強(qiáng)制通風(fēng)下服裝熱濕傳遞模型研究進(jìn)展

錢 靜，趙蒙蒙，黨天華

(上海工程技術(shù)大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，上海 201620)

服裝作為最便攜、最貼近人體的物品，近年來其改善人體舒適性的功能為很多學(xué)者所關(guān)注和研究。服裝微環(huán)境中的溫度、濕度和空氣流動(dòng)對于服裝舒適性有重要影響。通過在服裝的外部或者內(nèi)部施加強(qiáng)制通風(fēng)來加快服裝表面與內(nèi)部的空氣流動(dòng)是一種改善服裝熱濕舒適性的重要方式。

服裝微環(huán)境即服裝與人體之間的空氣層。對于服裝微環(huán)境熱濕舒適性的研究，建立一個(gè)準(zhǔn)確的模型來對服裝微環(huán)境進(jìn)行模擬是成本較低、較為有效的方法。上個(gè)世紀(jì)40年代以來，研究者們開發(fā)了大量用于評估人類接觸熱量的工具、模型和指數(shù)。從設(shè)計(jì)簡單的用來模擬人類與環(huán)境的熱交換的物理儀器，到復(fù)雜的可以模擬身體外部和內(nèi)部的熱濕傳遞的人體熱調(diào)節(jié)模型，這些模型能夠詳細(xì)地模擬不同的工作負(fù)荷、服裝和氣候下人體的熱響應(yīng)[1]。

對于強(qiáng)制通風(fēng)情況下服裝微環(huán)境內(nèi)熱濕舒適性模型的研究，在改善人體在高溫環(huán)境甚至是極端環(huán)境中的熱舒適性都有重要意義。本文討論了人體—服裝—環(huán)境之間的熱濕傳遞機(jī)制，回顧了國內(nèi)外相關(guān)研究成果。介紹了人體熱調(diào)節(jié)模型的特點(diǎn)及應(yīng)用場景。綜述了織物和服裝在強(qiáng)制通風(fēng)條件下的熱濕傳遞模型及模型的求解方法。結(jié)合人體熱調(diào)節(jié)模型的研究現(xiàn)狀，展望了服裝的熱濕傳遞模型的研究方向。

1 服裝微環(huán)境內(nèi)熱濕傳遞機(jī)制分析

人體、服裝與外部環(huán)境之間，只要存在溫度和濕度差，就會發(fā)生熱和濕的傳遞。服裝與人體之間的空間雖然對比外部環(huán)境來說很狹小，由于該微環(huán)境是直接與人體接觸的，因此其溫度、濕度的變化以及空氣的流動(dòng)對于人體的熱舒適會產(chǎn)生較大影響。微環(huán)境中氣隙的分布很復(fù)雜并且受到服裝面料、尺寸以及人體姿勢和動(dòng)作等諸多因素的影響。人體—服裝—環(huán)境系統(tǒng)熱濕傳遞示意圖見圖1。

圖1 人體—服裝—環(huán)境系統(tǒng)熱濕傳遞示意圖

如圖1所示，服裝微環(huán)境中的熱傳遞包括當(dāng)服裝與人體直接接觸時(shí)，如肩部，服裝面料與人體皮膚之間發(fā)生熱傳導(dǎo)，還會發(fā)生橫向的毛細(xì)現(xiàn)象以及水分在服裝表面的吸附和冷凝。織物與皮膚之間存在一些非均勻的氣隙分布，通常是指服裝產(chǎn)生褶皺的地方或者人體曲線變化較明顯的部位，此時(shí)在服裝微環(huán)境中會發(fā)生的傳熱現(xiàn)象包括傳導(dǎo)、輻射、蒸發(fā)和對流。其中，對流是由于空氣在物體上流動(dòng)而產(chǎn)生的。當(dāng)比身體溫度低的空氣吹過身體表面時(shí)，熱量就可以從皮膚表面散失。對流的熱量散失率取決于諸如空氣溫度、風(fēng)速和衣服類型等因素[2]。對于垂直方向的空氣層氣隙，如果空氣層的厚度大于8 mm，通過空氣層的熱傳遞開始由導(dǎo)熱變?yōu)樽匀粚α鱾鳠醄3]；在對水平方向空氣層[4]的研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)空氣層厚度超過16 mm時(shí)，會出現(xiàn)自然對流。

人體分泌的汗液是先從皮膚蒸發(fā)到服裝微環(huán)境中，然后通過服裝散發(fā)外界環(huán)境中去。服裝作為皮膚與外界環(huán)境之間的媒介物，對汗液的蒸發(fā)具有一定的阻礙作用。皮膚表面溫度一般要高于外界環(huán)境溫度，這就使得從皮膚蒸發(fā)出的汗水在服裝表面凝結(jié)，并在整個(gè)服裝面料中重新分配，然后再重新散發(fā)到外界環(huán)境中去[5-6]。

2 人體熱調(diào)節(jié)模型

人體熱調(diào)節(jié)模型是由描述體內(nèi)熱傳遞和調(diào)節(jié)反應(yīng)的方程組成。其發(fā)展已經(jīng)有60多年，期間研究者們開發(fā)了大量的數(shù)值模型。各個(gè)模型對于身體節(jié)點(diǎn)的劃分不同，不同的身體節(jié)點(diǎn)劃分方法所對應(yīng)的描述人體調(diào)節(jié)反應(yīng)的方程的形式也有所不同[7]。本文根據(jù)Li[8]提出的對人體熱調(diào)節(jié)模型的分類方法，將模型分為兩節(jié)點(diǎn)模型、多節(jié)點(diǎn)模型和多元模型。

2.1 兩節(jié)點(diǎn)模型

兩節(jié)點(diǎn)模型采用集總參數(shù)的方法來模擬人體。其中，兩節(jié)點(diǎn)模型是應(yīng)用較為廣泛的評價(jià)人體熱響應(yīng)和預(yù)測瞬態(tài)條件下個(gè)人和環(huán)境的傳熱模型。在這個(gè)模型中，身體由2個(gè)同心圓柱體表示。外部的圓柱代表身體的外層(皮膚及其相關(guān)組織)，內(nèi)部的圓柱代表身體的內(nèi)部，由骨骼、肌肉和內(nèi)臟組成。這些內(nèi)部和外部的圓柱體分別被稱為身體的核心和皮膚[9]。

然而，如果將個(gè)人降溫系統(tǒng)應(yīng)用于人體，由于溫度梯度較大，Gagge的模型就不能很好地預(yù)測。并且，Gagge的模型中將服裝作為一個(gè)整體的絕緣體考慮，忽視了服裝覆蓋部分和裸露部分的傳熱差異，沒有體現(xiàn)服裝在熱濕傳遞過程中的重要作用。針對這兩點(diǎn)，相關(guān)學(xué)者給出了相應(yīng)的改進(jìn)方案[10-12]。

2.2 多節(jié)點(diǎn)模型

多節(jié)點(diǎn)模型采用偏微分方程來描述人體的傳熱問題。通常采用有限差分法、有限體積法或者有限元法對微分方程進(jìn)行離散，得到各節(jié)點(diǎn)處的線性代數(shù)方程。

Stolwijk等[13]基于偏差函數(shù)建立了人體熱調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，共將25個(gè)節(jié)點(diǎn)用于表示身體的熱特性，用5個(gè)圓柱體和1個(gè)球體分別代表軀干、手臂、手、腿、腳和頭部，每個(gè)部位被劃分成4層，包括核心層、肌肉組織層、脂肪層以及皮膚層，共24個(gè)節(jié)點(diǎn)。皮膚層是外部節(jié)點(diǎn)，通過輻射，對流和蒸發(fā)與環(huán)境進(jìn)行熱交換。此外，還包含1個(gè)代表中央血室的節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一定的代謝熱產(chǎn)生，與中央血室進(jìn)行對流熱交換并與相鄰節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生對流熱交換。后續(xù)也有學(xué)者對該人體熱調(diào)節(jié)模型進(jìn)行改進(jìn)，使其適合應(yīng)用于更加廣泛的場景，如冷環(huán)境[14]、太空環(huán)境[15-16]等。

Fiala[17]將人體的被動(dòng)系統(tǒng)和主動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合起來，形成了一個(gè)相對復(fù)雜的人體熱調(diào)節(jié)模型。人體的幾何形狀被簡化為15個(gè)球形和圓柱形的節(jié)段，可以根據(jù)研究需要將身體節(jié)段再劃分為不同的組織層，并賦予每個(gè)組織層相應(yīng)的熱物理和熱生物特性，總體的人體數(shù)據(jù)可以代表一個(gè)體重為73.5 kg、體脂率占體重的14%且體表面積為1.86 m2的平均人體。人體熱調(diào)節(jié)模型在涼、冷、中性、暖和熱環(huán)境條件下進(jìn)行開發(fā)和測試，并且對個(gè)體在不同外界環(huán)境中的熱調(diào)節(jié)反應(yīng)(包括寒顫、出汗和血管舒縮)的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，因此具有廣泛的適用性[18]，該多節(jié)點(diǎn)熱調(diào)節(jié)模型也在后續(xù)的研究中得到驗(yàn)證與應(yīng)用[19-21]。

多節(jié)點(diǎn)模型的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)需要?jiǎng)澐止?jié)段和節(jié)點(diǎn)，具有較好的靈活性和精確度，可以應(yīng)用于動(dòng)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)環(huán)境。其不足之處在于在溫度梯度變化大的環(huán)境下精度不如多元模型。

2.3 多元模型

多元模型比起兩節(jié)點(diǎn)模型和多節(jié)點(diǎn)模型來說更為復(fù)雜。在多元模型中，人體被劃分為若干段或若干單元，但單元中沒有進(jìn)一步劃分節(jié)點(diǎn)或?qū)訑?shù)。在每個(gè)單元中，溫度梯度可以通過形狀函數(shù)梯度和節(jié)點(diǎn)溫度的結(jié)合來考慮。因此，相比集總參數(shù)模型和多節(jié)點(diǎn)模型，多元模型通常能得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，特別是當(dāng)人體處于瞬態(tài)且溫度梯度較大的情況下[8]。

Smith[22]建立了一個(gè)較為詳細(xì)的多元人體熱調(diào)節(jié)模型，該模型應(yīng)用范圍較廣，可以在非對稱和非均勻條件下，計(jì)算人體局部的溫度，然而Smith的模型忽略了大動(dòng)脈中血液流動(dòng)對于人體傳熱的影響。Fu[23]根據(jù)該多元人體熱調(diào)節(jié)模型進(jìn)行了進(jìn)一步的修改，加入了服裝層。

3 強(qiáng)制對流下服裝熱濕傳遞模型

在強(qiáng)制對流存在的情況下，人體、服裝與環(huán)境之間的換熱以及服裝微環(huán)境內(nèi)的溫度分布是一個(gè)較為復(fù)雜的問題，難以用實(shí)驗(yàn)來量化。紡織品的微觀結(jié)構(gòu)和紋理對人體的熱濕舒適性起著非常重要的作用。一些學(xué)者對織物和服裝熱濕傳遞的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行了討論，并對多孔介質(zhì)中的熱、濕和空氣流動(dòng)進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬。

3.1 織物的熱濕傳遞模型

強(qiáng)制對流會對面料內(nèi)部以及邊界空氣層的厚度造成影響。丁殷佳等[24]研究了風(fēng)速對單、雙層織物的影響。建立了雙層織物總熱阻關(guān)于風(fēng)速的模型。并將不同面料、在不同風(fēng)速下熱阻的預(yù)測值和測試值進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)誤差小于3%，模型的準(zhǔn)確性得以驗(yàn)證。Rimantas等[25]提出了用于研究多層紡織面料與人體之間的熱量和空氣水汽質(zhì)量交換的計(jì)算模型。創(chuàng)建了三維紡織材料構(gòu)成的強(qiáng)制通風(fēng)層的有限元，并可作為紡織面料整體結(jié)構(gòu)模型中的結(jié)構(gòu)元素。在理想氣體狀態(tài)方程的基礎(chǔ)上，導(dǎo)出了單元方程，并給出了織物層特性的測量結(jié)果和數(shù)值數(shù)據(jù)。

一些研究選擇使用圓筒來對織物的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行模擬并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。Ghaddar等[26]，提出了一個(gè)耦合混合對流以及通風(fēng)的模型。并使用由織物覆蓋的可加熱加濕豎直圓筒模擬人體穿著服裝的狀態(tài)，研究圓筒在均勻的垂直風(fēng)的作用下，圓筒表面的溫度分布以及其內(nèi)表面的水分蒸發(fā)率。通過比較模型與實(shí)驗(yàn)測量之間的顯熱和潛熱損失以及圓筒與織物之間的空氣溫度曲線發(fā)現(xiàn)了很好的一致性。Gibson[27]使用織物覆蓋的圓柱體為幾何圖形建立了二維模型，計(jì)算了在特定環(huán)境風(fēng)速、溫度和相對濕度條件下織物內(nèi)部的熱濕傳遞特性。

3.2 服裝的熱濕傳遞模型

為了較為詳細(xì)地描述強(qiáng)制通風(fēng)下服裝內(nèi)部熱量分布和流體的流動(dòng)情況這一過程，需要建立完善的模型，國內(nèi)外的許多學(xué)者做了相關(guān)研究。

數(shù)值模擬是一種節(jié)省成本且時(shí)間效率較高的方法，可以用來了解物理機(jī)制和人體實(shí)時(shí)的生理反應(yīng)。過去，針對不同環(huán)境下不同類型的服裝，創(chuàng)建了不同的數(shù)值模型來研究服裝的熱濕傳遞過程[28-29]。針對強(qiáng)制通風(fēng)下，服裝內(nèi)部和外部的溫度、濕度和換熱系數(shù)等，研究者建立了相關(guān)的數(shù)值模型。Pu[2]建立了能模擬人體與液體、空氣和相變冷卻服裝及其周圍環(huán)境的熱相互作用的數(shù)值模型，為穿著者的生理反應(yīng)、所需的冷卻能力以及允許的工作時(shí)間提供合理的預(yù)測。該研究并未考慮服裝內(nèi)部的流體流動(dòng)情況以及溫度分布情況。Wan等[30]開發(fā)了一個(gè)數(shù)值模型來分析混合型個(gè)人降溫服中熱量和水分的傳遞。對Tanabe的多節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行了改進(jìn)，將服裝熱濕傳遞模型與多節(jié)點(diǎn)人體熱調(diào)節(jié)模型相結(jié)合，確定了動(dòng)態(tài)環(huán)境條件下人體的熱生理反應(yīng)。

隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展，計(jì)算能力得到了提升，但此時(shí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力有限，研究者大都選擇使用簡化的人體形狀進(jìn)行模擬。Ismail等[31]將人體簡化為一個(gè)帶有均勻的環(huán)形空氣層的垂直圓柱體，研究了均勻橫風(fēng)對穿著衣服的人體的通風(fēng)、熱量和濕氣的傳遞的影響。陳盛祥等[32]針對3種不同進(jìn)氣口類型的氣體冷卻服，建立了CFD模型，分析了幾種冷卻服空氣層中的空氣流動(dòng)和換熱情況。研究結(jié)果表明不同進(jìn)風(fēng)口類型對于冷卻服空氣層的對流散熱量、平均溫度、溫度分布狀況和平均氣流流速的影響較大。該研究忽略了蒸發(fā)散熱以及輻射傳熱對空氣層傳熱的影響。Sun等[33]研究了幾個(gè)小風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流以及氣流之間相互影響的效果，并采用流體力學(xué)模擬計(jì)算了氣流速度、氣隙厚度和風(fēng)扇配置對可穿戴式對流冷卻系統(tǒng)換熱的影響[34]。模擬結(jié)果表明，增加進(jìn)口空氣速度，對流和蒸發(fā)換熱系數(shù)隨之增加；入口空氣速度與對流或蒸發(fā)傳熱系數(shù)之間與已知的冪函數(shù)有較好的相關(guān)性。Sun等[33]所建立的模型是二維的，只考慮了風(fēng)扇直吹部分的空氣層中氣流流動(dòng)情況，該方法可以減少計(jì)算量，但是如果要獲得更加準(zhǔn)確的模擬效果，則需要建立三維模型對該系統(tǒng)進(jìn)行模擬。

近些年，由于計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展和商業(yè)軟件的成熟，使得模擬更加真實(shí)的人體—服裝—環(huán)境系統(tǒng)成為可能。一些結(jié)合人體熱調(diào)節(jié)模型并考慮人體和服裝真實(shí)形態(tài)的三維模型被開發(fā)出來。在任萍[35]的研究中，針對高溫天氣中穿著的帶有微風(fēng)扇陣列的服裝和單兵數(shù)字頭盔建立了三維模型，對于穿戴時(shí)的傳熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，計(jì)算了不同的環(huán)境溫度、不同風(fēng)扇風(fēng)速和風(fēng)流量情況下的頭部和背部傳熱過程，得到接近真實(shí)的三維模擬結(jié)果。吳釗[36]基于多節(jié)點(diǎn)人體熱調(diào)節(jié)模型，對穿著氣冷服的空氣層內(nèi)發(fā)生的傳熱進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。將計(jì)算結(jié)果與其他文獻(xiàn)報(bào)道的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。以傳熱計(jì)算的結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合Zhang[18]的熱舒適度模型，計(jì)算了特定環(huán)境條件下使人體軀干局部保持熱舒適狀態(tài)時(shí)的風(fēng)扇風(fēng)速。對于氣冷服的設(shè)計(jì)優(yōu)化具有一定的參考意義。許鵬飛[37]為了研究基于熱電制冷的管道式氣冷服中氣體的換熱與流動(dòng)情況，建立了人體—服裝—環(huán)境的傳熱模型，根據(jù)不同的管路設(shè)計(jì)方案的數(shù)值分析結(jié)果，來改善氣冷服制冷的平衡性。且研究所采用的人體模型并不涉及人體內(nèi)部體溫調(diào)節(jié)，只考慮了體表的溫度，并且將人體與服裝間的空氣層理想化為均勻分布,這些都與現(xiàn)實(shí)情況有一定的差異，因此模型的適用性有待考證。Choudhary等[38]以一個(gè)穿著后背部帶有2個(gè)風(fēng)扇的通風(fēng)服的虛擬人體模型為研究對象，建立了人體—服裝—環(huán)境間的三維數(shù)值模型。計(jì)算服裝內(nèi)部強(qiáng)制通風(fēng)情況下,人體、服裝與環(huán)境之間的傳熱。該研究假設(shè)服裝的開口部位僅為袖口，沒有將領(lǐng)口、服裝下擺以及織物紗線間存在的氣隙考慮在內(nèi)，可能會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在一定的誤差，并且所模擬的情況只包含對流傳熱，而忽略了蒸發(fā)傳熱所帶來的熱損失。

4 模型求解

對于熱濕傳遞模型，求解方法主要有有限差分法、有限體積法和有限元法這3種。

4.1 有限差分法

在流體力學(xué)數(shù)值解法中，應(yīng)用比較廣泛的是有限差分法，即在離散的網(wǎng)格點(diǎn)上把各偏導(dǎo)數(shù)項(xiàng)化為差商來求效值解：選擇合適的基本方程，確定相應(yīng)的定解條件，然后將微分方程離散到差分網(wǎng)格上求解[39]。

Nordon等[40]基于雙掃描法，建立了描述吸濕性紡織材料中熱濕耦合擴(kuò)散模型，并得出非線性微分方程的有限差分解。Smith等[41]描述了一個(gè)穿著衣服的人體體溫調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型。服裝內(nèi)部和外部的熱流被表示為1個(gè)偏微分方程系統(tǒng)。利用有限差分技術(shù)來逼近空間偏導(dǎo)數(shù)，從而將問題簡化為求解非線性常微分方程組。在時(shí)間維度上采用一種高精度的近似方法來生成問題的解。

4.2 有限體積法

有限體積法又稱為控制體積法，是對積分型的守恒方程進(jìn)行離散，從而把積分型方程近似為代數(shù)方程進(jìn)行求解的方法[42]。

Mao等[43]提出了一種模擬熱智能服裝系統(tǒng)中多尺度熱濕傳遞的非線性模型，用于研究在人體、織物、纖維材料和相變材料的混合型耦合熱濕傳遞過程。采用有限體積法對模型的耦合偏微分方程進(jìn)行離散，并結(jié)合具體的穿著場景，給出了熱智能服裝模擬的數(shù)值方案。Lin等[44]為了建立分析體表熱濕傳遞的人體模型，建立了服裝熱濕傳遞平衡方程。同時(shí)，基于質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律和毛細(xì)作用，得到了熱濕傳遞平衡方程，并采用有限體積法求解該平衡方程。Jia等[45]對熱輻射現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，并將其與其他熱濕傳遞機(jī)制相結(jié)合，建立了三維服裝熱濕傳遞模型。基于有限體積法進(jìn)行了數(shù)學(xué)計(jì)算，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。

4.3 有限元法

有限元法的基礎(chǔ)是變分原理和加權(quán)余量法，其基本求解思路是把計(jì)算域劃分為有限的互不重疊的單元，在每個(gè)單元內(nèi)，選擇一些合適的節(jié)點(diǎn)作為求解函數(shù)的插值點(diǎn)，將微分方程中的變量改寫成由各變量或其導(dǎo)數(shù)的節(jié)點(diǎn)值與所選用的插值函數(shù)組成的線性表達(dá)式,借助于變分原理或加權(quán)余量法，將微分方程離散求解。

唐元梁[46]采用加權(quán)余量法來構(gòu)造皮膚、肌肉的有限元離散傳熱方程。Tian等[47]建立了1個(gè)由熱防護(hù)服、氣隙和人體皮膚組成的微系統(tǒng)，并用有限元方法對該系統(tǒng)的溫度分布和熱流進(jìn)行了數(shù)值模擬。Li等[48]采用有限元法建立了1個(gè)求解控制方程的求解程序。為了更容易地表示復(fù)雜的幾何，研究采用笛卡爾坐標(biāo)系和等參元。

在人體—服裝—環(huán)境熱濕傳遞模型的求解過程中，使用有限元法有2個(gè)優(yōu)點(diǎn):首先，為這類問題開發(fā)通用解決的方法過程更容易。其次，等參有限元技術(shù)非常適合于如人體等不規(guī)則形狀的物體。上述多元人體熱調(diào)節(jié)模型就是基于有限元方法建立的。

5 結(jié)束語

服裝對人體的熱舒適起著至關(guān)重要的作用，在服裝微環(huán)境內(nèi)施加強(qiáng)制通風(fēng)的技術(shù)能改善人體熱舒適。建立一個(gè)合理的熱濕傳遞模型，需要充分了解人體與服裝系統(tǒng)以及人體所處的各種環(huán)境條件之間的熱濕傳遞機(jī)制。由于人體的熱調(diào)節(jié)反應(yīng)對于人體—服裝—環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)的熱量傳遞有較大的影響，因此需要建立真實(shí)地能夠模擬的人體熱響應(yīng)的人體熱調(diào)節(jié)模型，加入服裝層，并采用相應(yīng)的方法對模型進(jìn)行求解。針對現(xiàn)有模型存在的問題，強(qiáng)制通風(fēng)情況下服裝的熱濕傳遞模型的研究主要分為以下幾點(diǎn)：

①對于服裝的材料進(jìn)行更加真實(shí)的模擬。許多現(xiàn)有模型將服裝模擬為只在袖口、領(lǐng)口等部位存在開口，而對服裝材料內(nèi)部孔隙考慮不足，這些孔隙對于服裝的透氣性、熱阻值等有較大影響，因此所建立的模型需包含服裝材料的物理屬性。

②建立多層通風(fēng)服裝的三維熱濕傳遞模型。目前，建立的預(yù)測三維模型多為對單層服裝空氣層的研究。多層服裝的熱濕傳遞模型，不只是服裝面料熱阻值的增加，還涉及到服裝內(nèi)空氣層形狀和尺寸的改變，以及在施加強(qiáng)制對流時(shí)，對于內(nèi)層服裝以及內(nèi)部空氣層傳熱性能的影響。需要建立合理的多層服裝的通風(fēng)模型對其內(nèi)部熱濕傳遞機(jī)制進(jìn)行研究，并為通風(fēng)服的研究提供參考。

③拓展模型的使用范圍，將其應(yīng)用于實(shí)際的功能服裝的開發(fā)中。現(xiàn)有模型的應(yīng)用范圍有限、可靠性也有待驗(yàn)證；對于功能服裝的設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)化的方法。利用合理的模型可以對服裝的設(shè)計(jì)變化的影響進(jìn)行詳細(xì)的參數(shù)化研究。采用系統(tǒng)的方法，在節(jié)省大量時(shí)間、資源、人力和成本的同時(shí)，有利于獲得服裝的優(yōu)化設(shè)計(jì)。