一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法及系统与流程

1.本发明涉及空调故障诊断技术领域，特别是涉及一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法及系统。


背景技术：

2.现有研究表明，空调系统能耗在建筑总能耗占比很大，若运行不当，将造成大量的能源浪费。而空调系统的高效运行需要建立在各子部件正常高效运行的基础。因此，对空调系统进行故障诊断是减少建筑能耗的有效手段。现有的空调故障诊断方法概括地来讲，可以分为三类：基于定量模型的诊断方法(如详细和简化的物理模型)、基于定性模型的诊断方法(如基于规则的诊断方法和专家系统法)和基于历史过程的诊断方法(如黑箱模型法)。具体地来讲，基于定量模型的诊断方法是建立详细或简化的物理模型，用数学方程式来描述系统，诊断方法则是比较模型的模拟结果和诊断对象的实测信息；基于定性模型的诊断方法是采用定性的方式来描述系统的输入和输出，然后使用这些定性关系来进行故障诊断；基于历史过程的诊断方法则是基于数据驱动的方法使用建筑历史运行数据建立系统输入与输出的关系，然后比较模型输出数据和实测数据来进行诊断。
3.即使现有的空调故障诊断方法发展得较为成熟，但在实际中却难以得到应用。因为实际建筑的运行数据往往难以获取。而且，大多的诊断方法所需数据量大，需要在建筑中安装大量的传感器，成本较高。


技术实现要素：

4.为解决以上现有技术问题，本发明提供一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法及系统，提高空调系统故障诊断的准确性。
5.本发明第一方面提供一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法，包括：
6.获取空调系统中每台设备的当前能耗数据；
7.根据所述每台设备的当前能耗数据、每台设备对应的模拟能耗数据及每台设备对应的诊断阈值，判断所述空调系统中的所有设备是否能耗正常；
8.若所述空调系统中的所有设备均能耗正常，则确定所述空调系统无运行故障；
9.若存在所述空调系统中的任一设备能耗异常，则获取能耗异常设备的运行数据，并根据所述能耗异常设备的运行数据与模拟运行数据，诊断所述能耗异常设备的运行故障。
10.进一步地，所述根据所述每台设备的当前能耗数据、每台设备对应的模拟能耗数据及每台设备对应的诊断阈值，判断所述空调系统中的所有设备是否能耗正常，包括：
11.根据所述每台设备的当前能耗数据与每台设备对应的模拟能耗数据，计算每台设备的能耗变化量；
12.判断所述每台设备的能耗变化量及所述每台设备对应的诊断阈值的关系；
13.若所述每台设备的能耗变化量大于所述每台设备对应的诊断阈值，则确定能耗变
化量大于对应的诊断阈值的设备为能耗异常设备；
14.若所述每台设备的能耗变化量小于等于所述每台设备对应的诊断阈值，则确定能耗变化量小于等于对应的诊断阈值的设备为运行正常设备。
15.进一步地，所述若存在所述空调系统中的任一设备能耗异常，则获取能耗异常设备的运行数据，并根据所述能耗异常设备的运行数据与模拟运行数据，诊断所述能耗异常设备的运行故障，包括：
16.若末端风机变频器的能耗异常，则获取末端风机变频器的运行冷负荷，并根据所述运行冷负荷及模拟冷负荷，计算得到冷负荷变化率；
17.若满足所述冷负荷变化率大于预设阈值，则确定末端风机的运行故障为末端风机变频器运行故障。
18.进一步地，所述若存在所述空调系统中的任一设备能耗异常，则获取能耗异常设备的运行数据，并根据所述能耗异常设备的运行数据与模拟运行数据，诊断所述能耗异常设备的运行故障，包括：
19.若冷机的能耗异常，则获取冷机的运行台数、冷凝器当前入口温度、蒸发器当前入口温度、蒸发器当前出口温度、实际蒸发器压力在预设时间段内的变化量、实际冷凝器压力在预设时间段内的变化量；
20.若满足所述冷机的运行台数大于冷机的模拟台数，则确定冷机的运行故障为冷机开启台数异常；
21.若满足所述冷凝器当前入口温度大于冷凝器入口温度阈值，则确定冷机的运行故障为冷却水的进水温度过高；
22.若满足所述蒸发器当前入口温度大于蒸发器入口温度阈值，则确定冷机的运行故障为冷冻水的回水温度过高；
23.若满足所述蒸发器当前出口温度小于蒸发器出口温度阈值，则确定冷机的运行故障为冷冻水的出水温度过高；
24.若所述实际蒸发器压力在预设时间段内的变化量满足蒸发器压力判断条件时，则确定冷机的运行故障为蒸发器结垢；其中，所述蒸发器压力判断条件，通过以下公式表示：
[0025][0026]
其中，δp
eva
为实际蒸发器压力在预设时间段内的变化量，f
chw_s
为冷冻水的模拟体积流量，δp
eva_rated
为额定工况下的蒸发器压力在预设时间段内的变化量，f
chw_rated
为额定工况下的冷冻水的体积流量；
[0027]
若所述实际冷凝器压力在预设时间段内的变化量满足冷凝器压力判断条件时，则确定冷机的运行故障为冷凝器结垢；其中，所述冷凝器压力判断条件，通过以下公式表示：
[0028][0029]
其中，δp
con
为实际冷凝器压力在预设时间段内的变化量，f
cw_s
为冷却水的模拟体积流量，δp
con_rated
为额定工况下的冷凝器压力在预设时间段内的变化量，f
cw_rated
为额定工况下的冷却水的体积流量。
[0030]
进一步地，所述若存在所述空调系统中的任一设备能耗异常，则获取能耗异常设
备的运行数据，并根据所述能耗异常设备的运行数据与模拟运行数据，诊断所述能耗异常设备的运行故障，包括：
[0031]
若冷冻水泵的能耗异常，则获取冷冻水泵的运行台数、实际冷冻水环路的压力在预设时间段内的变化量、冷冻水泵的体积流量、冷冻水当前温度变化量及冷负荷变化率；
[0032]
若满足所述冷冻水泵的运行台数大于冷冻水泵的模拟台数，则确定冷冻水泵的运行故障为冷冻水泵开启台数异常；
[0033]
若所述实际冷冻水环路的压力在预设时间段内的变化量满足冷冻水环路压力判断条件时，则确定冷冻水泵的运行故障为冷冻环路结垢堵塞；其中，所述冷冻水环路压力判断条件，通过以下公式表示：
[0034][0035]
其中，δp
chwpipe
为实际冷冻水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
chw_s
为冷冻水的模拟体积流量，δp
chwpipe_rated
为额定工况下的冷冻水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
chw_rated
为额定工况下的冷冻水的体积流量；
[0036]
若所述冷冻水泵的体积流量满足冷冻水泵体积流量判断条件或冷冻水的扬程满足冷冻水扬程判断条件，则确定冷冻水泵的运行故障为水泵选型过大；其中，所述冷冻水泵体积流量判断条件，通过以下公式表示：
[0037]
f
chp_rated
＜1.2max(f
chw_s
)；
[0038]
其中，f
chp_rated
为额定工况下的冷冻水泵体积流量，f
chw_s
为冷冻水模拟体积流量；
[0039]
所述冷冻水扬程判断条件，通过以下公式表示：
[0040]
h
cp_rated
＜1.2max(h
cp_s
)；
[0041]
其中，h
cp_rated
为额定工况下的冷却水泵扬程，h
cp_s
为冷却水泵模拟扬程；
[0042]
若所述冷冻水当前温度变化量满足冷冻水温度变化条件时，则确定冷冻水泵的运行故障为大流量小温差；其中，冷冻水温度变化条件，通过以下公式表示：
[0043]
δt
chw_m
＜δt
chw_rated
‑
2；
[0044]
其中，δt
chw_m
为冷冻水当前温度变化量，δt
chw_rated
为额定工况下的冷冻水的温度变化量；
[0045]
若满足所述冷负荷变化率大于预设阈值，则确定冷冻水泵的运行故障为冷冻水泵变频器运行故障。
[0046]
进一步地，所述若存在所述空调系统中的任一设备能耗异常，则获取能耗异常设备的运行数据，并根据所述能耗异常设备的运行数据与模拟运行数据，诊断所述能耗异常设备的运行故障，包括：
[0047]
若冷却水泵的能耗异常，则获取冷却水泵的运行台数、实际冷却水环路的压力在预设时间段内的变化量、冷却水泵的体积流量、冷却水当前温度变化量及冷负荷变化率；
[0048]
若满足所述冷却水泵的运行台数大于冷却水泵的模拟台数，则确定冷却水泵的运行故障为冷却水泵开启台数异常；
[0049]
若所述实际冷却水环路的压力在预设时间段内的变化量满足冷却水环路压力判断条件时，则确定冷却水泵的运行故障为冷却环路结垢堵塞；其中，所述冷却水环路压力判断条件，通过以下公式表示：
[0050][0051]
其中，δp
cwpipe
为实际冷却水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
cw_s
为冷却水的模拟体积流量，δp
cwpipe_rated
为额定工况下的冷却水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
cw_rated
为额定工况下的冷却水的体积流量；
[0052]
若所述冷却水泵的体积流量满足冷却水泵体积流量判断条件或冷却水的扬程满足冷却水扬程判断条件，则确定冷却水泵的运行故障为水泵选型过大；其中，所述冷却水泵体积流量判断条件，通过以下公式表示：
[0053]
f
cp_rated
＜1.2max(f
cw_s
)；
[0054]
其中，f
cp_rated
为额定工况下的冷却水泵体积流量，f
cw_s
为冷却水模拟体积流量；
[0055]
所述冷却水扬程判断条件，通过以下公式表示：
[0056]
h
cp_rated
＜1.2max(h
cp_s
)；
[0057]
其中，h
cp_rated
额定工况下的冷却水泵扬程，h
cp_s
为冷却水泵模拟扬程；
[0058]
若所述冷却水当前温度变化量满足冷却水温度变化条件时，则确定冷却水泵的运行故障为大流量小温差；其中，冷却水温度变化条件，通过以下公式表示：
[0059]
δt
cw_m
＜δt
cw_rated
‑
2；
[0060]
其中，δt
cw_m
为冷却水当前温度变化量，δt
cw_rated
为额定工况下的冷却水的温度变化量；
[0061]
若所述满足冷负荷变化率大于预设阈值，则确定冷却水泵的运行故障为冷却水泵变频器运行故障。
[0062]
进一步地，所述若存在所述空调系统中的任一设备能耗异常，则获取能耗异常设备的运行数据，并根据所述能耗异常设备的运行数据与模拟运行数据，诊断所述能耗异常设备的运行故障，包括：
[0063]
若冷却塔的能耗异常，则获取冷却塔的运行台数、冷负荷变化率及冷却水的当前体积流量；
[0064]
若满足所述冷却塔的运行台数大于冷却塔的模拟台数，则确定冷却塔的运行故障为冷却塔开启台数异常；
[0065]
若满足所述冷负荷变化率大于预设阈值，则确定冷却塔的运行故障为冷却塔变频器运行故障；
[0066]
若满足所述冷却水的当前体积流量与冷却水的模拟体积流量差值小于预设值，且冷却塔的冷却水的实际温差大于冷却塔的冷却水的模拟温差，则确定冷却塔的运行故障为散热故障。
[0067]
本发明第二方面提供一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断系统，包括：
[0068]
能耗数据获取模块，用于获取空调系统中每台设备的当前能耗数据；
[0069]
判断模块，用于根据所述每台设备的当前能耗数据、每台设备对应的模拟能耗数据及每台设备对应的诊断阈值，判断所述空调系统中的所有设备是否能耗正常；
[0070]
若所述空调系统中的所有设备均能耗正常，则确定所述空调系统无运行故障；
[0071]
若存在所述空调系统中的任一设备能耗异常，则获取能耗异常设备的运行数据，并根据所述能耗异常设备的运行数据与模拟运行数据，诊断所述能耗异常设备的运行故
障。
[0072]
本发明第三方面提供一种电子装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面中任意一项所述的一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法。
[0073]
本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述第一方面中任意一项所述的一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法。
[0074]
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：
[0075]
本发明提供一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法及系统，其中方法包括：获取空调系统中每台设备的当前能耗数据；根据所述每台设备的当前能耗数据、每台设备对应的模拟能耗数据及每台设备对应的诊断阈值，判断所述空调系统中的所有设备是否能耗正常；若所述空调系统中的所有设备均能耗正常，则确定所述空调系统无运行故障；若存在所述空调系统中的任一设备能耗异常，则获取能耗异常设备的运行数据，并根据所述能耗异常设备的运行数据与模拟运行数据，诊断所述能耗异常设备的运行故障。本发明适用于数据基础好，诊断深度较深的建筑，将空调系统中各部件的实测能耗数据与建立的空调系统模型的模拟数据进行对比分析，从而进行故障诊断，提高空调系统故障诊断的准确性。
附图说明
[0076]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0077]
图1是本发明某一实施例提供的一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法的流程图；
[0078]
图2是本发明某一实施例提供的典型变频水泵示意图；
[0079]
图3是本发明某一实施例提供的基于模型的故障诊断方法冷冻水泵和末端的诊断结果的示意图；
[0080]
图4是本发明某一实施例提供的一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断系统的装置图；
[0081]
图5是本发明某一实施例提供的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
[0082]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0083]
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
[0084]
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而
并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0085]
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0086]
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0087]
第一方面。
[0088]
请参阅图1，本发明一实施例提供一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法，包括：
[0089]
s10、获取空调系统中每台设备的当前能耗数据。
[0090]
s20、根据所述每台设备的当前能耗数据、每台设备对应的模拟能耗数据及每台设备对应的诊断阈值，判断所述空调系统中的所有设备是否能耗正常。
[0091]
s30、若所述空调系统中的所有设备均能耗正常，则确定所述空调系统无运行故障。
[0092]
s40、若存在所述空调系统中的任一设备能耗异常，则获取能耗异常设备的运行数据，并根据所述能耗异常设备的运行数据与模拟运行数据，诊断所述能耗异常设备的运行故障。
[0093]
在本发明实施例的一具体实施方式中，所述步骤s20包括：
[0094]
根据所述每台设备的当前能耗数据与每台设备对应的模拟能耗数据，计算每台设备的能耗变化量。
[0095]
判断所述每台设备的能耗变化量及所述每台设备对应的诊断阈值的关系。若所述每台设备的能耗变化量大于所述每台设备对应的诊断阈值，则确定能耗变化量大于对应的诊断阈值的设备为能耗异常设备。若所述每台设备的能耗变化量小于等于所述每台设备对应的诊断阈值，则确定能耗变化量小于等于对应的诊断阈值的设备为运行正常设备。
[0096]
在本发明实施例的一具体实施方式中，所述步骤s40包括：
[0097]
若末端风机变频器的能耗异常，则获取末端风机变频器的运行冷负荷，并根据所述运行冷负荷及模拟冷负荷，计算得到冷负荷变化率；
[0098]
若满足所述冷负荷变化率大于预设阈值，则确定末端风机的运行故障为末端风机变频器运行故障。
[0099]
若冷机的能耗异常，则获取冷机的运行台数、冷凝器当前入口温度、蒸发器当前入口温度、蒸发器当前出口温度、实际蒸发器压力在预设时间段内的变化量、实际冷凝器压力在预设时间段内的变化量；
[0100]
若满足所述冷机的运行台数大于冷机的模拟台数，则确定冷机的运行故障为冷机开启台数异常；
[0101]
若满足所述冷凝器当前入口温度大于冷凝器入口温度阈值，则确定冷机的运行故障为冷却水的进水温度过高；
[0102]
若满足所述蒸发器当前入口温度大于蒸发器入口温度阈值，则确定冷机的运行故障为冷冻水的回水温度过高；
[0103]
若满足所述蒸发器当前出口温度小于蒸发器出口温度阈值，则确定冷机的运行故
障为冷冻水的出水温度过高；
[0104]
若所述实际蒸发器压力在预设时间段内的变化量满足蒸发器压力判断条件时，则确定冷机的运行故障为蒸发器结垢；其中，所述蒸发器压力判断条件，通过以下公式表示：
[0105][0106]
其中，δp
eva
为实际蒸发器压力在预设时间段内的变化量，f
chw_s
为冷冻水的模拟体积流量，δp
eva_rated
为额定工况下的蒸发器压力在预设时间段内的变化量，f
chw_rated
为额定工况下的冷冻水的体积流量；
[0107]
若所述实际冷凝器压力在预设时间段内的变化量满足冷凝器压力判断条件时，则确定冷机的运行故障为冷凝器结垢；其中，所述冷凝器压力判断条件，通过以下公式表示：
[0108][0109]
其中，δp
con
为实际冷凝器压力在预设时间段内的变化量，f
cw_s
为冷却水的模拟体积流量，δp
con_rated
为额定工况下的冷凝器压力在预设时间段内的变化量，f
cw_rated
为额定工况下的冷却水的体积流量。
[0110]
若冷冻水泵的能耗异常，则获取冷冻水泵的运行台数、实际冷冻水环路的压力在预设时间段内的变化量、冷冻水泵的体积流量、冷冻水当前温度变化量及冷负荷变化率；
[0111]
若满足所述冷冻水泵的运行台数大于冷冻水泵的模拟台数，则确定冷冻水泵的运行故障为冷冻水泵开启台数异常；
[0112]
若所述实际冷冻水环路的压力在预设时间段内的变化量满足冷冻水环路压力判断条件时，则确定冷冻水泵的运行故障为冷冻环路结垢堵塞；其中，所述冷冻水环路压力判断条件，通过以下公式表示：
[0113][0114]
其中，δp
chwpipe
为实际冷冻水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
chw_s
为冷冻水的模拟体积流量，δp
chwpipe_rated
为额定工况下的冷冻水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
chw_rated
为额定工况下的冷冻水的体积流量；
[0115]
若所述冷冻水泵的体积流量满足冷冻水泵体积流量判断条件或冷冻水的扬程满足冷冻水扬程判断条件，则确定冷冻水泵的运行故障为水泵选型过大；其中，所述冷冻水泵体积流量判断条件，通过以下公式表示：
[0116]
f
chp_rated
＜1.2max(f
chw_s
)；
[0117]
其中，f
chp_rated
为额定工况下的冷冻水泵体积流量，f
chw_s
为冷冻水模拟体积流量；
[0118]
所述冷冻水扬程判断条件，通过以下公式表示：
[0119]
h
cp_rated
＜1.2max(h
cp_s
)；
[0120]
其中，h
cp_rated
为额定工况下的冷却水泵扬程，h
cp_s
为冷却水泵模拟扬程；
[0121]
若所述冷冻水当前温度变化量满足冷冻水温度变化条件时，则确定冷冻水泵的运行故障为大流量小温差；其中，冷冻水温度变化条件，通过以下公式表示：
[0122]
δt
chw_m
＜δt
chw_rated
‑
2；
[0123]
其中，δt
chw_m
为冷冻水当前温度变化量，δt
chw_rated
为额定工况下的冷冻水的温度
变化量；
[0124]
若满足所述冷负荷变化率大于预设阈值，则确定冷冻水泵的运行故障为冷冻水泵变频器运行故障。
[0125]
若冷却水泵的能耗异常，则获取冷却水泵的运行台数、实际冷却水环路的压力在预设时间段内的变化量、冷却水泵的体积流量、冷却水当前温度变化量及冷负荷变化率；
[0126]
若满足所述冷却水泵的运行台数大于冷却水泵的模拟台数，则确定冷却水泵的运行故障为冷却水泵开启台数异常；
[0127]
若所述实际冷却水环路的压力在预设时间段内的变化量满足冷却水环路压力判断条件时，则确定冷却水泵的运行故障为冷却环路结垢堵塞；其中，所述冷却水环路压力判断条件，通过以下公式表示：
[0128][0129]
其中，δp
cwpipe
为实际冷却水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
cw_s
为冷却水的模拟体积流量，δp
cwpipe_rated
为额定工况下的冷却水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
cw_rated
为额定工况下的冷却水的体积流量；
[0130]
若所述冷却水泵的体积流量满足冷却水泵体积流量判断条件或冷却水的扬程满足冷却水扬程判断条件，则确定冷却水泵的运行故障为水泵选型过大；其中，所述冷却水泵体积流量判断条件，通过以下公式表示：
[0131]
f
cp_rated
＜1.2max(f
cw_s
)；
[0132]
其中，f
cp_rated
为额定工况下的冷却水泵体积流量，f
cw_s
为冷却水模拟体积流量；
[0133]
所述冷却水扬程判断条件，通过以下公式表示：
[0134]
h
cp_rated
＜1.2max(h
cp_s
)；
[0135]
其中，h
cp_rated
额定工况下的冷却水泵扬程，h
cp_s
为冷却水泵模拟扬程；
[0136]
若所述冷却水当前温度变化量满足冷却水温度变化条件时，则确定冷却水泵的运行故障为大流量小温差；其中，冷却水温度变化条件，通过以下公式表示：
[0137]
δt
cw_m
＜δt
cw_rated
‑
2；
[0138]
其中，δt
cw_m
为冷却水当前温度变化量，δt
cw_rated
为额定工况下的冷却水的温度变化量；
[0139]
若所述满足冷负荷变化率大于预设阈值，则确定冷却水泵的运行故障为冷却水泵变频器运行故障。
[0140]
若冷却塔的能耗异常，则获取冷却塔的运行台数、冷负荷变化率及冷却水的当前体积流量；
[0141]
若满足所述冷却塔的运行台数大于冷却塔的模拟台数，则确定冷却塔的运行故障为冷却塔开启台数异常；
[0142]
若满足所述冷负荷变化率大于预设阈值，则确定冷却塔的运行故障为冷却塔变频器运行故障；
[0143]
若满足所述冷却水的当前体积流量与冷却水的模拟体积流量差值小于预设值，且冷却塔的冷却水的实际温差大于冷却塔的冷却水的模拟温差，则确定冷却塔的运行故障为散热故障。
[0144]
本发明提供的方法适用于数据基础好，诊断深度较深的建筑，将空调系统中各部件的实测能耗数据与建立的空调系统模型的模拟数据进行对比分析，从而进行故障诊断，提高空调系统故障诊断的准确性。
[0145]
本发明另一实施例提供一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法，该方法适用于数据基础好，诊断深度较深的建筑。所述基于模型的故障诊断方法是将空调系统中各部件的实测能耗数据与建立的空调系统模型的模拟数据进行对比分析，从而进行故障诊断的方法。它主要分为两个部分：能效诊断和运行故障的诊断。表1详细列出了采用基于模型的诊断方法的20种故障类型及其诊断方法。
[0146]
表4采用基于模型的诊断方法的故障汇总及其诊断方法
[0147]
[0148][0149]
其中，e
t_m
为当前末端设备的能耗，e
t_s
为末端设备的模拟能耗，l
t
为末端设备的诊断阈值，δq
i
为冷负荷变化量，q
i
为冷负荷初始量，δe
t_m
为末端设备的能耗变化量，δe
t_m
→
0为末端设备的能耗变化量趋于0，e
c_m
为冷机的当前能耗，e
c_s
为冷机的模拟能耗，l
c
为冷机的诊断阈值，n0为冷机的运行台数，q为冷机的当前冷负荷，q
rc
为冷机的模拟冷负荷，t
ce
为冷凝器的当前入口温度，t
ce_lv
为冷凝器的入口温度阈值，t
ee
为蒸发器当前入口温度，t
ee_lv
为蒸发器入口温度阈值，t
el
为蒸发器当前出口温度，t
el_lv
为蒸发器出口温度阈值，δp
eva
为实际蒸发器压力在预设时间段内的变化量，f
chw_s
为冷冻水的模拟体积流量，δp
eva_rated
为额定工况下的蒸发器压力在预设时间段内的变化量，f
chw_rated
为额定工况下的冷冻水的体积流量，δp
con
为实际冷凝器压力在预设时间段内的变化量，f
cw_s
为冷却水的模拟体积流量，δp
con_rated
为额定工况下的冷凝器压力在预设时间段内的变化量，f
cw_rated
为额定工况下的冷却水的体积流量，e
chp_m
为冷冻水泵的当前能耗，e
chp_s
为冷冻水泵的模拟能耗，l
chp
为冷冻水泵的诊断阈值，n1为冷冻水泵的运行台数，f
chw_s
为冷冻水的模拟体积流量，f
chw_rated
为额定工况下的冷冻水的体积流量，δp
chwpipe
为实际冷冻水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
chw_s
为冷冻水的模拟体积流量，δp
chwpipe_rated
为额定工况下的冷冻水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
chw_rated
为额定工况下的冷冻水的体积流量，f
chp_rated
为额定工况下的冷冻水泵体积流量，f
chw_s
为冷冻水模拟体积流量，h
cp_rated
为额定工况下的冷却水泵扬程，h
cp_s
为冷却水泵模拟扬程，δt
chw_m
为冷冻水当前温度变化量，δt
chw_rated
为额定工况下的冷冻水的温度变化量，e
chp_m
为冷冻水泵的能耗变化量，e
cp_m
为冷却水泵的当前能耗，e
cp_s
为冷却水泵的模拟能耗，l
cp
为冷却水泵的诊断阈值，n2为冷却水泵的运行台数，f
cw_s
为冷却水的模拟体积流量，f
cw_rated
为额定工况下的冷却水的体积流量，δp
cwpipe
为实际冷却水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
cw_s
为冷却水的模拟体积流量，δp
cwpipe_rated
为额定工况下的冷却水环路的压力在预设时间段内的变化量，f
cw_rated
为额定工况下的冷却水的体积流量，f
cp_rated
为额定工况下的冷却水泵体积流量，f
cw_s
为冷却水模拟体积流量，h
cp_rated
额定工况下的冷却水泵扬程，h
cp_s
为冷却水泵模拟扬程，δt
cw_m
为冷却水当前温度变化量，δt
cw_rated
为额定工况下的冷却水的温度变化量，δq
cwi
为冷却水的冷负荷变化量，q
cwi
为冷却水的冷负荷初始量，δe
cp_m
为冷却水泵的能耗变化量，e
ct_m
为冷却塔的当前能耗，e
ct_s
为冷却塔的模拟能耗，l
ct
为冷却塔的诊断阈值，n3为冷却塔的运行台数，q
ct
为冷却塔的当前冷负荷，q
ct_rated
为额定工况下的冷却塔的冷负荷，δe
ct_m
为冷却塔的能耗变化量，f
cw
为冷却水的体积流量，f
cw_s
为冷却水的模拟体积流量，δt
cw
冷却水的当前温度变化量，δt
cws
为冷却水的模拟温度变化量。
[0150]
1、能效诊断：
[0151]
如表1所示，能效诊断是对比各个设备实际的能耗与模拟得到的能耗进行对比，判断各个设备的能效，其中，l
t
、l
c
、l
chp
、l
cp
和l
ct
等阈值的大小根据实际情况和用户对能效要求的高低来决定。诊断具体步骤为：1)建立空调系统模型；2)输入气象参数和空调系统设备具体参数；3)比较各设备实测能耗和模拟能耗。
[0152]
1)建立空调系统模型：
[0153]
本发明中，冷机模型、盘管模型、风机模型和冷却塔模型均采用的是软件energyplus中的模型，本发明不作详细介绍，详见energyplus的engineeringreference。仅对管网模型和变频水泵模型进行介绍。
[0154]
本发明的管路表达形式为比摩阻的形式，不管管路的长度，而是将两设备间的总比摩阻直接输入模型中。
[0155]
s
串
＝s1 s2
…
s
x
ꢀꢀ
(14)
[0156][0157]
本发明的水泵效率包括三部分：水泵效率、电机效率和变频效率，如图2所示。
[0158]
以冷冻水泵为例，其能耗由式(16)计算：
[0159][0160]
其中：
[0161][0162]
η
chp
＝d0 d1(plr
chw
) d2(plr
chw
)2 d3(plr
chw
)3ꢀꢀ
(18)
[0163][0164]
η
chp_vfd
＝f0 f1(plr
chw
) f2(plr
chw
)2 f3(plr
chw
)3ꢀꢀ
(20)
[0165]
三个效率曲线可通过水泵的样本数据拟合而得，f
chw
为冷冻水逐时流量，f
chw_rated
为额定流量。需要注意，水泵扬程的计算为下式：
[0166]
定压差系统压差系统
[0167]
变压差系统
[0168]
δh为设定的压差，h
chw_rated
为额定扬程，plr
chw
为冷冻水泵部分负荷率。s为比摩阻，可由实测获得。f
chw
为冷冻水流量。
[0169]
2)输入气象参数和空调系统设备具体参数：
[0170]
输入气象参数和模型所需要用到的参数。然后进行模型的模拟，输出各设备的逐时能耗。
[0171]
3)根据实际情况设定相应的阈值，比较设备实测能耗和模拟能耗的相对误差，若相对误差超过阈值，则认为设备发生故障；反之，认为设备正常运行。
[0172]
为了更清晰地对本部分进行说明，进行实施例说明。图3为实施例的冷冻水泵和末端的诊断结果。取阈值为20％。从图3可以看出，8月21日的9:00、19:00、20:00，冷冻水泵的实际能耗高于模拟预期值，发生故障。进一步的调查发现，这四个时刻空调系统处于部分负荷运行工况，监测到的供回水温差在1.5
‑
3℃这个范围内，远小于系统设定的温度5℃，而导致这一现象的原因是冷冻水泵变频器没有进行合理的流量调节，故诊断为f26变频器故障。
[0173]
图4还显示了末端设备的诊断结果，可以看出末端设备能耗实测值明显高于模拟值，发生故障。进一步的调研显示，变风量空调系统末端在部分负荷工况下，依旧按满负荷工况进行送风，因此该故障为f15。
[0174]
2、运行故障诊断：
[0175]
对于能效诊断出有故障的设备会进一步进行运行故障的诊断，判断设备的具体故障。下面按照设备类型进行详细说明。
[0176]
1)末端
[0177]
当空调系统负荷变化范围超过20％，但末端能耗没有明显变化，则认为末端风机
变频器发生故障，未起作用，为故障f15。
[0178]
2)冷机
[0179]
冷机故障共有六种。f16为开启台数异常，诊断方法是认为空调系统负荷除以冷机的额定制冷量的结果向上取整后为应该开启的冷机台数，如果实际开启台数大于应该开启的冷机台数，则判断冷机发生故障f16。f17
‑
19为冷冻水和冷却水水温的异常，就是将实测值与限值进行比较。f20
‑
f21为蒸发器和冷凝器结垢故障，是根据阻力进行判断，通过逐时压差和流量计算得到逐时比摩阻是否大于原始的比摩阻，1.2是诊断的安全系数，原始比摩阻可根据设备样本计算而得。
[0180]
3)冷冻水泵
[0181]
冷冻水泵的故障共有五种。f22为开启台数异常，诊断方法是认为实际需要的冷冻水量除以水泵额定流量的结果向上取整后为应该开启的水泵台数，如果实际开启台数大于该数，则发生故障f22。实际需要的冷冻水量是估算而得的冷负荷和实测的冷冻水供回水温差计算而得。f23为堵塞故障，与冷机蒸发器结垢故障的诊断方法相同。f24为水泵选型故障，方法是将水泵的额定流量或者扬程与模拟计算得到的最大流量或扬程进行比较，如果大于，则发生故障f24，1.2为诊断的安全系数。f25为大流量小温差的故障，如果实际温差小于设定温差超过2℃，则认为发生故障。f26变频器的故障与末端风机变频器故障诊断方法相同。
[0182]
4)冷却水泵
[0183]
冷却水泵的故障共有五种。诊断方法与冷冻水泵一致。但需要注意的是，冷却侧的冷量为空调系统冷负荷与冷机功率之和。
[0184]
5)冷却塔
[0185]
冷却塔的故障共有三种。开启台数和变频器问题的诊断方法与之前的一致。f34为冷却塔散热的故障，诊断方法是当实际冷却水流量与模拟冷却水流量相近但实际冷却塔得到的冷却水温差却高于理想值。实际冷却水流量是通过估算冷负荷、实测冷却水的供回水温度和实测冷机效率计算得来的。
[0186]
基于模型的故障诊断方法中虽然部分设备采用了软件energyplus的模型，但无需对整个建筑进行建模，操作较为简单，通用性强，不受建筑类型影响。
[0187]
第二方面。
[0188]
请参阅图4，本发明一实施例提供一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断系统，包括：
[0189]
能耗数据获取模块10，用于获取空调系统中每台设备的当前能耗数据。
[0190]
判断模块20，用于根据所述每台设备的当前能耗数据、每台设备对应的模拟能耗数据及每台设备对应的诊断阈值，判断所述空调系统中的所有设备是否能耗正常；若所述空调系统中的所有设备均能耗正常，则确定所述空调系统无运行故障；若存在所述空调系统中的任一设备能耗异常，则获取能耗异常设备的运行数据，并根据所述能耗异常设备的运行数据与模拟运行数据，诊断所述能耗异常设备的运行故障。
[0191]
本发明提供的系统适用于数据基础好，诊断深度较深的建筑，将空调系统中各部件的实测能耗数据与建立的空调系统模型的模拟数据进行对比分析，从而进行故障诊断，提高空调系统故障诊断的准确性。
[0192]
第三方面。
[0193]
本发明提供了一种电子设备，该电子设备包括：
[0194]
处理器、存储器和总线；
[0195]
所述总线，用于连接所述处理器和所述存储器；
[0196]
所述存储器，用于存储操作指令；
[0197]
所述处理器，用于通过调用所述操作指令，可执行指令使处理器执行如本技术的第一方面所示的一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法对应的操作。
[0198]
在一个可选实施例中提供了一种电子设备，如图5所示，图5所示的电子设备5000包括：处理器5001和存储器5003。其中，处理器5001和存储器5003相连，如通过总线5002相连。可选地，电子设备5000还可以包括收发器5004。需要说明的是，实际应用中收发器5004不限于一个，该电子设备5000的结构并不构成对本技术实施例的限定。
[0199]
处理器5001可以是cpu，通用处理器，dsp，asic，fpga或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本技术公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器5001也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，dsp和微处理器的组合等。
[0200]
总线5002可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线5002可以是pci总线或eisa总线等。总线5002可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0201]
存储器5003可以是rom或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，ram或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是eeprom、cd
‑
rom或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
[0202]
存储器5003用于存储执行本技术方案的应用程序代码，并由处理器5001来控制执行。处理器5001用于执行存储器5003中存储的应用程序代码，以实现前述任一方法实施例所示的内容。
[0203]
其中，电子设备包括但不限于：移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、pda(个人数字助理)、pad(平板电脑)、pmp(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字tv、台式计算机等等的固定终端。
[0204]
第四方面。
[0205]
本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本技术第一方面所示的一种基于空调系统模型的空调系统故障诊断方法。
[0206]
本技术的又一实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机可以执行前述方法实施例中相应内容。