摘要：空調(diào)在所有建筑耗能中所占比例最大，建筑空調(diào)工作者正在嘗試采取措施，提高能源利用效率，盡可能使耗能量降至最低。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中極易產(chǎn)生故障，為了確保設(shè)備的正常運(yùn)行，文章首先分析了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的特征，然后對(duì)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)空氣處理機(jī)組的故障檢測與診斷方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：變風(fēng)量；空調(diào)系統(tǒng)；空氣處理機(jī)組；故障檢測；故障診斷

中圖分類號(hào)：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）29-0058-03

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)在人們生活中起到了重要作用，因該系統(tǒng)的能源消耗問題一直尚未解決，在使用過程中引起了很多爭議。人們正在采取措施，提高能源利用效率，同時(shí)也在挖掘新能源。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國建筑能耗在社會(huì)總能耗中所占的比例在20%～25%之間，由此可見，建筑能耗所占比例非常大。目前為了促進(jìn)空氣質(zhì)量，必須了解故障檢測工作，及時(shí)診斷系統(tǒng)中的潛在

故障。

1 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)特征

目前，節(jié)能問題被人們廣為關(guān)注。近幾年，無論是大型、中型、小型辦公室內(nèi)，都可看到變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，這種系統(tǒng)具備很多特征，其中包括控制靈活性好、舒適度高、節(jié)能潛力大等。該系統(tǒng)的市場潛力非常大，其關(guān)鍵設(shè)備就是末端裝置，末端裝置主要設(shè)置于頂棚上，維護(hù)與檢測難度相對(duì)較大。除此之外，為了充分體現(xiàn)該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與節(jié)能性，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度非常高，這使空調(diào)系統(tǒng)故障的發(fā)生更為頻繁。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)有著自身的特征，主要表現(xiàn)在五個(gè)方面：（1）變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)屬于全空氣空調(diào)系統(tǒng)，無冷凝水污染危害。（2）與定風(fēng)系統(tǒng)相較，從初期投資上看，變風(fēng)系統(tǒng)投資少，且具備良好的節(jié)能效果。就定風(fēng)系統(tǒng)而言，室內(nèi)送風(fēng)量能夠以空調(diào)負(fù)荷變化為依據(jù)而產(chǎn)生變化，這表明送風(fēng)量可以于室內(nèi)轉(zhuǎn)移。（3）變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)能夠獨(dú)立控制所有空調(diào)區(qū)域，并且以空調(diào)區(qū)域?yàn)橐罁?jù)，對(duì)空氣濕度進(jìn)行控制。（4）該系統(tǒng)因工作原理比較特殊，難以控制空氣濕度，必須采取輔助措施，達(dá)到控制空氣濕度的目的。（5）在負(fù)荷相同條件下，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲相對(duì)較小。

2 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)故障診斷方法

故障指的是系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，計(jì)算參數(shù)（或觀察參數(shù)）產(chǎn)生了偏差，簡單來說就是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了異?，F(xiàn)象。故障診斷全稱為故障檢測與診斷，明確設(shè)備運(yùn)行信息后，可及時(shí)找出系統(tǒng)產(chǎn)生故障的影響因素，明確故障產(chǎn)生的具體位置。故障檢測與診斷過程包括三個(gè)部分，分別為故障的檢測、診斷、辨識(shí)。通過故障檢測，可以了解系統(tǒng)有無故障。空調(diào)系統(tǒng)的診斷有多種方法，主要包括以下兩種方式：

2.1 定量模型FDD法

定量模型FDD法需要將物理特征與原理綜合起來進(jìn)行考慮，利用數(shù)學(xué)公式將系統(tǒng)輸出與輸入關(guān)系表現(xiàn)出來，定量模型可以將系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性完全展示。通過數(shù)據(jù)的正常運(yùn)行，能夠建立模型，并預(yù)測系統(tǒng)性能及其可能會(huì)產(chǎn)生的行為，了解系統(tǒng)實(shí)測值與預(yù)測值間的差，最后經(jīng)故障檢測與殘差比較，判斷系統(tǒng)有無故障。若殘差在故障檢測閾值外，就表明系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。定量模型的建立包括四種方式，分別為參數(shù)估計(jì)法、奇偶空間法、卡曼濾波器法、物理原理法。對(duì)于已知參數(shù)，采用后兩種方法更好。不過就大部分系統(tǒng)而言，通常都是未知參數(shù)。

2.2 定性模型FDD法

定性物理模型是對(duì)系統(tǒng)行為進(jìn)行描述的定性模型，它能夠描述系統(tǒng)的行為、因果、功能、結(jié)構(gòu)，主要采用模擬物理系統(tǒng)行為與預(yù)測物理系統(tǒng)行為兩種方法。這種方法的推理方式比較靈活，便于及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行

分析。

3 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)處理故障分析

3.1 系統(tǒng)故障檢測流程

在檢測與診斷故障過程中，首先要以以往的運(yùn)行數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用遺傳算法，對(duì)空調(diào)模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，該檢測工作需要在系統(tǒng)處于離線狀態(tài)下完成。除此之外，還可調(diào)整部件模型參數(shù)，預(yù)測處理機(jī)組性能。在運(yùn)行條件與輸入條件相同的情況下，通過計(jì)算系統(tǒng)實(shí)測值與預(yù)測值間的殘差，便于明確系統(tǒng)有無異常，最終通過故障分類器，將故障源找出。

要想使故障診斷準(zhǔn)確度得到提升，在檢測故障過程中，還有很多注意事項(xiàng)，其中包括：（1）保證參數(shù)準(zhǔn)確無誤。就大部分空調(diào)部件而言，可經(jīng)測量獲取其模型輸入?yún)?shù)，其中包含新風(fēng)流量、新風(fēng)濕度、新風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度、送風(fēng)靜壓、送風(fēng)溫度、冷凍水溫度、混合風(fēng)溫度等。空調(diào)傳感器精度較高，傳感器測量值可直接作為輸入?yún)?shù)。少部分模型參數(shù)難以經(jīng)測量獲取，例如冷凍水流量與送風(fēng)機(jī)流量就是如此，必須經(jīng)計(jì)算才可得到。（2）無法避免誤差。利用參數(shù)對(duì)空氣處理機(jī)組故障進(jìn)行檢測過程中，有很多不確定因素?zé)o法避免，這表明模型誤差必定會(huì)存在。不確定因素有兩種，分別為建模誤差、測量誤差。（3）閾值的選取。閾值選取與故障檢測誤報(bào)率、敏感度存在很大關(guān)聯(lián)，若閾值太大，系統(tǒng)可能無法檢測出小故障，出現(xiàn)故障漏報(bào)的情況，若閾值太小，可能會(huì)出現(xiàn)假警報(bào)的情況。本文涉及到的閾值有兩種，分別為故障診斷閾值、故障檢測閾值，參數(shù)自整定模型與故障檢測閾值在故障檢測過程中應(yīng)用比較廣泛，專家規(guī)則與故障診斷閾值主要應(yīng)用在尋找故障源上。

3.2 故障檢測閾值的獲取

在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)故障診斷方法中，我們對(duì)FDD方法進(jìn)行了介紹，了解到通過計(jì)算系統(tǒng)實(shí)測值與模型預(yù)測值間的殘差，比較基準(zhǔn)值與殘差后如果殘差在正常范圍內(nèi)，則表明系統(tǒng)不存在異常。若殘差不在正常范圍內(nèi)，表明系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。在系統(tǒng)正常運(yùn)行的條件下，其基準(zhǔn)值實(shí)際上就是故障檢測閾值。選取閾值是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，其方法包括三種，分別為基于知識(shí)、基于統(tǒng)計(jì)、基于數(shù)學(xué)模型的方法。

3.3 末端裝置的檢測

在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中，控制末端裝置相對(duì)而言比較簡單，CUSUM控制圖可以實(shí)現(xiàn)對(duì)末端裝置故障的檢測，經(jīng)運(yùn)行數(shù)據(jù)可以了解到，當(dāng)采樣間隔控制在幾分鐘內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的自相關(guān)性表現(xiàn)得非常明顯，這提示CUSUM控制圖性能會(huì)逐漸降低。利用殘差CUSUM控制圖對(duì)末端裝置進(jìn)行檢測，首選需將故障發(fā)生的原因找出，便于立刻采取措施維修或者將故障排除。

控制末端裝置的主要目的是使室內(nèi)控制溫度維持在設(shè)定值，然而受到很多因素的影響，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)異常，其中包括控制器故障、安裝錯(cuò)誤、傳感器故障、設(shè)計(jì)不科學(xué)、設(shè)備故障等問題，均可能致使設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生偏差，CUSUM控制圖可以對(duì)異常偏移進(jìn)行檢測，對(duì)其敏感性較高，不過它會(huì)受到數(shù)據(jù)自相關(guān)的影響，因此，在檢測過程中，必須考慮到數(shù)據(jù)自相關(guān)可能帶來的影響。

3.4 控制器硬故障

若系統(tǒng)出現(xiàn)了控制器硬故障，控制器難以得出準(zhǔn)確風(fēng)量設(shè)定值與風(fēng)閥開度控制信號(hào)，實(shí)際需風(fēng)量與引起送風(fēng)量無法一致，系統(tǒng)設(shè)定值與空氣溫度間也會(huì)產(chǎn)生偏差。在建筑節(jié)能中，控制器硬故障會(huì)影響室內(nèi)的舒適度，因此，一旦發(fā)現(xiàn)硬故障的存在后，要將其及時(shí)排除。

4 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)診斷軟件

結(jié)構(gòu)化查詢語言簡稱SQL，它在數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)控制與數(shù)據(jù)定義中都有應(yīng)用，具備效率高、綜合統(tǒng)一、功能強(qiáng)等特征，語言十分簡潔，處理功能非常強(qiáng)大，安全性較高。如果用戶需對(duì)任務(wù)頻繁干預(yù)，則可利用服務(wù)器將數(shù)據(jù)庫控制與存取任務(wù)完成。在用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取過程中，可向服務(wù)器申請(qǐng)，服務(wù)器以申請(qǐng)內(nèi)容為依據(jù)，及時(shí)做出處理。通過結(jié)構(gòu)化查詢語言，可以實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的在線監(jiān)測，獲取數(shù)據(jù)流程圖。

4.1 獲取運(yùn)行數(shù)據(jù)

診斷軟件需要獲取系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，編程語言為VB，通過AOD實(shí)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)化查詢語言服務(wù)器的連接，將自動(dòng)獲取程序開發(fā)，便于獲取運(yùn)行數(shù)據(jù)。

4.2 實(shí)現(xiàn)機(jī)組故障的在線檢測

機(jī)組診斷軟件與在線檢測均需要通過對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置后完整，如果模型預(yù)測值與系統(tǒng)實(shí)測值間殘差不在故障檢測閾值范圍內(nèi)，則表明機(jī)組存在異常（故障）。

4.3 運(yùn)行流程的自動(dòng)生成

診斷軟件的使用可以將機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)以圖形的方式展現(xiàn)出來，軟件能夠自動(dòng)生成運(yùn)行流程圖，便于在評(píng)估控制性能與原始設(shè)計(jì)中起到輔助作用，同時(shí)也有利于進(jìn)一步研究、分析故障產(chǎn)生的原因。

4.4 故障報(bào)告

使用診斷軟件后，能夠自動(dòng)生成系統(tǒng)故障報(bào)告，且會(huì)自動(dòng)保存，故障報(bào)告中的內(nèi)容非常詳細(xì)，其中包括故障出現(xiàn)的時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、具體位置等內(nèi)容，便于在維修與檢測過程中，將其余故障排除。

5 結(jié)語

隨著生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)生活舒適度提出了更高要求，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也更為復(fù)雜，因此，在運(yùn)行過程中，極易產(chǎn)生各種故障。為了確保設(shè)備的正常運(yùn)行，必須及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測，并診斷設(shè)備哪一環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題。本文首先分析了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的特征，然后對(duì)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)空氣處理機(jī)組的故障檢測與診斷方法進(jìn)行了詳細(xì)探討，有利于為日后空調(diào)系統(tǒng)故障的檢測提供依據(jù)。

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作者簡介：劉杰（1976-），男，浙江上虞人，浙江金盾風(fēng)機(jī)股份有限公司暖通工程師。