智能建筑暖通空调控制系统的故障检测与诊断.pdf

王晓霞

摘 要：智能暖通空调的运行是建筑中主要耗能部分，暖通空调若是出现故障，将带来更多的能源消耗和资源浪费，致使控制系统运行受到阻碍。由此，智能建筑暖通空调控制系统的故障检测和诊断便显得尤为重要，它可以保持建筑室内的良好温度环境，使整栋建筑有更好的供暖系统。然而，人为的检测故障并不是一个高效率的好办法，我们需要自动化的检测技术，这样才可以及时、精准的发现故障，阻止它带来更多损失。

关键词：暖通空调控制系统；故障检测；诊断

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.127

0 引言

随着生活质量的提高，人们对生活环境的要求也不断提高，比如所处环境的温度、空气的质量、通风情况等。现代建筑的设计也向着满足这些要求的方向发展，普遍安装了暖通空调系统，我们必须重视暖通空调控制系统的故障检测问题，并且针对这些问题进行研究分析提出应对措施，同时优化与其相关的自动化设备，更新控制系统。

1 故障的分类

当控制系统的某一个特性、参数出现一个较大范围的异常波动，超出了控制系统可控和承受范围，就会出现故障。根据不同分类依据可以将故障分为不同的种类：

（1）按照故障的部件来分可分为传感器故障、执行部分故障、组件故障。传感器故障即控制温度、压力、流量等要素的传感器出现故障；执行部分故障指各部位的阀门和发动机构出现问题；组件故障是相关的被控设备零件故障问题。

（2）按照故障的程度来分可分为软故障和硬故障。顾名思义，软故障是指故障部位因长时间腐蚀、疲劳运转致使原性能下降甚至部分性能失效，是渐变性，前期不易察觉；硬故障是指器件损害非常严重，完全失效不可用的问题，较为严重，多为突发性，相对软故障来说比较容易检测并及时进行修理。

（3）按照性质来分可分自然故障和人为故障。

（4）按照具体故障的位置来看可以分为水侧和空气侧两种。

2 检测和诊断系统故障的方法

检测和诊断暖通空调控制系统主要分为四个步骤：检测，即检测运行状态与正常状态是否一致，从而来判断是否存在异常或者故障；识别，即对出现故障的部位、类型和原因进行识别分析；评价，根据分析结果对此次故障的影响进行大致的预测，对影响程度进行评判；决策，对故障选择处理方法，是正常现象选择容忍处理，较为严重进行维修甚至更换。

关于故障的诊断，诊断方法依据不同的理论基础可以分为数学解析模型法、知识诊断法、信号处理法。数学解析模型法是利用检测出的相关数据与数学模型的解析数据相比较而得到一个残值，继而对残值进行分析处理；知识诊断法是能充分依据专家诊断的一种方法，非常有发展前景；信号处理方法可以解决数学模型无法诊断的故障，避开难点，直接利用信号模型，比如小波分析技术。

关于方法，主要从定性和定量两个角度分析。定性主要是依据专家经验及相关的定性工具来进行分析，以判断系统的可测信息和资料为理论依据来判断其走势、状况和性质。此方法主要是用于事物和专业性经验之间有联系的情况下，多应用于有明确的逻辑关系的系统中。定量是完全不同的，收集并统计数据，并建立合适的数学模型或解析模型，借此来计算各种数据指标，以数据为依据只能用于历史数据方便收集并保存完整的情况下。

3 技术的分析

暖通空调控制系统较为复杂多变，波动呈非线性，我们不能以一个统一的标准甚至不能以人为地方式去对系统进行检测和诊断，我们需要利用自动化技术，借助综合性和智能化的技术来进行检测、判断、反馈。

在研究的方向上，大部分人仍然过多的集中于易故障设备和局部组件的开发研究上，而不钻研控制系统的检测诊断技术。

从研究方法来看，通常以定量法为主，比如卡尔曼滤液和人工神经网络类型、小波分析技术[1] 。但是定量法有着自身的局限性，太依赖于数据，我们完全可以将定量法和定性法相结合，即考虑到主观认知方面又顾及到数据检测方面，会使结果更加的全面准确，而程序复杂的情况下会增加时间成本和空间成本。

在检测和诊断时，相对来说建模法很重要，但建模法也有自身的弊端，有一些模型无法解析的难点就需要结合信号处理和知识检测，数学模型本身还是不能全面系统地反映出问题点，也不能做到精确数据结果，比如常见的VAV模型[2]，这个系统在一年四季有不同的应对策略，然而我们深入研究开发只有一个季节，所以只有一个模型不能够反映出事物全面的问题。如果只是建立四个模型来进行研究，并不能精确“评价”、“决策”两个环节，无论是客观方面还是主观方面都得不到深入研究，也无法使综合分析得到强化。

4 技术的应用方面

在应用环节上，在实际建筑时，预算范围和经济能力在一定程度上限制了高端技术的应用，我们可以将暖通空调的控制系统和自动检测和诊断技术融合在一起，这样减少原件的使用和耗能，在原有设备原件的基础上降低附加的经济投入。

当今很多的建筑都结合了BEMS[3]，这个配置符合我们对综合性和自动化智能化的要求，它可以自动的收集各方面的系统运行数据，并且普遍来看，我们会将BEMS与FDD相結合，由此便可以自动的获取并反馈实时准确数据，相对来说可以最大化实现自动化、智能化和综合性，而不需要另外设置系统进行检测与诊断，节约了技术成本与经济性的原件投入。针对之前说的控制系统耗能严重的问题，我们也应该在技术方面进行改进，对能耗方面同样进行实时监控和数据反馈，在故障反映出来的第一时间进行检查并修理故障处，以减少不必要的能耗，避免因故障而浪费过多资源。

5 结语

智能建筑暖通空调作为智能建筑的重要组成部分，得到大家越来越多的重视。其控制系统主要是为了使建筑业服务更加的优质，想要节约能源和成本的同时也形成科学系统的管理模式，实现检测全自动化。

暖通空调控制系统的复杂性和非线性变动性决定了它的诊断和检测的多样性和多方面发展性，代表着要求技术的综合性和先进性，我们要以定性定量法为主，建模和知识相结合，融合多种角度和方法来获得更加精确的数据。在检测和诊断的技术上还有待开发和研究，以寻求更加有深度，综合化更强，集智能化、自动化和节能低耗性为一体的技术。

参考文献：

[1]施彤滨，张晓杨.浅析智能建筑暖通空调系统优化策略[J].智能建筑与智慧城市，2017（12）：63-64.

[2]董茂祥.智能建筑暖通空调系统的优化措施解析[J].建材与装饰，2016（47）：160-161.

[3]刘晓伟.新形势下报关行业发展对策[J].对外经贸，2016（07）：42-43+46.