近期，课题组博士研究生曾映祺（导师：周翔教授）提出了基于多节段人体数值模型的局部和整体角系数计算方法，通过模拟仿真及拟合得到一套角系数计算的通用公式，并对该方法进行了准确性验证、场景适用性探讨和可视化工具开发，研究成果发表在Energy and Buildings（Q1，IF：6.6）。

论文信息

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2024.114967

研究背景

在不均匀环境中，例如有辐射天花板或地板的空间，或有热窗冷窗的空间，需要人体对这些表面的角系数（VFs）来计算人与周围环境之间的热交换。多节段人体模型可以模拟人体各个部位与环境的热交换。模拟人体局部部位的热传递对于评估非均匀环境下的舒适性非常重要。这些模型输入需要每个身体部位的VFs。准确地确定这些VFs是耗时的，通常需要光线追踪等方法。一个快速准确的局部角系数计算方法尚未研究。因此本研究采用16节段人体模型对不同的建筑辐射场景进行模拟。利用CFD中的S2S模型，模拟了16个节段相对于不同辐射面的VFs。通过一系列模拟，拟合得到了不同空间位置人体的VFs通用公式。此外，本研究还开发了一个可视化工具，用于计算不同房间空间尺寸和辐射表面下的VF和平均辐射温度。该工具为预测非对称辐射环境的热舒适和促进对建筑环境的控制提供了有价值的见解。

研究结论

本研究通过S2S模型模拟16个人体局部部位和建筑壁面之间的角系数关系，并开发了一种快速计算人体局部和整体VF的方法和工具。得出以下结论：

(1) 使用Fluent中的S2S模型对人体各部位与辐射表面之间的局部VF进行数值模拟。通过多节段人体模型获得了人体与天花板、地板和侧墙等建筑表面之间的局部VF。基于模拟结果，拟合得到由16个节段和24个（6*4）平面组成的通用局部VF计算公式。

(2) 将本研究拟合计算得到的VF结果与Fanger、Kubaha等研究者的结果进行比较，发现本研究的结果可以很好地满足不同建筑场景下的计算精度要求，相对误差保持在10%以下。

(3) 开发了一个在线VF计算工具（https://kevinzeng77.github.io/VF-calculation-tool/dist/）。该工具可以有效地简化当前的计算过程，快速计算人体角系数和平均辐射温度。

每个区域的VF和平均辐射温度都会影响不同场景下的整体和局部热感觉。未来，VF计算工具将进一步优化以适应建筑围护结构的不同设计参数。

以下为论文中部分图示：

图1  建筑与多节段人体模型

图2 局部角系数计算结果对比

图3  角系数快速计算平台展示