暖通空调系统的故障检测及诊断技术

蒋娟娟 台俊峰

摘 要： 近年来，随着我国建筑规模不断扩大，对暖通空调系统应用提出越来越高的要求。在系统运行中，不仅要保证暖通空调系统安全稳定运行，而且要实现节能效果。在暖通空调系统应用中，不同类型的故障会对系统运行造成直接影响，如果调试后仍未解决故障，则会浪费大量电力资源，使室内空气质量受到污染。因此，暖通空调的故障检测与诊断对其后续的使用以及设备能耗的减少有重大意义。本文主要围绕暖通空调系统故障类型，重点分析了暖通空调系统故障检测及诊断技术，以期能为有关方面的需要提供借鉴和参考。

关键词： 暖通空调系统；故障检测；诊断技术

随着暖通空调技术的发展，暖通空调系统的故障检测与诊断也得到了广泛研究，暖通空调系统故障诊断主要是利用成立的模型来对暖通空调的故障进行辨识，有效解决能耗问题，减轻环境负担。目前，我国还处于起步阶段，对暖通空调故障的研究时间较晚，科技手段相对落后，只有找准故障原因，加强故障检测与诊断力度才能够不断促进暖通空调系统的发展和改进。

一、暖通空调系统故障类型

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。软故障基本都是循序渐进的，在产生的最初时期所表现的特征不太明显，因此在初级阶段很难被发现，实际上，这类故障的产生是因为系统参数渐渐恶化，从某方面或者某种角度来讲，软故障的危害性要远远大于硬故障的危害性，所以，软故障的监测力度要适当加强，并且要做好预防工作，其对空调系统的意义和作用是不言而喻的。

暖通空调在运行一段时间之后，系统故障的产生一般都是偶然且不确定的，所以，故障的属性具有任意性，且发展情况与平衡过程具有随机性。从HVAC系统整个结构入手分析，所涉及的设备都是由子设备和基础构件按照一系列的标准组合而成的，层次性和系统性极强，所以故障产生时就会因为层次深度的不一样而造成不一样的影响。除此之外，考虑到系统是由多个相关的子设备综合而成的，一些子设备发生故障也可能是因为其相关环节或者设备产生故障而引发的，这种现象称为故障的传导性。根据系统故障产生的位置不一样，既可以说是设备故障也可以说是传感器故障，既可以说是硬故障也可以说是软故障，因为这些故障参杂在一起很难分辨，所以空调系统的诊断和检测就十分的复杂。

二、暖通空调系统故障检测及诊断技术

1、暖通空調系统诊断法

暖通空调故障诊断方式主要有两种：一种是在线方式，即故障诊断系统实时地监测设备的工作状态，基于适时的在线故障检测与诊断算法，给出系统的故障信息，包括故障程度、故障所属模块、故障位置、故障报警等。另一种是离线方式，即构建计算机辅助决策支持系统，帮助系统迅速发现故障，制定合理有效的系统维修方案。

2、故障案例诊断技术

此种故障诊断法是通过查找相关故障案例，然后查找相关资料来解决故障问题。通常情况下，这类诊断方法包括了故障案例检索及表达等过程，此类故障检测、诊断必须结合一些相似的案例进行，但由于产生故障的精确性较低，因此，采取故障案例诊断法有一定的局限性。

3、模糊推理故障诊断技术

这种故障诊断法通常利用大量的经验及一些模糊性强的数据来构成信息库，然后再根据这些数据的逻辑性整合形成综合性的评判标准。使用这种故障诊断法的整体思路不够清晰，所以，对诊断数据整理判断极为模糊。

4、模式识别故障诊断技术

模式识别故障诊断法应将故障检测与诊断当作稳定与非稳定的状态来进行区分、分辨，通过对系统产生故障的具体特征、属性等进行全面的分析与研究，与此同时，还要对此分析、研究进行总结计算。采用这种诊断法的优点在于无需建立研究模型，而且计算量较低。

5、小波分析故障诊断技术

小波分析故障诊断能够对一些不稳定或者波动大的空调运行信号进行有效分析。暖通空调设备在运行过程中所产生的异常现象包含了突变性信号、故障信息等，所以，对突变性的系统运行信号实施小波分析故障诊断法，能够及时分析出发生故障的具体位置以故障对空调系统影响的大小，这种诊断方法非常适合用于处理信号。

6、神经网络故障诊断技术

这种诊断方法是通过很多互相关联的神经网络进行故障诊断与分析。故障信号在神经网络中反复的传递，使大量的信息能够促进网络的建立，并且不断修复、完善网络。最后，通过对数据进行校对来促进神经网络有效运行，这种诊断方法优势突出，无需创建物理分析模型

7、规则故障诊断技术

规则故障诊断法在目前的应用比较广泛，这种方法主要是通过IF-THEN规则形式表示相关的故障与预测两者之间的各类联系，实际上就是表示暖通空调各运行部件间关系。并且融合了诸多方面知识，在特定的程序当中解决相关的故障问题。在此故障诊断系统基础上，故障智能化检测系统应运而生，这种系统在很多行业中得到广泛应用。

三、故障检测与诊断的应用

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。

四、结束语

综上所述，随着社会的不断发展，暖通空调系统已经应用于各行各业中，能够有效降低建筑能耗，提高经济效益。所以，工作人员要对故障加强预测与监控，确保故障发生率有效减少，设备使用寿命得到延长，提供持续、舒适的室内环境。■

参考文献

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