故障檢測與診斷技術在暖通空調領域的應用和展望

摘 要：暖通空調經過了長時間的運行之后，由于安全條件、運行條件發生變化的原因會導致其性能發生一定的變化，其中熱泵在實際運行過程中與實驗標準條件下相比，運行時效相比存在10%的差別，甚至有些由于安裝的不合理導致其性能衰退30%。對此，故障檢測與診斷技術能夠對HVAC的設備及其運行進行有效檢測，同時優化參數設置，實現對相關事故的報警以及完成事故發生后的故障診斷及隔離工作。

關鍵詞：故障檢測；暖通空調；診斷；應用；展望

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.022

暖通空調系統是由多種設備組合而成的，其中系統設計時應用到了多個學科的技術，如熱力學、流體力學等。暖通系統的復雜性增強了故障發生的機率，同時各種故障的相互影響，也會造成新的故障。對此，在暖通空調系統應用運行中，加強其系統故障檢測與診斷技術應用對保障空調系統運行穩定性及完全性有著重要作用，對提高空調系統運行可預測性有著重要意義[1]。

1 常用檢測及診斷技術

就現階段發展實際而言，HVAC常用故障檢測及診斷技術如下：

（1）基于模型的故障診斷方法。該方法主要采用數字邏輯電路的結構以及輸入輸出行為當中所包含的相關知識來對故障進行表達。該方法由于所設置的多隔層次從而能夠精準的進行故障檢測，同時層與層之間的數據可以通用。但同時也需要為每個層側單獨建模，比如換熱器部分與時間序列相關且非線性，計算起來相對較為復雜，導致工作效率較低。

（2）基于規則的故障診斷專家系統。該方法主要是通過IF-THEN的規則與形式即事件之間的關聯邏輯這樣的已有知識來對故障進行表達。較為方便的構建與維護診斷知識庫，同時也可以實現相關知識的不斷更新與推廣。然而，對于某些并沒有被定義的規則卻無法進行故障辨識。

（3）基于故障樹的診斷方法。從故障的最終階段開始診斷，按照故障故障倒查這樣的方式來逐一診斷。這樣的方法能夠較為安全的進行故障搜尋，然而基于復雜的故障樹進行診斷需要大型計算機或者是相關軟件。

（4）基于模糊邏輯的故障診斷方法。該方法主要是基于以往經驗值和統計數據（模糊），由此構成模糊矩陣，進而基于模糊邏輯合成算法從而進行綜合評價。這樣的方法建模較為簡單，發展較快，然而其診斷的準確性卻很大程度上依賴于或者是受限于已統計資料和樣本。

（5）基于小波分析的故障診斷方法。該方法主要是對異常設備所發出的突變信號當中所載的故障信息進行收集并進行小波分析，從而找出故障的位置并判斷故障的大小。適用于信號處理，但是其表示方式只能是將時域波形轉化為頻域波形。

2 故障診斷新思路

細數故障診斷的發展歷程，其既是一個新興領域有是一個常規領域，從實踐上來看，經過十多年的研究和發展，已經形成了較為完善科學的理論體系，但是從工程實踐的角度來看，并不能夠實現與理論的同步發展，就暖通空調領域而言，其工程實踐大多處于實驗室或者是仿真階段。對此，筆者認為要實現對實用性強的故障診斷技術的研究與掌握，需要從以下幾個方面進行深入分析與研究。

（1）綜合診斷。實際系統當中存在著復雜多變的內外環境，另外各種診斷方式又存在著固有的缺陷和局限性，所以單純依靠某一種方法來對進行診斷，實現問題的完全解決缺乏保障，對此我們需要借助于多種方式來實現綜合診斷。

（2）在線實時診斷。在空調系統發生故障之后，由于系統復雜性導致部件失靈不一定會產生于易于檢測的先兆，舉例來講比如VAV系統末端的送風控制器，其在發生故障之后并不會直接引起室溫變化。對此，為了實現故障快速檢修和盡快修復，在線實時診斷系統起到了重要作用，通過對異常狀態進行預報及報警，從而指引我們更好的發現故障并進行分離。

（3）多故障診斷。系統部件種類及數量繁多，很可能發生多部件發生故障的情況。同一時間發生于固定位置的故障，這樣的假定最終不利于工作人員正確有效地判斷問題的根源。對此，多故障診斷具有重要的實際意義。

3 故障診斷發展方向

（1）復合故障檢測。由單一故障檢測向復合故障檢測發展，將多個同時發生的故障進行進行分解，通過針對單個獨立故障的檢測與診斷方式來進行，在現階段可以有效解決我們在面對復合故障時的困難。（2）動態故障檢測系統。暖通空調受外界因素影響較大，同時也比較容易。具體包括自然環境、人為因素，由于受到多樣性環境的影響，暖通空調內部也在發生著多樣性變化。常規做法當中將某個特定精度范圍的暖通空調看做靜態，其中卻忽略了很多的問題，因為靜態模型并不能夠真實有效的反應實際情況，尤其是在暖通空調剛剛啟動的時候。（3）傳感器冗余技術。正常的傳感器狀態是檢測、監控與診斷推理系統正常工作的前提。因此，實現傳感器的狀態識別與故障診斷是診斷系統的主要任務之一[2]。與此同時，一方面傳感器技術的不斷發展，另一方面成本也不斷下降，由此暖通空調故障檢測技術會逐漸向硬件冗余轉變。（4）自動故障檢測與診斷。暖通空調在運行過程當中，發生故障在所難免，其不僅僅會帶來一定的經濟損失，還可能存在某些安全隱患。而以往的故障檢測與診斷則是由人工來完成，但是隨著社會的不斷發展與進步，自動故障檢測的方法出現并會在將來得到更為廣泛的發展與應用。

4 綜述

隨著能源緊缺日益嚴重和生活水平的提高，節能與提高室內空氣品質成為當前暖通空調系統應用與發展的兩個重要主題。但是由于暖通空調系統會發生各種各樣的故障而使系統不能按照設計要求運行，即便是經過正確調試的系統，運行一段時間后也常常會發生故障，造成能源浪費和室內空氣品質下降。為給人們創造一個高品質、高效率的暖通空調系統，需要對其故障的檢測和診斷技術進行分析，找出實際的解決方法，同時對于空調溫度、電能配出的監控和故障及時檢測診斷則需要使用電氣自動化設備相配合[3]。

參考文獻：

[1]邵騰躍.暖通空調系統故障檢測與診斷研究進展[J].科研，2015（23）：31-32.

[2]郭其一，王立德.一種基于解析性冗余的傳感器故障診斷技術[J].鐵道學報，2000（04）：16-19.

[3]白曉芹.暖通空調故障檢測診斷與電氣自動化技術初探[J].工業B，2015（25）：272-273.