[01780163]基于故障检测与诊断的集中式空调系统节能技术研究

(1)任务来源 自选课题。 （2）技术原理 基于自动控制理论、控制图技术、专家规则、空调模型和主成分分析等理论,本项目采用实地调研、理论分析和试验验证的研究方法,深入研究了集中式空调系统故障检测与诊断方法。 （3）性能指标 1) 参数自整定空调部件模型; 2) 空气处理机组故障检测与诊断方法; 3) 集中式空调系统空调箱故障检测与诊断方法; 4) 集中式空调系统传感器故障诊断与数据恢复方法。 （4）成果的创造性、先进性 本项目深入研究了适用于实际建筑的集中式空调系统故障检测与诊断方法。通过项目组近三年的努力,基本完成了研究课题的相关任务,课题组认为该项目的主要创新点可概括如下： 1) 开发了参数自整定空调部件模型; 2) 给出了基于残差CUSUM控制图和专家规则的空气处理机组故障检测与诊断方法; 3) 给出了基于残差EWMA控制图和专家规则的集中式空调系统空调箱故障检测与诊断方法; 4) 给出了基于PCA的集中式空调系统传感器故障诊断与数据方法。 （5）技术的成熟程度,适用范围和安全性 本课题研究成果可以应用于安装了建筑能源管理与控制系统和集中式空调系统的大型现代建筑。 （6）作用意义 随着经济的发展和人们生活水平的提高,人们对室内空气品质的要求越来越高。节能和室内空气品质是当今空调系统发展的两个重要主题。这引起空调系统的构成越来越复杂,对自动化水平的要求也越来越高,导致集中式空调系统通常存在较多故障。故障会影响集中式空调系统的正常运行,进而增加空调系统能耗,降低室内热舒适性,缩短设备使用寿命,增加设备维修费用。针对集中式空调系统故障,深入研究了集中式空调系统故障检测与诊断方法,给出并验证了一种空气处理机组故障检测与方法,给出并验证了一种集中式空调系统空调箱故障检测与诊断方法,给出并验证了一种集中式空调系统传感器故障诊断与数据恢复方法。本项目的研究成果在河南工大设计研究院和河南瑞之美科技有限公司等单位进行了应用。在研究成果的实际应用时,集中式空调系统故障检测与诊断方法可直观的反映空调设备的运行状态,准确的判断集中式空调系统的故障原因。本研究利用开发的集中式空调系统故障检测与诊断方法,发现和排除了大量空调箱故障和传感器故障。从而使建筑室内空气温度维持在合理范围内,提高了室内的热舒适性,减少了建筑的空调负荷,减少了制冷机的供冷量。另外,空调冷负荷的降低可以减少了建筑中风机的能耗,进而减少了送风机电耗转化的供冷量。集中式空调系统故障检测与诊断方法的研究和工程应用,大幅度减少了集中式空调系统的能耗,可以起到显著的节能效果。 （7）推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 本课题研究成果可以应用于安装了建筑能源管理与控制系统和集中式空调系统的大型现代建筑。 出于节约建筑成本的考虑,集中式空调系统通常只安装了最少数量的传感器。传感器可以满足集中式空调系统基本的监测和控制,然而用于故障检测与诊断研究时,传感器信息就显得不足了。目前,我国的建筑局域通信网的基础建设尚比较欠缺,获取集中式空调系统实时运行数据比较困难,这在一定范围内限制了集中式空调系统故障检测与诊断方法的大面积工程应用。 今后的研究倾向于： 1) 消除数据噪声的影响,研究空调系统运行数据的预处理方法; 2) 研究空调系统容错控制,消除故障的负面影响; 3) 传感器的在线故障检测与诊断研究; 4)空调系统故障检测与诊断的节能效果评估研究。 （8）学术论文成果 [1] 王海涛,陈友明. VAV 空气处理机组故障检测与诊断方法及应用.北京工业大学学报,2014,40（2）290-295（CSCD刊源） [2] 王海涛,刘倩,陈桂香,王军等. 粮情监控系统中传感器故障诊断与数据恢复.中国粮油学报,2013,28（11）：86-90转96（EI检索） [3] 王海涛,陈友明. 基于EMWA控制图和规则的变风量空调箱故障诊断.建筑科学,2014,30（4）50-53转91（CSCD刊源） [4] Haitao Wang,Youming Chen,Cary W.H. Chan et al. Online model-based fault detection and diagnosis strategy for VAV air handling units. Energy and Buildings,2012,55：252-263（SCI： 000313152400028,EI：20125015784457） [5] 王海涛,陈友明,陈永康等. 用残差累积和控制图检测自相关过程中的故障.振动、测试与诊断,2012,32（1）：73-77（EI：20121314906816） [6] 王海涛,陈友明. 基于Galerkin 法的地下粮仓围护结构传热特性数值模拟. 农 业工程学报,2014,30（12）：241-248（EI刊源）