CN103486695A - 一种基于理论模型的空调器故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种该诊断方法故障诊断及时、简单、方便、实用、可靠的空调器故障诊断方法。该基于理论模型的空调故障诊断方法是建立空调房间温度变化曲线的理论模型，再比较该理论模型与空调实际运行的室温变化曲线，进而根据该比较的差异结果判断空调性能是否降低，诊断空调故障。

Description

一种基于理论模型的空调器故障诊断方法

技术领域

本发明涉及一种基于理论模型的空调器故障诊断方法。 

背景技术

目前空调在中国的普及率相对较高，近90%的城市家庭至少拥有一台空调，人们购买空调的目的就是追求生活的舒适性，因此空调性能（制冷或制热效果）成为人们普遍关注的问题。但空调与其他电器类一样总会出现不同程度的故障，以致于影响正常使用，空调常见故障可分为两大类，一类是空调运行产生的问题，如过滤器，冷凝器堵塞等，这类问题会随着空调长期使用累积加深；另一类问题是空调安装调试不当引发的问题，如制冷剂过多或过少等，同样会降低空调制冷或制热效果，这类问题不同于运行问题，这类问题相对第一类问题更难以检查、判断和发现，给维护维修带来麻烦。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种空调器故障诊断方法。该诊断方法故障诊断及时、简单、方便、实用、可靠。 

本发明基于理论模型的空调故障诊断方法是建立空调房间温度变化曲线的理论模型，再比较该理论模型与空调实际运行的室温变化曲线，进而根据该比较的差异结果判断空调性能是否降低，诊断空调故障。 

所述理论模型与空调实际运行的室温变化曲线的比较包括将该理论模型与空调实际运行过程中测量的相关数据进行比较。 

所述空调实际运行过程中测量的相关数据包括空调实际运行房间的稳态温度。 

所述空调房间温度变化曲线的理论模型的建立包括空调房间的换热过程分析，空调房间内空气温度变化是在包括各种外扰、内扰及建筑围护的热工特性因素综合作用下的结果，根据空调开机过程或关机过程室温变化曲线获取房间温度变化指数B： 

   

              

或

将空调器制冷量与室外温度变化描述为线性关系，并以此由空调额定制冷量获得某一室外温度对应的空调制冷量，于此，所述空调房间温度变化曲线的理论模型为：

                           

       

                  

其中            

     

若空调开机前房间处于热平衡状态，则

。                

本发明的诊断方法通过建立空调房间温度变化理论模型，仿真室温变化曲线，诊断出空调安装调试中的故障，避免因空调效率下降导致空调能耗增加，影响用户的舒适性。

附图说明

图1为本发明一实施例空调开机过程的室温变化曲线；图2为本发明一实施例的空调制冷量与室外温度关系曲线；图3为本发明一实施例理论曲线与空调器效率衰减室温变化曲线比较。  

具体实施方式

为了能进一步了解本发明的技术方案，藉由以下实施例结合附图对本发明作进一步说明。本发明所采用的方法是建立空调房间内温度随时间变化的理论模型，为此，先对空调房间的换热过程进行分析^[1]，空调房间内空气温度变化是在包括室外空气温度、太阳辐射、风速等外部干扰，包括室内设备、照明、空调冷热量输出等内部干扰，及其建筑围体和/或结构的热工特性等因素综合作用下的结果；以空调夜间制冷运行模式为例，忽略太阳辐射，人体得热等干扰因素，空调房间温度变化曲线（随时间变化）的理论模型为： 

  

                             

根据空调开机过程室温变化曲线获取房间温度变化指数B

                       

将该室温变化曲线的理论模型与当前空调实际运行的室温变化曲线进行比较、或者将理论模型中的特征温度（即t_∞）与当前空调运行时的房间稳态温度（空调房间达到热平衡时的温度）进行比较，进而判断空调性能是否降低，若两者比较存在差异，则说明空调存在故障，其性能降低、效率衰减，差异越大、效率衰减程度越大。

式中Q_E是室内设备散热量，Q_S是照明设备的散热量，Q_O为空调设备从房间去除的热量，制冷时为“-”值、制热时为“+”值、关机时为0；ρ为空气密度；c为空气比热容；V为房间体积；F_i为空调房间的第i面墙、地板或天花板面积；K_i为空调房间的第i面墙、地板或天花板的传热系数；t_si为空调房间的第i面墙、地板或天花板的外表面温度。式(3)中的空调房间温度随时间变化的理论模型中，t₀是室内初始温度，t_∞=A/B可以作为建筑物特征温度，表示的是当时间趋于无穷时，即空调开或关机无限长时间后，室内空气的最终温度,实际使用过程中t_∞可视为房间达到热平衡时的稳态温度；而B则可被定义为空调房间的温度变化指数，即空调房间的温度随时间的变化率，B值越大，初始时刻的温度变化速度越大，趋于稳定的时间越短；温度变化指数是房间围体结构的函数，房间建成即为一固定参数，可以通过实测数据获得。 

先通过空调开机过程（也可以通过空调关机过程）来采集相关数据，并由式(1)计算获得温度变化指数B，进而获得空调房间温度变化曲线的理论模型。 

采集空调开机后各时刻（各时刻的采集密度可根据精度要求确定）的室内温度，包括空调开机后的室内起始温度t₀、稳态温度t_∞（房间达到热平衡状态时的室内温度），以及自起始温度t₀达到稳态温度t_∞过程中的各时刻的温度等，再由式(1)计算得到温度变化指数B。例如，通过图1所示实测的空调开机过程房间温度变化曲线来获得房间温度变化指数B：空调开机后的室温起始温度t₀为30℃，23分钟以后室温稳定在25℃，即建筑物特征温度t_∞为25℃，通过t₀、t_∞以及期间各时刻温度采集点温度，由式(1)计算得到温度变化指数B=0.0015。 

根据GB/T7725-2004《房间空气调节器》对制冷负荷线的定义为：“把室外空气干球温度为35℃时，空调器的制冷能力（额定制冷量）作为建筑制冷负荷，连接此点与室外温度23℃时为0负荷的点的直线即为制冷负荷线^[2]”；及美国相关标准ARI210/240-2005 Standard提出的：”在保持室内空气温度不变的条件下，空调器制冷能力与制热能力、以及输入功率与室外空气干球温度成线性关系^[3]”；可以得到空调的制冷量与室外空气干球温度成线性关系，如图2所示，亦可表达为： 

     

式中Q_O ^e是空调额定制冷量，t_O是室外干球温度；

若空调开机前房间处于热平衡状态，则

其中Q_E0和Q_S0是空调开机前室内设备和照明的散热量，按式(6)计算得到室外温度对应的空调制冷量Q_O，联立式(4)和(9)计算得到t_∞，将计算得到的t_∞连同上述获得的温度变化指数B以及房间初始温度t₀代入式(3)，即可得到空调房间温度变化曲线的理论模型（如图3曲线1）。

再通过实际测量并绘制出当前房间空调实际运行的室温变化曲线（如图3曲线2）。 

最后比较该绘制出的当前空调实际运行的室温变化曲线与空调房间温度变化曲线的理论模型，判断空调故障。若空调季节实测房间达到热平衡时的温度（即稳态温度）与理论模型的特征温度偏差较大且偏高，则可判断Q_O小于空调理论输出，空调本身存在故障，效率下降。图3所示为某房间在房间温度变化指数B=0.0015，空调制冷量为5200，室外温度27℃下的空调器制冷效率衰减与空调房间温度变化曲线的理论模型的室温变化曲线，可见在制冷模式下，空调器制冷效率衰减下的室温变化曲线将向上偏移，衰减程度越大则偏移越大，稳态温度亦增高。 

上述实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内；应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。 

参考文献

[1] 李茹.冬季空调间歇运行室内温度特性及节能潜力的理论与实验研究[J].福建建筑，2010(10)

[2] GB/T 7725 – 2004房间空气调节器 [S]

[3] ARI 210/240 – 2005 Standard for performance rating of unitary air-conditioning and air-source heat pump equipment [S]。

Claims (4)

1.一种基于理论模型的空调故障诊断方法，其特征是建立空调房间温度变化曲线的理论模型，再比较该理论模型与空调实际运行的室温变化曲线，进而根据该比较的差异结果判断空调性能是否降低，诊断空调故障。

2.根据权利要求1所述基于理论模型的空调故障诊断方法，其特征是所述理论模型与空调实际运行的室温变化曲线的比较包括将该理论模型与空调实际运行过程中测量的相关数据进行比较。

3.根据权利要求2所述基于理论模型的空调故障诊断方法，其特征是所述空调实际运行过程中测量的相关数据包括空调实际运行房间的稳态温度。

4.根据权利要求1或2所述基于理论模型的空调故障诊断方法，其特征是所述空调房间温度变化曲线的理论模型的建立包括空调房间的换热过程分析，空调房间内空气温度变化是在包括各种外扰、内扰及建筑围护的热工特性因素综合作用下的结果，根据空调开机过程或关机过程室温变化曲线获取房间温度变化指数B：

                                                 

            

或

将空调器制冷量与室外温度变化描述为线性关系，并以此由空调额定制冷量获得某一室外温度对应的空调制冷量，于此，所述空调房间温度变化曲线的理论模型为：

        

       

                  

其中            

     

若空调开机前房间处于热平衡状态，则

。

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