第一章 绪论
1.1 课题的背景及意义
随着建筑业的发展,建筑能耗问题不断被提及，同时能耗也越来越高。统计资料表明，建筑物的能源消耗占能源总消耗的11%-25%左右,我国建筑能耗占总能耗的28%。前不久，调查显示，占我国总建筑面积约 5%的大型公共建筑，却耗去了超过两成的全国城镇总用电量，其单位面积年耗能多为普通居民住宅的 10 倍以上，比例之悬殊令人咋舌。大型公共建筑电耗占全市民用建筑总用电量 1/4，与全市居民生活半年的用电量相当；中央空调系统耗能又占到其中近一半[1]。制冷空调及其自控系统的规模日益庞大，设备种类及数量日益繁多，系统复杂程度愈来愈高。而系统运行过程中，不可避免地会出现各种故障，若得不到及时排除，势必导致系统运行参数严重偏离要求的设定值[2]，给室内工作人员带来不舒适感而影响工作效率和工作质量，增加系统能耗，缩短设备使用寿命，甚至影响大气环境。对其进行准确的故障预测和诊断,将会帮助人们减少空调维修费用,也能使其更高效的运行以节约能源,因此空调系统故障预测与诊断的研究具有重大的社会和经济效益[3]。资料显示，HVAC&R 系统的故障导致的能耗增加多达30%[4~6]。据 PIER(Public Interest Energy Research)项目调查小组一份对 75 座建筑的 215 台屋顶式机组的研究表明：63%机组节热器非正常工作，46%制冷剂充注量不合适，39%的室外机风量过低，另外还存着大量由于控制不当而导致风扇、制热/制冷机组非正常运行，若干系统在故障下运行。Proctor 对 55000 台单元式机组一份调查显示：95%的居住单元机组存在管路泄漏、绝热不好、室外机气流受阻或风量过低、制冷剂泄漏、机组过大或存在不凝性气体等问题；居住单元机组在62%的时间内偏离非正常工作状态，商用机组在 60%的时间内偏离正常工作状态。以整体式空调为例，各故障发生时引起的能耗增加及性能的影响如表 1-1 所示。
1.2 故障检测与诊断技术的发展
近三十年的理论研究和实际应用表明，故障诊断技术的出现[11~13]，为提高系统的可靠性和安全性开辟了一条新的途径；它的出现、兴起与迅速发展，是实际应用需求与多学科理论发展两个方面交替作用的结果。从实际应用需求方面看，随着现代自动化技术水平的不断提高，各类工程系统的复杂性大大增加，系统的可靠性与安全性已成为保障经济效益和社会效益的一个关键因素，受到了工程界的高度重视；从多学科理论发展方面看，由于故障诊断技术具有很强的学科交叉性，大量学科，尤其是现代控制理论、信号处理、模式识别、最优化方法、决策论、人智能等近二十年来的迅速发展，为解决复杂系统的故障诊断问题提供了有力的理论基础，从而产生了大量行之有效的具体方法。正是在技术进步与市场拓展的双重驱动下，故障诊断技术得到了快速发展，大量关于动态系统的故障诊断专家系统都已达到了实用水平，并在航空航天、核反应堆、热电厂、石油输送、机器人、化工、铁路、船舶等一系列工程技术领域得到了成功应用，取得了显著的经济效益。
第二章 制冷系统故障及多变量统计理..................................15
2.1 制冷系统概述及热力学分析 .................................... 15
2.2 制冷系统典型故障及理论................................... 19
2.3 ASHRAE 资助故障模拟实验.................................. 25
2.4 多变量统计理论分析 ...................................... 32
第三章 基于多变量统计分析的制冷.................................38
3.1 主元分析 ............................................................................ 38
3.2 指定元分析 ....................................................... 46
第四章 制冷系统故障模拟实验及模.................................................59
4.1 制冷系统故障检测与诊断实..................................................... 59
4.2 模型应用 ........................................................................... 67
第五章 总结与展望
5.1 结论
制冷系统在运行过程中，不可避免地会发生各种各样的故障。系统“帯障”运行不仅会影响建筑室内环境品质，而且会导致系统 COP 下降，严重影响系统设备的可靠性、安全性及运行的经济性。随着国际能源形势的不断恶化以及人们对环境要求的不断提高，及时发现并排除制冷系统中发生的故障是当务之急，本文就此内容展开了以上研究，并得到了以下结论：
1)对制冷系统中常见的故障进行了研究分析。分析了不同性质的故障产生的机理，总结了各故障与其征兆之间的关系，为制冷系统故障检测和诊断系统中指定元模型的研究提供了坚实基础；
2)以 ASHRAE 实验数据为基础数据，建立故障检测与诊断模型，并搭建故障检测与诊断模拟实验台，在各种工况下采集大量模拟实验数据，以验证研究所得模型的正确性；
3)样本中，不同的变量具有不同的量纲,为了消除由于量纲的不同可能带来的一些不合理的影响,运用主元或指定元分析前，通常应将测量数据进行标准化处理；运用主元和指定元分析进行故障检测与诊断时，需要收集过程正常工况下的历史数据，作为模型建立的依据；
4)一般情况下，主元分析法中，主元方差贡献率取 85%时，已能较好的替代原有样本信息，构成的主元模型已能完成故障检测，且准确率较高；
