暖通空调系统故障检测与诊断研究

农旭深

摘 要：本文主要分析了暖通空调系统几种故障，并就导致暖通空调系统故障的原因及后果进行了探讨，最后探讨了几种常用的故障检测与诊断方法。

关键词：暖通空调；故障；检测；诊断

现阶段公共建筑中的暖通空调系统的能源消耗占到了建筑总能耗的六成，是建筑中的主要能耗设备。随着国内能源消耗的日益增多，提升室内环境品质与实现节能已经成为了当前暖通空调系统中的重要内容。但在现实生活中，暖通空调系统常常出现各类故障，最终导致系统无法按照设计要求运行，即使是经过了调试处理，但是运作一定时期后仍然易发故障，大大降低了室内的环境品质，浪费了能源。所以，实施暖通空调系统故障检测与诊断势在必行。

1 暖通空调系统几种故障概述

暖通空调系统常常会因为设备的磨损、设计不够科学，或者没有很好的维护，最终导致出现故障无法正常运转。

1.1 从性质上区分故障

（1）自然因素导致的故障

自然故障指的是系统在运行的过程中因为空调本身的因素最终导致的故障。

（2）人为因素导致的故障

人为因素主要是指操作人员导致出现的故障，其中主要包括操作者无意导致的，也有有意为之的。这种故障常常容易被忽视，但是这类故障确实常常容易出现在实际运行中。

1.2 按故障程度区分

（1）硬故障

硬故障主要是指元件或者设备已经完成不能工作的故障。这类故障出现的比较突然，并且具有极大的破坏性，但是检测也比较容易，典型的案例比如说有阀门卡住和无法启动风机等。

（2）软故障

软故障主要是指元件或者设备在工作时因为腐蚀太严重，或者过渡疲劳最终导致性能下降、部分机械失效的故障，比方说冷却盘管的结垢和供水阀门泄漏等。从整体上来看，软故障在其中占到了很大的比重，但是由于是慢慢变化的，在初始阶段难以被检测到。所以，从一定程度上而言，软故障带来的危害要远远大于硬故障。

1.3 按故障发生器件分类

（1）组件故障（component fault）

这主要包括各类空调设备的故障，比方说水泵和风机无法正常工作，制冷机无法正常工作或者效率很低，换热器出现严重的结垢现象，水阀出现泄漏以及风阀发生故障等。

（2）传感器故障（sensor fault）

这类故障主要因为温度传感器、压力传感器以及流量传感器等出现了一定程度的偏差和漂移，最终导致精度等级下降，甚至机械完全失效。

2 暖通空调系统故障原因及后果

2.1 故障原因

暖通空调系统主要会牵涉到很多设备，需要多个参数的共同配合，这就让整个系统更加复杂，也使得各个故障之间存在较多的联系。多种空调设备在管道连接后构成了极富关联性的暖通空调系统，如果这其中的任一环节发生故障，就会影响到整个系统的正常运转，导致其他设备无法工作，最终影响到整个系统的正常运行。

当暖通空调系统出现故障时，会出现一系列的连锁反应，一个设备出现问题就会对其他设备的运行造成一定的影响。因为暖通空调会牵涉到非常广的参数范围，所以，一旦发生故障就较难找出是哪个具体位置出现了问题，也很难将参数和数据的原因、结果性分析出来，这就给故障的诊断造成了很大的困难。再者，暖通空调系统包含较少的传感器数量，因为传感器本身是传递数据信息的，这就大大降低了系统的监测性，并且暖通空调系统会整合复杂且比较多的数据，这就会给让系统控制变得更加困难，因为系统中的数据和信息无法以图案和文字的方式加以呈现，变化多端，且这些数据信息到后面都是人工处理的，也是由人工来检测和诊断故障的，存在较多的不确定因素。

2.2 常见故障后果

导致空调系统故障的原因是多种的，任一个部件都会发生故障，十九世纪就有人曾经指出全封闭式蒸汽压缩空调系统中有半数以上的故障都是因为电气故障所导致的，而大约两成的故障都是机械故障，很少的故障是因为管路和开关导致，而电气故障中的百分之八十五则是由于电动机损坏导致的。

暖通空调系统故障往往不会导致出现大的安全事故，但是会导致室内温差变大，也会增加系统能耗。

3 常用的故障检测与诊断方法

3.1 统计分析法

统计分析法指的是对暖通空调系统中各个子系统和设备故障发生的概率和规律进行统计和分析，并对设备和子系统发生故障时的运行状态进行总结，以此来判断系统故障的发生来源。统计分析法虽然能够比较直观、明确的诊断出暖通空调系统出现的故障，但是却只能用于对暖通空调系统故障的初期诊断，如果故障过于复杂，应用该方法则很难得到有效解决。

3.2 故障树分析法

将暖通空调系统可能存在的故障通过树状图进行记录，并通过对导致故障的各种因素进行分析，画出完整的树状结构图，由最初的树干到树枝再到树叶，步步深入的分析出這个暖通空调系统可能出现的故障 。应用该方法能够诊断出绝大多数故障的发生原因，但是其分析诊断的过程却比较复杂，并且，在出现一些比较复杂的涉及到多个方面的故障的时候，容易出现错误诊断。比如，在对变风量空调末端装置故障进行诊断的过程中，就不适合应用该方法进行监测。

3.3 经验判断法

经验判断法是检修人员在对暖通空调系统故障进行检修过程中比较常用的一种方法，主要依靠检查人员自身检修经验，在故障发生时对可能发生故障的位置进行判断，然后对可能发生故障的位置进行详细检查，最终行确定。应用经验判断法对暖通空调系统故障进行诊断，首先需要暖通空调系统检修人员通过故障发生后暖通空调系统运行的状态，对故障发生位置进行初步判断和检查。如果，在发生故障之后，检修人员不能对故障发生位置进行有效确定，则需要检修人员亲自对整个系统进行详细检查。在该方法中，检修人员可以凭借自身丰富的经验，通过对暖通空调系统的运行状态进行分析，对故障可能发生位置进行初步判断，然后再采用逐一检查、排除的方式对故障发生的准确位置进行最终确定。该方法在暖通空调系统故障诊断过程中比较实用，并且由于经过初步判断和详细检查两道关卡，所以具有比较高的准确性。

3.4 故障维修记录查阅法

对于使用寿命比较长的暖通空调系统，对其故障进行诊断的最有效方法就是故障维修记录查阅法，通过查阅以往检修人员所记录的设备出现过的问题，并将其运行状态与出现故障的运行状态机进行比较分析，就可以快速有效的查阅出暖通空调系统出现故障的位置和故障原因，并根据以往维修经验对其进行有效维修。

3.5 神经网络的故障诊断方法

通过很多相互关联神经网络来诊断和分析故障。输入信号在神经网络中来回传递，在网络建成以后，大量的信息样本来构建网络。不断修复和完善整个网络，最后通过数据的校对实现神经网络的有效运行。神经网络的优势较为突出，不需要创建物理模型。

3.6 基于模型的故障诊断系统

模型诊断方法主要指的是在对暖通空调系统故障进行检测的过程中，通过使用数字化逻辑电路与信号输入和输出进行配合的方式对故障发生情况进行有效表达 。基于模型的故障诊断系统整体结构较为复杂，并且系统性非常强，在结构多为非线性的暖通空调系统的故障检测中不仅难度较高，并且检测方法也非常复杂，除非是对一些复杂故障进行监测，否则多不提倡应用。

总而言之，未来的故障诊断工具将会朝着现代化和规范化的方向发展，暖通空调系统故障检测在未来的发展和应用前景将是不可限量的，其实用性和便利性等优点更为显著和突出。

参考文献：

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