浅谈暖通空调系统故障检测与诊断方法
摘 要：故障检测和故障诊断是两个不同的步骤，故障检测是确定故障发生的确切地点，而故障诊断是详细描述故障是什么，确定故障的范围和大小，即故障辨识。故障检测和故障诊断不作严格的划分，而是按习惯统称为故障检测与诊断（FDD）。
通过故障预测与诊断，使暖通空调设备按优化程序运行，是降低建筑能耗和提高经济的途径之一。因此，加强对故障的预测与监控，能够减少故障的发生，延长设备的使用寿命，同时也能够给业主提供持续的、舒适的室内环境，这对提高用户的舒适性、提高建筑的能源效率、增加HVAC系统的可靠性、减少经济损失将有重要的意义。
1 HVAC系统故障原因及常见故障
1.1故障原因
首先，HVAC系统集中了各种设备，许多参数之间相互耦合，增加了系统的复杂性和故障的相关性。HVAC系统是由管道连接各种空调设备而组成的一个相互关联、相互影响的系统，如果系统中有一个部件出现故障，则会影响其他部件的工作，进而影响整个系统的特性。例如，在蒸气压缩式制冷循环中，如果冷水泵出现故障，则单位时间通过蒸发器的水量减少，蒸发温度及蒸发压力降低，压缩机的压缩比升高，功耗增加，系统的COP值下降，严重时会损坏压缩机。由于HVAC系统的故障具有传递性，一个部件出现故障会影响其他部件的正常工作，会引起多个参数的变化，所以有时很难判断到底故障的位置在哪里，也很难分清哪些是原因性数据，哪些是结果性数据，使故障诊断变得复杂。第二个原因是HVAC系统是典型的装设传感器数量最少的系统，缺乏传感器的信息使系统的监测不足。第三个原因是HVAC系统自动检测所集中的大量复杂数据经常给系统的管理者和操作者带来很大困扰，因为这些数据很少能直观地用图形、图像或文字直接表述出来，而且这些数据经常是变化的，真正分析这些数据的主要还是人，检测或诊断软件必须由人来判断故障。还有一个原因是HVAC系统的操作者可能忽略了一些细微的故障或隐含的故障，虽然这些故障暂时还不至于影响系统运行，但可能导致将来发生无意识的或无预兆的问题。
1.2常见故障及其后果
HVAC系统的故障种类繁多，几乎每个部件都有可能发生故障。对全封闭的蒸气压缩式空调系统来说，76%的故障是由电气故障引起的，19%的故障是由机械故障引起的，5%的故障是由管路和阀门故障引起的;其中，电气故障中大约87%是由电动机损坏造成的，机械故障则主要是由液击、阀片损坏等造成的。表1给出了HVAC系统常见故障及其诊断工具。
HVAC系统故障一般不会造成大的安全事故，最主要的后果是引起室内环境变差以及能耗增加。一般认为，故障会造成HVAC设备或系统的COP下降或系统性能变差。有报道，在美国，由HVAC系统的故障导致的能耗增加多达30%。表2给出了整体式空调故障引起的能耗增加情况。
2 故障检测与诊断方法
2.1故障检测与诊断过程
早期的故障检测与诊断主要着眼于连接到能源管理与控制系统（EMCS）中个人计算机存档的静态数据库中，随着诊断技术的成熟，现在的故障检测与诊断手段则嵌入到了动态的控制体系中。期望值或期望操作来源于建立在物理定律上的HVAC设备数学模型或经验数据，由传感器测量得到的实际运行过程的参数和由模型得到的计算值在诊断软件中行比较和评估，将其比较或计算的误差作为输传送到故障诊断分析器中，如果这个误差逐渐大，则说明按期望操作的可能性减小，故障发生可能性增加。经过诊断程序诊断后，诊断结果作输出被传给设备的执行和显示机构，从而实现了障的诊断、报警、打印和控制等功能。
按照故障的级别和故障的优先级不同，不同故障在不同的诊断层次上来诊断。在分布式控体系（DCS）中，驻留在不同层级上的故障诊断工主要由输入数据的类型、性质、复杂程度和诊断具使用的频率来区分，复杂的、需要更多知识和 能的故障诊断（如诊断周期需要一天或一个月的将由更高层次的诊断工具（或计算机）来完成，由现在传感器性能的提高，大量的、低端的故障诊倾向于在传感器中就地解决。
2.2常用的故障检测与诊断方法
目前开发出来的用于HVAC系统故障检测诊断的方法（工具）主要有以下几种（见表3）。
3 暖通空调故障检测与诊断的发展方向
可以预见，将来的故障诊断工具将是建筑的一个标准的操作部件。诊断学将嵌入到建筑的控制系统中去，甚至故障诊断工具将成为能源管理与控制系统（EMCS）的一个模块。这些诊断工具可能由控制系统生产商开发提供，也可能由第三方的服务提供商来完成。故障诊断工具嵌入到建筑控制系统中，将有类似于BACnet的通讯协议。故障诊断工具将集成建筑各系统与子系统的诊断信息。换句话说，各个诊断工具的数据和协议将是开放的和兼容的，是符合工业标准体系的，具有极大的方便性和实用性。
参考文献
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