摘要
在现代社会，随着经济的快速发展，人们对空调房间的热环境需求不断提高。良好的室内环境能使人们身心愉悦，从而提高工作效率。对于冬季，热风供暖是一种常见的供暖方式，气流组织是影响其供暖性能的关键因素。但对于传统的热风供暖方式（如混合通风），由于浮升力的影响，容易产生送回风短路和严重的室内温度分层，进而导致人体热不舒适和能源浪费。本研究创新性地将一种新型的气流组织方式—偏转通风用于冬季供暖，期待高效地营造舒适的室内环境。偏转通风是将竖壁贴附的送风口与一定高度的导流板相结合，送风射流由于“康达效应”贴附墙体向下扩散，撞击导流板后偏转，直接将热量送到工作区。本研究以典型的办公室为研究对象，通过实验研究和CFD数值模拟探究偏转通风供暖的气流组织特性和热舒适性。 首先，设计11组偏转通风供暖实验工况，由不同的送风速度（0.81m/s、1.17m/s和1.81m/s）、送风温度（24℃、26℃和28℃）和导流板角度（0°和35°）的组合，并设计一组对应的混合通风工况用于对比。在室内布置测点，测量速度和温度，结合经实验验证的CFD数值模拟结果和实验测量结果分析了室内气流组织特性。偏转通风在工作区竖直方向上的速度分布呈现“V”字形；温度分布均匀，0.1m~1.7m之间的温差小于3℃，没有出现明显的温度分层。相同的送风条件下，偏转通风工作区的最大风速为0.24m/s，而混合通风工作区的风速均低于0.1m/s；偏转通风工作区的平均温度高于混合通风约0.7℃，说明偏转通风热射流有效地送至工作区。 其次，综合实验和CFD数值模拟结果，采用预测平均热感觉投票值（PMV）、垂直温差、吹风感不满意率（DR）和能量利用系数评价偏转通风供暖性能。结果表明，增大送风速度和导流板角度，降低送风温度能够有效减小垂直温差并提高能量利用系数，但空气速度过大、温度过低会导致吹风感风险和降低PMV。绝大多数实验工况下，人体附近区域的PMV范围为-0.5~+0.5、垂直温差低于3℃、吹风感不满意率低于20%，满足ISO7730B级热舒适标准；能量利用系数范围为1~1.13，表明具有良好的节能潜力。与混合通风相比，PMV值高于混合通风0.05，垂直温差低于混合通风0.16℃，能量利用系数高于混合通风0.47，说明偏转通风供暖能够更加高效地营造舒适的热环境。 最后，利用Box-Behnken设计确定模拟工况，通过CFD数值模拟获得评价指标数据，构建各评价指标的响应面模型。评价指标与参数的非线性关系导致各评价指标变化的矛盾性，且变化趋势复杂，难以直接确定最佳参数组合。因此本研究采用熵权法和满意度函数法进行多目标优化。通过构建优化目标函数，利用模拟退火算法在可行域进行寻优计算，确定最佳参数组合：送风速度、送风温度和导流板角度分别为1.5m/s、23.7℃、70°。 综上，在合适的送风参数和导流板角度下，偏转通风供暖室内气流组织良好，能够高效地营造舒适的室内环境，有潜力应用于冬季供暖。本研究成果可为偏转通风供暖的工程设计提供指导。
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