可调矢量送风末端用于室内面向需求非均匀环境营造的潜力研究

Indoor environment is traditionally created with mixing ventilation concept, which is always of high power consumption, poor personal adjustment ability, and had to adapt to changes in indoor heat sources and pollution sources. Although demand oriented ventilation and multi-mode ventilation can save a lot of energy but the operating range and applicable scene are limited. The key reason why current technology cannot achieve a demand-oriented environment is the lack of an air supply terminal that can effectively create a non-uniform environment. According to the applicant's previous measurement for fan jet, it is of low spreading angle, high jet rigidity, and easy adjustment of its flow volume and direction, leading to a high potential to build an adjustable vector air supply terminal. This project carries out research on this topic. The three-dimensional airflow field measurement platform developed by the applicant will be used to carry out the measurement research towards the fan jet characteristics, including the jet trajectory, the diffusion angle and the affected area of different fan types. The mathematical model and CFD modeling method of are obtained through data analyze. Based on this, the adjustable vector air supply terminal design method is studied and its effect is tested on the measurement platform. Using this terminal, combined with the personnel positioning system the study is going to build a non-uniform environment creation system for personnel needs, and evaluate the effect and optimize the operation strategy in the actual typical scenes. Finally, the design method of an indoor demand oriented system and its operation strategy based on the adjustable vector air supply terminal are formed.

传统室内环境营造方法主要基于均匀混合的理念，保障能耗高，个性化调节能力差，难以适应室内热源与污染源的变化。虽然个性化营造和多模通风的节能效果显著但作用范围和适用场景还很有限。现有技术无法实现面向需求的环境营造的关键原因在于缺乏有效进行非均匀环境营造的末端。根据申请人前期针对风扇射流的测试，发现其扩散角度小，射流刚性好，风量、风向易调节的特点，具备构建可调矢量送风末端的潜力。本项目以此为题开展研究，将利用申请者研发的三维流场测量实验台，针对风扇射流特性开展实测研究，获得不同风扇类型的射流轨迹、扩散角和影响区域的数学模型和CFD建模方法；以此为基础研究可调矢量送风末端设计方法，并基于实验平台进行效果测试；利用该末端，结合人员定位系统搭建面向人员需求的非均匀环境营造系统，并在实际典型环境中进行效果评价与运行策略优化；最终形成基于可调矢量送风末端的室内面向需求环境营造系统设计方法与系统运行策略。

传统室内环境营造方法主要基于均匀混合的理念，保障能耗高，个性化调节能力差，作用范围有限，并难以适应场景的变化，缺乏有效进行非均匀环境营造的末端。.本研究首先针对风扇射流轨迹和扩散特性进行实测研究：通过实验研究测量了不同工况下的风扇射流轨迹射流扩散特性，分析得到风扇送风射流的特点和边界影响方式；建立射流轨迹、扩散角和影响区域的数学模型和CFD模拟方法，为后续研究提供基础数据和工具。.本研究进一步开展了室内可调矢量送风末端设计方法研究与运行效果测试：通过CFD验证了风扇网络的设计方法以及可以实现的节能量；设计和实际制作了矢量送风末端模块，并在典型多功能空间内进行实际部署；在实际建筑中对多个矢量送风末端模块所组成的风扇网络的运行效果进行了实测，证实其在实际环境的场景应用中可以实现定向送风、全向散流和接力送风的功能。在电子洁净厂房内利用风机过滤单元构建了面向主要污染源的非均匀环境营造系统，并进行了示范工程中实际部署，实现了60%以上的节能效果。.最后，完成了基于矢量送风末端的室内非均匀环境营造方法与系统运行策略研究。提出并研发和实测了基于普通摄像头、深度摄像头和双目摄像头的三套室内人员定位系统，实现了不需要人员配合的开放空间内人员实时定位和记录；在86m2多功能开放空间内，以30W的低功耗获取了多功能空间8个月实际使用中的人员位置信息数据集；针对该数据集开发了针对长时间、大数据量的室内场景描述方法和典型场景聚类分析方法，分析得到该多功能开放空间的典型场景与所占时间比例；并据此提出了基于矢量送风末端的室内非均匀环境系统运行策略和节能效果评估；针对室内大范围温度场测量的难题，提出了激光雷达与红外热成像传感器、图像传感器信息融合的温度场信息获取方法。.本研究充分利用交叉学科的前沿技术，解决了面向需求的非均匀环境营造末端系统设计和调控、基于图像的室内空间典型场景获取等关键问题，对其他学科的发展也具有广泛的指导意义。