研究暖通空调系统故障检测与诊断技术

2017-04-09

四川水泥 2017年6期

关键词：系统故障暖通定量

(重庆市设计院 400015)

研究暖通空调系统故障检测与诊断技术

张红

(重庆市设计院 400015)

针对暖通空调系统故障，首先从性质、程度、故障器件与发生位置角度对故障进行分类，然后介绍了故障检测诊断基本方法，最后对检测诊断技术现状及发展进行分析。

暖通空调系统；故障分类；检测、诊断技术

据统计，公共建筑总能耗60%用于暖通空调运行，是建筑中的重点耗能设备。此外，如果暖通空调发生故障，不仅影响正常运行，还将进一步增大耗能，造成资源浪费和经济损失。因此，分析并提出有效的故障检测诊断方法对建筑发挥基本功能和实现节能减排具有重要意义。

1 、暖通空调故障类型

1.1按性质分类

（1）自然故障。指系统正常运行过程中由于自身设备等原因发生的故障。

（2）人为故障。指系统操作人员自身原因造成的故障。

1.2 按程度分类

（1）硬故障。指系统设备、元件已经完全失去效用。此类故障发生较为突然，且存在一定破坏性，但检测难度低，常见的有风机启动异常与阀门卡住等。

（2）软故障。指系统设备、元件持续使用中由于严重疲劳、磨损和腐蚀等原因失效后造成的故障。实际情况中，软故障发生率较高，且很难检测，从某种程度上讲，其危害大于硬故障。

1.3按故障器件分类

（1）组件故障。指各类设备发生故障，如风机和水泵无法工作，制冷机效率急剧下降。

（2）传感器故障。指系统中各类传感器异常，包括偏差、精度下降与漂移等。

1.4按具体发生位置分类

（1）水侧故障。指制冷机与水系统发生故障。

（2）空气侧故障。指变更量末端与空气处理器发生故障。

2 、暖通空调故障检测和诊断方法

故障诊断由四个部分构成，分别为检测、识别、评价与决策。当检测结果显示系统存在故障时，需对故障的类型、位置与影响程度进行分析，判断系统是否可以在这一故障下继续保持正常运行。继而明确采取何种故障处理措施，比如维修或更换故障元件等，也可通过对测量仪器读数、设定值等的修改确保系统正常运行[1]。

暖通空调故障的诊断方法有很多种，按照不同的理论，可分成以信号处理为核心的故障诊断、以数学模型为核心的故障诊断与以知识为核心的故障诊断三种。如今，伴随相关理论研究的不断深入，以及各个相关领域、行业的完善，新型暖通空调诊断技术层出不穷，为对这些技术进行科学分类，本文从定性和定量两个角度进行分析。

定性的方法主要指的是利用定性分析工具与专家个人经验，根据对象延续状况与获取的各类信息资料，判断对象的基本性质、特征与发展规律。由此可见，定性方法主要借助专业个人经验与事物间保持的某种因果关系，适合在有明确逻辑关系的系统中应用。定量的方法主要指的是根据统计数据构建一个系统模型，同时使用模型通过计算得出对象特有的各类指标与数值。定量方法强调以数据验证事物的特有性质，适合在拥有完整历史数据或具备构建完善、准确数学模型条件的系统中应用。

3 、暖通空调故障检测和诊断技术分析

暖通空调是一个具有复杂性、多变量性和非线性的系统，而且不同系统的特性存在很大差异，想要构建一种可实现通用目标的系统故障检测诊断体系有极大的困难，但我国相关学者正致力于打造同时具备集成化、智能化和综合化的新检测诊断技术。通过对相关研究成果的总结，暖通空调故障检测诊断技术拓展可从以下几方面入手：

（1）在研究对象方面，大多数学者都将对象集中于系统传感器、空气处理装置和冷水机组上，这些对象都是系统的局部设备，缺乏对于系统级故障检测诊断方面的研究，在故障性质判断和原因分析上还需进行更为深入的研究[2]。

（2）在研究方法角度，目前较为常用的暖通空调故障检测诊断方法以定量为主，包含小波分析、卡尔曼滤波与人工神经网络等类型，通过之前的分析可知，作为典型的定量方法，适合在拥有完整历史数据或具备构建完善、准确数学模型条件的系统中应用，其本身存在一定应用局限性。因此，为解决这一局限性，使分析结果更为具体、直观的体现系统实际情况，可对定性与定量的方法进行结合，分别从体现系统实际运行状况的定量数据和主观认知两个层面对故障进行预测与诊断，这样虽然能起到大幅提高故障检测诊断准确度的作用，但同时会增大用于检测诊断的时间和存储空间。

（3）在研究深度方面，通过对当前研究成果的总结发现，故障建模在实行检测诊断时十分重要，但有许多故障模型缺乏全面性，精确度也有待提升，无法对所有对象模式进行覆盖，以VAV系统为例，该系统在不同的季节有着对应的控制策略，但在具体研究中，仅仅是研究了其中一个季节。针对有较大特征差的研究对象，需分别建模，如果只是建立一个故障模型，则不能充分表现出所有的对象特征[3]。此外，还缺乏对故障评价和决策的深入研究，需全面强化对故障程度的综合分析，预测故障的发展规律，进而采取有效措施进行隔离或容错控制，减小故障造成的不利影响。

（4）在应用和推广方面，经济性是限制故障检测诊断技术深入推广的关键因素。为突破这一瓶颈，可良好融合现有的建筑控制系统与故障检测诊断系统，以此减少投入，尽量利用原有设备和元件，降低或避免故障检测诊断方面的附加投入。目前有许多建筑都配置了BEMS，它可对暖通空调实际运行数据进行自动收集，结合FDD和BEMS，能获取实时运行数据，以此降低用于检测诊断工作的费用。另外，还要对节能效果进行准确评估，构建系统性能评估体系，确保每一个用户都能清楚观察到合理的故障检测诊断所带来的经济效益和节能效果，为其应用和推广奠定良好的基础。