暖通空调系统故障检测与诊断研究

彭荣博

摘 要：暖通空调的故障检查和诊断（FDD）技能对空调体系的运做安全性、维护性能与可预测性起着关键性的作用。按类别探讨现今空调体系FDD方案，且对不同方案做了评论。经过对现今使用情况的解析，探讨了空调体系FDD技能在使用中残留的不足和接下来的进步趋向。

关键词：暖通空调 故障检查和诊断 评论 使用情况

中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（b）-0049-02

商业建筑中因为设施保护不佳，功能老化与掌控不佳等因素引发的耗能损失大约是15～30%。HVAC体系中的设施障碍或传感器的差错都会导致屋内舒适性的更糟或体系耗能的提升。所以，安全且精确的检查与调控是体系稳定运转的基础要求，还是智能化与先进化调控实行的必备因素。若体系产生障碍，一定要快速且精准的找出障碍原因、位置，而且规定体系在运转当中具备防备性，也就是可以预测也许会产生的障碍，进而尽可能降低障碍的产生率或产生障碍后可快速地解除。研发FDD技能，在HVAC调控体系中加入一定的逻辑以快速精准地对障碍实施检查诊断且给出解除办法，这已是当前急需处理的重要难题。

1 FDD办法的评论

在研发当中，很多FDD办法未提及到对选择FDD技能运转的管制体系做出评论与决定，可是把FDD加入到建筑管制与决策支持体系是很关键的。到现在为止，FDD办法的灵活性与误警率依旧未在现实的建筑体系里做出全面的探究。

常用的FDD办法是通过使用历史数据来解决的。在很多时候，基于历史数据的模型是采集训练数据的独特体系。为让FDD办法有更强更好的可用性，应在产品出库前，为设施或自动在线装置研发这些模型。模型研发当中的自动化对调控FDD体系的投资十分关键，Red即等研发了在线建模的前期工作。

大部分FDD办法适合用来检测单一效果的障碍，可是，若是很多个障碍同时产生或是产生在FDD开始时，多个FDD办法不可准确的检查或找出障碍。杜志敏等选用多级（一个上位级与两个下位级）PCA与JAA模型还有Fisher辨别式办法对变风量体系的许多障碍做了FDD解析。

HVAC体系中判断障碍对体系的影响通常思考经济性并不是可靠性。对于一个给出FDD办法的体系，FDD功能和使用FDD花费的价钱是相矛盾的。这就是说，若想提升FDD功能，一定要有很多的传感器来给HVAC体系提供运转数据，特别是对不同的障碍对应同一的情况时。如今的FDD探究通常只顾虑办法的研发和检验。Li等对维护与运转资费实施定量与定性解析，进而对FDD实施经济性评论。Reddy给出了选择漏报率、障碍率、错报率与故障率等四种参数对FDD办法给予评论。

2 常见的障碍检查和诊断办法

2.1 基于模型（mode-l based）的障碍诊断体系

在1984年Davis提出了，其重要办法是选择数字逻辑电路的构造和传入传出方式的知识来彰显障碍。deKleer等人给出用矛盾集把状况和可能的障碍部件相结合。基于模型的障碍诊断办法十分繁琐，特别是在HVAC体系中，许多部件（如换热器）皆是非线性的，而且与时间序列有关，因此建模有很大难度，核算也很繁琐。

2.2 基于模糊推断（fuzzy reasoning）的障碍诊断办法

借鉴经验值与模糊整理数据构建模糊矩阵，再按照模糊逻辑结合方法实行模糊全面判断。主要想法是依据平时生活里的模糊决策，经过模糊化传入数据，模糊结合后实施障碍检测，而后再进行模糊化传出直接性的判断。

2.3 基于案例（case-based）的障碍诊断法

经访问知识库里以往相同问题的解答，而取得了当前问题的答案。通常包含障碍事例的表示、组织搜索与学习等程序。这种障碍诊断办法需要很多的事例，但障碍是会改变的，因此使用会有阻碍。现今，在航天器的诊断里也有使用。

2.4 基于规则（rule-based）的障碍诊断专家体系

这种诊断现在应用较多，大多想法都用IF-THEN的规则来表示相关诊断对象的障碍与预兆之间的联系，这就是各个事件之间的逻辑联系。这种诊断法应用了现有的不同知识（规则或实例）到一个已有的序列里以处理那些难题。基于规则的障碍诊断体系起初是通过人工智能研发的，现在在医学、地理、电子、化学等方面使用也很常见。

2.5 基于神经网络（neural network）的障碍诊断法

经过很多、并行、互相关联的神经元构成的网络来进行障碍诊断。传入信号在神经元间来回传送，神经网络构建后，经过很多的数据模版来练习这个网络，一直修复网络间的权值，最终用数据模版检验神经网络。对非线性的问题，神经网络具备天然的优点，就不需构建物理模型。

2.6 基于小波（wavelet）解析的障碍诊断法

20世纪80年代兴起的小波解析诊断工具对非稳定的信号与暂变的信号解析很重要。设施工作情况异常时的突变信号带有障碍信息，对这些突变信号实施小波解析就能够对障碍的大小与位置给出解析。小波解析适宜地进行信号解决。

2.7 基于模式识别（model identification）的障碍诊断法

将障碍诊断当做是正常工作状态方式与障碍状态方式的归类与辨别。经过获得障碍特点实行决策探究，也能够实施障碍核算与诊断。这样的模式好处是不用建立模型，核算量少。

2.8 基于定量模型方式

在同一工况下，基于模型降的FDD办法经过很实际的体系与仿真模型的运转情况来检查与诊断传感器障碍。同常见的分析冗余法作比较，此办法意在强调模型的定义，不足的是需一个相应较准确的数学模型。常用的有等价空间法、观察器法、参数估算法等。这些办法选择分析冗余取代物理冗余，从被诊断体系的数学模型取得的信息与现实测量获得的信息比较时，经过解析残差实施障碍诊断，诊断中有残差出现与残差估算两个过程。这种办法在障碍诊断中获得了大量的使用，对突发障碍的诊断是很有用的。可此办法所用的准确模型很难取得，尤其是对于高度非线性动态HVAC体系。同时，对于很慢漂移的传感器障碍，此办法很难区分障碍和体系或是部件的功能退化还有测量噪声。endprint

3 障碍检验和诊断的使用

老式的障碍诊断工具是那些手提式的诊断器，维修工人在进行设施检修时，用它来检测体系中的障碍。这种工具好处是一台仪器能够用来检测多个体系，所以，仪器可配备准确性很高的传感器。但它的明显不足是不可实施在线检查和诊断。检查的结果有时并不反映系体系的动态特点，而是一种静态检验的结果。

而后，一些设备生产厂家从产品应用的可用性、可靠性方面思考，在产品中加入了一些障碍诊断和维护体系，这种维护是经过设施的启停来获得的。比如：当制冷体系中压力已超出最大限度时，觉得体系有障碍，就让设施停止运转。这种障碍诊断体系对提升设施的应用年限、保证设施和职工的安全有相应的优点。但这种体系仅能对一些障碍很大的状况实施检验和诊断，而对体系的运转情况和体系特有恶化却没有任何办法。它不能在障碍前期就及时地检验到障碍，从而造成了很大能源的耗损。

再后来，一些暖通空调体系的客户和维修者就节省资源与提升屋内的舒适性做了思考，研发了一些使用于各个体系的障碍诊断体系。如：文献[24]写到的供热体系的障碍诊断体系被用于法国城市的取暖上；文献[20]写到的新风经济运转体系的障碍诊断软件在项目中获得了使用。这些诊断体系对设施运转的实时监测和障碍的及时诊断有着很大的优势，可以在确保屋内舒适度的基础桑，更佳地节省资源。可是，因为办法和时间的限制，这些体系不可以很全面，它只可以在一些特有的体系里应用，不可推广。

现今，暖通空调体系的自动障碍检查和诊断的探究还是在理论与方法探究，伴随经济的进步和社会服务方式的改变，对暖通空调体系自动障碍检查和诊断的需求也随之增多，坚信在很短的时间里，就有完美的产品出现。因为经济的因素，这种体系或许会在一些大的体系或设施上取得应用，但最后会全部在空调设施上有推进。

总之，经过专家的努力，FDD体系就会随建筑自动化和资源管制体系共同在暖通空调体系里获得较广的进步与使用。

参考文献

[1] 赵鹏.模糊专家系统在制冷系统在线故障诊断中的实现应用[D].上海：上海交通大学，2012：37-51.

[2] 鲍士雄，赵鹏.制冷系统故障诊断中模糊模式识别技术的应用[J].制冷学报， 2012，19（2）：20-27.

[3] 陈友明，郝小礼.建筑能源管理与控制系统中传感器故障及其检测与诊断[J].暖通空调，2012，34（2）：83-88.endprint