淺析暖通空調系統故障檢測與診斷措施

文/謝紅亮 劉衛星

商業建筑中因為設施保護不佳，功能老化與掌控不佳等因素引發的耗能損失大約是15～30%。HVAC體系中的設施障礙或傳感器的差錯都會導致屋內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控是體系穩定運轉的基礎要求，還是智能化與先進化調控實行的必備因素。若體系產生障礙，一定要快速且精準的找出障礙原因、位置，而且規定體系在運轉當中具備防備性，也就是可以預測也許會產生的障礙，進而盡可能降低障礙的產生率或產生障礙后可快速地解除。研發FDD技能，在HVAC調控體系中加入一定的邏輯以快速精準地對障礙實施檢查診斷且給出解除辦法，這已是當前急需處理的重要難題。

一、暖通空調系統故障原因

HVAC系統整合了多種設備，很多參數互相配合和融合，使整個系統變得十分復雜，增加了故障之間的連接性和影響性。多個種類的空調設備通過管道連接而形成關聯性和影響性極強的HVAC系統，倘若這個系統中有任何一個位置出現問題、發生故障，都會對其他設備和位置的運行情況產生影響，進而牽連到整個系統的穩定運行和控制性能。

暖通空調系統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HVAC系統的影響大小也不盡相同。硬故障是指機械設備和運轉部件完全喪失功能所產生的故障，例如皮帶斷裂、傳感器失效、閥門不受控制和風機停止運行等故障。從故障產生時間的角度分析，這些故障應當歸為突發故障，且故障影響效果比較嚴重，所以檢測和診斷的難度系數不大。軟故障的實質是說設備和部件的機械功能降低或局部失效等，比如部件或管道結垢、堵塞，局部泄露、儀表穩定性降低等等。

另外，HVAC系統中所包含的傳感器數量是極少的，因此缺少傳感器帶來是數據和信息，降低系統的監測性，而且，HVAC系統所整合數據比較多也比較復雜，通常都會給系統的控制者增大管理難度，由于系統所產生的數據和信息不能通過圖案和文字直觀的表現出來，其多變性較強，而這些數據信息最終都是由人工來進行處理和分析的，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的穩定運行，但也許會有帶來一些不確定問題。

二、暖通空調系統故障檢測與診斷措施

1.暖通空調系統診斷模型及結構

根據暖通空調故障機理分析，并考慮暖通空調系統的特殊性，暖通空調系統診斷模型可選擇為：基于故障樹的常規診斷；基于專家系統的規則診斷和基于神經網絡的模式識別故障診斷。診斷系統結構框架如圖1所示。

2.暖通空調系統診斷方案

（1）基于知識的專家系統。建立專家系統診斷模塊，包括專家系統知識故障診斷庫，并可根據經驗和知識的積累以及在獲得了新的、可靠的故障診斷規則時或發現原有某條規則不足甚至錯誤時，能自動進行添加、修改和更新。專家系統診斷模塊由知識獲取系統、知識庫、推理機和輸人、輸出系統構成。

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

故障樹分析是在復雜系統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，例如該模塊能根據系統故障現象，逐次向下展開，查詢有關的節點和樹枝，直到找出故障的發生原因及處理對策。

3.故障檢測與診斷過程

隨著科技的進步，現在的故障檢測和診斷手段嵌入了動態的控制系統體系，完善了檢測和診斷的技術。制定一些模型數值或者一些經驗數據，當傳感器測量得到的實際運行過程中的參數和由模型得到的計算值在診斷軟件中進行對比和評估，它們之間的差值作為傳送的數據，送到故障診斷分析其中的問題，如果這個差值逐漸的增大時，就說明了這個系統發生故障的可能性就會增加。根據檢測系統的分析，就會將故障的診斷結果及時傳送出去進行顯示。這些故障診斷由輸入的數據類型、復雜程度、性質等進行分區，較難的診斷就會需要長時間來完成，或者由更高層次的診斷設備來完成。

暖通空調系統故障的檢測方法。在以前，我們所用的方法就是用直接、解析和時序三種冗余法來進行檢測。基于定量模型法在相同的情況下可以通過比較實際系統或者仿真的模型運行狀態來進行檢測和診斷系統故障，但是在執行的時候需要具體的、精確的數據模型來進行檢測。還有一些基于定型模型法、基于統計學法、人工神經網絡法和模式識別法等可以對暖通空調系統的故障來進行檢測。

按照故障的級別和故障的優先級不同，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據的類型、性質、復雜程度和診斷具使用的頻率來區分，復雜的、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月的將由更高層次的診斷工具（或計算機）來完成，由現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、結束語

綜上所述，暖通空調體系的自動障礙檢查和診斷的探究還是在理論與方法探究，伴隨經濟的進步和社會服務方式的改變，對暖通空調體系自動障礙檢查和診斷的需求也隨之增多，堅信在很短的時間里，就有完美的產品出現。因為經濟的因素，這種體系或許會在一些大的體系或設施上取得應用，但最后會全部在空調設施上有推進。伴隨建筑自動化和資源管制體系的完善，暖通空調體系也會在建筑工程行業得到廣泛地應用與推廣。

[1]李志生，張國強，劉建龍.故障檢測與診斷技術在暖通空調領域的應用和展望[J].流體機械，2006(06).