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)濟越發(fā)達，生活水平越高，這個比例越大。西方發(fā)達國家，建筑能耗占社會總能耗的30%～45%。我國盡管社會經(jīng)濟發(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)達國家，還是我國，建筑能耗狀況都是牽動社會經(jīng)濟發(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)備的運行狀況。如果采用先進的管理方法，使各種設(shè)備安全、有效、穩(wěn)定地運行，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)備運行時才表現(xiàn)出來，當(dāng)設(shè)備停止運行后，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)備工程師勞動強度增大，維護質(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。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，探索先進的設(shè)備管理方法特別是空調(diào)系統(tǒng)的運行管理方法、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)備的運行狀況，實時采集各設(shè)備的運行數(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)備進行處理，判斷出各設(shè)備當(dāng)前的運行情況，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)中有一個運行參數(shù)發(fā)生變化，則其它的運行參數(shù)也會變化，進而影響整個系統(tǒng)的特性。空調(diào)系統(tǒng)外在參數(shù)的變化是通過影響機組內(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)與機組性能的關(guān)系空調(diào)系統(tǒng)的冷水機組或熱泵機組就如一個水泵，“揚程”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。1.3影響蒸發(fā)溫度的主要因素失冷凍水流鄰量孔善從熱平衡原理員得知：冷凍水唉在蒸發(fā)器中的中吸熱量等于制嶄冷量。如師式臉1貓：桂(1)℃(2)容其中維：香W危為冷凍水流量謊；掀t鼓進旗為冷凍水進水賺溫度；前t畢出蒙為冷凍水出水零溫度寬；糾t翅0哀為蒸發(fā)溫度。掌c渠為水的比熱縱；餡訓(xùn)φ絮0固為制冷量；謝由咬1特式可看出：假畢設(shè)制冷巧量漢φ康0柱不變，冷凍水炎流隆量暴W存減小，當(dāng)冷負(fù)例荷條件不變時陽，乒t憤進不變，杏則改t糞出必然下降，嶄在笛由窩2劇式可知蒸發(fā)溫祝度就會下降。括冷負(fù)荷條暈件捐小同樣鑰由展1追、辛2暢式可以看出：走假設(shè)冷凍水流濕量勻W董及范t由進列不變時以，軍φ秩0昂減小會導(dǎo)價致拒t豎出盤上升，就會使砍蒸發(fā)溫度上升爭。籍蒸發(fā)器污宇垢漂海蒸發(fā)器污垢會繡使蒸發(fā)器的傳巡熱系數(shù)變小，躁蒸發(fā)溫度降低遞。湖2讓足特征參數(shù)的選宣擇晨雖錢然板HVA受C腳系統(tǒng)非常復(fù)雜鋪，但也是由不辰同層次的子系枝統(tǒng)組成。譬如意：冷卻水循環(huán)好系統(tǒng)、冷凍水泊循環(huán)系統(tǒng)、制餃冷劑循環(huán)系統(tǒng)淚、自動控制系呢統(tǒng)等等。所以狠，故障發(fā)生時喜，它總是隸屬雹于某一層次，帆在這一層次中查，總有一個或掘幾個特征參數(shù)雜的變化與之相燃對應(yīng)。利用故擇障的這一特性棉，我們可以提摸出診斷模型，狂并對原因參數(shù)推和結(jié)果參數(shù)進掩行分類，從而可實現(xiàn)對故障的通正確診斷。針集對不同的研究石對象，應(yīng)該選充擇不同的特征桃參數(shù)。下面是蛛幾個有代表性能的特征選擇方鄉(xiāng)法。辣2.1忍叨對制冷系統(tǒng)美因為空調(diào)系統(tǒng)金的內(nèi)在參數(shù)是叫直接反映系統(tǒng)狀性能的參數(shù)，盤所以很多研究揮者在選擇特征點參數(shù)時都選擇祝了像蒸發(fā)溫度罪，冷凝溫度等拴內(nèi)在參數(shù)作為族故障特征參數(shù)葵。但不同的故值障能使內(nèi)在參袍數(shù)產(chǎn)生相同的誰變化，以致有莊時直接用內(nèi)在封參數(shù)的變化不伙容易分辨不同吧的故障。因此僻，可以利用內(nèi)蝴在參數(shù)求出諸暫如機組或其元塌件的效率、換裝熱量等間接特戒征參數(shù)，再通缺過實驗及理論輸分析確定出各裝故障對應(yīng)的間端接特征參數(shù)的玩變化范圍。下額面即采用了間供接特征參數(shù)來僚判斷一冷水機彈組的故障。哄各故障對應(yīng)的公特征參數(shù)如下竊（廢表凳1變）表1非故障名稱嘗特征參數(shù)裹冷凍水流量下萌降嚷,駁,吳冷卻水流量下旅降卡,新,黃蒸發(fā)器盤管污灣垢墨,肌冷凝器盤管污妙垢腫,牲壓縮機內(nèi)部故推障晌,夢,職電榆機糧/齡傳輸故障超,糟,博下表為各故障尸的判斷規(guī)貧則脈(控表原2恰)著：表2銹操作條件揭趨勢股類型息用于檢測及診填斷冷水機組故任障的各特征參腎數(shù)溝蒸發(fā)器宴冷凝器跌壓縮機形機組捷Q胡evap群CHWTD至APPR廳e澡UA逐e領(lǐng)Q頁cond鎖CWTD畜APPR仰c校UA重c行η徐isentr論opic藥η胳motor鉛COP工基本狀態(tài)翠竊正軍?暗?搖?室?榴?壁?撲?展?羞?偵?劉?蘆放熱量變化稍升暫正哲?獵?際?鋸?娃－位?篇?閱?場?廉?提＋慰降芳正相?悅?馳?宅?馳－貿(mào)?軌?梨?網(wǎng)?汪?烏－擊負(fù)荷變化網(wǎng)升害正匠＋庭＋肝＋現(xiàn)－國＋斧＋灣＋逐＋溪＋網(wǎng)＋脖＋革降理正惡－誘－惜－僵＋握－撞－謊－造－丸－持－米－做冷凍水流量變嘴化劇升卡誤錄?拴－吧－焦＋鄭?罷?痛?耳?攤?挨?澤＋哥降京誤酬?婚＋方＋厚－彈?溫?柔?舟?爐?勢?床－盲冷卻水流量變式化氏升執(zhí)誤目?叼?礦?效?嶄?婚－創(chuàng)－棟＋濱?墻?月＋滅降謊誤肅?醬?貧?岸?咐?鳴＋淡＋針－肺?得?折－皮蒸發(fā)器盤管污愁垢撇升也誤動?嘴?爽＋工－怒?眼?今?煮?更?攪?跟－準(zhǔn)降夢忌?肉?姨－蛇＋婚?黑?淡?貿(mào)?寨?遭?頸＋阿冷凝器盤管污毛垢輸升梢誤凱?場?逮?慮?緩?朱?松＋膊－壇?兇?疤－欠降僑扣?帆?栗?咬?悉?勾?醋－李＋殺?脈?場－自壓縮機內(nèi)部故縱障劍升產(chǎn)誤戶?慢?艘?別?游?虜?油?訊?飛－冷?硬－碼電扭機摩/宣傳輸故障容升還誤謀?佳?狐?雅?抬?凍?環(huán)?吼?酷?威－孫－送表中的各個參高數(shù)分別表曲示劃(坐某些參數(shù)如效圖璃4近所挺示叫)詳：服蒸發(fā)器的換熱奏量；鼠蒸發(fā)器中冷凍錄水進出口溫差明；盼蒸發(fā)器中冷凍斷水與制冷劑間豪的最小溫差；懸蒸發(fā)器的傳熱狐系數(shù)（蒸發(fā)器倍傳熱面鼓積豐×艷單位面積傳熱徹系數(shù)）；亞冷凝器的換熱辯量；芳冷凝器中冷卻令水的進出口溫藝差；董冷凝器中冷卻賴水與制冷劑間孔的最小溫差；每冷凝器的傳熱清系數(shù)（冷凝器沖傳熱面么積冷×帖單位面積傳熱月系數(shù)）；秩壓縮機的定熵女壓縮效率（實綠際壓縮的耗功喊量與理論耗功釘量之比）；電機效率；苗機組總的性能央系數(shù)。鳳從上面的表中邊可以看出：冷邁水機組的大部宵分故障所表現(xiàn)級出來的癥狀都照比較明顯，各禽自對應(yīng)的特征村參數(shù)的變化差閘別比較大，但級有些故障的特惕征參數(shù)變化的摔差別比較小。博如冷凝器污垢謎與冷卻水量下野降這兩個故障糾。久這兩個故障中烘，蒸發(fā)器、壓倍縮機中的各個董參數(shù)及機組的喚整體性能參數(shù)仙都對這兩個故塊障不敏感，而縱冷卻水進出口乞溫差、冷卻水餡與制冷劑間的艷最小溫差及冷愿凝器的總傳熱鉗系數(shù)這三個參隊數(shù)差別比較明紗顯，所以，可乘從這三個參數(shù)捎的變化上判斷殃出究竟是那個沾故障。意除了利用內(nèi)在清參數(shù)進行故障問檢測及診斷外級，還可以采用溉外在參數(shù)進行冬故障檢測的研引究。可以通過無監(jiān)測水泵、風(fēng)啞機等電機的用仇電負(fù)荷進孩行暢HVA漁C劃系統(tǒng)故障檢測糾，通過分析諸叮如空氣流量、醒電機轉(zhuǎn)速等外成在參數(shù)與電功柳率消耗之間的臣關(guān)系去檢測、燭診斷故障，或損者在電機剛啟皮動后，分析電同機的機械動力要物理模型，從或而得出空調(diào)系拐統(tǒng)的故障。拋2.2師壯對供暖系統(tǒng)廊在雖對肌HVA腿C燭系統(tǒng)的故障檢套測及診斷技術(shù)棋的研究中，對嗎供暖系統(tǒng)的研鮮究相對較少。家表牛6查給出了針對供抽暖系統(tǒng)故障與撞特征參數(shù)的對銀應(yīng)關(guān)系。量圖過4廣給出了供暖系橋統(tǒng)故障判斷結(jié)冊構(gòu)圖。表6倚總結(jié)果臟癥狀汽可能的故障煩居住者感到不掏舒服狂在房間被使用愚時室內(nèi)溫度過傳低妥加熱曲線不合田理無室內(nèi)溫度補償抄器失靈移控制閥阻塞鹽室外溫度傳感什器損壞買能耗過大螺在房間剛開始狠被使用時室內(nèi)漫溫度過低勺突然加熱過晚傻水離開鍋爐的嫂溫度最高值定然得過低勇閥門阻塞兔在房間被使用孕時室內(nèi)溫度過晴高案加熱曲線不合象理于室內(nèi)溫度補償遞器失靈酷控制閥阻塞秒…技…觸.蘭…警…服.圖5斜從魂表活6秧及憶圖櫻5樸可以看出，對幟供暖系統(tǒng)故障珍的這項研究主校要包括兩個部材分。一是預(yù)處泥理器，將三個互參數(shù)（室內(nèi)溫奮度、室內(nèi)溫度辮、供水溫度）甘的服7片2殲個值預(yù)處理，贏求出日平均溫顯度等值。二是捧分類器，將求例出的值進行分膛類，從而得利到待“坑使用時加熱不霉足般”同等盜6烏個故障。遠對不同的研究都對象可以采用冰不同的方法、肥選用不同的特型征參數(shù)進行故巖障檢測研究，殺以能夠準(zhǔn)確的沿判斷出故障原救因。固3兄昆建立故障及正菜常狀態(tài)數(shù)據(jù)庫龜通過以上分析猾，我們就找到低了針對不同的崇空調(diào)系統(tǒng)各種回特征參數(shù)，有御了這些特征參勢數(shù)后，就需要按將之匯總起來蠻，建立數(shù)據(jù)庫塞，以便使通過荷數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)纖采集來的數(shù)據(jù)粒與之相對照，嘉從而判斷出系嫩統(tǒng)的運行狀況池。踩4施組編制系統(tǒng)軟件旅，對數(shù)據(jù)庫進甚行訓(xùn)練和改進信以上步驟完成跟以后，就要編偷制系統(tǒng)軟件，腔建立友好的人援機對話界面，稀并將各個模塊掩有機地連接起飄來。然后，利捧用專家知識對術(shù)系統(tǒng)進行訓(xùn)練獲，使系統(tǒng)達到惹預(yù)期效果。什5湯沖驗收、鑒定、業(yè)試運行倉為滿足故障檢緒測及診斷的實陸際需要，所開賢發(fā)的智能診斷共系統(tǒng)必須先經(jīng)脖過實驗系統(tǒng)的技運行，在此過斬程中，對診斷兄系統(tǒng)中的錯誤聽之處加以改正煌，不足之處加撤以改進，使診暴斷系統(tǒng)能更加注滿足實際工程青的需要。結(jié)束語裙通過以上分析搬可以知道，傳憶統(tǒng)的設(shè)備管理偉模式早已經(jīng)不釘適應(yīng)智能建筑媽的要求，實現(xiàn)蠻設(shè)備預(yù)測維修塔和設(shè)備主動式娘智能化管理已滴迫在眉睫醉。劇HVA刊C戰(zhàn)系統(tǒng)故障檢測柳及診斷技術(shù)是嬌建筑設(shè)備領(lǐng)域把的一個新課題背，其中涉及多船個學(xué)科的知識便，既需要有空首調(diào)、制冷方面巴的專業(yè)知識，逝又需要計算機界、自動控制方楊面的知識，還而需要運用數(shù)學(xué)蘇知識。目前，癥這一技術(shù)的應(yīng)叫用還有很多問槳題值得探討，濤也還有不少技騾術(shù)難題沒有解峰決。但是，無艦論從經(jīng)濟角度憶還是從整個建斥筑的性能以及濾對節(jié)能的貢獻財來考慮，都應(yīng)允積極開寒展岸HVA沸C炊系統(tǒng)故障檢測統(tǒng)及診斷技術(shù)的穩(wěn)研究。參考文獻：稻1.John銀M.Hou覆se,Won竭Yong繪Lee,Do索ngRyu衰lShin奇.Class區(qū)ificat烈ionTe臺chniqu碎esfor愁Fault奔Detec贏tiona揮ndDia答gnose拿ofan厲Air-ha第nding仆Unit.A斥SHARE駱Transa法ctions品,105,1途999嶄2.Meli芝Styli窄anou,D兄arius稼Nikanp鍵our.Pe茂rforma橫ncemo很nitori勤ng,Fa型ultde府tectio添n,and蝕diagn厭osiso嫁fReci拔procat己ingCh濱illers赤.ASHAR停ETran隸sactio帥ns,102錫,1996友(稀Ⅰ抽)櫻3.Ian孝撒lntosh魂,John掛W.Mitc胸hell.F琴aultD鐘etecti北onand鞏Diagn軍osisi痰nchil焰lers-P慈art控蛙Ⅰ瑞:Model繳Devel芝opment妥andA木pplica竟tion.A深SHARE僅Transa辟ctions得,106,2百000編(怪Ⅱ祝)擊，利268-28投2濫4.