Область применения

Настоящий материал описывает требования к грунту, который используется при проектировании и эксплуатации тепловых сетей, а также приводит актуальные лабораторные методы определения теплофизических характеристик грунта по ГОСТ Р 71038—2023.
Стандарт распространяется на скальные, полускальные, дисперсные минеральные, органо-минеральные и органические грунты, в т.ч. засоленные в талом и мерзлом состояниях.

Ключевые термины и определения

• Коэффициент теплопроводности (λ) — количество тепла, проходящее через 1 м² поверхности при градиенте температуры 1 °С/м, Вт/(м·°С).
• Удельная теплоёмкость (c) — тепло, необходимое для нагрева 1 кг грунта на 1 °С, Дж/(кг·°С).
• Объёмная теплоёмкость (C) — тепло для нагрева 1 м³ грунта на 1 °С, Дж/(м³·°С).
• Коэффициент температуропроводности (a) — скорость выравнивания температур, м²/с.
• Удельное термическое сопротивление (R) — сопротивление теплопередаче, м²·°С/Вт.

Общие положения при работе с грунтом теплосетей

1. Отбор, упаковка и хранение образцов — по ГОСТ 12071 и ГОСТ 30416.
2. Определение влажности, плотности, засолённости, органического вещества — по ГОСТ 5180, ГОСТ Р 59540, ГОСТ 23740, ГОСТ 12536, ГОСТ 25100.
3. Мерзлые грунты хранят при температуре ниже испытательной на 1–2 °С, выдерживают ≥ 6 ч перед испытанием.
4. Испытания оформляют протоколом по ГОСТ ISO/IEC 17025 (форма во Приложении А).

Лабораторные методы определения теплофизических характеристик

4.1 Метод стационарного теплового режима

Применяется для определения коэффициента теплопроводности λ грунта в талом и мерзлом состояниях. Суть: через плоский образец пропускают стационарный тепловой поток; измеряют градиент температур и плотность потока.

• Оборудование: тепломер (погрешность ≤ 1 %), датчики температуры (±0,1 °С), термостаты (±0,05 °С), теплоизоляционный кожух, морозильная камера (±1 °С).
• Ограничения: не применим для грунтов с > 20 % крупнообломочных включений размером > ¼ высоты образца.
• Схема установки: см. Приложение Б.

4.2 Метод цилиндрического зонда

Позволяет определить λ, C, a и R грунта в талом и мерзлом состояниях. Используется зонд с линейным источником тепла, погружённый в грунт.

• Преимущества: быстрота, возможность работы с мерзлыми образцами.
• Ограничения: требуется гомогенность грунта, отсутствие крупных включений.
• Схема установки: см. Приложение В.

4.3 Метод монотонного разогрева/охлаждения

Используется для определения λ, C, a и R при линейном изменении температуры образца.

• Особенности: подходит для широкого диапазона температур (от –20 °С до +50 °С).
• Схема установки: см. Приложение Д.

4.4 Метод регулярного режима 1-го рода

Основан на анализе нестационарного теплового процесса в регулярном режиме. Позволяет определить λ, C, a и R.

• Преимущества: высокая точность, короткое время испытаний.
• Схема установки: см. Приложение Е.

Как подготовить образцы грунта для теплосетей

1. Отобрать монолиты в соответствии с ГОСТ 12071, не допуская подтаивания мерзлых грунтов.
2. Вырезать цилиндрические или призматические образцы: высота ≥ 10 мм, диаметр ≥ 50 мм.
3. Для сыпучих и текучих грунтов использовать обоймы с металлическим дном.
4. Хранить мерзлые образцы в морозильных камерах, немерзлые — при комнатной температуре.
5. Перед испытанием выдержать образцы ≥ 6 ч при заданной температуре.

Практические рекомендации для проектировщиков теплосетей

• Для трубопроводов «горячей» воды (t > 95 °С) использовать грунты с λ ≤ 1,5 Вт/(м·°С) и C ≥ 2,5 МДж/(м³·°С) для снижения тепловых потерь.
• Мерзлые грунты с ледистостью > 25 % требуют утепления или прокладки выше уровня сезонного промерзания.
• Засоленные грунты резко снижают λ и C, что уменьшает теплопотери, но повышает коррозионную активность.
• Для точного расчета теплопотерь рекомендуется проводить испытания по двум методам (стационарному и цилиндрического зонда) с последующим усреднением результатов.

Контакты для обращений

7.1 Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)

• Сайт: www.rst.gov.ru
• Телефон: +7 (495) -36-03-00
• Адрес: 119991, г. Москва, ул. Садовая-Кудринская, д. 2

7.2 АО «НИЦ «Строительство» (Разработчик ГОСТ Р 71038—2023)

• Сайт: niios.ru
• Телефон: +7 (495) -87-44-22
• Адрес: 109428, г. Москва, ул. Нижние Поля, д. 29, стр. 1
• E-mail: info@niios.ru

7.3 ООО «Геоиннотех МГУ» (Участник разработки)

• Сайт: geo-innotech.ru
• Телефон: +7 (495) -39-54-56
• Адрес: 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 52, комн. 514
• E-mail: info@geo-innotech.ru

7.4 Аккредитованные лаборатории для испытаний грунтов

Ниже приведены крупные лаборатории, аккредитованные по ГОСТ ISO/IEC 17025 и имеющие право проводить испытания по ГОСТ Р 71038—2023:

• ФГБУ «ФЦГС» (Федеральный центр геологии и недр)
  Сайт: fcgn.ru
  Тел.: +7 (495) -77-40-00
  Адрес: 109004, г. Москва, ул. Причальный проезд, д. 4
• ООО «Геотек»
  Сайт: geotek.ru
  Тел.: +7 (495) -40-01-11
  Адрес: 125362, г. Москва, ул. Авиационная, д. 79, офис 605
• ООО «ГеоИнженер»
  Сайт: geoengineer.ru
  Тел.: +7 (812) -36-05-05
  Адрес: 197198, г. Санкт-Петербург, ул. Маршала Казакова, д. 25, лит. А

Порядок получения официального заключения по грунту

1. Сформировать техническое задание (тип грунта, состояние, диапазон температур, требуемые характеристики).
2. Выбрать аккредитованную лабораторию из списка выше.
3. Отобрать и упаковать образцы по ГОСТ 12071, ГОСТ 30416.
4. Передать образцы в лабораторию (или заказать выездной отбор).
5. Ожидать результат (срок — от 5 до 15 рабочих дней в зависимости от объёма и метода).
6. Получить протокол испытаний по форме Приложения А ГОСТ Р 71038—2023.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Можно ли применить метод к грунтам с крупными камнями?

Для метода стационарного теплового режима ограничение: крупнообломочные включения ≤ 20 %. Лучше использовать метод цилиндрического зонда.

Как часто нужно обновлять данные по теплофизике грунта?

При изменении гидрогеологических условий (например, оттаивание мерзлоты) — не реже 1 раза в 5 лет или при каждом капитальном ремонте теплосети.

Возможно ли провести испытания на месте строительства?

Да, методы цилиндрический зонд и регулярного режима адаптированы для полевого применения. Подробности уточняйте в лаборатории «ГеоИнженер».

Важно: при использовании материала ссылка на ГОСТ Р 71038—2023 и Росстандарт обязательна.