(xiàn)偏差、漂移、精度等級(jí)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(jìn)行大致的判斷，如果設(shè)備器件突然發(fā)生故障，一般會(huì)引起較大的破壞甚至導(dǎo)致器件完全失效，如：風(fēng)機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)、閥門完全堵塞、傳感器沒(méi)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(duì)來(lái)說(shuō)，它易于被檢測(cè)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(jī)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(cè)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(jì)時(shí)應(yīng)用多種設(shè)備和專業(yè)技術(shù)，各個(gè)環(huán)節(jié)之間協(xié)同合作才能夠保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此在分析系統(tǒng)故障的原因時(shí)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(wèn)題。系統(tǒng)內(nèi)部故障一旦出現(xiàn)必然會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的斷層，因?yàn)楦鲗酉到y(tǒng)之間的較強(qiáng)的連接性會(huì)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(wèn)題對(duì)于系統(tǒng)故障檢測(cè)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(shí)際應(yīng)用中卻頻繁發(fā)生。

2暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測(cè)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(dòng)化技術(shù)的發(fā)展之下引申而來(lái)的。傳感器診斷主要是通過(guò)對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)參數(shù)變化的分析，來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)生故障的位置。傳感器診斷法在一定程度上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)故障診斷的自動(dòng)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(shí)間內(nèi)被發(fā)現(xiàn)并接受維修，從而恢復(fù)正常運(yùn)行。軟件診斷是針對(duì)完整的暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行的全面檢測(cè)，通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)模型，分類和識(shí)別正常工作狀態(tài)模式和故障狀態(tài)模式，通過(guò)獲取特征量進(jìn)行故障計(jì)算和診斷，其主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的日常維護(hù)工作。

2.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷與故障樹(shù)診斷

由于暖通空調(diào)系統(tǒng)較為復(fù)雜，各機(jī)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(huì)引起系統(tǒng)的連鎖反應(yīng)從而將系統(tǒng)故障進(jìn)行擴(kuò)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(shí)間通過(guò)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(jī)的壓縮比升高，功耗增加，系統(tǒng)的COP值下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞壓縮機(jī)。對(duì)于類似這種情況可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，這一方法針對(duì)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(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通過(guò)大量的、并行的、相互聯(lián)系的神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障診斷。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立后，輸入信號(hào)在神經(jīng)元之間反復(fù)往返傳遞，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)樣本來(lái)訓(xùn)練這個(gè)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(yàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)故障進(jìn)行檢測(cè)與診斷的過(guò)程中，系統(tǒng)每一個(gè)環(huán)節(jié)的故障都會(huì)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中顯現(xiàn)出來(lái)，并能夠根據(jù)故障實(shí)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(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)與診斷時(shí)不需要建立相關(guān)物理模型，而且在解決非線性的問(wèn)題時(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法占據(jù)著較為明顯的優(yōu)勢(shì)。

故障樹(shù)診斷是以故障結(jié)果為分析依據(jù)的故障檢測(cè)與診斷方式。診斷過(guò)程從系統(tǒng)最終的故障開(kāi)始，從上到下倒查故障，形成一棵倒立的故障樹(shù)，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(shù)的規(guī)模也大，建立故障樹(shù)比較復(fù)雜。

3自動(dòng)故障檢測(cè)與診斷在暖通空調(diào)中的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行探究，并結(jié)合我國(guó)自動(dòng)故障檢測(cè)與診斷實(shí)際應(yīng)用于暖通空調(diào)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看。早期的自動(dòng)故障檢測(cè)與診斷往往只是通過(guò)一些手提式的診斷器進(jìn)行設(shè)備檢測(cè)，維修人員在實(shí)際工作中利用這些維修設(shè)備對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢查與問(wèn)題診斷，這種工具的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)一臺(tái)儀器實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)與故障診斷，在儀器中還可以配置精度較高的傳感器進(jìn)行輔助檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)高效化的暖通空調(diào)設(shè)備故障診斷。但是，利用檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)與診斷的過(guò)程中，往往不能實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)與診斷，檢測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)果并不能反映出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征，這些數(shù)據(jù)資料只是檢測(cè)設(shè)備中的靜態(tài)檢測(cè)結(jié)果，還需要經(jīng)過(guò)一系列的處理以后才能發(fā)揮出實(shí)際效用。

近年來(lái)，大多數(shù)檢測(cè)設(shè)備生產(chǎn)廠家，在設(shè)備的安全性與實(shí)用性上進(jìn)行了相應(yīng)的改善與創(chuàng)新，在檢測(cè)產(chǎn)品中加入了一些保護(hù)系統(tǒng)與故障診斷系統(tǒng)。保護(hù)系統(tǒng)是通過(guò)設(shè)備的啟停操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如：當(dāng)制冷系統(tǒng)中壓力超過(guò)容許上限時(shí)，認(rèn)為系統(tǒng)有故障，就停止設(shè)備運(yùn)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(duì)一些故障情況較為嚴(yán)重的設(shè)備進(jìn)行故障診斷，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與特性惡化情況卻無(wú)法起到有效的監(jiān)測(cè)作用，致使設(shè)備在出現(xiàn)問(wèn)題以后無(wú)法得到及時(shí)的維修，導(dǎo)致能源被大量損耗。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與社會(huì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的完善，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)暖通空調(diào)自動(dòng)故障檢測(cè)與診斷的需求將會(huì)變得越來(lái)越大，將來(lái)一定會(huì)出現(xiàn)更加完善的故障檢測(cè)與診斷產(chǎn)品，這些產(chǎn)品將為我國(guó)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(cè)與診斷技術(shù)研究與發(fā)展

當(dāng)前，限制自動(dòng)故障檢測(cè)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(wèn)題是故障檢測(cè)與診斷的技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性。對(duì)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(jiǎn)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(diǎn)。為進(jìn)一步提高暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷技術(shù)，應(yīng)充分結(jié)合技術(shù)理論及經(jīng)濟(jì)性理論，在提高系統(tǒng)整體可靠性的同時(shí)，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(cè)與診斷技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，從幾個(gè)方面進(jìn)行強(qiáng)化研究：

（1）經(jīng)濟(jì)性角度。故障檢測(cè)與診斷技術(shù)在今后的強(qiáng)化研究中應(yīng)更加注重經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步為人們帶來(lái)應(yīng)用保障。加強(qiáng)自動(dòng)故障檢測(cè)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(duì)故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)的改動(dòng)。

（2）可靠性角度。故障檢測(cè)與診斷技術(shù)在暖通空調(diào)的應(yīng)用中會(huì)受到多種因素影響，造成其他不可預(yù)見(jiàn)為題，所以要加強(qiáng)對(duì)故障診斷與檢測(cè)技術(shù)的可靠性，最大限度避免降低設(shè)備錯(cuò)誤警報(bào)，避免出現(xiàn)造成干擾，提高暖通空調(diào)運(yùn)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(yùn)行過(guò)程中受多種因素干擾，因此故障檢測(cè)與診斷技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)趨向簡(jiǎn)單、實(shí)用等方面，以保證其運(yùn)行穩(wěn)定。因此，通過(guò)加強(qiáng)理論驗(yàn)證與研究正式滿足這一要求的必要性十分重要，以切實(shí)有效為暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行提供理論保障。

5結(jié)語(yǔ)

暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)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(jì)的進(jìn)步和社會(huì)服務(wù)方式的改變，對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)障礙檢查和診斷的需求也隨之增多，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)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(huì)在全部暖通空調(diào)設(shè)施上取得推進(jìn)。伴隨建筑自動(dòng)化和資源管理體系的完善，暖通空調(diào)自動(dòng)故障檢測(cè)及診斷分析體系也會(huì)在建筑工程行業(yè)得到廣泛地應(yīng)用與推廣。