Межгосударственный стандарт ГОСТ 32494-2013 "Здания и сооружения. Метод математического моделирования температурно-влажностного режима ограждающих конструкций" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 декабря 2013 г. N 2393-ст) (документ утратил силу)

Межгосударственный стандарт ГОСТ 32494-2013
"Здания и сооружения. Метод математического моделирования температурно-влажностного режима ограждающих конструкций"
(введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 декабря 2013 г. N 2393-ст)

Buildings and constructions. The method of mathematic simulation for temperature and humidity of protecting constructions

Дата введения - 1 января 2015 г.

Введен впервые

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 Подготовлен федеральным государственным бюджетным учреждением "Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук" (НИИСФ РААСН).

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 Принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 14 ноября 2013 г. N 44-П)

За принятие стандарта проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Азербайджан	AZ	Азстандарт
Армения	AM	Минэкономики Республики Армения
Беларусь	BY	Госстандарт Республики Беларусь
Казахстан	KZ	Госстандарт Республики Казахстан
Киргизия	KG	Кыргызстандарт
Молдова	MD	Молдова-Стандарт
Россия	RU	Росстандарт
Таджикистан	TJ	Таджикстандарт
Узбекистан	UZ	Узстандарт

4 В настоящем стандарте учтены положения европейского регионального стандарта EN 15026:2007 Hygrothermal performance of building components and building elements - Assessment of moisture transfer by numerical simulation (Тепловлажностные характеристики строительных конструкций и их элементов - Оценка влагопереноса методом числового моделирования) в части условий и ограничений для математической модели тепло-влагопереноса, а также некоторых граничных условий для основных уравнений

5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 декабря 2013 г. N 2393-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 32494-2013 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2015 г.

6 Введен впервые

Введение

В настоящем стандарте приведено описание математической модели тепло- и влагопереноса в ограждающих конструкциях зданий в целях прогнозирования нестационарных процессов переноса влаги в многослойных ограждающих конструкциях, подвергаемых климатическим воздействиям.

По сравнению с оценкой влажностного состояния ограждающих конструкций по стационарным условиям эксплуатации моделирование нестационарного влажностного режима обеспечивает более точные сведения о влажности материалов конструкций и о риске, связанном с проблемами конденсации пара на поверхности.

Модели, рассматриваемые в настоящем стандарте, учитывают накопление влаги, эффекты конденсации и перенос жидкости в материалах конструкций, а также конвективно-лучистый перенос теплоты в граничных условиях. В процессе эксплуатации зданий влажностное состояние материалов ограждающих конструкций изменяется в зависимости от конструктивных особенностей, свойств материалов, температурно-влажностных условий в помещениях, климатических условий района строительства. Влажностный режим определяет эксплуатационные свойства ограждающих конструкций здания и непосредственно влияет на теплозащитные свойства, коррозию металлических деталей, прочностные свойства, напряженно-деформированное состояние, долговечность и эстетику конструкций.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на ограждающие конструкции зданий и сооружений и устанавливает метод математического моделирования температурно-влажностного режима ограждающих конструкций при нестационарных условиях эксплуатации.

Математическая модель, приведенная в настоящем стандарте, описывает следующие явления нестационарного одномерного переноса теплоты и влаги в конструкциях:

- удаление строительной влаги;

- накопление влаги за счет конденсации в порах и капиллярах вследствие диффузии в переходный и зимний периоды времени;

- увлажнение косыми дождями;

- увлажнение, обусловленное миграцией влаги из наружной части конструкции во внутреннюю в летний период эксплуатации;

Результаты расчета по предложенной математической модели могут быть использованы в следующих целях:

- для повышения энергоэффективности зданий;

- повышения комфортности зданий для проживания;

- повышения долговечности конструкций и сохранения их эксплуатационных свойств.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте приведены нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия

ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 7076-99 Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме

ГОСТ 23250-78 Материалы строительные. Метод определения удельной теплоемкости

ГОСТ 24104-2001* Весы лабораторные. Общие технические требования

ГОСТ 24816-81 Материалы строительные. Метод определения сорбционной влажности

ГОСТ 25898-2012 Материалы и изделия строительные. Методы определения паропроницаемости и сопротивления паропроницанию

ГОСТ 31166-2003 Конструкции ограждающие зданий и сооружений. Метод калориметрического определения коэффициента теплопередачи

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Обозначения и единицы измерения характеристик тепло- и влагопереноса

В настоящем стандарте применены обозначения и единицы измерения характеристик тепло- и влагопереноса, приведенные в таблице 1.

Таблица 1 - Обозначения и единицы измерения

Характеристика	Обозначение	Единица измерения
Мгновенная скорость капиллярного всасывания	С
Удельная теплоемкость материала	с
Парциальное давление водяного пара	е	Па
Парциальное давление насыщенного водяного пара	Е	Па
Плотность потока влаги	g
Энтальпия	h	Дж
Интенсивность солнечной радиации	I	Вт/
Поток влаги	j	кг/
Поток влаги через наружную поверхность		кг/
Коэффициент капиллярного всасывания	K
Показатель степени в уравнении капиллярного всасывания	n	-
Атмосферное давление		Па
Сопротивление паропроницанию слоя		/мг
Плотность теплового потока	q	Вт/
Температура	t	°С
Эквивалентная температура воздуха окружающей среды		°С
Температура поверхности конструкции		°С
Влажность по массе	w	кг/кг
Пространственная координата	x	м
Время	z	с
Продолжительность выпадения жидких осадков в месяц		ч
Количество осадков, выпадающих на вертикальную поверхность		мм
Коэффициент теплоотдачи
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности
Коэффициент статической влагопроводности
Коэффициент динамической влагопроводности
Потенциал влажности		°В
Коэффициент потенциалопроводности	к
Теплопроводность материала
Коэффициент паропроницаемости материала
Плотность материала
Плотность воды
Коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ограждающей конструкции		-
Относительная влажность воздуха		%

4 Основные уравнения математической модели

4.1 Ограничения

Математическая модель, приведенная в настоящем стандарте, предполагает следующие условия и ограничения:

- рассматривается одномерный перенос теплоты и влаги;

- постоянная геометрия конструкции, отсутствие деформаций материалов;

- отсутствие изменений свойств материалов в результате повреждения или старения;

- отсутствие химических реакций;

- все материалы ограждающей конструкции являются изотропными;

- пренебрегают теплотой, выделяемой при фазовых переходах, в том числе при сорбции-десорбции водяного пара;

- пренебрегают зависимостью влагоемкости от температуры;

- пренебрегают термоградиентными механизмами влагопереноса;

- пренебрегают фильтрационными механизмами влагопереноса.

4.2 Основные уравнения тепло- и влагопереноса в ограждающих конструкциях

В качестве основных уравнений тепло- и влагопереноса в ограждающих конструкциях используют дифференциальные уравнения влагопереноса (1) и теплопереноса (2):

,

(1)

.

(2)

Потоки влаги и теплоты, проходящие через конструкцию, определяют через потенциалы:

,

(3)

.

(4)

С учетом выражений (3) и (4) уравнения (1) и (2) представляют в следующем виде:

,

(5)

.

(6)

Примечание - В качестве градиента потенциала влажности используют сумму градиентов частных потенциалов: парциального давления водяного пара в порах материала, влажности материала по массе, температуры в материале, общего давления в материале и др.

В качестве частных потенциалов математической модели, представленной в настоящем стандарте, используют парциальное давление водяного пара в порах материала и влажность материала по массе :

,

(7)

где - относительная влажность воздуха (функция сорбционного влагосодержания материала).

Примечание - Уравнение (7) является наиболее применяемым в практике расчетов.

Более точный расчет относительной влажности воздуха в порах материала может быть проведен, если при непрерывном изменении влажности в материале при известной изотерме сорбции материала, определяемой функцией , известна изотерма десорбции материала, определяемая функцией .

Относительную влажность воздуха в порах материала рассчитывают по формуле

,

(8)

где

.

Примечание - Приведенная формула означает, что относительная влажность воздуха в порах материала определяется по изотерме сорбции, когда влажность материала возрастает, и по изотерме десорбции, когда влажность убывает.

4.3 Граничные условия теплообмена

4.3.1 Граничные условия теплообмена на поверхностях конструкции

Граничные условия теплообмена на поверхностях конструкции задаются зависимостью между тепловым потоком за счет теплопроводности твердой стенки и тепловым потоком от окружающей среды за счет температурного напора [формулы (9) - (11)]:

- на внутренней поверхности:

Допускается в качестве граничных условий теплообмена задавать известное значение температуры.

4.3.2 Граничные условия теплообмена на стыке материалов

Граничными условиями теплообмена на стыке материалов являются:

- непрерывность температуры на границе раздела двух материалов внутри ограждающей конструкции:

;

(12)

- отсутствие источников и стоков теплоты (тепловой поток непрерывен):

(13)

4.4 Граничные условия влагообмена

4.4.1 Граничные условия влагообмена на поверхностях конструкций

Граничные условия влагообмена на поверхностях конструкций задаются формулами (14) - (18).

Поток влаги, выходящий из конструкции, определяется уравнениями:

- через внутреннюю поверхность

где ,- сопротивление паропроницанию внутреннего и наружного слоев, ;

, - плотность потока жидкой влаги через внутреннюю и наружную поверхности, .

Плотность потока влаги (количество жидкой влаги), поглощаемой ограждающей конструкцией, должно определяться в каждом конкретном случае.

Плотность потока жидкой влаги через наружную поверхность внутрь ограждающей конструкции при ее нестационарном увлажнении определяют по формуле

(16)

Плотность потока жидкой влаги в наружный слой ограждающей конструкции, вызванной косым дождем, определяют как мгновенную скорость капиллярного всасывания С. При этом плотность потока жидкой влаги не должна превосходить интенсивность выпадения осадков на вертикальную поверхность:

(17)

4.4.2 Граничные условия влагообмена на стыке материалов

При наличии в конструкции пароизоляционного слоя принимают, что жидкая влага не проходит через слой пароизоляции, при этом плотность потока водяного пара определяют по формуле

,

(18)

где - сопротивление паропроницанию пароизоляционного слоя.

На стыке двух слоев ограждающей конструкции, выполненных из разных материалов, при отсутствии пароизоляции принимают, что влажности материалов слоев являются равновесными (функционально зависимыми):

.

(19)

В зоне сорбционного увлажнения равновесные влажности материалов принимают по изотермам сорбции (десорбции). При этом парциальное давление водяного пара в порах материалов непрерывно:

(20)

Для сверхсорбционной зоны зависимость (19) определяют экспериментально. При условии что влажность на стыке слоев материалов распределяется пропорционально скоростям капиллярного всасывания, зависимость (19) описывается соотношением:

(21)

где и - максимальные сорбционные влажности материалов.

5 Исходные данные

5.1 Общие положения

Перед расчетом температурно-влажностного режима ограждающей конструкции должны быть известны следующие необходимые исходные данные:

- характеристики граничных условий;

- характеристики материалов конструкции;

- характеристики конструкции;

- характеристики условий проведения расчетов.

5.2 Характеристики граничных условий

К характеристикам граничных условий относятся:

- температура наружного воздуха, переменная в течение года и принимаемая согласно данным натурных наблюдений или по данным, приведенным в нормах и правилах по строительной климатологии [1];

- температура внутреннего воздуха, переменная или постоянная в течение года и принимаемая в соответствии с условиями проектирования;

- относительная влажность наружного воздуха, переменная в течение года и принимаемая согласно данным натурных наблюдений или по [1];

- относительная влажность внутреннего воздуха, переменная или постоянная в течение года и принимаемая в соответствии с условиями проектирования;

- коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей конструкции, переменные или постоянные в течение года, вычисляемые для условий решаемой задачи или принимаемые по строительным нормам и правилам по тепловой защите зданий [2].

Значения перечисленных параметров необходимо иметь на начало каждого месяца. Изменение их в течение месяца принимают линейным.

5.3 Характеристики материалов конструкции

Перечень характеристик материалов и методы их определения, необходимые для расчетов по математической модели, приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристики материалов

Наименование характеристики	Обозначение	Значения	Метод определения
Плотность		По действующим строительным нормам и правилам	По нормативному документу на материал конкретного вида
Удельная теплоемкость	с	То же	По ГОСТ 23250
Теплопроводность		"	По ГОСТ 7076
Изотерма сорбции		-	По ГОСТ 24816
Коэффициент паропроницаемости		По действующим строительным нормам и правилам	По ГОСТ 25898
Коэффициент капиллярного всасывания	К	-	По приложению А
Коэффициент статической влагопроводности		-	По приложению Б
Коэффициент динамической влагопроводности		-	По приложению В

5.4 Характеристики конструкции

Для проведения расчетов должны быть известны следующие данные о конструкции:

- толщина и порядок расположения однородных слоев в конструкции;

- места расположения пароизоляционных слоев и значения их сопротивления паропроницаемости;

- начальная влажность материалов конструкции.

5.5 Характеристики условий проведения расчетов

Характеристики условий проведения расчетов включают в себя:

- месяц, начиная с которого следует проводить расчет;

- число лет, для которых следует проводить расчет;

- промежуток времени, через который следует фиксировать результаты расчета (рекомендуется один месяц).

6 Выходные данные

Результатом расчета температурно-влажностного режима ограждающей конструкции должны быть распределения влажности и температуры по толщине конструкции для любого момента времени ее эксплуатации.

Пример расчета температурно-влажностного режима ограждающей конструкции по математической модели приведен в приложении Г.

_____________________________

*В Российской Федерации действует ГОСТ Р 53228-2008.

Библиография

[1]	СП 131.13330.2012 "СНиП 23-01-99* Строительная климатология"
[2]	СП 50.13330.2012 "СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий"