CN110701727B

CN110701727B - 用于检测hvac系统中故障的方法和系统以及存储器

Info

Publication number: CN110701727B
Application number: CN201810744283.9A
Authority: CN
Inventors: 吴信宇; 李胜
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2023-03-17
Anticipated expiration: 2038-07-09
Also published as: US20210199325A1; EP3821176B1; EP3821176A1; CN110701727A; WO2020014033A1

Abstract

本发明涉及用于检测HVAC系统中故障的方法和系统以及存储器。所述方法包括步骤：获取在HVAC系统运行期间的室内空气温度和压缩机等效运行时间；计算所述室内空气温度在所述压缩机等效运行时间内的单位时间变化率；根据所述单位时间变化率的变化来判断HVAC系统中是否发生故障。本发明可应用于对HVAC系统进行在线故障检测，能够有效检测出一系列故障并且可以输出警报等信息，从而有助于提高HVAC系统的安全性和用户满意度。

Description

用于检测HVAC系统中故障的方法和系统以及存储器

技术领域

本发明涉及检测控制领域，尤其涉及用于检测HVAC系统中故障的方法和系统以及存储器。

背景技术

HVAC（Heating, Ventilation and Air Conditioning, 供热、通风与空气调节）系统已经获得了相当广泛的应用，它能够为人们的日常工作和生活带来很大的便利性和舒适性。由于在HVAC系统中通常设置有数量众多的各类零部件，并且特别是在经历了长期使用后，更有可能出现一些故障（如制冷剂泄露、压缩机电容损坏等）。虽然现有技术已经提供了许多技术手段用来检测HVAC系统中的故障情况，但是这些现有的检测手段在例如复杂性、准确性、便捷性以及用户体验等方面仍然存在着缺陷和不足之处，可以进一步地改进和优化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了用于检测HVAC系统中故障的方法和系统以及存储器，从而解决或者至少缓解了现有技术中存在的以上这些问题和其他方面的问题中的一个或多个。

首先，根据本发明的第一方面，它提供了用于检测HVAC系统中故障的方法，所述方法包括步骤：

获取在HVAC系统运行期间的室内空气温度和压缩机等效运行时间；

计算所述室内空气温度在所述压缩机等效运行时间内的单位时间变化率；以及

根据所述单位时间变化率的变化来判断HVAC系统中是否发生故障。

在根据本发明的方法中，可选地，从用于控制HVAC系统的温控器获取所述室内空气温度。

在根据本发明的方法中，可选地，从HVAC系统获取其中的各压缩级的运行数据，并且根据各压缩级的冷量比率来计算获得所述压缩机等效运行时间。

在根据本发明的方法中，可选地，所述方法还包括步骤：

将HVAC系统运行于制冷模式和制热模式下的所述室内空气温度的所述单位时间变化率的数值属性设定为相反，并将判定为异常值时的所述单位时间变化率沿着时间轴分布，所述数值属性是指正值或负值；

统计在一个时间窗口内，在所述时间轴上分布的所述单位时间变化率的数量，或者对在所述时间窗口内的所述单位时间变化率的数值进行数值处理后得到处理值；以及

如果所述数量超出预定值或所述处理值超出设定值，则判定HVAC系统中已发生故障。

在根据本发明的方法中，可选地，所述方法还包括步骤：

在判定HVAC系统中已发生故障后，输出报告信息。

在根据本发明的方法中，可选地，所述报告信息经由无线网络上传到云端服务器，所述无线网络包括Wi-Fi、4G、BT、ZigBee。

在根据本发明的方法中，可选地，所述判定为异常值的情况包括所述单位时间变化率在制冷模式或制热模式下的数值属性与所设定的数值属性相反、所述单位时间变化率与零值之间差值小于预设值；并且/或者，所述数值处理包括计算所述数值之和、计算所述数值的算术均值、计算所述数值的加权均值。

其次，根据本发明的第二方面，它提供了用于检测HVAC系统中故障的系统，所述系统包括处理器，其被设置成执行以下步骤：

在根据本发明的系统中，可选地，所述处理器从用于控制HVAC系统的温控器获取所述室内空气温度。

在根据本发明的系统中，可选地，所述处理器从HVAC系统获取其中的各压缩级的运行数据，并且根据各压缩级的冷量比率来计算获得所述压缩机等效运行时间。

在根据本发明的系统中，可选地，所述处理器还被设置成执行以下步骤：

将HVAC系统运行于制冷模式和制热模式下的所述单位时间变化率的数值属性设定为相反，并将判定为异常值时的所述单位时间变化率沿着时间轴分布；

在根据本发明的系统中，可选地，所述处理器还被设置成：

在判定HVAC系统中已发生故障后，输出报告信息。

在根据本发明的系统中，可选地，所述报告信息经由无线网络上传到云端服务器，所述无线网络包括Wi-Fi、4G、BT、ZigBee。

在根据本发明的系统中，可选地，所述判定为异常值的情况包括所述单位时间变化率在制冷模式或制热模式下的数值属性与所设定的数值属性相反、所述单位时间变化率与零值之间差值小于预设值；并且/或者，所述数值处理包括计算所述数值之和、计算所述数值的算术均值、计算所述数值的加权均值。

此外，根据本发明的第三方面，还提供了存储器，其用于存储指令，所述指令在被执行时实现如以上任一项所述用于检测HVAC系统中故障的方法。

从与附图相结合的以下详细描述中，将会清楚地理解根据本发明的各技术方案的原理、特点、特征以及优点等。例如，将会明白的是，与现有技术相比较，根据本发明设计提供的用于检测HVAC系统中故障的方法和系统以及存储器具有明显的技术优势，可将其用于对HVAC系统进行在线故障检测，从而能够有效检测出一系列故障（例如快速发生的故障、涉及系统性能缓慢退化的故障等）并输出警报等信息，这将有助于相关工作人员更容易地发现和识别可能存在问题的HVAC系统终端，以便尽快进行检查维修，从而能够提高HVAC系统的安全性和用户满意度。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图只是出于解释目的而设计的，仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是一个根据本发明的用于检测HVAC系统中故障的方法实施例的流程示意图。

图2是在一个具有两个压缩级的HVAC系统示例中的压缩级运行时间示意图。

图3是在一个HVAC系统示例中的室内空气温度与运行时间的对应关系示意图。

图4是使用一个时间窗口示例对一个室内空气温度的单位时间变化率的分布情况进行统计的示意图。

图5是根据图4中的单位时间变化率分布情况的统计结果来判定在一个HVAC系统示例中已经发生故障的示意图。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来说明根据本发明的用于检测HVAC系统中故障的方法和系统以及存储器的步骤、组成、特点和优点等，然而所有的描述不应用于对本发明形成任何限制。

此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本发明仍然允许在这些技术特征（或其等同物）之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，从而应当认为这些根据本发明的更多实施例是在本文的记载范围之内。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的零部件和特征在同一附图中可能仅在一处或若干处进行标示。

在图1中示范性地大致展示出了一个根据本发明的用于检测HVAC系统中故障的方法实施例的基本流程，可以使用该方法来非常方便地在线检测HVAC系统中的故障。在这个示例中，该方法可以包括以下步骤：

首先，在步骤S11中，获取在该HVAC系统运行期间的室内空气温度，并且获取在该HVAC系统运行期间的压缩机等效运行时间，以上这些数据是用于计算将在下文中讨论的室内空气温度的单位时间变化率。

对于上述的室内空气温度来讲，可以采用多种方式来获得这些温度数据。例如，可以通过设置在该HVAC系统处的一个或多个温度测量元件、装置或设备等进行采集得到，还可以非常方便地从被设置用于控制HVAC系统的温控器处来获得。仅作为举例说明，在图3中示例性地图示出了所获取的在一个HVAC系统运行期间内的6个室内空气温度数据A、B、C、D、E和F，它们示意性地展示出了在该HVAC系统运行期间的室内温度波动情况。

对于压缩机等效运行时间来讲，由于在一个HVAC系统中通常设置有多个压缩级，例如该HVAC系统具有多个压缩机，或者其中的一个或多个压缩机本身设置有多个压缩级，在图2中示例性地图示出了在一个HVAC系统中设置了两个压缩级（即压缩级1和压缩级2），因此需要将HVAC系统中所有的压缩级的工作运行时间全部转化处理成一个压缩机等效运行时间。如图3所示，在该图中就示例性地图示出了经过转化处理后所得到的一个HVAC系统中的压缩机等效运行时间线3。

在本发明方法中，可以采用多种方式来获得上述的压缩机等效运行时间，下面就对此进行示例性说明。

举例而言，可以先从一个HVAC系统中获取各压缩级的运行数据，然后再根据这些压缩级的各自冷量比率（capacity ratio）来计算得到压缩机等效运行时间。也就是说，将每一个压缩级的运行时间与其冷量比率进行相乘来得到一个乘积，然后将所述压缩级的此类乘积进行相加，，就可以得到压缩机等效运行时间。

再举例来讲，可以根据HVAC系统或其中压缩机的制造商、供应商或者专业机构提供的数据，或者根据对HVAC系统或其中压缩机进行测试获得的数据，提供一个等效转换表，以便可以由此通过直接查表来获得相应的压缩机等效运行时间。

其次，在步骤S12中，根据已经得到的室内空气温度和压缩机等效运行时间进行计算，以此来获得室内空气温度在压缩机等效运行时间内的单位时间变化率，并且将所得到的这些单位时间变化率沿着时间轴分布。例如，可以采用1小时作为单位时间来计算室内空气温度的每小时变化率。当然，在不违背本发明主旨的情况下，本发明方法也允许选择其他的适宜时间间隔（如15分钟、30分钟、1.5小时、2小时、5小时等）作为上述的单位时间用来计算室内空气温度的单位时间变化率。

然后，在步骤S13中，在通过计算得到了的这些室内空气温度的单位时间变化率之后，就基于这些数据的变化来判断出在HVAC系统中是否发生了故障。这是因为，对于室内空气温度的单位时间变化率来讲，其大致表示出了室内空气温度在所设定的单位时间内的波动情况，即这些数据可以反映出HVAC系统的工作运行状况。

举例来讲，如果在这些室内空气温度的单位时间变化率数据当中，出现了较多的明显偏离平均水平的数据（例如，这些数据超过了其他符合平均水平的数据值的50%以上），这就意味着可能在目前HVAC系统中的某个或某些部件、单元或模块本身已经存在着异常或故障，或者可能是该HVAC系统已经出现了性能缓慢退化的问题，由此导致了HVAC系统不能持续稳定运行的状况，从而表现为上述的室内空气温度的单位时间变化率出现了异常波动的现象。如此，就可以有效检测判定出在HVAC系统中的已经发生故障。

再作为举例说明，可以根据HVAC系统的运行模式来进一步区分所得到的室内空气温度的单位时间变化率，以便于根据这些单位时间变化率的相应变化来进行HVAC系统中的故障分析。具体来讲，例如图4所示，将所获取的室内空气温度的单位时间变化率沿时间轴进行分布，例如根据计算单位时间变化率时所采用的单位时间（如1小时等）作为该时间轴的间隔单位。可以将对应于HVAC系统运行在制冷模式和制热模式下时的室内空气温度的单位时间变化率的数值属性如下定义：在制冷模式下，正常属性的室内空气温度的单位时间变化率设定为负值，即在图4所示的虚线表示的0轴线的下方，异常属性的室内空气温度的单位时间变化率设定为正值，即在图4所示的虚线表示的0轴线的上方；在制热模式下，正常属性的室内空气温度的单位时间变化率设定为正值，即在图4所示的虚线表示的0轴线的上方，异常属性的室内空气温度的单位时间变化率设定为负值，即在图4所示的虚线表示的0轴线的下方。具体来讲，如果HVAC系统在制冷模式下运行，那么正值的数据点4则被判定为异常值；如果HVAC系统在制热模式下运行，那么负值的数据点5则被判定为异常值。关于上述的异常值，其含义是指背离了正常值的情况。例如，出现了单位时间变化率在制冷模式或制热模式下的数值属性与所设定的数值属性完全相反的情形（即属于正常值时的数值属性在制冷模式下应为负值，而异常值则表现为在制冷模式下为正值；属于正常值时的数值属性在在制热模式下应为正值，而异常值则表现为在制热模式下为负值）。可以理解，尽管在上述实施例中对于不同运行模式，定义了相应的正常的数值属性与异常的数值属性，但是相反地定义正常的数值属性与异常的数值属性也是可行的。又比如，当出现了单位时间变化率与零值之间的差值小于预设值（如-0.1、0.1、-0.15、0.15等接近零值的数值）的情形时，则可以将其判断为异常值。

然后，设定一个时间窗口6（其可以是运行时间窗口，也可以是日历上的时间窗口，并且可以根据具体应用需求情况来选择设置），统计上述的单位时间变化率在该运行时间窗口6内为正值的数量（图4中示例为2个）或为负值的数量（图4中示例为8个）。

如果所统计出的正值数量之和（或者负值数量之和）超过了一个预定值T（其可根据具体应用需求情况来进行选择设置），即如图5所示的情形，此时在图5中的P点处已经超过了预定值T，那么就可以判定在HVAC系统中已发生了故障，这种故障有可能是HVAC系统中快速发生的故障（如压缩机电容出现工作异常），也有可能是由于HVAC系统性能缓慢退化而导致的故障（如制冷剂泄露、换热器管道阻塞）等。

此外，应当说明的是，本发明方法也允许采用多种其他方式来基于上述的单位时间变化率进行HVAC系统故障判断。例如，可以针对出现在上述时间窗口6内的这些单位时间变化率的数值（即异常点的数值）进行数值处理，然后根据得到的处理值是否超出一个设定值（其可根据具体应用需求情况来进行选择设置）来判断HVAC系统发生故障的情况，即如果该处理值超过了该设定值，就可以判定在该HVAC系统中已发生了故障，在图5中同样示出了此类判断情形。

举例来讲，对于异常点的数值处理可以采用多种计算方式，它们可以包括但不限于：计算这些异常点的数值之和、计算这些异常点的数值的算术均值、计算这些异常点的数值的加权均值等。应当理解，本发明方法完全允许采用更多的其他的可能计算方式来处理异常点的数值，这样的数值处理结果能够反映出这些异常点偏离正常值或正常区域的严重情况，进而可将其与设定值进行比较来判断HVAC系统发生故障的可能性。

在可选情形下，当经过检测可以判定在HVAC系统中发生了故障后，可以采用一些相应的处理措施。例如，可以将向外输出报告信息，这样的信息包括但不限于以文字、图像、声音和/或光等形式来提供警报，以便促使相关人员能够尽快知道并前往解决该HVAC系统中的故障。又比如，可以将上述信息经由无线网络（如Wi-Fi、4G、BT、ZigBee等）上传到云端，这样工作人员就可以非常方便、快捷地从云端服务器了解和识别到已发出报告信息的可能存在问题的HVAC系统终端，从而能够便尽快对其进行检查维修，而此时该HVAC系统的业主可能根本不知道自己的HVAC系统已经出现了问题（例如制冷剂泄露、压缩机电容损坏等）并且可能由此随时对其造成不利的影响，因此这将会极大地提升用户满意度，并且能够增加HVAC系统的安全可靠性。

作为明显优于现有技术的一个方面，本发明还提供了用于检测HVAC系统中故障的系统。作为举例来讲，可以在根据本发明的系统中设置这样的处理器，该处理器是被设置成用于执行以下步骤：

首先，获取在HVAC系统运行期间的室内空气温度（例如从用于控制HVAC系统的温控器处获取），并且获取在HVAC系统运行期间的压缩机等效运行时间（例如可采用在前文中示例性讨论的方式）；

其次，计算室内空气温度在压缩机等效运行时间内的单位时间变化率（例如可采用在前文中示例性讨论的方式）；以及

然后，根据单位时间变化率的变化来判断在HVAC系统中是否发生了故障（例如可采用在前文中示例性讨论的方式）。

此外，在一些可选情形下，还可以将上述的处理器设置成用于执行以下步骤：

将HVAC系统运行于制冷模式和制热模式下的单位时间变化率的数值属性分别设定为负值（或正值）和正值（或负值），并将判定为异常值时的单位时间变化率沿着时间轴分布；

统计在一个时间窗口（其可以是运行时间窗口，也可以是日历上的时间窗口，并且可以根据实际应用情况来进行灵活设定和调整）内，在时间轴上分布的单位时间变化率的数量；以及

如果以上统计出的数量超出预定值，则判定HVAC系统中已发生故障。

另外，在一些可选情形下，可将上述的处理器进一步设置成：在判定HVAC系统中已发生故障后，输出报告信息。如前所述，可以将这样的报告信息经由无线网络（如Wi-Fi、4G、BT、ZigBee）上传到云端服务器，以便可以及时告知相关人员并随后安排检查、维修等处理措施。

可以理解的是，由于在前文关于本发明方法的说明中已经针对压缩机等效运行时间、室内空气温度的单位时间变化率、时间窗口、单位时间变化率基于制冷模式和制热模式的区别性布置、异常值判定、异常值的数值处理、故障判断等这些技术内容进行了非常详尽的描述，因此可以直接参阅前述相应部分的具体说明，而不再赘述根据本发明的系统中的相同或相似技术内容。

此外，本发明还提供一种存储器，该存储器被提供用于存储指令，所述指令在被执行时用于实现根据本发明的用于检测HVAC系统中故障的方法，以便发挥出本发明方案所具备的如前所述的这些明显优于现有技术的优势。

以上仅以举例方式来详细阐明根据本发明的用于检测HVAC系统中故障的方法和系统以及存储器，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims

1.一种用于检测HVAC系统中故障的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

计算所述室内空气温度在所述压缩机等效运行时间内的单位时间变化率；

根据所述单位时间变化率的变化来判断HVAC系统中是否发生故障；

2.根据权利要求1所述的方法，其中，从用于控制HVAC系统的温控器获取所述室内空气温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，从HVAC系统获取其中的各压缩级的运行数据，并且根据各压缩级的冷量比率来计算获得所述压缩机等效运行时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括步骤：

在判定HVAC系统中已发生故障后，输出报告信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述报告信息经由无线网络上传到云端服务器，所述无线网络包括Wi-Fi、4G、BT、ZigBee。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述判定为异常值的情况包括所述单位时间变化率在制冷模式或制热模式下的数值属性与所设定的数值属性相反、所述单位时间变化率与零值之间差值小于预设值；并且/或者，所述数值处理包括计算所述数值之和、计算所述数值的算术均值、计算所述数值的加权均值。

7.一种用于检测HVAC系统中故障的系统，其特征在于，所述系统包括处理器，其被设置成执行以下步骤：

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理器从用于控制HVAC系统的温控器获取所述室内空气温度。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理器从HVAC系统获取其中的各压缩级的运行数据，并且根据各压缩级的冷量比率来计算获得所述压缩机等效运行时间。

10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理器还被设置成：

在判定HVAC系统中已发生故障后，输出报告信息。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述报告信息经由无线网络上传到云端服务器，所述无线网络包括Wi-Fi、4G、BT、ZigBee。

12.根据权利要求7所述的系统，其中，所述判定为异常值的情况包括所述单位时间变化率在制冷模式或制热模式下的数值属性与所设定的数值属性相反、所述单位时间变化率与零值之间差值小于预设值；并且/或者，所述数值处理包括计算所述数值之和、计算所述数值的算术均值、计算所述数值的加权均值。

13.一种存储器，其用于存储指令，其特征在于，所述指令在被执行时实现如权利要求1-6中任一项所述用于检测HVAC系统中故障的方法。