论文四：面向地方浅层地热监管规范的地源热泵监测软件系统工程应用研究

论文四：面向地方浅层地热监管规范的地源热泵监测软件系统工程应用研究

摘要

北京、上海、天津、陕西等地先后出台浅层地热能开发利用监测地方标准，对地温监测布设方案、采集频率、数据保存、成果归档提出强制性要求。大量地源热泵项目监测系统建设存在不满足规范、数据格式不统一、无法支撑竣工验收与年度核查等问题。本文结合四省市地方标准差异，研究满足合规要求的地源热泵监测软件系统标准化建设方案。依托监测软件实现长期连续监测、土壤热平衡评价、标准化报告输出，满足项目竣工验收、自然资源主管部门监管核查需求。

关键词：地源热泵；浅层地热；地方标准；监测软件；合规性

一、引言

浅层地源热泵大规模开发，可能引发地层温度持续变化，带来地质环境风险。为规范地热开发，京沪津陕相继发布浅层地热能监测地方规范，强制要求大型地源热泵项目配套建设地温长期监测系统，持续监测岩土温度变化，定期评估土壤热平衡状态。

在工程实践中，很多项目前期只重视热泵机组安装，监测软件选型没有对标地方规范。出现测点数量不足、采集间隔不达标、数据存储周期短、无法生成标准监测图表等问题，项目竣工验收阶段需要重新改造监测系统，造成资金与工期浪费。因此，以地方监管规范为导向，研究监测软件标准化应用方案具有现实意义。

二、京、沪、津、陕地方监测标准核心异同

各地标准统一要求布设三类监测孔：换热监测孔、影响监测孔、背景监测孔，要求分层采集地层温度，保存长期时序监测数据，用于评价岩土冷热收支平衡。但细则存在明显差异：北京标准要求变温带加密测点，数据对接市级监管平台；上海标准推荐高精度传感设备，区分24m上下地层测点间距；天津标准按照建筑面积分级制定监测配置要求；陕西标准重点关注黄土地层防渗与地质灾害风险监测。

通用简易监测软件大多采用统一配置模式，无法适配不同地区规范差异化要求，难以直接输出主管部门认可的监测成果。

三、合规型监测软件系统核心要求

面向监管规范的监测软件，除基础的数据采集、曲线展示功能外，必须具备三大核心能力：

第一，灵活配置采集参数。软件可根据项目所在地区规范，自定义采集周期、测点深度、预警阈值，适配京沪津陕不同指标要求。

第二，长期稳定数据存储。满足规范数年连续存储要求，数据不可篡改，保障监测数据具备法律效力，作为项目评审、取水许可核查依据。

第三，标准化成果输出。软件能够自动生成分层地温剖面图、年度温度变化对比曲线、热平衡监测报告，报告格式符合各地自然资源部门归档要求。

同时，软件需要支持机房运行数据与地温监测数据联合分析，定量评价机组运行模式对地温场的扰动，完成土壤热平衡分级评价，区分轻度、中度、重度热失衡风险。

四、分场景标准化部署方案

针对两类项目提出差异化软件部署方案：

新建地源热泵项目：前期同步规划一体化监测软件平台，统一布设地温采集终端、机房信号采集设备，按照属地地方标准设置监测参数，项目完工即可输出完整监测资料，一次性通过竣工验收。

存量改造地源热泵项目：充分利用现有硬件，通过软件升级、增加协议转换终端，补齐监测功能短板，数据存储与报表功能，满足年度地热动态监测核查要求。

五、结论

浅层地热能监管日趋严格，监测软件系统不再只是运维工具，更是项目合规建设的支撑条件。在软件选型、方案设计阶段对标属地地方标准，能够有效避免后期改造返工。面向监管规范开发的标准化监测软件，兼顾工程运维需求与行政监管要求，实现运维管理、风险预警、合规归档多重价值。随着全国浅层地热开发监管体系不断优化，合规化监测软件系统将成为行业标配，推动浅层地热能资源规范化、可持续开发。

地源热泵、浅层地源热泵监测系统全分类关键词

一、基础研究对象（地源热泵体系）

热泵系统类型

土壤源地埋管地源热泵、闭式地埋管热泵、地下水式水源热泵、水平埋管换热系统、竖直埋管换热系统、冷暖联供一体化热泵、商用综合体热泵系统、住宅小区浅层地热项目、超低能耗/零碳建筑配套热泵、存量老旧地源热泵改造项目、多能耦合复合热泵（光伏+地源/空气源+地源）

地层与热源核心概念

浅层地层（0~200m）、变温带（0~24m）、深部恒温增温层（＞24m）、岩土热物性、土壤导热系数、地下含水层渗流、黏土隔水夹层、黄土裂隙地层、上海软土富水地层、华北平原粉质黏土、土壤原始基准地温场、土壤冷热堆积、热失衡、冷堆积、热短路、地层温度单向偏移、岩土热承载力、年均地层温升/温降、地下水矿化度、地热循环介质

系统老化失效诱因

土壤热失衡诱发机组衰减、热泵压缩机老化磨损、板式换热器结垢堵塞、循环水泵扬程衰减、管路钙镁硅垢淤堵、PE埋管渗漏、管路气堵、砂堵、微生物结晶垢堵、冷热负荷差值超标、无常态化地温监测、全年连续满负荷运行、取灌水量失衡、回灌通道淤堵、地层沉降道路开裂

二、京/沪/津/陕四省市浅层地热监测地方标准关键词

标准编号全称

DB11/T 1956-2022《地热动态监测规范》、DB11/T2412《地埋管地源热泵监测系统建设技术规范》、DG/TJ08-2324上海《浅层地热能开发利用监测技术标准》、DB12/T 608-2015天津《浅层地热能地质环境监测技术规程》、DB61/T 1193-2018陕西《浅层地热能开发利用地质环境监测规范》、NB/T10278-2019国家浅层地热监测规范

四大标准统一强制共性条款

三类监测孔标准化布设（换热监测孔、换热影响监测孔、常温背景监测孔）、厚度＞6m土层单独分层布设测点、测温传感器精度±0.2℃、监测孔回填介质与换热孔一致、井口配套检修井室、24小时不间断自动采集、本地+云端双备份存储、监测影像/时序数据作为竣工验收法定档案、Modbus-RTU标准通讯协议、年度地热监测报告强制归档、监测孔距换热区边缘≥10m

各地差异化标准专属关键词

北京地标：变温带2m加密测点、深部地层10m等间距布设、冷热平衡量化计算、地层温度时序曲线、数据直连市级地热监管平台、大面积埋管群全域热扰动评估、北方供暖季地层降温动态预警、管道插入式流量/水温双监测

上海地标：24m梯度分层测点（＜24m≤2m、＞24m≤10m）、四代测温元件迭代划分、可插拔模块化多点测温探头、±0.1℃高精度数字传感强制要求、多层软土渗流耦合监测、市级统一地热大数据平台联网、浑浊地下水定向补光测温设备、信用惩戒数字化监管

天津地标：冷暖建筑面积分级配置监测孔（3000㎡/10000㎡面积阈值）、DN40 PE/镀锌测温保护管标准化、管内注水导热工艺、中小型商用热泵简化监测配置、野外分体式便携绞车、施工管材标准化图集

陕西地标：黄土裂隙地层防渗封堵工艺、高低温地层分层保护、浅层/中深层地热联合监测、黄土高原地层温升长期观测、监测孔多层防渗密封结构、区域采灌均衡管控、黄土塌陷隐患地层温度预警、地质环境年度核查配套监测资料

上海地标四代测温元件迭代划分

第一代热电偶（单点模拟、精度±0.5℃、易信号干扰）、第二代PT1000单点模拟探头、第三代数字多点分布式测温、第四代可插拔模块化多点测温元件（大型示范项目标配）

三、浅层地源热泵监测系统整机（北京鸿鸥成运HO系列）

成套监测主机系统

浅层地温远程监测系统、地源热泵一体化监测控制柜、多参数综合采集平台、野外低功耗NB-IoT无线RTU终端、屏幕式工业触控采集主机、浅层地热标准化监测成套设备、分布式光纤DTS测温系统

细分硬件配件

PT1000高精度温度传感器、±0.1℃/±0.2℃分层测温探头、可插拔模块化多点测温元件、φ42细径测温探头、316L/钛合金防腐测温保护管、DN40镀锌/PE监测测井管、防腐耐磨铠装测井线缆、±1cm高精度深度编码器、自动排线电动排线绞车、井下耐磨扶正器、野外太阳能光伏供电套件、大容量锂电池低功耗模块、管道插入式流量计、内嵌式超声水表（水资源税计量）、分层多点测温电缆、孔口密封保护组件、自动除雾加热镜头模块

配套专用分析软件

HO系列浅层地热监测分析软件、地层温度时序存储系统、360°地层剖面自动生成工具、土壤热平衡自动测算模块、AI冷热失衡智能预警系统、多期地层温度叠加对比工具、标准化工程验收报告导出工具、多参数联动分析平台、支持二次开发对接地方地热监管大数据、离线单机数据分析软件

四、监测系统全流程应用功能关键词

地层温度常态化监测

分层地层温度连续采集、变温带温度波动长期跟踪、深部恒温地层基准测温、原始背景地层温度对比、冷热堆积厚度量化测算、年均地层温升/温降统计、岩土热承载力评估、土壤热平衡分级判定（轻度/中度/重度失衡）

土壤热失衡智能预警调控

冷热负荷差值量化分析、地层单向温度偏移阈值自动报警、热短路空洞识别、提前预判机组能效衰减、辅助间歇轮换运行调控、多能源耦合补热/散热方案数据支撑、年度地层温度演化趋势建档

工程施工与竣工验收配套

监测孔成井施工质量核验、分层测温点位深度校准、监测孔回填工艺核验、新建地源热泵竣工资料编制、存量老旧热泵改造复测、节能建筑/超低能耗建筑评审、地热取水许可年度核查、水资源税计量数据归档

多参数耦合联动监测

分层地温采集、循环管路流量监测、热泵机组用电能耗同步采集、埋管进出水温一体化采集、地下水水位动态监测、取灌水量同步计量、回灌失衡渗漏通道辅助勘察、光伏-地源热泵多能耦合全域监测、水质pH/电导率在线监测

环保、自然资源合规长效归档

浅层地热资源年度普查、矿山地质环境年度核查、CCER碳减排自动核算、地下水污染风险管控、不可篡改时序数据长期存储、政府地热监管平台实时联网、闭坑/复垦地质环境评估资料、浅层地热开发全生命周期数字档案

五、监测系统技术性能参数关键词

分层测点布设间距2m/10m、测温精度±0.1℃/±0.2℃、IP68全密封防水、钛合金耐酸碱高温防腐结构、500~3000米长线缆数字无损传输、无画面/数据衰减、360°云台同步定向补光、5级亮度可调光源、0.05mm级细微裂隙清晰识别、分体式轻量化便携、市电/锂电/太阳能三供电模式、全天候自动定时采集、NB-IoT低功耗无线传输、深度定位精度±1cm、本地SD卡循环存储、断网数据缓存、单口1000m监测孔30分钟完成全段扫描、Modbus-RTU标准化通讯协议、数据采集间隔10min/30min/24h分级设置

六、热平衡修复、老旧热泵提质改造配套关键词

间歇轮换运行调控、分区分时换热管控、错峰负荷调节、太阳能辅助补热/散热、空气源辅助散热、跨季节岩土储热BTES、管路物理清洗（高压脉冲/机械刮管/气举反循环）、化学酸洗缓蚀除垢、新增换热钻孔扩容、地层水力压裂改造、循环水泵变频节能改造、老旧压缩机更换、防冻液整体更换、管路内衬防腐修复、存量热泵加装监测系统、PLC自控系统智能化升级、浅层地热一体化监测改造

七、工程落地使用单位、行业价值关键词

地热开发运维企业、热力公司、地质勘察设计院、自然资源局地热监管科室、第三方环境检测机构、高校岩土实验室、零碳园区建设单位、乡村供暖改造项目、浅层地热资源普查单位

可视化定量监测、摒弃人工间断测井、削减勘察钻探工期成本、提前规避地下热失衡地质隐患、延长地源热泵稳定运行寿命、降低建筑冷暖能耗、国产化设备替代进口、同等性能采购成本降低40%、24小时全国驻场应急售后、年度免费传感器校准防腐维护、成套一体化多参数监测解决方案、智慧地热数字化管控、双碳目标能耗量化支撑、符合京沪津陕地方地热监测规范、满足自然资源厅年度评审归档要求