研究暖通空調系統故障檢測與診斷技術

(重慶市設計院 400015)

研究暖通空調系統故障檢測與診斷技術

張 紅

(重慶市設計院 400015)

針對暖通空調系統故障，首先從性質、程度、故障器件與發生位置角度對故障進行分類，然后介紹了故障檢測診斷基本方法，最后對檢測診斷技術現狀及發展進行分析。

暖通空調系統；故障分類；檢測、診斷技術

據統計，公共建筑總能耗60%用于暖通空調運行，是建筑中的重點耗能設備。此外，如果暖通空調發生故障，不僅影響正常運行，還將進一步增大耗能，造成資源浪費和經濟損失。因此，分析并提出有效的故障檢測診斷方法對建筑發揮基本功能和實現節能減排具有重要意義。

1 、暖通空調故障類型

1.1按性質分類

（1）自然故障。指系統正常運行過程中由于自身設備等原因發生的故障。

（2）人為故障。指系統操作人員自身原因造成的故障。

1.2 按程度分類

（1）硬故障。指系統設備、元件已經完全失去效用。此類故障發生較為突然，且存在一定破壞性，但檢測難度低，常見的有風機啟動異常與閥門卡住等。

（2）軟故障。指系統設備、元件持續使用中由于嚴重疲勞、磨損和腐蝕等原因失效后造成的故障。實際情況中，軟故障發生率較高，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。指各類設備發生故障，如風機和水泵無法工作，制冷機效率急劇下降。

（2）傳感器故障。指系統中各類傳感器異常，包括偏差、精度下降與漂移等。

1.4按具體發生位置分類

（1）水側故障。指制冷機與水系統發生故障。

（2）空氣側故障。指變更量末端與空氣處理器發生故障。

2 、暖通空調故障檢測和診斷方法

故障診斷由四個部分構成，分別為檢測、識別、評價與決策。當檢測結果顯示系統存在故障時，需對故障的類型、位置與影響程度進行分析，判斷系統是否可以在這一故障下繼續保持正常運行。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、設定值等的修改確保系統正常運行[1]。

暖通空調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、以數學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，伴隨相關理論研究的不斷深入，以及各個相關領域、行業的完善，新型暖通空調診斷技術層出不窮，為對這些技術進行科學分類，本文從定性和定量兩個角度進行分析。

定性的方法主要指的是利用定性分析工具與專家個人經驗，根據對象延續狀況與獲取的各類信息資料，判斷對象的基本性質、特征與發展規律。由此可見，定性方法主要借助專業個人經驗與事物間保持的某種因果關系，適合在有明確邏輯關系的系統中應用。定量的方法主要指的是根據統計數據構建一個系統模型，同時使用模型通過計算得出對象特有的各類指標與數值。定量方法強調以數據驗證事物的特有性質，適合在擁有完整歷史數據或具備構建完善、準確數學模型條件的系統中應用。

3 、暖通空調故障檢測和診斷技術分析

暖通空調是一個具有復雜性、多變量性和非線性的系統，而且不同系統的特性存在很大差異，想要構建一種可實現通用目標的系統故障檢測診斷體系有極大的困難，但我國相關學者正致力于打造同時具備集成化、智能化和綜合化的新檢測診斷技術。通過對相關研究成果的總結，暖通空調故障檢測診斷技術拓展可從以下幾方面入手：

（1）在研究對象方面，大多數學者都將對象集中于系統傳感器、空氣處理裝置和冷水機組上，這些對象都是系統的局部設備，缺乏對于系統級故障檢測診斷方面的研究，在故障性質判斷和原因分析上還需進行更為深入的研究[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網絡等類型，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據或具備構建完善、準確數學模型條件的系統中應用，其本身存在一定應用局限性。因此，為解決這一局限性，使分析結果更為具體、直觀的體現系統實際情況，可對定性與定量的方法進行結合，分別從體現系統實際運行狀況的定量數據和主觀認知兩個層面對故障進行預測與診斷，這樣雖然能起到大幅提高故障檢測診斷準確度的作用，但同時會增大用于檢測診斷的時間和存儲空間。

（3）在研究深度方面，通過對當前研究成果的總結發現，故障建模在實行檢測診斷時十分重要，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行覆蓋，以VAV系統為例，該系統在不同的季節有著對應的控制策略，但在具體研究中，僅僅是研究了其中一個季節。針對有較大特征差的研究對象，需分別建模，如果只是建立一個故障模型，則不能充分表現出所有的對象特征[3]。此外，還缺乏對故障評價和決策的深入研究，需全面強化對故障程度的綜合分析，預測故障的發展規律，進而采取有效措施進行隔離或容錯控制，減小故障造成的不利影響。

（4）在應用和推廣方面，經濟性是限制故障檢測診斷技術深入推廣的關鍵因素。為突破這一瓶頸，可良好融合現有的建筑控制系統與故障檢測診斷系統，以此減少投入，盡量利用原有設備和元件，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，它可對暖通空調實際運行數據進行自動收集，結合FDD和BEMS，能獲取實時運行數據，以此降低用于檢測診斷工作的費用。另外，還要對節能效果進行準確評估，構建系統性能評估體系，確保每一個用戶都能清楚觀察到合理的故障檢測診斷所帶來的經濟效益和節能效果，為其應用和推廣奠定良好的基礎。

結束語

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

[1]韓琦,魏東,曹勇.暖通空調系統故障檢測與診斷技術研究進展[J].暖通空調,2014,10(03):105-112.

[2]孫利敏.暖通空調系統故障檢測與診斷技術研究[J].科技經濟市場,2015,11(12):19-20.

[3]賴業涌.暖通空調系統故障檢測與診斷技術探討[J].企業導報,2016,10(13):68-69.

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1007-6344（2017）06-0349-01