劉純

摘 要：本文主要將對(duì)空調(diào)系統(tǒng)常見的故障以及故障產(chǎn)生的具體原因進(jìn)行全面的分析，總結(jié)一些實(shí)用性較強(qiáng)的故障檢測和診斷方法，并針對(duì)各方法的優(yōu)劣勢挑選出最佳的故障檢測和診斷方法，從全球暖通空調(diào)故障檢測和診斷方法的應(yīng)用以及研發(fā)現(xiàn)狀角度出發(fā)，預(yù)測出空調(diào)系統(tǒng)故障診斷和檢測方向和趨勢。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào) 故障檢測 故障診斷 進(jìn)展

中圖分類號(hào)：TM925.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（a）-0091-02

在與商務(wù)行業(yè)有關(guān)的建筑物中，因?yàn)樵O(shè)備的維護(hù)方式不當(dāng)、功能受損以及控制操作方法錯(cuò)誤等情況而引發(fā)的耗能嚴(yán)重大約在15%～30%左右，HVAC系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)生故障或者傳感器性能出現(xiàn)問題都會(huì)加大降低室內(nèi)舒適度和增加耗能負(fù)荷的可能性，所以，嚴(yán)謹(jǐn)而精準(zhǔn)的檢測和操作是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，也是數(shù)字化和最佳化操作得以實(shí)施的首要前提，當(dāng)系統(tǒng)因出現(xiàn)故障而運(yùn)行不穩(wěn)定時(shí)，檢測人員應(yīng)當(dāng)立即精準(zhǔn)而快速的查找出故障產(chǎn)生原因和位置，另外在檢測工作和處理工作完成后還要采取一些預(yù)防措施和手段，目的就是提前防止和預(yù)測出發(fā)生可能性較高的故障和問題，進(jìn)而降低故障發(fā)展率并且提高故障處理的時(shí)效性和穩(wěn)定性。

1 暖通空調(diào)系統(tǒng)故障原因及常見故障

1.1 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(huì)對(duì)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。比如說在蒸汽壓縮制冷過程中，假如冷水泵正常運(yùn)行受到干擾，那么蒸發(fā)器中的進(jìn)水量就會(huì)減少，進(jìn)而降低蒸發(fā)壓力和溫度，使系統(tǒng)的整體功能受到阻礙，甚至?xí)p壞壓縮機(jī)等設(shè)備。因?yàn)镠VAC系統(tǒng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)會(huì)干擾和阻礙其他設(shè)備的運(yùn)行，涉及的參數(shù)變化范圍非常廣，因此，當(dāng)故障產(chǎn)生時(shí)極不容易判斷和查找出故障的具體位置，也不容易分析出參數(shù)和數(shù)據(jù)的因素性和結(jié)果性，加大了故障診斷的難度系數(shù)。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(huì)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(duì)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(huì)有帶來一些不確定問題。

1.2 常見故障及其后果

空調(diào)系統(tǒng)故障產(chǎn)生的原因有很多種， 任何部件都有發(fā)生故障的可能，19世紀(jì)末期曾有人指出對(duì)于全封閉式蒸汽壓縮空調(diào)系統(tǒng)來講，超過一半的故障都是由電氣故障而引發(fā)的，而接近20%故障都屬于機(jī)械類故障，很少的一部分故障由管路和開關(guān)部分引發(fā)的，而電氣故障中85%左右是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)損壞引發(fā)的。

暖通空調(diào)系統(tǒng)故障大都不會(huì)引發(fā)大型的安全事故，最主要的影響使室內(nèi)溫差變大和增加系統(tǒng)耗能，美國曾經(jīng)有一篇關(guān)于HVAC系統(tǒng)的報(bào)道，在美國地區(qū)因HVAC系統(tǒng)而加大耗能的情況有很多。

2 故障特征及分類

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(duì)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。軟故障基本都是循序漸進(jìn)的，在產(chǎn)生的最初時(shí)期所表現(xiàn)的特征不太明顯，因此在初級(jí)階段很難被發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上，這類故障的產(chǎn)生是因?yàn)橄到y(tǒng)參數(shù)漸漸惡化，從某方面或者某種角度來講，軟故障的危害性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硬故障的危害性，所以，軟故障的監(jiān)測力度要適當(dāng)加強(qiáng)，并且要做好預(yù)防工作，其對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的意義和作用是不言而喻的。

暖通空調(diào)在運(yùn)行一段時(shí)間之后，系統(tǒng)故障的產(chǎn)生一般都是偶然且不確定的，所以，故障的屬性具有任意性，且發(fā)展情況與平衡過程具有隨機(jī)性。從HVAC系統(tǒng)整個(gè)結(jié)構(gòu)入手分析，所涉及的設(shè)備都是由子設(shè)備和基礎(chǔ)構(gòu)件按照一系列的標(biāo)準(zhǔn)組合而成的，層次性和系統(tǒng)性極強(qiáng)，所以故障產(chǎn)生時(shí)就會(huì)因?yàn)閷哟紊疃鹊牟灰粯佣斐刹灰粯拥挠绊憽３酥?，考慮到系統(tǒng)是由多個(gè)相關(guān)的子設(shè)備綜合而成的，一些子設(shè)備發(fā)生故障也可能是因?yàn)槠湎嚓P(guān)環(huán)節(jié)或者設(shè)備產(chǎn)生故障而引發(fā)的，這種現(xiàn)象稱為故障的傳導(dǎo)性。根據(jù)系統(tǒng)故障產(chǎn)生的位置不一樣，既可以說是設(shè)備故障也可以說是傳感器故障，既可以說是硬故障也可以說是軟故障，因?yàn)檫@些故障參雜在一起很難分辨，所以空調(diào)系統(tǒng)的診斷和檢測就十分的復(fù)雜。

3 常用的故障檢測與診斷方法

3.1 基于案例的故障診斷方法

通過查找知識(shí)庫和相關(guān)資料找到空調(diào)問題的解決辦法，通常包含故障案例的檢索、表達(dá)和學(xué)習(xí)等一系列過程，這類故障的檢測和診斷要結(jié)合很多相似案例，但是因?yàn)楣收系漠a(chǎn)生的確定性極低，所以案例的應(yīng)用的局限性也較強(qiáng)。

3.2 基于模糊推理的故障診斷方法

利用大量的經(jīng)驗(yàn)和模糊性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)而構(gòu)成的信息庫，再依照模糊性較強(qiáng)的邏輯整合成綜合性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，整體思路也比較不清晰，因此，對(duì)數(shù)據(jù)的判斷和整理也比較模糊化。

3.3 基于故障樹的診斷方法

檢測和診斷過程要從系統(tǒng)最終故障入手，采用倒查的方法依次排查故障，這種故障檢索比較全面和完整，但是假如系統(tǒng)過于龐大，所以故障樹的建造規(guī)模也比較大，其整個(gè)系統(tǒng)也比較復(fù)雜。endprint

3.4 基于模式識(shí)別的故障診斷方法

應(yīng)當(dāng)將故障的檢測和診斷看作是穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定狀態(tài)的分辨和區(qū)分，通過故障產(chǎn)生的具體特征和屬性進(jìn)行系統(tǒng)的分析和探究，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和總結(jié)，此方式的長處就是不需要建立模型且計(jì)算量不大。

3.5 基于小波分析的故障診斷方法

20世紀(jì)80年代末漸漸有小波分析診斷故障工具對(duì)不穩(wěn)定的信號(hào)和波動(dòng)較大的信號(hào)分析極有幫助。設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)所產(chǎn)生的突變信號(hào)包含故障信息，因此通過對(duì)突變信號(hào)的小波分析就能夠分析出故障的具體位置和影響大小，非常適合信號(hào)的處理工作。

3.6 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法

通過很多相互關(guān)聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來診斷和分析故障。輸入信號(hào)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中來回傳遞，在網(wǎng)絡(luò)建成以后，大量的信息樣本來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。不斷修復(fù)和完善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，最后通過數(shù)據(jù)的校對(duì)實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有效運(yùn)行。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢較為突出，不需要?jiǎng)?chuàng)建物理模型。

3.7 基于規(guī)則的故障診斷專家系統(tǒng)

規(guī)則故障診斷方式的應(yīng)用就目前故障診斷現(xiàn)狀而言較為廣泛，主要通過IF-THEN的規(guī)則形式來表示相關(guān)故障與預(yù)測之間的種種聯(lián)系，也就是表示各個(gè)部件之間的必然關(guān)系。該診斷方式融合了多方面的知識(shí)到一個(gè)特定程序中來解決相關(guān)問題，在規(guī)則的故障診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，發(fā)展出智能化的故障檢測系統(tǒng)，在醫(yī)療、化學(xué)等行業(yè)中的應(yīng)用也比較廣泛。

3.8 基于模型（mode-l based）的故障診斷系統(tǒng)

在1984年Davis曾經(jīng)提出，模型診斷方法主要是通過使用數(shù)字化邏輯電路配合信號(hào)輸入和輸出等行為表達(dá)故障的具體影響和情況，de Kleer一些人也提出過用沖突集將具體故障信息和可能出現(xiàn)的故障部件聯(lián)系起來。模型的故障診斷方法較為系統(tǒng)和復(fù)雜，特別在HVAC系統(tǒng)中，許多構(gòu)件都是非線性，且計(jì)算難度較大，方法也較為復(fù)雜。

總而言之，未來的故障診斷工具將更為標(biāo)準(zhǔn)化和現(xiàn)代化，甚至是將成為能源管理和控制系統(tǒng)的一個(gè)模塊，這些診斷工具既可以由開發(fā)商提供也可以由第三方供應(yīng)商來提供。暖通空調(diào)系統(tǒng)故障檢測在未來的發(fā)展和應(yīng)用前景將是不可限量的，其實(shí)用性和便利性等優(yōu)點(diǎn)更為顯著和突出。

參考文獻(xiàn)

[1] 鮑士雄，趙鵬.制冷系統(tǒng)故障診斷中模糊模式識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用[J].制冷學(xué)報(bào)，2011，19（2）：20-27.

[2] 陳友明，郝小禮.建筑能源管理與控制系統(tǒng)中傳感器故障及其檢測與診斷[J].暖通空調(diào)，2012，34（2）：83-88.

[3] 陳友明.自動(dòng)故障檢測與診斷在暖通空調(diào)中的研究與應(yīng)用[J].暖通空調(diào)，2012，34（3）：29-33.endprint