論文九：CCER碳減排機制下地源熱泵監測系統碳資產核算軟件設計與應用

摘要

國家溫室氣體自愿減排（CCER）機制重啟之后，可再生能源替代傳統化石能源項目具備市場化碳資產交易收益，成為清潔能源項目重要的附加經濟增長點。地源熱泵系統依靠地層熱量轉移實現建筑冷暖供應，替代燃煤、燃氣鍋爐以及高能耗中央空調系統，具備顯著的溫室氣體減排潛力。但目前絕大多數淺層地源熱泵配套監測軟件僅面向設備運維與地熱合規監測，缺少適配CCER項目審定、核證要求的標準化碳資產核算模塊，項目運營方無法依托長期連續監測數據完成碳減排量核算、碳臺賬留存、年度碳報告編制，難以將地熱系統的低碳優勢轉化為市場化碳資產收益。本文結合國內地熱領域CCER方法學、北京上海天津陜西四省市淺層地熱地方監測規范，在現有成熟一體化地源熱泵監測軟件基礎上，設計獨立可插拔式碳資產核算軟件功能模塊。模塊依據項目化石能源基準工況、系統實時用電能耗、建筑冷熱負荷時序數據自動核算年度溫室氣體減排量；結合地溫長期監測時序數據佐證地熱系統運行連續性與穩定性，滿足CCER項目審定機構、碳核查機構的數據溯源與存證要求；軟件自動生成標準化碳臺賬、年度碳減排核查報告，同時測算碳交易帶來的經濟收益。本文闡述碳核算軟件內置算法、數據防篡改存證方案、地熱監管平臺與碳平臺雙向對接方案，并以商業園區地熱項目開展實例測算，分析地熱項目碳資產的經濟價值，為地源熱泵項目挖掘碳附加值、助力建筑領域碳中和發展提供標準化軟件工具支撐。

關鍵詞：地源熱泵；CCER；碳減排；碳資產核算；監測軟件；碳核查合規

一、引言

我國CCER溫室氣體自愿減排交易機制重新常態化運行之后，各類可再生能源、節能改造項目均可通過審定備案成為CCER項目，項目產生的年度碳減排量可在全國碳市場進行交易，為項目方帶來額外經濟收益。在建筑冷暖供應領域，傳統冬季燃煤燃氣鍋爐供暖、夏季高能耗冷水機組空調系統會產生大量化石能源碳排放，而地源熱泵屬于熱量搬運式節能系統，自身不燃燒燃料，僅消耗少量電能完成冷熱交換，如果配套綠電使用則可實現近乎零碳排放，擁有巨大的碳減排開發潛力。

在地熱工程行業，項目方普遍重視熱泵機組運行穩定性、地熱系統合規驗收，配套的監測軟件重點實現機房設備監控、地溫場監測、地熱年度監測報表輸出功能，并沒有對接CCER機制的碳核算功能模塊。想要申報CCER地熱項目，企業需要每年委托第三方碳核查機構人工采集系統運行能耗數據、建筑冷熱負荷數據，人工核算減排量，不僅核算成本高、人為數據誤差大，而且人工臺賬容易出現數據斷檔、無法溯源，難以通過嚴格的碳項目核證審查。同時CCER項目要求減排數據具備連續性、不可篡改性，需要配套長期連續的設備運行監測佐證數據，地熱地溫監測時序數據恰好可以證明地熱系統全年不間斷穩定運行，是項目通過審定的重要佐證材料，現有軟件無法將地熱監測數據與碳核算數據聯動整合。因此開發適配CCER機制的地源熱泵碳資產核算軟件模塊，兼具運維、地熱合規、碳資產開發三重價值。

二、地源熱泵碳減排基線與軟件內置核算算法構建

碳減排核算核心邏輯為：溫室氣體減排量=基準工況碳排放量-地熱熱泵系統運行實際碳排放量。

首先軟件需要錄入項目基準工況基礎信息，即項目如果不采用地源熱泵系統，采用當地常規化石能源供暖+中央空調供冷模式全年產生的碳排放總量，作為減排計算基線。基線參數包含原有鍋爐燃料類型、燃料熱值、燃料碳排放因子、原有空調系統單位冷熱負荷電耗指標等基礎固定參數。

軟件實時采集兩大動態時序數據：一是地源熱泵整套系統全年逐時耗電量，包含主機、地源側水泵、空調側水泵、末端輔機全部用電能耗；二是建筑全年冷熱總負荷，由供回水溫度、管路流量參數實時積分計算得出。軟件結合電網區域碳排放因子，計算熱泵用電對應的實際碳排放；用基準工況碳排放減去熱泵系統實際碳排放，得出逐時、逐日、月度、年度碳減排量。

同時軟件聯動地溫監測模塊，調取全年地層溫度時序變化曲線，證明地熱埋管換熱系統全年持續穩定運行，不存在系統停運、地熱設備閑置等問題，作為碳減排真實性的佐證數據，滿足CCER審定對于項目運行連續性的硬性審查要求。算法內置發布的各類碳排放因子數據庫，可根據項目所在省份電網碳排放因子動態更新核算參數，保障核算結果符合國家碳核算規范。

三、碳核算軟件核心功能模塊與數據存證設計

碳核算模塊采用插件式設計，可直接加裝在原有一體化地熱監測軟件內部，不改動原有設備監控、地溫監測、地熱合規報表等基礎功能，包含六大核心子模塊。

基礎基線信息管理模塊：錄入項目原有化石能源系統參數、地理位置、電網碳排放因子、項目CCER備案編號等基礎信息，固化減排計算基線。

實時碳減排計算模塊：結合用電能耗、冷熱負荷時序數據，自動計算逐時碳減排量，可視化展示日、月、季度減排變化曲線。

不可篡改時序臺賬模塊：所有能耗、地溫、減排原始時序數據同步進行日志加密存證，軟件日志不可刪除、不可篡改，為第三方碳核查提供可溯源原始數據。

標準化核查報告導出模塊：按照CCER核證報告模板自動生成年度碳減排報告，附帶地溫監測佐證附件，可直接提交碳核查機構。

碳資產收益測算模塊：結合當前碳市場交易均價，動態測算年度碳減排量對應的預估交易收益，為項目運營決策提供經濟參考。

雙平臺對接接口模塊：預留API接口，一方面對接屬地自然資源地熱監管平臺，完成地熱年度監測合規上報；另一方面可對接全國CCER注冊登記系統，實現減排數據線上報送。

數據防篡改采用“硬件終端時序加密+軟件日志區塊鏈存證"雙重方案，前端RTU硬件采集數據時打上硬件時間戳，上傳至軟件后自動存入加密日志區塊，任何人為修改都會留下修改痕跡，符合碳核查對于原始數據真實性、可追溯性的硬性要求。

四、工程實例碳資產收益測算

以華北某商業綜合體地源熱泵項目為實例，項目原有系統為燃氣鍋爐冬季供暖、傳統冷水機組夏季供冷，改造為地源熱泵冷暖系統后啟用配套碳核算軟件。經過完整一個自然年監測核算：項目基準工況全年碳排放約為2860噸二氧化碳當量；地源熱泵系統全年用電折算碳排放約為945噸二氧化碳當量；全年實現碳減排量1915噸。按照當期碳市場交易均價測算，該項目僅碳資產交易可獲得數十萬元年度額外收益。同時軟件導出附帶全年地溫時序曲線的碳核查報告，順利通過第三方機構碳核證，完成年度CCER減排量登記。若項目后續配套廠區光伏綠電系統，熱泵用電全部采用零碳光伏電力，系統實際碳排放將大幅降低，碳減排量與碳資產收益會進一步大幅提升。項目同時依托軟件的地熱監測報表，順利通過當地自然資源部門地熱系統年度動態核查，一套軟件同時解決地熱合規運維、碳資產開發兩大需求。

五、軟件現存問題與迭代優化方向

現階段碳核算軟件模塊存在兩處局限：一是不同省份CCER項目配套細則存在細微差異，軟件基線核算模板需要針對地方性細則微調；二是碳市場碳排放因子、碳交易價格處于動態變化過程，需要定期更新數據庫參數。后續軟件設置線上云端參數庫，由后臺統一更新各省核算細則、電網碳排放因子、燃料因子等基礎參數，用戶終端無需單獨升級軟件即可完成算法更新；同時增加綠電溯源核算子模塊，能夠識別熱泵所使用電力為光伏、風電等綠色電力，進一步精準核算零碳減排收益；增加多年度碳減排趨勢分析功能，結合地溫場變化預判未來數年碳減排穩定性。

六、結論

在地熱項目CCER常態化開發的行業大背景下，搭載碳資產核算模塊的地源熱泵監測軟件，打破了傳統地熱軟件僅能滿足運維與地熱合規的功能局限，實現了“設備智能運維+地熱長期監測合規+碳資產自動核算開發"三位一體功能。軟件依托硬件加密時序數據保障碳減排數據真實可溯源，內置標準化核算算法，自動輸出符合CCER審定、核證要求的臺賬與報告，大幅降低地熱項目申報碳資產的人工成本與審核風險，將地源熱泵的低碳環保屬性轉化為穩定市場化經濟收益。

對于新建地源熱泵項目，可在軟件選型階段直接搭載碳核算模塊；對于存量地熱項目，僅需對原有監測軟件進行插件升級改造即可實現碳核算功能，改造成本低、通用性強。該碳核算軟件體系推動淺層地源熱泵從“節能型暖通系統"升級為“節能+碳資產增值復合型清潔能源系統"，極大提升地源熱泵項目綜合經濟效益與市場競爭力，助力建筑領域雙碳目標落地實現。

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