淺析暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷措施

文/謝紅亮 劉衛(wèi)星

商業(yè)建筑中因?yàn)樵O(shè)施保護(hù)不佳，功能老化與掌控不佳等因素引發(fā)的耗能損失大約是15～30%。HVAC體系中的設(shè)施障礙或傳感器的差錯(cuò)都會導(dǎo)致屋內(nèi)舒適性的更糟或體系耗能的提升。所以，安全且精確的檢查與調(diào)控是體系穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)要求，還是智能化與先進(jìn)化調(diào)控實(shí)行的必備因素。若體系產(chǎn)生障礙，一定要快速且精準(zhǔn)的找出障礙原因、位置，而且規(guī)定體系在運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中具備防備性，也就是可以預(yù)測也許會產(chǎn)生的障礙，進(jìn)而盡可能降低障礙的產(chǎn)生率或產(chǎn)生障礙后可快速地解除。研發(fā)FDD技能，在HVAC調(diào)控體系中加入一定的邏輯以快速精準(zhǔn)地對障礙實(shí)施檢查診斷且給出解除辦法，這已是當(dāng)前急需處理的重要難題。

一、暖通空調(diào)系統(tǒng)故障原因

HVAC系統(tǒng)整合了多種設(shè)備，很多參數(shù)互相配合和融合，使整個(gè)系統(tǒng)變得十分復(fù)雜，增加了故障之間的連接性和影響性。多個(gè)種類的空調(diào)設(shè)備通過管道連接而形成關(guān)聯(lián)性和影響性極強(qiáng)的HVAC系統(tǒng)，倘若這個(gè)系統(tǒng)中有任何一個(gè)位置出現(xiàn)問題、發(fā)生故障，都會對其他設(shè)備和位置的運(yùn)行情況產(chǎn)生影響，進(jìn)而牽連到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和控制性能。

暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障大體可分成兩大類：硬故障和軟故障，既有局部性也有全面性，對整個(gè)HVAC系統(tǒng)的影響大小也不盡相同。硬故障是指機(jī)械設(shè)備和運(yùn)轉(zhuǎn)部件完全喪失功能所產(chǎn)生的故障，例如皮帶斷裂、傳感器失效、閥門不受控制和風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行等故障。從故障產(chǎn)生時(shí)間的角度分析，這些故障應(yīng)當(dāng)歸為突發(fā)故障，且故障影響效果比較嚴(yán)重，所以檢測和診斷的難度系數(shù)不大。軟故障的實(shí)質(zhì)是說設(shè)備和部件的機(jī)械功能降低或局部失效等，比如部件或管道結(jié)垢、堵塞，局部泄露、儀表穩(wěn)定性降低等等。

另外，HVAC系統(tǒng)中所包含的傳感器數(shù)量是極少的，因此缺少傳感器帶來是數(shù)據(jù)和信息，降低系統(tǒng)的監(jiān)測性，而且，HVAC系統(tǒng)所整合數(shù)據(jù)比較多也比較復(fù)雜，通常都會給系統(tǒng)的控制者增大管理難度，由于系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息不能通過圖案和文字直觀的表現(xiàn)出來，其多變性較強(qiáng)，而這些數(shù)據(jù)信息最終都是由人工來進(jìn)行處理和分析的，對故障的檢測和診斷器械和軟件也必須通過人來判斷，還有就是系統(tǒng)的控制者比較容易忽視的故障和隱患，盡管這些故障不能干擾系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，但也許會有帶來一些不確定問題。

二、暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測與診斷措施

1.暖通空調(diào)系統(tǒng)診斷模型及結(jié)構(gòu)

根據(jù)暖通空調(diào)故障機(jī)理分析，并考慮暖通空調(diào)系統(tǒng)的特殊性，暖通空調(diào)系統(tǒng)診斷模型可選擇為：基于故障樹的常規(guī)診斷；基于專家系統(tǒng)的規(guī)則診斷和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識別故障診斷。診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

2.暖通空調(diào)系統(tǒng)診斷方案

（1）基于知識的專家系統(tǒng)。建立專家系統(tǒng)診斷模塊，包括專家系統(tǒng)知識故障診斷庫，并可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和知識的積累以及在獲得了新的、可靠的故障診斷規(guī)則時(shí)或發(fā)現(xiàn)原有某條規(guī)則不足甚至錯(cuò)誤時(shí)，能自動(dòng)進(jìn)行添加、修改和更新。專家系統(tǒng)診斷模塊由知識獲取系統(tǒng)、知識庫、推理機(jī)和輸人、輸出系統(tǒng)構(gòu)成。

（2）基于規(guī)則的故障樹。利用專家知識、工程師的經(jīng)驗(yàn)和知識庫建立基本故障診斷樹，并可生成新的故障診斷樹，用戶則選擇相適應(yīng)的故障診斷樹來執(zhí)行故障診斷。

故障樹分析是在復(fù)雜系統(tǒng)中作故障診斷的一種有力工具。用這種方法診斷的效率較高且不容易漏檢，例如該模塊能根據(jù)系統(tǒng)故障現(xiàn)象，逐次向下展開，查詢有關(guān)的節(jié)點(diǎn)和樹枝，直到找出故障的發(fā)生原因及處理對策。

3.故障檢測與診斷過程

隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)在的故障檢測和診斷手段嵌入了動(dòng)態(tài)的控制系統(tǒng)體系，完善了檢測和診斷的技術(shù)。制定一些模型數(shù)值或者一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)傳感器測量得到的實(shí)際運(yùn)行過程中的參數(shù)和由模型得到的計(jì)算值在診斷軟件中進(jìn)行對比和評估，它們之間的差值作為傳送的數(shù)據(jù)，送到故障診斷分析其中的問題，如果這個(gè)差值逐漸的增大時(shí)，就說明了這個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性就會增加。根據(jù)檢測系統(tǒng)的分析，就會將故障的診斷結(jié)果及時(shí)傳送出去進(jìn)行顯示。這些故障診斷由輸入的數(shù)據(jù)類型、復(fù)雜程度、性質(zhì)等進(jìn)行分區(qū)，較難的診斷就會需要長時(shí)間來完成，或者由更高層次的診斷設(shè)備來完成。

暖通空調(diào)系統(tǒng)故障的檢測方法。在以前，我們所用的方法就是用直接、解析和時(shí)序三種冗余法來進(jìn)行檢測?；诙磕Ｐ头ㄔ谙嗤那闆r下可以通過比較實(shí)際系統(tǒng)或者仿真的模型運(yùn)行狀態(tài)來進(jìn)行檢測和診斷系統(tǒng)故障，但是在執(zhí)行的時(shí)候需要具體的、精確的數(shù)據(jù)模型來進(jìn)行檢測。還有一些基于定型模型法、基于統(tǒng)計(jì)學(xué)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和模式識別法等可以對暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障來進(jìn)行檢測。

按照故障的級別和故障的優(yōu)先級不同，不同故障在不同的診斷層次上來診斷。在分布式控體系（DCS）中，駐留在不同層級上的故障診斷工主要由輸入數(shù)據(jù)的類型、性質(zhì)、復(fù)雜程度和診斷具使用的頻率來區(qū)分，復(fù)雜的、需要更多知識和能的故障診斷（如診斷周期需要一天或一個(gè)月的將由更高層次的診斷工具（或計(jì)算機(jī)）來完成，由現(xiàn)在傳感器性能的提高，大量的、低端的故障診傾向于在傳感器中就地解決。

三、結(jié)束語

綜上所述，暖通空調(diào)體系的自動(dòng)障礙檢查和診斷的探究還是在理論與方法探究，伴隨經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和社會服務(wù)方式的改變，對暖通空調(diào)體系自動(dòng)障礙檢查和診斷的需求也隨之增多，堅(jiān)信在很短的時(shí)間里，就有完美的產(chǎn)品出現(xiàn)。因?yàn)榻?jīng)濟(jì)的因素，這種體系或許會在一些大的體系或設(shè)施上取得應(yīng)用，但最后會全部在空調(diào)設(shè)施上有推進(jìn)。伴隨建筑自動(dòng)化和資源管制體系的完善，暖通空調(diào)體系也會在建筑工程行業(yè)得到廣泛地應(yīng)用與推廣。

[1]李志生，張國強(qiáng)，劉建龍.故障檢測與診斷技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用和展望[J].流體機(jī)械，2006(06).