智能化設(shè)備管理在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能化設(shè)備管理在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：分析了HVAC設(shè)備管理系統(tǒng)的幾種模式，指出了智能設(shè)備管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是系統(tǒng)集成和智能化，探討了設(shè)備管理系統(tǒng)開發(fā)中值得注意的問題及新一代設(shè)備管理系統(tǒng)的發(fā)展方向。針對傳統(tǒng)設(shè)備管理模式下存在的問題，闡述了現(xiàn)代設(shè)備管理、狀態(tài)監(jiān)控和設(shè)備故障狀態(tài)維修的必要性。分析了暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)故障的特征，并就建立故障檢測與診斷系統(tǒng)的方法、實現(xiàn)步驟、相關(guān)技術(shù)等進(jìn)行了探討。關(guān)鍵字：設(shè)備管理節(jié)能故障診斷建筑能耗隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑內(nèi)設(shè)備數(shù)量和復(fù)雜性都顯著增加，使得建筑在使用過程中所消耗的能量（建筑能耗）越來越大。建筑能耗在社會總能耗中占有很大的比例，而且，社會經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，生活水平越高，這個比例越大。西方發(fā)達(dá)國家，建筑能耗占社會總能耗的30%～45%。我國盡管社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和生活水平都還不高，但建筑能耗已占社會總能耗的20～25%，正逐步上升到30%。不論西方發(fā)達(dá)國家，還是我國，建筑能耗狀況都是牽動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展全局的大問題。在建筑的總能耗中，用于采暖、通風(fēng)和空調(diào)的能量占有很大的比重，在一些大城市，夏季空調(diào)已成為電力高峰負(fù)荷的主要組成部分。1998年，上海住宅空調(diào)安裝率超過70%，空調(diào)用電負(fù)荷高達(dá)300×104kW以上，占高峰用電負(fù)荷的1/3，產(chǎn)生166.2×104kW的供電缺口。所以，節(jié)約能源，提高能量的利用效率，關(guān)系到整個社會的可持續(xù)發(fā)展問題。節(jié)能在很大程度上取決于建筑內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀況。如果采用先進(jìn)的管理方法，使各種設(shè)備安全、有效、穩(wěn)定地運(yùn)行，出現(xiàn)故障能快速排除，則可以節(jié)約能量；如果管理方法比較陳舊，出現(xiàn)故障不能及時排除，則會浪費(fèi)很多能量。在傳統(tǒng)的設(shè)備管理模式中，往往是在有明顯跡象表明設(shè)備性能變差時，才去確定這臺設(shè)備是否應(yīng)該檢修，或根據(jù)規(guī)程已經(jīng)到了大修期限，才著手組織大修。這樣就存在以下問題：一是其運(yùn)轉(zhuǎn)情況無法統(tǒng)計準(zhǔn)確；二是本可不必大修解決的問題拖到了故障累積成必須大修的程度，導(dǎo)致設(shè)備維修費(fèi)用升高。傳統(tǒng)的維修思路是：當(dāng)設(shè)備不能正常工作甚至無法工作后才去尋找故障，找到故障后才去修理。這樣做的結(jié)果，首先是設(shè)備停止運(yùn)行，影響了正常服務(wù)，其次是故障往往不僅是部件問題，甚至到了必須更換主要部件的地步，使得維修成本劇增；三是故障只在設(shè)備運(yùn)行時才表現(xiàn)出來，當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)行后，有些故障特征就不再表現(xiàn)，各種故障數(shù)據(jù)也再無法采集，這就給故障排除帶來很大困難。按老辦法管理，由于建筑設(shè)備的分散性和復(fù)雜性使設(shè)備工程師勞動強(qiáng)度增大，維護(hù)質(zhì)量跟不上需要。那種靠填寫值班日志、抄表記錄、出現(xiàn)報警信號后才去排除故障等人工方法顯然已經(jīng)不能適應(yīng)新的形勢。雖然新的系統(tǒng)有了類似黑匣子之類的自動數(shù)據(jù)記錄器，但也只能做事后分析，不能做到提前預(yù)測故障和及時排除故障，能量的利用率低，造成能源極大浪費(fèi)。因此，傳統(tǒng)的設(shè)備管理模式已無法滿足社會發(fā)展的需求，探索先進(jìn)的設(shè)備管理方法特別是空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行管理方法、提高能量的利用率至關(guān)重要。近年來，已有人研究了比較先進(jìn)的設(shè)備管理方法，其主要思想是監(jiān)控各個系統(tǒng)中每個設(shè)備的運(yùn)行狀況，實時采集各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送入中央處理設(shè)備進(jìn)行處理，判斷出各設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行情況，若有故障趨勢，及時發(fā)出警報。在這種設(shè)備管理系統(tǒng)中，設(shè)備故障檢測及診斷技術(shù)占有很大比重。所以，本文著重討論了空調(diào)系統(tǒng)故障檢測及診斷系統(tǒng)的建立過程。1.HVAC系統(tǒng)工作特征分析HVAC系統(tǒng)是由管道連接各種空調(diào)設(shè)備而組成的一個相互關(guān)聯(lián)、相互影響的系統(tǒng)，如果系統(tǒng)中有一個運(yùn)行參數(shù)發(fā)生變化，則其它的運(yùn)行參數(shù)也會變化，進(jìn)而影響整個系統(tǒng)的特性?？照{(diào)系統(tǒng)外在參數(shù)的變化是通過影響機(jī)組內(nèi)在參數(shù)而引起空調(diào)系統(tǒng)性能變化的。這些內(nèi)在參數(shù)主要有：蒸發(fā)溫度、冷凝溫度。1.1內(nèi)部參數(shù)與機(jī)組性能的關(guān)系空調(diào)系統(tǒng)的冷水機(jī)組或熱泵機(jī)組就如一個水泵，“揚(yáng)程”為（冷凝溫度－蒸發(fā)溫度），將熱量r從低溫處送到高溫處。蒸發(fā)溫度越低，冷凝溫度越高，制冷量就越低，壓縮功Aw越大。研究表明：冷凝溫度每上升1℃，制冷量就下降2～2.5%；蒸發(fā)溫度每下降1℃，制冷量就下降2～3%。1.2影響冷凝溫度的主要因素（對水冷冷凝器）冷卻水流量如圖2為某一冷水機(jī)組的冷卻水流量與冷凝溫度的關(guān)系圖，從圖中可知，冷卻水流量減小，則冷凝溫度增加。冷凝器污垢冷卻管一旦有了污垢，傳熱系數(shù)就會下降，從圖3中可以看出，冷凝溫度及冷凝壓力就變高。圖3圖4另外，冷卻水溫度、蒸發(fā)溫度及不凝性氣體也影響冷凝溫度。在一定的冷負(fù)荷條件下，冷卻水溫度越高，冷凝溫度也越高；當(dāng)制冷負(fù)荷增大時，蒸發(fā)溫度變大，則冷凝溫度增大；如果有不凝性氣體，則冷凝器的傳熱系數(shù)變小，冷凝溫度升高。杠1.3萍頂影響蒸發(fā)爭溫度的主朗要因素錦冷凍水流校量豈仗從熱平衡憂原理得知型：冷凍水船在蒸發(fā)器寺中的吸熱慘量等于制棚冷量。如糾式撿1瘦：尤(1)誤℃刺(2)推其中坐：羅W政為冷凍水冤流量情；籮t鎖進(jìn)掛為冷凍水償進(jìn)水溫度泡；港t桿出蝕為冷凍水杠出水溫度但；險t奶0歐為蒸發(fā)溫刻度。韻c蛇為水的比英熱冊；凡蒼φ抹0停為制冷量標(biāo)；據(jù)由白1脈式可看出澇：假設(shè)制丙冷磁量糞φ竟0攔不變，冷質(zhì)凍水流停量扔W亮減小，當(dāng)謀冷負(fù)荷條而件不變時近，冷t附進(jìn)不變，毀則辭t柄出必然下亂降，在漫由樣2梅式可知蒸前發(fā)溫度就纏會下降。未冷負(fù)荷條薄件口偷同樣憂由延1蛙、顏2拍式可以看盞出：假設(shè)橫冷凍水流遠(yuǎn)量奇W僑及句t攤進(jìn)油不變時等，穗φ粗0故減小會導(dǎo)神致靠t宜出羨上升，就量會使蒸發(fā)運(yùn)溫度上升券。昨蒸發(fā)器污們垢陷憶蒸發(fā)器污盞垢會使蒸疏發(fā)器的傳業(yè)熱系數(shù)變爪小，蒸發(fā)標(biāo)溫度降低辮。尿2哥妙特征參數(shù)榆的選擇抹雖榮然圖HVA格C徐系統(tǒng)非常茫復(fù)雜，但疏也是由不北同層次的奪子系統(tǒng)組礦成。譬如逐：冷卻水怕循環(huán)系統(tǒng)特、冷凍水蘋循環(huán)系統(tǒng)津、制冷劑悼循環(huán)系統(tǒng)命、自動控目制系統(tǒng)等天等。所以袍，故障發(fā)癢生時，它你總是隸屬四于某一層癢次，在這針一層次中輔，總有一化個或幾個懷特征參數(shù)繪的變化與庸之相對應(yīng)騾。利用故灶障的這一耍特性，我嘩們可以提穗出診斷模瀉型，并對記原因參數(shù)敘和結(jié)果參欠數(shù)進(jìn)行分蚊類，從而停實現(xiàn)對故喜障的正確蜜診斷。針雪對不同的楚研究對象逝，應(yīng)該選南擇不同的唐特征參數(shù)戰(zhàn)。下面是額幾個有代疊表性的特葉征選擇方惹法。奪2.1秒滑對制冷系討統(tǒng)宵因為空調(diào)惡系統(tǒng)的內(nèi)上在參數(shù)是咸直接反映涂系統(tǒng)性能愚的參數(shù)，輝所以很多長研究者在柄選擇特征豬參數(shù)時都砌選擇了像他蒸發(fā)溫度搞，冷凝溫減度等內(nèi)在固參數(shù)作為臥故障特征戒參數(shù)。但騾不同的故爛障能使內(nèi)焰在參數(shù)產(chǎn)爹生相同的慧變化，以皺致有時直牧接用內(nèi)在調(diào)參數(shù)的變占化不容易逗分辨不同挺的故障。炭因此，可眠以利用內(nèi)晃在參數(shù)求菜出諸如機(jī)烏組或其元睛件的效率浸、換熱量睡等間接特咐征參數(shù)，擴(kuò)再通過實慰驗及理論蓮分析確定為出各故障見對應(yīng)的間理接特征參秧數(shù)的變化機(jī)范圍。下拍面即采用窯了間接特曬征參數(shù)來齊判斷一冷泡水機(jī)組的旬故障。盜各故障對鍬應(yīng)的特征捐參數(shù)如下洽（蜓表椒1求）表1森故障名稱厲特征參數(shù)屠冷凍水流職量下降歇,到,籠冷卻水流痰量下降所,鐘,浪蒸發(fā)器盤覆管污垢魚,穗冷凝器盤緩管污垢屑,完壓縮機(jī)內(nèi)灘部故障旦,話,虹電桃機(jī)后/余傳輸故障呀,殿,欠下表為各抖故障的判注斷規(guī)廊則辯(續(xù)表消2難)凡：表2似操作條件淺趨勢嗚類型卸用于檢測化及診斷冷弟水機(jī)組故帝障的各特伴征參數(shù)黨蒸發(fā)器肚冷凝器綿壓縮機(jī)愧機(jī)組據(jù)Q鼻evap療CHWT御D憤APPR榨e拒UA基e塔Q泡cond夏CWTD拋APPR哭c鼠UA給c鐘η債isen禽trop蒼ic汁η瑞moto扶r蛇COP鑰基本狀態(tài)面正扭?藍(lán)?晚?秘?溜?吹?做?碧?末?帖?館?蹈放熱量變體化串升婆正雁?萍?溉?放?篩－烤?爪?黎?凈?策?襪＋澡降森正除?蹈?魯?雕?范－筒?營?雕?激?緊?膽－將負(fù)荷變化愚升菠正竹＋防＋喬＋懂－游＋牧＋粘＋肅＋伍＋余＋綱＋陪降牌正次－煌－純－蜓＋束－妥－端－明－業(yè)－恒－寄－危冷凍水流算量變化姻升提誤鋤?令－抬－鋸＋賽?題?躲?騎?時?謠?羨＋稱降幣誤再?善＋?。{(diào)－悄?嚷?蝕?甲?陷?喊?狂－漫冷卻水流郵量變化柜升舊誤宵?炒?僅?案?等?薯－秘－刊＋漆?限?麻＋楚降完誤灰?巧?踢?泄?浴?觸＋芽＋困－辯?只?谷－片蒸發(fā)器盤多管污垢掘升有誤訴?心?席＋土－倒?程?主?割?喝?行?喂－可降獎?堪?候－呈＋鍛?夸?志?騾?鉆?竄?礙＋從冷凝器盤逐管污垢訊升羨誤描?擔(dān)?斯?鉤?煮?閑?嘩＋塔－錯?暫?猛－縣降螞?貝?劫?竹?來?摸?艇－唯＋響?咐?遍－升壓縮機(jī)內(nèi)礦部故障集升淹誤姜?枯?講?仍?踏?脈?燃?該?親－支?絹－蠢電日機(jī)硬/匹傳輸故障蓋升草誤尋?騰?淹?纏?金?培?途?粘?聲?盲－轟－移表中的各濤個參數(shù)分挑別表尖示齡(芬某些參數(shù)囑如弓圖賺4怨所習(xí)示暮)五：麥蒸發(fā)器的屆換熱量；飾蒸發(fā)器中判冷凍水進(jìn)鳳出口溫差岸；定蒸發(fā)器中衰冷凍水與泡制冷劑間猜的最小溫月差；趕蒸發(fā)器的胳傳熱系數(shù)假（蒸發(fā)器慚傳熱面堂積垮×衣單位面積假傳熱系數(shù)躬）；翁冷凝器的脾換熱量；竟冷凝器中去冷卻水的蹈進(jìn)出口溫襖差；線冷凝器中請冷卻水與捉制冷劑間魯?shù)淖钚貟伈?；衛(wèi)冷凝器的巷傳熱系數(shù)魄（冷凝器放傳熱面指積財×初單位面積叼傳熱系數(shù)螞）；灣壓縮機(jī)的羽定熵壓縮遙效率（實哨際壓縮的冷耗功量與借理論耗功拐量之比）負(fù)；美電機(jī)效率瘡；答機(jī)組總的建性能系數(shù)考。盾從上面的底表中可以積看出：冷免水機(jī)組的循大部分故阿障所表現(xiàn)蹲出來的癥籮狀都比較陜明顯，各津自對應(yīng)的熄特征參數(shù)級的變化差混別比較大偉，但有些扭故障的特旨征參數(shù)變誤化的差別壁比較小。憑如冷凝器窄污垢與冷暑卻水量下腥降這兩個葉故障。養(yǎng)這兩個故縫障中，蒸欺發(fā)器、壓虜縮機(jī)中的襪各個參數(shù)軋及機(jī)組的睛整體性能偽參數(shù)都對蕉這兩個故謝障不敏感灘，而冷卻慧水進(jìn)出口扎溫差、冷椅卻水與制柳冷劑間的爐最小溫差與及冷凝器諸的總傳熱個系數(shù)這三憲個參數(shù)差倉別比較明妖顯，所以念，可從這派三個參數(shù)亦的變化上念判斷出究徹竟是那個及故障。拍除了利用厘內(nèi)在參數(shù)蓬進(jìn)行故障呈檢測及診裝斷外，還葵可以采用畏外在參數(shù)隆進(jìn)行故障猴檢測的研悠究?？梢宰滞ㄟ^監(jiān)測劃水泵、風(fēng)喪機(jī)等電機(jī)拼的用電負(fù)博荷進(jìn)乖行跨HVA庫C技系統(tǒng)故障背檢測，通開過分析諸洞如空氣流狂量、電機(jī)盡轉(zhuǎn)速等外觀在參數(shù)與必電功率消遭耗之間的雁關(guān)系去檢廣測、診斷鋪故障，或燥者在電機(jī)底剛啟動后椅，分析電朋機(jī)的機(jī)械推動力物理戲模型，從嶼而得出空尾調(diào)系統(tǒng)的坑故障。日2.2腫娘對供暖系衛(wèi)統(tǒng)棄在列對驢HVA釘C凝系統(tǒng)的故免障檢測及壽診斷技術(shù)旅的研究中倉，對供暖醫(yī)系統(tǒng)的研織究相對較辜少。弦表嫩6紐給出了針垮對供暖系謀統(tǒng)故障與街特征參數(shù)飼的對應(yīng)關(guān)罪系。諒圖計4屯給出了供憶暖系統(tǒng)故腰障判斷結(jié)邁構(gòu)圖。表6拖總結(jié)果胃癥狀甚可能的故駛障惱居住者感瞞到不舒服梁在房間被勒使用時室縱內(nèi)溫度過踢低痕加熱曲線握不合理眼室內(nèi)溫度筆補(bǔ)償器失修靈駱控制閥阻機(jī)塞能室外溫度止傳感器損禽壞咬能耗過大吊在房間剛嶼開始被使兔用時室內(nèi)候溫度過低灣突然加熱龍過晚際水離開鍋耗爐的溫度喜最高值定光得過低湊閥門阻塞爪在房間被鳥使用時室槳內(nèi)溫度過尼高芳加熱曲線殊不合理帥室內(nèi)溫度吵補(bǔ)償器失軋靈欠控制閥阻職塞休…誕…匙.難…良…圍.圖5鑰從益表悼6鐵及橋圖扁5略可以看出握，對供暖新系統(tǒng)故障清的這項研席究主要包件括兩個部維分。一是次預(yù)處理器屯，將三個潮參數(shù)（室央內(nèi)溫度、車室內(nèi)溫度旦、供水溫堡度）稠的皆7內(nèi)2大個值預(yù)處上理，求出垃日平均溫綱度等值。豎二是分類間器，將求學(xué)出的值進(jìn)梨行分類，虹從而得盜到園“魯使用時加敞熱不丈足技”智等枝6黎個故障。冤對不同的言研究對象吩可以采用餐不同的方趟法、選用煎不同的特負(fù)征參數(shù)進(jìn)斑行故障檢舒測研究，袋以能夠準(zhǔn)忌確的判斷職出故障原救因。亞3敬利建立故障劣及正常狀郊態(tài)數(shù)據(jù)庫蒜通過以上纖分析，我住們就找到紋了針對不散同的空調(diào)機(jī)系統(tǒng)各種江特征參數(shù)辨，有了這脅些特征參告數(shù)后，就郊需要將之粗匯總起來替，建立數(shù)騎據(jù)庫，以脈便使通過姿數(shù)據(jù)采集薪系統(tǒng)采集遍來的數(shù)據(jù)撿與之相對響照，從而閱判斷出系騎統(tǒng)的運(yùn)行貝狀況。的4卻牽編制系統(tǒng)肢軟件，對江數(shù)據(jù)庫進(jìn)箏行訓(xùn)練和閑改進(jìn)爆以上步驟挽完成以后巡，就要編壓制系統(tǒng)軟澤件，建立亂友好的人遲機(jī)對話界淡面，并將要各個模塊奴有機(jī)地連抄接起來。裙然后，利簽用專家知梨識對系統(tǒng)咽進(jìn)行訓(xùn)練鏈，使系統(tǒng)沉達(dá)到預(yù)期珠效果。蟻5義撫驗收、鑒著定、試運(yùn)催行珠為滿足故表障檢測及已診斷的實薪際需要，灰所開發(fā)的盾智能診斷舉系統(tǒng)必須榴先經(jīng)過實端驗系統(tǒng)的昨運(yùn)行，在異此過程中在，對診斷補(bǔ)系統(tǒng)中的劍錯誤之處枯加以改正脅，不足之袍處加以改岸進(jìn)，使診譽(yù)斷系統(tǒng)能曾更加滿足賴實際工程輕的需要。結(jié)束語避通過以上那分析可以端知道，傳蔬統(tǒng)的設(shè)備杰管理模式復(fù)早已經(jīng)不蘆適應(yīng)智能裝建筑的要瞎求，實現(xiàn)抱設(shè)備預(yù)測紋維修和設(shè)究備主動式屆智能化管浴理已迫在帝眉睫涌。尾HVA柴C扇系統(tǒng)故障畜檢測及診摩斷技術(shù)是隱建筑設(shè)備僚領(lǐng)域的一打個新課題敬，其中涉心及多個學(xué)扶科的知識柏，既需要錦有空調(diào)、慎制冷方面滾的專業(yè)知仰識，又需嚷要計算機(jī)殲、自動控險制方面的貪知識，還藥需要運(yùn)用害數(shù)學(xué)知識龜。目前，浪這一技術(shù)貢的應(yīng)用還老有很多問上題值得探堅討，也還丈有不少技斜術(shù)難題沒墾有解決。嘩但是，無燃論從經(jīng)濟(jì)錦角度還是筍從整個建杰筑的性能剩以及對節(jié)眉能的貢獻(xiàn)后來考慮，洋都應(yīng)積極恥開魚展特HVA缺C剛系統(tǒng)故障墊檢測及診聰斷技術(shù)的稼研究。娃參考文獻(xiàn)管：籍1.Jo涌hnM哥.Hou任se,W女onY們ong長Lee,期Dong麻Ryu臣lSh闊in.C償lass移ific芳atio計nTe撞chni恐ques緣for眼Fau箏ltD滿etec禁tion喊and忠Dia陪gnos燥eof捎an喬Air-郵hand紐ing演Unit慧.ASH牲ARE免Tran閣sact三ions鏟,105幫,199兼9班2.Me蝦liS易tyli辭anou彎,Dar樓ius劃Nika煮npou饒r.Pe融rfor咽manc臺emo是nito蓮ring短,Fa對ult裁dete賀ctio評n,a縮ndd替iagn藍(lán)osis遇of登Reci民proc兄atin英gCh成ille唇rs.A請SHAR律ETr悟ansa剝ctio躍ns,1夕02,1使996頃(裹Ⅰ采)還3.Ia忙nB.棒D.Mc劉lnto傅sh,J蛾ohn做W.Mi歐tche斜ll.F絨ault姜Det災(zāi)ecti擔(dān)ona怎ndD花iagn振osis背in籍chil儲lers歲-Par灑t冰姨Ⅰ兩:Mod細(xì)elD耕evel杜opme優(yōu)nta裝ndA匙ppli銀cati釋on.A改SHAR抗ETr呈ansa魄ctio萌ns,1鄭06,2蹦000勵(憶Ⅱ扶)起，貧268-來282詞4.Ed川wars濱S驚J輔，吉e