闭环地源热泵系统设计安装标准

1、闭环地源热泵系统设计与安装标准(2007版)国际地源热泵协会 编制国际地源热泵协会中国地区委员会 译2008 年 3声 明闭环地源热泵系统设计与安装标准由国际地源热泵协会理事会下的标准委员会编写，得到了众多业界人士的大力支持，特别是国际地源热泵协会会员的资助，在此对他们表示衷心的感谢！本标准作者虽尽努力，也未能完全保证无任何错误。对标准有任何意见或建议，请书面联系：International Ground SourceHeat Pump AssociationOklahoma State University374 Cordell SouthStillwater,

2、 OK 74078-8018Fax: (405) 744-5283校订：Allan Skouby出版：国际地源热泵协会地址：374 Cordell SouthOklahoma State UniversityStillwater, OK 74078-80181997 年第一版，俄克拉荷马州立大学和国际地源热泵协会版权所有2007 年修订版，俄克拉荷马州立大学和国际地源热泵协会版权所有根据 1964 年颁布的公民权利法第 VI 章和 1972 年教育修正案(高等教育法)第IX 章，俄克拉荷马州立大学在种族、

3、肤色、土著及性别上无任何政治、风俗和程序上的歧视，包括但不仅限于行政许可、雇佣、财政援助和教育服务等。 译者注：国际地源热泵协会授权国际地源热泵协会中国地区委员会对闭环地源热泵系统设计与安装标准进行翻译、校对并发布，其版权属俄克拉荷马州立大学和国际地源热泵协会共同所有。本标准中文版禁止其他任何单位和个人用于商业用途！本闭环地源热泵系统设计与安装标准中文译者虽尽努力，也不能保证无任何误译。若对翻译的中文内容有任何意见或建议，请联系国际地源热泵协会中国地区委员会(/)。Email：电 话

4、真 函：北京东城区东四十条大街甲 22 号南新仓国际大厦 A506 室 100007序闭环地源热泵系统设计与安装标准(以下简称标准译者注)作为闭环地源热泵系统设计和安装的统一标准和指南，是面向产品研发人员、制造商、承包商、建设商、工程师和市政建设规划部门，以及其他所有关心地源热泵系统正确、有效 设计与安装的人 员的必备工具。标准是国际地 源热泵协会出版 的全套六册参考书中的重点手册之一，该套手册包括：·闭环地源热泵系统安装指南；·闭环地源热泵系统设计与安装标

5、准；·地源热泵系统灌浆程序；·土壤和岩石分类地质手册；·垂直埋管地源热泵系统灌浆手册；·水平盘管系统安装指南。标准的开发和更新得到了众多国际地源热泵协会会员的资助。国际地源热泵协会目前会员数量超过 1200 个，是引领国际地源热泵行业发展的领导者。 国际地源热泵协会标准委员会由众多业内专家和代表组成，负责标准的编制。标准的主要目的是确保地源热泵系统的产品质量、安装规范和使用安全，其内容力求准确、完整。若对标准有任何修订、补充意见和建议，请电话联系IGSHPA 标准委员会：1(800)626-4747，并参照本标准第 

6、;6 章的指南。本标准定期更新，以保证内容符合当前技术发展要求。 第一章闭环地下热交换器1A (1996) 安装人员及其培训要求1A.1 (2000) 环路承包商或承包商指派的安装人员必须持有当前 IGSHPA 认证，完成了基本的 IGSHPA 培训课程(包括地源热泵系统的设计、安装和运行)，通过了IGSHPA 的认证考试以及管道熔接测试。1A.2 (2005) 地下热交换器安装人员必须参加 IGSHPA 认可的热熔接培训，并在有IGSHPA 认证资格的热熔接技术人

7、员直接指导下完成热熔接操作。熔接技术人员必须对熔接程序非常熟悉，在有 IGSHPA 培训资格的教师直接指导下接受过正式的 IGSHPA 认证热熔接培训和测试。1A.2.1 (2005) 管道熔接技术人员必须每隔 3 年进行再培训。若发生任何熔接失败，技术人员就需要重新参加培训并重新测试，确保良好的熔接能力。1A.3 (1996) 管道系统的埋设必须严格遵守国家和地方的法律法规。1B (1996) 设计方法和要求1B.1 (1996) 制造商的设计程序必须按照以下手册最新版的要求进行：a) (19

8、96) 闭环地源热泵系统安装指南，IGSHPA 出版发行，俄克拉荷马州立大学b) (1996) 地源热泵系统数据设计手册，ASHRAE 发布c) (1997) 水平盘管系统安装指南，IGSHPA 出版1B.2 (1996) 地下热交换器的设计文件必须存档，以适应热泵制 造商和/或电（热）力公司的规范、要求。1B.3 (2003) 土壤热物性值用于埋管长度计算。对于水平地下热交换器系统，不需要进行导热性测试来计算土壤热物性值，可以查阅 IGSHPA 手册土壤和岩石分类地质手册来获得，或联

9、系当地土地保护局(SCS，SoilConservation Service)获得其区/县勘测数据。 (2004) 对于采用垂直安装地下热交换器的大型商用项目，需要进行现场土壤热物性测试来获得土壤/岩石的热物性数据。闭环地源热泵系统设计与安装标准1B.3.1 (2007) 由 ASHRAE 设计并推荐的测试方法，参见美国采暖、制冷与空调工程 师 学 会(ASHRAE ， American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning

10、Engineers, Inc)2007 年发布的HVAC 应用手册，第 32 章。1B.3.1.1 (2004) 测试时间不少于 36 小时。1B.3.1.2 (2003) 对采集数据进行线性方法进行分析。1B.3.1.3 (2004) 电源要求：1B.(2004) 电源功率的标准偏差平均功率的 1.5%。1B. (2004) 电源功率的最大偏差(峰值)10%。1B. (2004) 以上两条要求都不满足，但对全部数据进行曲线

11、分析时，若 U 管环路温度最大偏差0.5(0.28)，仍可以利用测试数据计算出合适的热物性值。1B. (2004) 供给 U 型管环路的热量应该是每英尺孔深 1525W，即 49.282.0W/米(孔深)。1B.3.1.4 (2004) 未扰动土壤温度通过测量从 U 型管环路回流到测试设备的初始水温来得到，也可以通过热电偶探头直接测量不同深度的环路温度获得。1B.3.1.5 (2003) 环路灌浆后最少 5 天后才能开始测试。1B.3.1.6 (200

12、4) 测试设备的最低要求：1B. (2004) 测量进水/出水温度的传感器精度高于±0.5 (0.28)。1B. (2004) 测量输入热量速率的传感器读数的误差 2.0% (非全刻度误差度)。1B. (2004) U 型管的实际长度测量允许误差最大为±1%。1B. (2004) 测试设备和 U 型管头之间的管道长度(单管)应不长于 4 英尺(1.22米)，并须进行有效保温，尽量减小与周围环境的换热。1B.3.

13、1.6.5 (2004) 测试设备内的 有关液流循环组件须进行有效保温，尽量减小与周围环境的换热。1B.3.1.7 (2004) 测试孔直径应不超过 6 英寸(15.24 厘米)，并按本标准2B.1 节要求进 行灌浆。 建议灌浆 材料的导 热率大于 或等于 0.75 Btu/hr-ft- (1.30 W/m ºK)。1B.3.1.8 (2004) 测试中若发生故障，须按标准1B.3.1.4 节方法测 U 型

14、管环路温度，使其自然回复到初始的未扰动地下土壤温度，可接受误差范围为 0.5(0.28)。C(1996) 地下热交换器的材料1C.1 (1997) 地下热交换器地下部分的管道和管件材料为聚乙烯，参看 1C.2 节。1C.2 (1996) 聚乙烯热交换器的规格要求如下：1C.2.1 (2007) 总要求。· 所有的管道和热熔材料都必须是全新聚乙烯原料挤塑而成，符合美国材料实验协会 ASTM D-2513 标准第 4.1 章和 4.2 章的

15、要求。· 管道外径、壁厚及公差必须符合 ASTM D-3035、D-2447 或 F-714 的要求。· 管件的直径、 壁厚及公差必 须符合 ASTM D-3261(对 接熔接管件) 、ASTM D-2683(套筒熔接管件)或 ASTM F-1055(电熔熔接管件)的要求。1C.2.2 (2007) 材料。· 材 料 的 静 液 压 强 度 须 达

16、 到 ASTM D-2837 规 定 的 73.4  (23  ) 下 的1600psi(11.03MPa)。· 材料须符合塑料管道协会(PPI) TR4 中的 PE3408/3608 或 PE4710 配方要求。· 材料为高密度聚乙烯化合物，符合 ASTM D-3350 标准中 PE345464C 原料成分分类要求。1C.2.3 (2007) 尺寸。1C.

17、2.3.1 (2007) 额定直径小于 1¼英寸(3.175cm)的管道须按照 ASTM D-3035 标准生产，最小额定工作压力为 160psi(1.103MPa)。1C.2.3.2 (2007) 额定直 径1¼英寸(3.175cm)的管道须按照 ASTM D-3035 标准生产 ， 最 小 额 定工作 压 力 为 110psi(0.758MPa) ；或遵循 ASTM D-2

18、447 标 准(Schedule40)生产。若该管道用于垂直井孔安装时，须按照 ASTM D-3035 标准生产，最小额定工作压力为 160psi(1.103MPa)。1C.2.3.3 (2007) 额定直径3 英寸(7.62cm)的管道须按照 ASTM D-3035，F-714 标准生产 ，最小额 定工作压力 为 100psi(0.689MPa) ；或按照 ASTM D-2447 标准(Schedule40)生产。1C.2.3.4 (

19、2007) DR-PR PE3408/3608 塑料管在 73.4(23)条件下的额定工作压力(水)如下表所示。  尺寸厚度比额定工作压力(psi)920011160 闭环地源热泵系统设计与安装标准  13.512815.511017100  1C.2.3.5 (2007) DR-PR PE4710 塑料管在 73.4(23)条件下的额定工作压力(水)如下表所示。  尺寸比额定工作压力(psi)92521120213.516115.51391712621101

20、60; 请注意：4710 的批准日期是 2007-10-28，目前只有少量的管道生产商能提供用 4710 原料制造的地源热泵用管。1C.2.4 (1996) 标志。· 必须按照合适的 ASTM 标准在管道表面永久性标明管道相关信息。1C.2.5 (1996) 证明材料。·制造商应须提供相关文件以证明其材料符合以上标准要求(.4)。1D (1996) 管道连接方法1D.1 (2000) 地下埋管系统的连接方法只允许 1) 热熔接或&

21、#160;2) 锥刺型(stab-type)管件连接，联接要保证密封性好，且联接处的强度比管道本身强度更高。1D.2 (1997) 聚乙烯管道须采用热熔接方式，包括：对接熔接、套筒熔接、侧边熔接和电熔熔接，按生产商的要求进行熔接。1D.3 (2000) 与铜管或铜管件相连时，需要通过螺纹热熔转换接头。与高强度软管相连时， 需要通过螺纹热 熔转换接头/倒刺式热熔转 换接头。不允许 使用倒刺式转换接头直接连接聚乙烯管，上述锥刺型接头除外。所有接头处应留有操作空间。1E (1996) 冲洗、净化以及压力、流量测试1E.1

22、 (1996) 所有管道和管道熔接点都必须经过检查，确保没有因熔接和运输带来的渗漏问题。1E.2 (1996) 所有环路管道在安装之前必须进行压力试验，地下热交换器的水平组件也必须在回填之前进行压力试验。1E.3 (1996) 热交换器必须进行水压试验，试验压力为管道设计额定压力的 1.5 倍，或系统运行压力的 3 倍1E.4 (1996) 在 30 分钟的测试时间里，应无渗漏发生。1E.5 (1996) 将测得.流量和压降数据与计算结果进 行比较，以判断管路是否有堵塞和纽结

23、。1E.6 (1996) 管内测试流速须保持在 2 英尺/秒(0.6096 米/秒)以上，连续运行 15 分钟以上，以排除管内空气。压力测试中，净化泵罐内超过 1 英寸(2.54cm)液面变化都表示系统内仍有残留空气。第二章 管道安装与回填2A (1996) 水平埋管系统2A.1 (2000) 水平埋管在挖沟转弯处须用圆角，避免 90°直角转弯；或安装合适的弯管接头。须按照制造商的程序进行安装。2A.2 (1997) 回填之前 ，要剔除回填材料中 

24、;边角锋利的石头，以防 损伤管道。按照IGSHPA水平盘管系统安装指南的要求进行回填，确保管道周围无气穴。2A.3 (1996) 在狭窄的管沟中进行回填时，需要部分手工回填以支撑管道并防止管道纽结。2A.4 (1997) 在使用防冻液的水平埋管系统中，如果埋设的管道离任何墙壁、建筑物或水管的水平距离小于 5 英尺(1.524 米)，则管道使用的闭孔保温材料不低于R2 保温标准。2B (1997) 垂直埋管系统2B.1 (2003) 垂直井孔2B.1.1 (2003) 垂直井孔的最小直径应适合安装

25、指定的 U 型管部件和最小公称直径为 1 英寸(2.54cm)的灌浆导管。2B.1.2 (2003) 当井孔穿过含水层时，所有的垂直井孔都必须从底部一直到顶部进行灌浆，灌浆材料须通过国家卫生基金会的许可，并符合 ANSI/NSF 60标准,饮用水处理用化学试剂. 对健康的影响”的规定，并有很好的导热性能和密封特性。 灌浆材料可分类为柔性材料(如膨润土)和刚性材料(如水泥)等。2B.1.2.1 (2003) 不同灌浆材料的热物性通过以下方法来确定：2B. (2003) 柔性材料ASTM D-5

26、334，“热针探头法测定土壤和软石导热性的标准试验方法”。2B. (2003) 刚性材料ASTM C-117，“用护热板法测定稳态热通量和传导性的标准试验方法”。2B.1.2.2 (2003) 遵照 ASTM D-5084：“使用挠性壁渗透计测量饱和渗透性材料水渗导性的标准试验方法”来确定灌浆材料的渗透系数(渗透率)。2B. (2003) 渗透率应该1×10 cm/秒，或遵照国家/地方 相关法律法规要求的更低值。2B.1.2.3 (2004) 制造商标注的灌浆材料混合物的热物性和渗透系数

27、须通过第三方的实验室检验，确保符合上述标准。2B. (2004) 检验渗透系数的实验室须得到美国 AMRL (美国各州公路及运输公务员协会，材料咨询试验室)的授权和美 国陆军工程兵团的批 准，方可执行ASTMD-5084 测试。2B. (2004)各项测试报告需要准备多份拷贝，以备不同的需求。2B. (2004) 应使用制造商 指定的添加材料和相应的混合说明书来确定并校验热物性数据。2B.1.3 (2003) 灌浆步骤须遵照 IGSHPA 的垂直埋管地源

28、热泵系统灌浆手册中工程设计 和现场操作程序 ，或遵照国家/地方相关规 定，须选择二者中 要求更严格的执行。2B.2 (1997) 水平钻孔安装中，在每次抽出钻杆时，须往留有碎屑的孔洞里注水或添加膨润土，以保证 U 型管插入水平孔时不带入气泡。也可以采用扩大开口并填充水-膨润土混合泥浆方法。2C (1996) 池塘和湖泊环路系统2C.1 (1996) 须遵照 GHP 制造商的程序要第三章 室内管道和循环系统3A (1996) 循环泵系统、组件选型3A.1 (1996) 

29、;闭环系统的循环泵功耗不能超过 150 瓦/冷吨。3A.2 (1996) 循环泵的大小应满足热泵制造商规定的机组流量范围要求。3A.3 (1996) 循环泵试机前须清除管道系统中杂质。3A.4 (2000) 夏季安装时，循环水 温为 7090(2030)，要求系统启动增压至少为 2030psi (1.382.07bar)；冬季安装时，循环水温为 4050(510)，要求系统启动增压至少为 4050psi (2.763.45bar)。立柱式循环系统设计时的压力要保证溢出螺旋管的功能，并符合制造商的

30、要求，不受上述耐压限制。3A.5 (1996) 循环系统必须安装流量和温度监测仪表来监控热泵水系统的性能。压力和温度监测仪表须安装在热泵机组的 2 英尺(0.6096 米)的管道范围内。3A.6 (1996) 环路加液阀手柄须拆下，加液阀口应塞紧，防止循环液流出和压力降低的意外发生。3A.7 (1996) 不能使用锅炉用检修阀。3A.8 (1996) 用于不同材料之间的转接接头须安装在室内并留有维修空间。3A.9 (1996) 所有的室内管道须进行保温处理，防止管道表面的冷凝水造成损害。3A.10 (1996)&#

31、160;所有地面以上的管道须进行保温处理，防止产生冷凝水并防冻。3A.11 (1996) 所有穿墙管道须加保护套管并用柔性填缝料进行密封。3A.12 (1996) 应根据选择的防冻剂来使用质量好的螺纹管件和匹配的螺纹密封剂。某些防冻液需要更大的管件扭矩，以防止泄漏和因防冻剂接触空气导致的外表面腐蚀。3B (1996) 防冻液的选择和使用3B.1 (1996) 选 用的防冻液须符合 当地和国家的有关 规定，并得到有 关制造商的认可。3.B.2 (1996) 所有的地源热泵系统须在环路 加液阀加贴永

32、久性标签，明确标识以下内容：a. (1996) 防冻剂的型号和浓度；b. (1996) 维修日期；c. (1996) 公司名称；d.( 1996) 公司电话和负责部门名称/负责人姓名。3C (1996) 地源热泵系统防冻剂标准3C.1 (1996) 范围 3C.1.1 (1996) 构成。防冻剂应选用所有符合现场施工要求、防腐、可生物降解的液体防冻材料。3C.1.2 (1996) 应用。作为能量传递载体，应用在民用和商用建筑中提供供热制冷功能的闭环地源热泵系统中。3C.1.3 (1996) 安全

33、性。标准规定防冻剂必须确保环境和人员安全，同时要求用户应熟悉如何安全、正确地使用这些防冻剂，并采取必要的预防措施确保相关人员的健康与安全。3C.2 (1996) 技术要求3C.2.1 (1996) 材料。防冻液的成份应在制造商的可选之列，可包含阻蚀剂等，须符合 3C.2.2 节的要求。3C.2.1.1 (1996) 生物降解性。防冻液应具有不少于90%的可生物降解能力。防冻液制造商须根据“水和污水质检验标准方法”来进行生物降解性和生物检验的研究，并按照购买者的要求提供生物降解性研究结果，至少包括以下信息：a. (1996) 防冻液生态

34、影响报告；b. (1996) 防冻液总需氧量(TOD) ，表述为每磅防冻液的需氧磅数；c. (1996) 防冻液 5 天的降解率。3C.2.1.2 (1996) 防腐性。防冻液应对地源热泵系统常用管材内壁腐蚀性很低。3C.2.2 (1996) 特性。防冻液应满足以下要求，并按指定测试方法进行了测试。3C.2.2.1 (1996) 闪点。根据ASTM D-92的要求，闪点应不低于194(90)。3C.2.2.2 (1996) 生物需氧量(BOD)。在10(50)温度条件下，每克防冻液5天的BOD应在0.10

35、.2克范围内。3C.2.2.3 (1996) 冰点。按ASTM D-1177的要求，冰点应不超过+18(-8)。3C.2.2.4 (1996) 毒性。应不低于小鼠口试LD 5 0毒性测试的5克/公斤。在美国防火协会标准 (NFPA)的危险材料卫生等级中不应超过1(轻微)。3C.2.2.5 (1996) 耐储存性。按照ASTM F-1105方法测试，防冻液在被加热/降温时，不应发生分离或浊度增加。3C.2.2.6 (1996) 质量。提供给用户的防冻液应该外观均匀、色泽相同，没有碎屑、杂质和影响防冻液使用效果的其它物质。3C.3 (19

36、96) 包装与标识3C.3.1 (1996) 盛装防冻液的容器类型和尺寸应符合买方或经销商的要求，或按订单大容器包装运输。3C.3.2 (1996) 盛装防冻液的容器应适合运输，符合商业惯例，遵照液体装卸、包装、运输等相关规定和附属标准，确保正确、安全地装运。3C.3.3 (1996) 应按要求向买方提供每批发货的最新的材料安全报告。第四章 地源热泵机组4A (1996) 地源热泵机组4A.1 (1996) 用于连接地下热交换器的水源热泵必须通过空调与制冷学会的认证，并标明最小设计水温。4A.2 (1996) 系统设计的最高和最低进水温度应在制造商产品说明书上公布的温度范围内。4A.3 (1996) 热泵风量须符合制造商的技术要求。第五章 现场规划、施工记录和场地恢复5A (1996) 规划5A.1 (1996) 在进行挖沟、钻井等现场施工之前，须由市政/承包商代表对现场埋设的市政管线、排水/灌溉系统进行准确定位并标记，防止受破坏。5B (1996) 施工记录5B.1 (1996) 承包商须