随着能源紧张问题日益突出,如何降低占有社会商品能源三分一的建筑能耗成为目前暖通空调领域亟待解决的主要问题之一。因此如何在保证热舒适的同时实现建筑节能成为一个热点研究方向。数值人体热调节模型在暖通空调领域的使用能够很大地促进室内人工环境的营造理论和热舒适理论的研究,并且为工程实际提供预测工具,是目前国际前沿的研究领域。本文研究旨在以建立适合暖通空调领域研究使用数值人体模型为目标,综合当前所有模型的优秀思想和方法,建立合理的生理模型和数学模型,并且开发了一套高效的求解程序。数值热调节模型的建立主要包括三个部分:生理模型、数学模型和程序开发。前两者由两个子系统组成,即受控系统和控制系统,包括物理人体本身和出汗、寒战、新陈代谢、血管舒缩等子调节模型。本文分析研究人体各种生理现象,在Smith模型的基础上建立了16节段、66层和一个中心血液节点的多元模型,有如下结论:首先,本文分析了Smith血液模型对四肢皮肤温度预测不准确的原因,改进了Smith模型的皮肤层血液灌注率控制模型,借鉴Fiala血液模型建立了内部各层的血液灌注率模型,实验证明对四肢尤其是手和脚部位的皮肤温度的预测精度有明显的提高。其次,针对目前热调节模型的复杂性带来的改变服装形式和改进服装模型的困难较大的问题,本课题提出将环境对人体的所有热湿影响抽象为皮肤表面的第二类换热现象的新方法,提高了模型的灵活性并且扩展了其使用范围。第三,本文定量分析了各种出汗因素对平均皮肤温度的影响,引入Shitzer的出汗阀值模型,并对Smith出汗模型的参数进行了修正。本文指出了Smith模型中假设新陈代谢率为定值的不足之处,引入了Fiala的动态新陈代谢模型和寒战模型。第四,本文对比分析了当前模型采用的人体参数,发现不同模型采用的人体参数的差别一般在30%左右。由参数敏感性分析可知,皮肤血液灌注率的变化对人体热调节功能影响特别大,几何尺寸对皮肤温度的影响较大,整体血液灌注率和辐射系数在10%左右变化量对皮肤温度的影响有限。最后,本课题使用有限元方法开发了全套数值人体热调节模型代码。本文采用了Abdul Munir系列动态实验、Shengwei Zhu的实验以及大连理工大学热舒适小组的实验结果进行对比分析。实验证明本模型有效解决Smith模型对手和足模拟不准确的问题,对均匀稳态和非均匀非稳态工况下人体皮肤温度的动态变化的预测精度都有明显的提高,能够满足暖通空调领域的应用。