火炕在我国北方农村地区被广泛使用,是人们度过严冬不可缺少的重要采暖设施,是目前解决我国北方农村建筑采暖问题、改善室内热环境极为有效的分散采暖方式。但迄今为止,火炕主要依照民间的经验进行设计和搭建,形式多样且热工性能优劣不一。现有火炕存在的采暖效果差、炕面温度不均匀和燃料利用率低等问题,导致火炕有逐渐被消耗商品能源的采暖设施(如土暖气、家用锅炉、火箱等)替代的趋势,使得农村能源结构中商品能源比例增大,长期下去将加重国家能源供应负担。因此,如何评价和提高火炕的热工性能,对其进行改进和创新是解决我国北方农村采暖问题的关键。本文从流体力学和传热学分析了火炕的热工性能,提出了一些新的评价指标,如炕面温度标准差、火炕蓄热性及火炕系统综合阻力系数等,形成比较全面、系统的评价火炕热工性能指标,同时提出了火炕的测试方法。通过现场实验,验证了火炕热工性能评价指标和测试方法的可行性和有效性。选择火墙式火炕为主要研究对象,通过实验科学地分析和认识了其热工性能,系统地分析了火墙式火炕炕体传热和烟气流速特性,为火炕结构的改进和设计提供了详实的数据。研究表明:①主要热工性能:火炕结构的改变,改善了炕面的炕面均匀性,大大提高了火炕的即热性,使得火炕的供热能力增强,由原来的17.0kWh达到33.3kWh。火炕的散热方式主要以辐射为主,占总散热量的65%左右;火墙式火炕能使室内温度维持在15℃基准线以上,比没有采暖的室内温度高13℃,比室外温度高20℃左右,改善了农村建筑室内的热环境,实现了没有消耗商品能源的辅助设备情况下,满足室内采暖的需求。②炕体传热特性和烟气流动特性:使用玉米芯做为燃料时,火炕进口烟气温度在250～400℃之间波动,火炕内部的烟气温度主要分为上、下两层:烧炕火墙时烟气质量流速比只烧灶时的大:土灰层能够阻止热量向室外的传播,起一定的保温作用。针对原始火墙式火炕排烟温度较高的问题,采取了拆除炕火墙烟道内的挡灰跺、在炕烟道内部加设后置挡板等措施。结果表明,结构的改进使得烟气排烟温度降低近30℃,炕墙表面平均温度提高10～15℃,实现了降低排烟热损失,提高能源利用效率和火炕供热能力的目的。本研究提出了火炕热工性能的评价指标和测试方法,较系统地测试和分析了火墙式火炕的热工性能、炕体传热特性及烟气流动特性,根据其存在不足提出了相应结构改进措施,降低了排烟损失,解决了墙前后端供热能力相差较大等问题,对今后火炕结构设计和优化具有重要的指导意义。