室内环境对居住者的身心健康、生产力和生活质量有着深远的影响[[1], [2], [3]]。鉴于人们有高达90%的时间是在室内度过的，满足热舒适性和室内空气质量的双重需求已成为基本要求，这主要依赖于暖通空调（HVAC）系统[[4]]。然而，提供优质的室内环境需要付出巨大的能源成本，HVAC系统约占全球总能源消耗的10%[[4], [5], [6], [7]]。在确保室内环境质量与管理能源消耗之间的这种矛盾使得人们达成共识：室内环境的发展未来必须注重高效地提供高质量的环境[[8], [9], [10]]。
通过通风系统实现适当的空气分布是实现这一目标的关键[[11], [12], [13]]。研究人员提出了多种解决方案，这些方案可以根据空气分布原理进行大致分类：提供分层环境、关注居住者需求以及实现可调节的气流模式。一种有效的空气分布方法是创建分层环境。置换通风（Displacement Ventilation, DV）通过在地面层引入新鲜空气，为呼吸区提供新鲜空气和舒适的热环境[[14], [15], [16], [17]]。冲击射流通风（Impinging Jet Ventilation, IJV）通过将射流导向地面来创建分层环境[[18,19]]。将通风目标从房间转移到居住者身上，可以进一步提高环境舒适度和通风系统的能源效率。在个性化通风（Personalized Ventilation, PV）系统中，在工作站安装专用空气供应模块，为每位居住者提供独立且可控的新鲜空气[[20,21]]。分层通风（Stratified Ventilation, SV）系统的供应终端位于呼吸区的高度[[22]]。这种设置减少了调节后的空气到达居住者呼吸区所需的距离[[23]]。此外，通过重新布置风管系统或调整空气供应参数，可以在单一空间内实现多种气流模式。研究表明，具有多种气流模式的通风系统能够保持舒适的热环境，并有效提高污染物去除效果[[24,25]]。这些研究表明，在提供分层环境的基础上，进一步提供“针对居住者的”空气供应和替代气流模式是进一步提升室内环境质量和空气分布系统能源性能的有效方法。
在这些先进的通风方法中，置换通风在现有建筑中得到了实际应用，并且与混合通风相比表现出了优异的性能[[14], [15], [16], [17]]。然而，其他先进通风方法的实验研究主要在实验室中进行，实际应用于现有建筑的情况较少[[18,20,[22], [23], [24], [25]]。在现有建筑中实施新的通风方法需要对风管系统进行改造。更换空气分布系统可能会损坏建筑的结构完整性并干扰居住者的活动。为了避免这些潜在的负面影响，本研究提出了一种创新的功能性补充改造方法，通过添加独立模块来最小程度地修改现有建筑结构，从而提高通风系统的性能。这种方法为那些无法进行大规模施工的场合提供了通风性能升级的新可能性。
因此，本研究旨在提出并验证一种能够在现有建筑中以最小修改实现通风性能提升的改造方法。作为第一步，介绍了用于非侵入性空气分布改造的空气再分配概念。基于这一概念，设计了一种适用于置换通风房间的改造方案，以改善室内环境质量和能源效率。该改造方案通过实验和模拟进行了验证，并将其性能与置换通风（DV）和分层通风（SV）进行了比较，评估了其在热舒适性、空气质量和能源效率方面的表现。分析了改造方案的气流模式，以确定其优化机制和局限性。
