論文四：面向地方淺層地熱監管規范的地源熱泵監測軟件系統工程應用研究

摘要

北京、上海、天津、陜西等地先后出臺淺層地熱能開發利用監測地方標準，對地溫監測布設方案、采集頻率、數據保存、成果歸檔提出強制性要求。大量地源熱泵項目監測系統建設存在不滿足規范、數據格式不統一、無法支撐竣工驗收與年度核查等問題。本文結合四省市地方標準差異，研究滿足合規要求的地源熱泵監測軟件系統標準化建設方案。依托監測軟件實現長期連續監測、土壤熱平衡評價、標準化報告輸出，滿足項目竣工驗收、自然資源主管部門監管核查需求。

關鍵詞：地源熱泵；淺層地熱；地方標準；監測軟件；合規性

一、引言

淺層地源熱泵大規模開發，可能引發地層溫度持續變化，帶來地質環境風險。為規范地熱開發，京滬津陜相繼發布淺層地熱能監測地方規范，強制要求大型地源熱泵項目配套建設地溫長期監測系統，持續監測巖土溫度變化，定期評估土壤熱平衡狀態。

在工程實踐中，很多項目前期只重視熱泵機組安裝，監測軟件選型沒有對標地方規范。出現測點數量不足、采集間隔不達標、數據存儲周期短、無法生成標準監測圖表等問題，項目竣工驗收階段需要重新改造監測系統，造成資金與工期浪費。因此，以地方監管規范為導向，研究監測軟件標準化應用方案具有現實意義。

二、京、滬、津、陜地方監測標準核心異同

各地標準統一要求布設三類監測孔：換熱監測孔、影響監測孔、背景監測孔，要求分層采集地層溫度，保存長期時序監測數據，用于評價巖土冷熱收支平衡。但細則存在明顯差異：北京標準要求變溫帶加密測點，數據對接市級監管平臺；上海標準推薦高精度傳感設備，區分24m上下地層測點間距；天津標準按照建筑面積分級制定監測配置要求；陜西標準重點關注黃土地層防滲與地質災害風險監測。

通用簡易監測軟件大多采用統一配置模式，無法適配不同地區規范差異化要求，難以直接輸出主管部門認可的監測成果。

三、合規型監測軟件系統核心要求

面向監管規范的監測軟件，除基礎的數據采集、曲線展示功能外，必須具備三大核心能力：

第一，靈活配置采集參數。軟件可根據項目所在地區規范，自定義采集周期、測點深度、預警閾值，適配京滬津陜不同指標要求。

第二，長期穩定數據存儲。滿足規范數年連續存儲要求，數據不可篡改，保障監測數據具備法律效力，作為項目評審、取水許可核查依據。

第三，標準化成果輸出。軟件能夠自動生成分層地溫剖面圖、年度溫度變化對比曲線、熱平衡監測報告，報告格式符合各地自然資源部門歸檔要求。

同時，軟件需要支持機房運行數據與地溫監測數據聯合分析，定量評價機組運行模式對地溫場的擾動，完成土壤熱平衡分級評價，區分輕度、中度、重度熱失衡風險。

四、分場景標準化部署方案

針對兩類項目提出差異化軟件部署方案：

新建地源熱泵項目：前期同步規劃一體化監測軟件平臺，統一布設地溫采集終端、機房信號采集設備，按照屬地地方標準設置監測參數，項目完工即可輸出完整監測資料，一次性通過竣工驗收。

存量改造地源熱泵項目：充分利用現有硬件，通過軟件升級、增加協議轉換終端，補齊監測功能短板，數據存儲與報表功能，滿足年度地熱動態監測核查要求。

五、結論

淺層地熱能監管日趨嚴格，監測軟件系統不再只是運維工具，更是項目合規建設的支撐條件。在軟件選型、方案設計階段對標屬地地方標準，能夠有效避免后期改造返工。面向監管規范開發的標準化監測軟件，兼顧工程運維需求與行政監管要求，實現運維管理、風險預警、合規歸檔多重價值。隨著全國淺層地熱開發監管體系不斷優化，合規化監測軟件系統將成為行業標配，推動淺層地熱能資源規范化、可持續開發。

地源熱泵、淺層地源熱泵監測系統全分類關鍵詞

一、基礎研究對象（地源熱泵體系）

熱泵系統類型

土壤源地埋管地源熱泵、閉式地埋管熱泵、地下水式水源熱泵、水平埋管換熱系統、豎直埋管換熱系統、冷暖聯供一體化熱泵、商用綜合體熱泵系統、住宅小區淺層地熱項目、超低能耗/零碳建筑配套熱泵、存量老舊地源熱泵改造項目、多能耦合復合熱泵（光伏+地源/空氣源+地源）

地層與熱源核心概念

淺層地層（0~200m）、變溫帶（0~24m）、深部恒溫增溫層（＞24m）、巖土熱物性、土壤導熱系數、地下含水層滲流、黏土隔水夾層、黃土裂隙地層、上海軟土富水地層、華北平原粉質黏土、土壤原始基準地溫場、土壤冷熱堆積、熱失衡、冷堆積、熱短路、地層溫度單向偏移、巖土熱承載力、年均地層溫升/溫降、地下水礦化度、地熱循環介質

系統老化失效誘因

土壤熱失衡誘發機組衰減、熱泵壓縮機老化磨損、板式換熱器結垢堵塞、循環水泵揚程衰減、管路鈣鎂硅垢淤堵、PE埋管滲漏、管路氣堵、砂堵、微生物結晶垢堵、冷熱負荷差值超標、無常態化地溫監測、全年連續滿負荷運行、取灌水量失衡、回灌通道淤堵、地層沉降道路開裂

二、京/滬/津/陜四省市淺層地熱監測地方標準關鍵詞

標準編號全稱

DB11/T 1956-2022《地熱動態監測規范》、DB11/T2412《地埋管地源熱泵監測系統建設技術規范》、DG/TJ08-2324上海《淺層地熱能開發利用監測技術標準》、DB12/T 608-2015天津《淺層地熱能地質環境監測技術規程》、DB61/T 1193-2018陜西《淺層地熱能開發利用地質環境監測規范》、NB/T10278-2019國家淺層地熱監測規范

四大標準統一強制共性條款

三類監測孔標準化布設（換熱監測孔、換熱影響監測孔、常溫背景監測孔）、厚度＞6m土層單獨分層布設測點、測溫傳感器精度±0.2℃、監測孔回填介質與換熱孔一致、井口配套檢修井室、24小時不間斷自動采集、本地+云端雙備份存儲、監測影像/時序數據作為竣工驗收法定檔案、Modbus-RTU標準通訊協議、年度地熱監測報告強制歸檔、監測孔距換熱區邊緣≥10m

各地差異化標準專屬關鍵詞

北京地標：變溫帶2m加密測點、深部地層10m等間距布設、冷熱平衡量化計算、地層溫度時序曲線、數據直連市級地熱監管平臺、大面積埋管群全域熱擾動評估、北方供暖季地層降溫動態預警、管道插入式流量/水溫雙監測

上海地標：24m梯度分層測點（＜24m≤2m、＞24m≤10m）、四代測溫元件迭代劃分、可插拔模塊化多點測溫探頭、±0.1℃高精度數字傳感強制要求、多層軟土滲流耦合監測、市級統一地熱大數據平臺聯網、渾濁地下水定向補光測溫設備、信用懲戒數字化監管

天津地標：冷暖建筑面積分級配置監測孔（3000㎡/10000㎡面積閾值）、DN40 PE/鍍鋅測溫保護管標準化、管內注水導熱工藝、中小型商用熱泵簡化監測配置、野外分體式便攜絞車、施工管材標準化圖集

陜西地標：黃土裂隙地層防滲封堵工藝、高低溫地層分層保護、淺層/中深層地熱聯合監測、黃土高原地層溫升長期觀測、監測孔多層防滲密封結構、區域采灌均衡管控、黃土塌陷隱患地層溫度預警、地質環境年度核查配套監測資料

上海地標四代測溫元件迭代劃分

第一代熱電偶（單點模擬、精度±0.5℃、易信號干擾）、第二代PT1000單點模擬探頭、第三代數字多點分布式測溫、第四代可插拔模塊化多點測溫元件（大型示范項目標配）

三、淺層地源熱泵監測系統整機（北京鴻鷗成運HO系列）

成套監測主機系統

淺層地溫遠程監測系統、地源熱泵一體化監測控制柜、多參數綜合采集平臺、野外低功耗NB-IoT無線RTU終端、屏幕式工業觸控采集主機、淺層地熱標準化監測成套設備、分布式光纖DTS測溫系統

細分硬件配件

PT1000高精度溫度傳感器、±0.1℃/±0.2℃分層測溫探頭、可插拔模塊化多點測溫元件、φ42細徑測溫探頭、316L/鈦合金防腐測溫保護管、DN40鍍鋅/PE監測測井管、防腐耐磨鎧裝測井線纜、±1cm高精度深度編碼器、自動排線電動排線絞車、井下耐磨扶正器、野外太陽能光伏供電套件、大容量鋰電池低功耗模塊、管道插入式流量計、內嵌式超聲水表（水資源稅計量）、分層多點測溫電纜、孔口密封保護組件、自動除霧加熱鏡頭模塊

配套專用分析軟件

HO系列淺層地熱監測分析軟件、地層溫度時序存儲系統、360°地層剖面自動生成工具、土壤熱平衡自動測算模塊、AI冷熱失衡智能預警系統、多期地層溫度疊加對比工具、標準化工程驗收報告導出工具、多參數聯動分析平臺、支持二次開發對接地方地熱監管大數據、離線單機數據分析軟件

四、監測系統全流程應用功能關鍵詞

地層溫度常態化監測

分層地層溫度連續采集、變溫帶溫度波動長期跟蹤、深部恒溫地層基準測溫、原始背景地層溫度對比、冷熱堆積厚度量化測算、年均地層溫升/溫降統計、巖土熱承載力評估、土壤熱平衡分級判定（輕度/中度/重度失衡）

土壤熱失衡智能預警調控

冷熱負荷差值量化分析、地層單向溫度偏移閾值自動報警、熱短路空洞識別、提前預判機組能效衰減、輔助間歇輪換運行調控、多能源耦合補熱/散熱方案數據支撐、年度地層溫度演化趨勢建檔

工程施工與竣工驗收配套

監測孔成井施工質量核驗、分層測溫點位深度校準、監測孔回填工藝核驗、新建地源熱泵竣工資料編制、存量老舊熱泵改造復測、節能建筑/超低能耗建筑評審、地熱取水許可年度核查、水資源稅計量數據歸檔

多參數耦合聯動監測

分層地溫采集、循環管路流量監測、熱泵機組用電能耗同步采集、埋管進出水溫一體化采集、地下水水位動態監測、取灌水量同步計量、回灌失衡滲漏通道輔助勘察、光伏-地源熱泵多能耦合全域監測、水質pH/電導率在線監測

環保、自然資源合規長效歸檔

淺層地熱資源年度普查、礦山地質環境年度核查、CCER碳減排自動核算、地下水污染風險管控、不可篡改時序數據長期存儲、政府地熱監管平臺實時聯網、閉坑/復墾地質環境評估資料、淺層地熱開發全生命周期數字檔案

五、監測系統技術性能參數關鍵詞

分層測點布設間距2m/10m、測溫精度±0.1℃/±0.2℃、IP68全密封防水、鈦合金耐酸堿高溫防腐結構、500~3000米長線纜數字無損傳輸、無畫面/數據衰減、360°云臺同步定向補光、5級亮度可調光源、0.05mm級細微裂隙清晰識別、分體式輕量化便攜、市電/鋰電/太陽能三供電模式、全天候自動定時采集、NB-IoT低功耗無線傳輸、深度定位精度±1cm、本地SD卡循環存儲、斷網數據緩存、單口1000m監測孔30分鐘完成全段掃描、Modbus-RTU標準化通訊協議、數據采集間隔10min/30min/24h分級設置

六、熱平衡修復、老舊熱泵提質改造配套關鍵詞

間歇輪換運行調控、分區分時換熱管控、錯峰負荷調節、太陽能輔助補熱/散熱、空氣源輔助散熱、跨季節巖土儲熱BTES、管路物理清洗（高壓脈沖/機械刮管/氣舉反循環）、化學酸洗緩蝕除垢、新增換熱鉆孔擴容、地層水力壓裂改造、循環水泵變頻節能改造、老舊壓縮機更換、防凍液整體更換、管路內襯防腐修復、存量熱泵加裝監測系統、PLC自控系統智能化升級、淺層地熱一體化監測改造

七、工程落地使用單位、行業價值關鍵詞

地熱開發運維企業、熱力公司、地質勘察設計院、自然資源局地熱監管科室、第三方環境檢測機構、高校巖土實驗室、零碳園區建設單位、鄉村供暖改造項目、淺層地熱資源普查單位

可視化定量監測、摒棄人工間斷測井、削減勘察鉆探工期成本、提前規避地下熱失衡地質隱患、延長地源熱泵穩定運行壽命、降低建筑冷暖能耗、國產化設備替代進口、同等性能采購成本降低40%、24小時全國駐場應急售后、年度免費傳感器校準防腐維護、成套一體化多參數監測解決方案、智慧地熱數字化管控、雙碳目標能耗量化支撐、符合京滬津陜地方地熱監測規范、滿足自然資源廳年度評審歸檔要求