論文四：面向地方淺層地?zé)岜O(jiān)管規(guī)范的地源熱泵監(jiān)測軟件系統(tǒng)工程應(yīng)用研究

摘要

北京、上海、天津、陜西等地先后出臺淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用監(jiān)測地方標準，對地溫監(jiān)測布設(shè)方案、采集頻率、數(shù)據(jù)保存、成果歸檔提出強制性要求。大量地源熱泵項目監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)存在不滿足規(guī)范、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、無法支撐竣工驗收與年度核查等問題。本文結(jié)合四省市地方標準差異，研究滿足合規(guī)要求的地源熱泵監(jiān)測軟件系統(tǒng)標準化建設(shè)方案。依托監(jiān)測軟件實現(xiàn)長期連續(xù)監(jiān)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(jiān)管核查需求。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；淺層地?zé)?；地方標準；監(jiān)測軟件；合規(guī)性

一、引言

淺層地源熱泵大規(guī)模開發(fā)，可能引發(fā)地層溫度持續(xù)變化，帶來地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險。為規(guī)范地?zé)衢_發(fā)，京滬津陜相繼發(fā)布淺層地?zé)崮鼙O(jiān)測地方規(guī)范，強制要求大型地源熱泵項目配套建設(shè)地溫長期監(jiān)測系統(tǒng)，持續(xù)監(jiān)測巖土溫度變化，定期評估土壤熱平衡狀態(tài)。

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

二、京、滬、津、陜地方監(jiān)測標準核心異同

各地標準統(tǒng)一要求布設(shè)三類監(jiān)測孔：換熱監(jiān)測孔、影響監(jiān)測孔、背景監(jiān)測孔，要求分層采集地層溫度，保存長期時序監(jiān)測數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)對接市級監(jiān)管平臺；上海標準推薦高精度傳感設(shè)備，區(qū)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(jiān)測配置要求；陜西標準重點關(guān)注黃土地層防滲與地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險監(jiān)測。

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

三、合規(guī)型監(jiān)測軟件系統(tǒng)核心要求

面向監(jiān)管規(guī)范的監(jiān)測軟件，除基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)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(shù)。軟件可根據(jù)項目所在地區(qū)規(guī)范，自定義采集周期、測點深度、預(yù)警閾值，適配京滬津陜不同指標要求。

第二，長期穩(wěn)定數(shù)據(jù)存儲。滿足規(guī)范數(shù)年連續(xù)存儲要求，數(shù)據(jù)不可篡改，保障監(jiān)測數(shù)據(jù)具備法律效力，作為項目評審、取水許可核查依據(jù)。

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(jiān)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(shù)據(jù)與地溫監(jiān)測數(shù)據(jù)聯(lián)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(qū)分輕度、中度、重度熱失衡風(fēng)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(guī)劃一體化監(jiān)測軟件平臺，統(tǒng)一布設(shè)地溫采集終端、機房信號采集設(shè)備，按照屬地地方標準設(shè)置監(jiān)測參數(shù)，項目完工即可輸出完整監(jiān)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(xiàn)有硬件，通過軟件升級、增加協(xié)議轉(zhuǎn)換終端，補齊監(jiān)測功能短板，數(shù)據(jù)存儲與報表功能，滿足年度地?zé)釀討B(tài)監(jiān)測核查要求。

五、結(jié)論

淺層地?zé)崮鼙O(jiān)管日趨嚴格，監(jiān)測軟件系統(tǒng)不再只是運維工具，更是項目合規(guī)建設(shè)的支撐條件。在軟件選型、方案設(shè)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(jiān)管規(guī)范開發(fā)的標準化監(jiān)測軟件，兼顧工程運維需求與行政監(jiān)管要求，實現(xiàn)運維管理、風(fēng)險預(yù)警、合規(guī)歸檔多重價值。隨著全國淺層地?zé)衢_發(fā)監(jiān)管體系不斷優(yōu)化，合規(guī)化監(jiān)測軟件系統(tǒng)將成為行業(yè)標配，推動淺層地?zé)崮苜Y源規(guī)范化、可持續(xù)開發(fā)。

地源熱泵、淺層地源熱泵監(jiān)測系統(tǒng)全分類關(guān)鍵詞

一、基礎(chǔ)研究對象（地源熱泵體系）

熱泵系統(tǒng)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(tǒng)、豎直埋管換熱系統(tǒng)、冷暖聯(lián)供一體化熱泵、商用綜合體熱泵系統(tǒng)、住宅小區(qū)淺層地?zé)犴椖俊⒊湍芎?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(fù)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(dǎo)熱系數(shù)、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(zhì)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?zé)嵫h(huán)介質(zhì)

系統(tǒng)老化失效誘因

土壤熱失衡誘發(fā)機組衰減、熱泵壓縮機老化磨損、板式換熱器結(jié)垢堵塞、循環(huán)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(jié)晶垢堵、冷熱負荷差值超標、無常態(tài)化地溫監(jiān)測、全年連續(xù)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?zé)岜O(jiān)測地方標準關(guān)鍵詞

標準編號全稱

DB11/T 1956-2022《地?zé)釀討B(tài)監(jiān)測規(guī)范》、DB11/T2412《地埋管地源熱泵監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范》、DG/TJ08-2324上?！稖\層地?zé)崮荛_發(fā)利用監(jiān)測技術(shù)標準》、DB12/T 608-2015天津《淺層地?zé)崮艿刭|(zhì)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》、DB61/T 1193-2018陜西《淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》、NB/T10278-2019國家淺層地?zé)岜O(jiān)測規(guī)范

四大標準統(tǒng)一強制共性條款

三類監(jiān)測孔標準化布設(shè)（換熱監(jiān)測孔、換熱影響監(jiān)測孔、常溫背景監(jiān)測孔）、厚度＞6m土層單獨分層布設(shè)測點、測溫傳感器精度±0.2℃、監(jiān)測孔回填介質(zhì)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(jiān)測影像/時序數(shù)據(jù)作為竣工驗收法定檔案、Modbus-RTU標準通訊協(xié)議、年度地?zé)岜O(jiān)測報告強制歸檔、監(jiān)測孔距換熱區(qū)邊緣≥10m

各地差異化標準專屬關(guān)鍵詞

北京地標：變溫帶2m加密測點、深部地層10m等間距布設(shè)、冷熱平衡量化計算、地層溫度時序曲線、數(shù)據(jù)直連市級地?zé)岜O(jiān)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(tài)預(yù)警、管道插入式流量/水溫雙監(jiān)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(shù)字傳感強制要求、多層軟土滲流耦合監(jiān)測、市級統(tǒng)一地?zé)岽髷?shù)據(jù)平臺聯(lián)網(wǎng)、渾濁地下水定向補光測溫設(shè)備、信用懲戒數(shù)字化監(jiān)管

天津地標：冷暖建筑面積分級配置監(jiān)測孔（3000㎡/10000㎡面積閾值）、DN40 PE/鍍鋅測溫保護管標準化、管內(nèi)注水導(dǎo)熱工藝、中小型商用熱泵簡化監(jiān)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?zé)崧?lián)合監(jiān)測、黃土高原地層溫升長期觀測、監(jiān)測孔多層防滲密封結(jié)構(gòu)、區(qū)域采灌均衡管控、黃土塌陷隱患地層溫度預(yù)警、地質(zhì)環(huán)境年度核查配套監(jiān)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(shù)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(jiān)測系統(tǒng)整機（北京鴻鷗成運HO系列）

成套監(jiān)測主機系統(tǒng)

淺層地溫遠程監(jiān)測系統(tǒng)、地源熱泵一體化監(jiān)測控制柜、多參數(shù)綜合采集平臺、野外低功耗NB-IoT無線RTU終端、屏幕式工業(yè)觸控采集主機、淺層地?zé)針藴驶O(jiān)測成套設(shè)備、分布式光纖DTS測溫系統(tǒng)

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(jiān)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(nèi)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?zé)岜O(jiān)測分析軟件、地層溫度時序存儲系統(tǒng)、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(yù)警系統(tǒng)、多期地層溫度疊加對比工具、標準化工程驗收報告導(dǎo)出工具、多參數(shù)聯(lián)動分析平臺、支持二次開發(fā)對接地方地?zé)岜O(jiān)管大數(shù)據(jù)、離線單機數(shù)據(jù)分析軟件

四、監(jiān)測系統(tǒng)全流程應(yīng)用功能關(guān)鍵詞

地層溫度常態(tài)化監(jiān)測

分層地層溫度連續(xù)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(tǒng)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(yù)警調(diào)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(yù)判機組能效衰減、輔助間歇輪換運行調(diào)控、多能源耦合補熱/散熱方案數(shù)據(jù)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(jiān)測孔成井施工質(zhì)量核驗、分層測溫點位深度校準、監(jiān)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(fù)測、節(jié)能建筑/超低能耗建筑評審、地?zé)崛∷S可年度核查、水資源稅計量數(shù)據(jù)歸檔

多參數(shù)耦合聯(lián)動監(jiān)測

分層地溫采集、循環(huán)管路流量監(jiān)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(tài)監(jiān)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(jiān)測、水質(zhì)pH/電導(dǎo)率在線監(jiān)測

環(huán)保、自然資源合規(guī)長效歸檔

淺層地?zé)豳Y源年度普查、礦山地質(zhì)環(huán)境年度核查、CCER碳減排自動核算、地下水污染風(fēng)險管控、不可篡改時序數(shù)據(jù)長期存儲、政府地?zé)岜O(jiān)管平臺實時聯(lián)網(wǎng)、閉坑/復(fù)墾地質(zhì)環(huán)境評估資料、淺層地?zé)衢_發(fā)全生命周期數(shù)字檔案

五、監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)性能參數(shù)關(guān)鍵詞

分層測點布設(shè)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(jié)構(gòu)、500~3000米長線纜數(shù)字無損傳輸、無畫面/數(shù)據(jù)衰減、360°云臺同步定向補光、5級亮度可調(diào)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(huán)存儲、斷網(wǎng)數(shù)據(jù)緩存、單口1000m監(jiān)測孔30分鐘完成全段掃描、Modbus-RTU標準化通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)采集間隔10min/30min/24h分級設(shè)置

六、熱平衡修復(fù)、老舊熱泵提質(zhì)改造配套關(guān)鍵詞

間歇輪換運行調(diào)控、分區(qū)分時換熱管控、錯峰負荷調(diào)節(jié)、太陽能輔助補熱/散熱、空氣源輔助散熱、跨季節(jié)巖土儲熱BTES、管路物理清洗（高壓脈沖/機械刮管/氣舉反循環(huán)）、化學(xué)酸洗緩蝕除垢、新增換熱鉆孔擴容、地層水力壓裂改造、循環(huán)水泵變頻節(jié)能改造、老舊壓縮機更換、防凍液整體更換、管路內(nèi)襯防腐修復(fù)、存量熱泵加裝監(jiān)測系統(tǒng)、PLC自控系統(tǒng)智能化升級、淺層地?zé)嵋惑w化監(jiān)測改造

七、工程落地使用單位、行業(yè)價值關(guān)鍵詞

地?zé)衢_發(fā)運維企業(yè)、熱力公司、地質(zhì)勘察設(shè)計院、自然資源局地?zé)岜O(jiān)管科室、第三方環(huán)境檢測機構(gòu)、高校巖土實驗室、零碳園區(qū)建設(shè)單位、鄉(xiāng)村供暖改造項目、淺層地?zé)豳Y源普查單位

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