浅析暖通空调系统故障检测与诊断措施

文/谢红亮 刘卫星

商业建筑中因为设施保护不佳，功能老化与掌控不佳等因素引发的耗能损失大约是15～30%。HVAC体系中的设施障碍或传感器的差错都会导致屋内舒适性的更糟或体系耗能的提升。所以，安全且精确的检查与调控是体系稳定运转的基础要求，还是智能化与先进化调控实行的必备因素。若体系产生障碍，一定要快速且精准的找出障碍原因、位置，而且规定体系在运转当中具备防备性，也就是可以预测也许会产生的障碍，进而尽可能降低障碍的产生率或产生障碍后可快速地解除。研发FDD技能，在HVAC调控体系中加入一定的逻辑以快速精准地对障碍实施检查诊断且给出解除办法，这已是当前急需处理的重要难题。

一、暖通空调系统故障原因

HVAC系统整合了多种设备，很多参数互相配合和融合，使整个系统变得十分复杂，增加了故障之间的连接性和影响性。多个种类的空调设备通过管道连接而形成关联性和影响性极强的HVAC系统，倘若这个系统中有任何一个位置出现问题、发生故障，都会对其他设备和位置的运行情况产生影响，进而牵连到整个系统的稳定运行和控制性能。

暖通空调系统的故障大体可分成两大类：硬故障和软故障，既有局部性也有全面性，对整个HVAC系统的影响大小也不尽相同。硬故障是指机械设备和运转部件完全丧失功能所产生的故障，例如皮带断裂、传感器失效、阀门不受控制和风机停止运行等故障。从故障产生时间的角度分析，这些故障应当归为突发故障，且故障影响效果比较严重，所以检测和诊断的难度系数不大。软故障的实质是说设备和部件的机械功能降低或局部失效等，比如部件或管道结垢、堵塞，局部泄露、仪表稳定性降低等等。

另外，HVAC系统中所包含的传感器数量是极少的，因此缺少传感器带来是数据和信息，降低系统的监测性，而且，HVAC系统所整合数据比较多也比较复杂，通常都会给系统的控制者增大管理难度，由于系统所产生的数据和信息不能通过图案和文字直观的表现出来，其多变性较强，而这些数据信息最终都是由人工来进行处理和分析的，对故障的检测和诊断器械和软件也必须通过人来判断，还有就是系统的控制者比较容易忽视的故障和隐患，尽管这些故障不能干扰系统的稳定运行，但也许会有带来一些不确定问题。

二、暖通空调系统故障检测与诊断措施

1.暖通空调系统诊断模型及结构

根据暖通空调故障机理分析，并考虑暖通空调系统的特殊性，暖通空调系统诊断模型可选择为：基于故障树的常规诊断；基于专家系统的规则诊断和基于神经网络的模式识别故障诊断。诊断系统结构框架如图1所示。

2.暖通空调系统诊断方案

（1）基于知识的专家系统。建立专家系统诊断模块，包括专家系统知识故障诊断库，并可根据经验和知识的积累以及在获得了新的、可靠的故障诊断规则时或发现原有某条规则不足甚至错误时，能自动进行添加、修改和更新。专家系统诊断模块由知识获取系统、知识库、推理机和输人、输出系统构成。

（2）基于规则的故障树。利用专家知识、工程师的经验和知识库建立基本故障诊断树，并可生成新的故障诊断树，用户则选择相适应的故障诊断树来执行故障诊断。

故障树分析是在复杂系统中作故障诊断的一种有力工具。用这种方法诊断的效率较高且不容易漏检，例如该模块能根据系统故障现象，逐次向下展开，查询有关的节点和树枝，直到找出故障的发生原因及处理对策。

3.故障检测与诊断过程

随着科技的进步，现在的故障检测和诊断手段嵌入了动态的控制系统体系，完善了检测和诊断的技术。制定一些模型数值或者一些经验数据，当传感器测量得到的实际运行过程中的参数和由模型得到的计算值在诊断软件中进行对比和评估，它们之间的差值作为传送的数据，送到故障诊断分析其中的问题，如果这个差值逐渐的增大时，就说明了这个系统发生故障的可能性就会增加。根据检测系统的分析，就会将故障的诊断结果及时传送出去进行显示。这些故障诊断由输入的数据类型、复杂程度、性质等进行分区，较难的诊断就会需要长时间来完成，或者由更高层次的诊断设备来完成。

暖通空调系统故障的检测方法。在以前，我们所用的方法就是用直接、解析和时序三种冗余法来进行检测。基于定量模型法在相同的情况下可以通过比较实际系统或者仿真的模型运行状态来进行检测和诊断系统故障，但是在执行的时候需要具体的、精确的数据模型来进行检测。还有一些基于定型模型法、基于统计学法、人工神经网络法和模式识别法等可以对暖通空调系统的故障来进行检测。

按照故障的级别和故障的优先级不同，不同故障在不同的诊断层次上来诊断。在分布式控体系（DCS）中，驻留在不同层级上的故障诊断工主要由输入数据的类型、性质、复杂程度和诊断具使用的频率来区分，复杂的、需要更多知识和能的故障诊断（如诊断周期需要一天或一个月的将由更高层次的诊断工具（或计算机）来完成，由现在传感器性能的提高，大量的、低端的故障诊倾向于在传感器中就地解决。

三、结束语

综上所述，暖通空调体系的自动障碍检查和诊断的探究还是在理论与方法探究，伴随经济的进步和社会服务方式的改变，对暖通空调体系自动障碍检查和诊断的需求也随之增多，坚信在很短的时间里，就有完美的产品出现。因为经济的因素，这种体系或许会在一些大的体系或设施上取得应用，但最后会全部在空调设施上有推进。伴随建筑自动化和资源管制体系的完善，暖通空调体系也会在建筑工程行业得到广泛地应用与推广。

[1]李志生，张国强，刘建龙.故障检测与诊断技术在暖通空调领域的应用和展望[J].流体机械，2006(06).