分层空气分布（STRAD）系统在建筑环境工程中受到越来越多的关注，因为它们能够同时提高室内环境质量和降低能耗[1,2]。在STRAD策略中，冲击射流通风（IJV）以其结合动量和浮力驱动的气流特性而著称，这些特性促进了占用区域内的明显垂直分层。通过在靠近地面的位置排放高动量射流，IJV诱导了径向扩散和垂直混合。因此，较低层保持相对凉爽和清洁，而热量和污染物则优先被输送到上层[3]。这一过程有效地将呼吸区与污染空气分隔开来，在冷却和加热条件下都能实现高效的热控制，使IJV非常适合全年高性能通风[[4], [5], [6]]。
传统的IJV系统通常采用低层供应结合天花板排风的方式，导致温度分层，即地面附近空气较冷，天花板附近空气较暖。为了进一步提高能源效率，最近的研究探讨了回风/排风分离，其中回风口位于占用区域内或上方[[7], [8], [9], [10]]。通过抽取较低温度的空气，这种配置减少了空气处理单元（AHU）的冷却负荷并提高了整个系统的能源性能。然而，当回风出口放置得过低时，可能会发生低层短路。在这种情况下，近地面的冷空气在参与垂直对流传输之前就被过早排出，削弱了羽流-射流耦合，加剧了垂直温差[10]。
在其他STRAD系统中也探索了类似的策略。在浮力驱动系统中，如地板下空气分布（UFAD）和置换通风（DV），调整回风口高度已被证明可以有效降低系统能耗而不影响热舒适度。例如，Heidarinejad等人[11]、Fathollahzadeh[12]、Fan等人[13]和Cheng等人[14]报告称，在具有分流回风和排风配置的UFAD系统中，随着回风口高度从0.8米增加到2.3米，能源节省高达5.2%。同样，Ahmed等人[15]观察到在DV系统中，随着回风口高度的变化，能源消耗减少了0.2%到17.3%。在动量驱动的分层系统中，包括层流通风（SV），回风口的垂直位置被发现显著影响气流路径和回风温度[16,17]。虽然提高回风口位置可以抑制冷空气向未占用区域的扩散，但进一步降低回风口位置会降低回风温度，同时增加供应空气的绕流，从而限制了有效的冷却利用[17]。总体而言，这些研究证实，回风/排风分离可以显著提高STRAD系统的能源性能，但其效果很大程度上取决于占用区域内气流路径的重组。尽管取得了这些进展，大多数现有方法仍然依赖于闭环方式，将所有回风通过AHU进行完全处理。这种方法忽略了近地面相对凉爽且污染物含量较低的回风的潜力。根据负荷-熵概念[[18], [19], [20]]，这种空气含有可回收的冷却潜力，可以直接再利用以减少AHU的能耗而无需额外处理。
基于这一原理，Zhang等人[21]最近提出了一种SV系统的分级通风策略，结合了回风/排风分离和低层回风的直接再利用。通过将这种空气重新导向为绕过冷却盘管的二次供应，他们在占用区域内建立了局部循环回路，从而实现了显著的能源节省。然而，尽管在之前的IJV研究中已经考察了回风-排风分离（例如，Ye等人[10]、Qin等人[9]和Haghshenaskashani等人[22,23]），但低层空气的主动再利用在IJV系统中尚未得到系统性的研究。
在冷却运行期间，近地面区域包含“高质量”的空气，这些空气既凉爽又污染物含量低。在传统的具有分流回风-排风的IJV中（图1（a）），这种近地面空气通常直接导向低层回风口。虽然这种方法降低了回风温度和AHU负荷，但也使得高质量空气在支持向上对流传输之前就被排走了。因此，羽流-射流耦合被削弱，热量和呼出污染物的垂直传输受到抑制。
为了克服这一限制，本研究提出了一种分级IJV策略，该策略结合了回风/排风分离和低层空气的直接再利用。如图1（b）所示，冷回风通过二次供应扩散器重新导向到中间高度，形成了具有主近地面射流和次级中间高度射流的双路径配置。这种布置在占用区域内建立了局部循环回路，并在中间高度注入了额外的动量，主动地卷入了由热源（例如，人员、设备）产生的上升热羽流。结果，增强了向上对流传输，减轻了低层的短路现象，并调节了占用区域内的热分层和污染物分布。
所提出的分级IJV策略的性能通过CFD模拟进行了系统评估。与传统单供应IJV进行了比较，以量化热舒适度、室内空气质量（IAQ）和能源利用方面的改进。进行了参数分析，以研究二次供应高度和主次气流比例的影响，随后使用类似理想解排序技术（TOPSIS）方法进行了多标准优化，以确定整体性能平衡的配置。
总之，本研究表明，整合分级双路径供应、分离的回风-排风和局部循环可以同时减轻低层短路并提高IJV系统的冷却能量利用。所提出的策略为设计节能的分层通风提供了机制基础和实际指导。
应当注意的是，本研究仅关注在代表性办公规模条件下的稳态CFD分析。瞬态控制、系统级实现和详细熵分析等问题超出了本研究的范围，将在未来的工作中进行探讨。
