控制性詳細規(guī)劃視角下的區(qū)域供冷規(guī)劃及應(yīng)用

張銀 陳卓倫 ，2

1 華南理工大學建筑學院

2 華南理工大學建筑設(shè)計研究院有限公司

近年來我國城市化進程加快，人民對生活舒適度要求的提高使得整體供冷需求量也隨之大幅提高，因此選擇節(jié)能環(huán)保的供冷方式成為我國走可持續(xù)發(fā)展道路需要重點關(guān)注的問題之一。相較于資源消耗量大、環(huán) 境污染嚴重、能 源利用效率低（約 40%）且 經(jīng)濟效益較低的傳統(tǒng)供冷方式，區(qū) 域供冷作為一種價格適宜且近零排放的供冷方式脫穎而出[1]。而區(qū)域供冷系統(tǒng)的效率很大程度上取決于高效經(jīng)濟的區(qū)域供冷規(guī)劃，這 也屬于城市能源規(guī)劃的范疇，因 此研究區(qū)域供冷規(guī)劃與城市規(guī)劃相關(guān)指標的關(guān)系具有重要意義。但現(xiàn)有相關(guān)領(lǐng)域文章中對該內(nèi)容進行系統(tǒng)研究的較為少見，故 本文將分析城市控制性詳細規(guī)劃視角下控規(guī)指標體系與區(qū)域供冷規(guī)劃的關(guān)系和區(qū)域供冷系統(tǒng)的適用區(qū)域問題。

1 區(qū)域供冷規(guī)劃與控規(guī)指標的關(guān)系

區(qū)域供冷規(guī)劃是指一定區(qū)域范圍內(nèi)，在 城市規(guī)劃條件的約束下，在以實現(xiàn)提高能源利用效率、滿足節(jié)能減排目標的前提下，保證區(qū)域內(nèi)冷量供應(yīng)安全可靠，基 于區(qū)域可用的能源資源條件與用戶端冷量需求特征的供冷系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計[2]。控制性詳細規(guī)劃（簡稱控規(guī)）是 城市規(guī)劃體系中的一個層次，上 承城市總體規(guī)劃，以量化指標的形式對城市建設(shè)的進行控制，下接修建性詳細規(guī)劃，作 為其編制依據(jù)。控制性詳細規(guī)劃的指標體系由土地使用，建 筑建造，設(shè) 施配套和行為活動四個方面組成，分 別對應(yīng)了不同的規(guī)定性和指導性控制指標。研究分析表明，該 體系中的部分指標與區(qū)域供冷規(guī)劃有一定的關(guān)系，表1 列出了控規(guī)的控制指標，指 標類型，與 區(qū)域供冷規(guī)劃的相關(guān)性及相關(guān)內(nèi)容。

根據(jù)上述分析，與 區(qū)域供冷規(guī)劃相關(guān)的控制指標可以分為關(guān)系密切的指標和有一定關(guān)系的指標，其 中關(guān)系密切的指標包括用地性質(zhì)、容 積率、建 筑密度，分別起到?jīng)Q定區(qū)域內(nèi)冷負荷時空分布，極 大影響區(qū)域供冷項目可行性和區(qū)域內(nèi)的建筑冷負荷密度的作用，這是在進行區(qū)域供冷規(guī)劃時需要著重關(guān)注的控規(guī)指標要素。有一定關(guān)系的指標包括用地面積、土 地使用兼容性、居住人口密度、建 筑高度、建 筑體量、建 筑形式、給水設(shè)施、排 水設(shè)施、供 電設(shè)施、公 共設(shè)施配套、噪 聲震動等允許標準值等，這 些指標會對區(qū)域供冷系統(tǒng)的供冷半徑，區(qū) 域冷負荷時空分布，終 端建筑冷負荷密度，需求量和需求結(jié)構(gòu)，冷 站選址，冷 站安全性有一定程度的影響。

表1 控規(guī)的控制指標與區(qū)域供冷規(guī)劃的關(guān)系[3-4]

2 影響區(qū)域供冷規(guī)劃的控規(guī)指標分析

影響區(qū)域供冷規(guī)劃的指標被分為了關(guān)系密切及有一定關(guān)系的兩類，接 下來將著重對關(guān)系密切的用地性質(zhì)、容 積率、建 筑密度這三個指標進行重點分析，對有一定關(guān)系的其他指標進行簡單說明。

2.1 用地性質(zhì)

用地性質(zhì)的定義是根據(jù)該宗地塊的實際用途對土地用途進行分類。而不同用地性質(zhì)的區(qū)域上建筑種類也會有很大差異，比 如辦公類建筑的冷負荷特性是工作時間冷負荷需求較大并且冷負荷持續(xù)時間和季節(jié)段較好估算，整 體需求也較為穩(wěn)定。而住宅建筑則剛好相反，冷 負荷高峰值往往處于炎熱季節(jié)的下班與周末時間段，而 且普通用戶的用冷量及用冷時間會因個體差異產(chǎn)生各種難以預(yù)測的情況。因此用地性質(zhì)會對區(qū)域內(nèi)建筑冷負荷的時空分布產(chǎn)生很大的影響，進 而影響到系統(tǒng)的裝機容量。事實表明區(qū)域內(nèi)的冷負荷需求越均勻，制 冷機組的啟停次數(shù)也越少，系 統(tǒng)的供冷效率也更高。

普遍認為區(qū)域供冷系統(tǒng)適用的用地性質(zhì)有居住用地（R）中 的新開發(fā)的高檔住宅小區(qū)類，公 共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地（A）中 的大學校園類，商 業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地（B）中 的城市中心商業(yè)區(qū)類，工 業(yè)用地（M）中的產(chǎn)業(yè)園區(qū)類和大型工業(yè)企業(yè)類，物流倉儲用地（W）中 的大型物流倉儲中心類以及道路與交通設(shè)施用地（S）中 的大型交通樞紐類等等。我國的許多區(qū)域供冷項目就屬于上述類別，如 廣州大學城、北 京中關(guān)村西區(qū)、深 圳前海、珠 海橫琴、廣 州珠江新城、廣 州南沙、上海虹橋商務(wù)區(qū)、重 慶江北嘴CBD 地區(qū)、天 津濱海新區(qū)、武 漢光谷產(chǎn)業(yè)園、南 京鼓樓高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)、上 海世博園區(qū)、西 安咸陽機場等[5]。

2.2 容積率

容積率是指建筑物地上總建筑面積與規(guī)劃建設(shè)用地面積的比值。容積率作為最能反映土地開發(fā)強度的規(guī)定性指標，一般是采用上下限值的區(qū)間控制形式，其 中控制上限是為了保證不超過環(huán)境容納量以及處于該地的人們的舒適性，而 控制下限是為了保證土地資源不被浪費，在 開發(fā)建設(shè)中能取得一定的經(jīng)濟收益[6]。同時，在 進行區(qū)域供冷規(guī)劃設(shè)計時，該 區(qū)域的容積率是需要關(guān)注的重點因素，如 《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50736-2012）中 就對采用區(qū)域供冷系統(tǒng)的條件做了限制，要 求對于公共建筑群的容積率需達到2.0 才能考慮采用區(qū)域供冷系統(tǒng)。可以說區(qū)域供冷方案論證階段在很大程度上需要參考該區(qū)域的容積率數(shù)值，容 積率甚至成為了決定區(qū)域供冷是否能立項實施的重要指標。

同時，供 冷容積率也是能夠直觀反映區(qū)域供冷系統(tǒng)是否經(jīng)濟可行的重要指標。由我國三個正在使用中的區(qū)域供冷實際應(yīng)用案例的相關(guān)數(shù)據(jù)可見（表 2），隨 著供冷容積率的增大，冷 價也隨之降低，當 供冷容積率達到一定數(shù)值時，區(qū) 域供冷系統(tǒng)的冷價能做到小于電價，說 明隨著供冷容積率的提高，系 統(tǒng)的經(jīng)濟性也在逐步上升。而供冷容積率為接入?yún)^(qū)域供冷系統(tǒng)的建筑面積與占地面積的比率，雖 然該數(shù)值不一定完全等于該區(qū)域的容積率，但 容積率決定了供冷容積率的上限，也 能在很大程度上影響供冷容積率的大小，這 表明容積率也對區(qū)域供冷系統(tǒng)經(jīng)濟性有重大影響。

表2 我國的三個區(qū)域供冷實際案例部分數(shù)據(jù)表[7]

2.3 建筑密度

建筑密度指在一定范圍內(nèi)，建 筑物的基底面積與規(guī)劃建設(shè)用地面積的比例，即 建筑物的覆蓋率，一 般用百分數(shù)表示。建筑密度在很大程度上決定了單位面積內(nèi)所需的冷量，及 建筑的冷負荷密度，進 而影響到區(qū)域供冷規(guī)劃的規(guī)劃布局，如 制冷站的密度，輸 配管網(wǎng)的密度和管徑流量等因素。同時需要注意的是，雖然建筑密度越高，冷 負荷需求密度越高有利于提高區(qū)域供冷系統(tǒng)的效率并減少冷量輸送過程中產(chǎn)生的損耗，但 是建筑密度過高可能會造成建筑互相影響，如 互相遮擋影響建筑采光，噪 聲及污染問題會影響居民的生活質(zhì)量等。

2.4 其他相關(guān)指標

對區(qū)域供冷規(guī)劃產(chǎn)生一定程度影響的控規(guī)指標如下：

1）用 地面積：用 地面積的大小對系統(tǒng)的供冷半徑會產(chǎn)生很大的影響。

2）土 地使用兼容性：可 能影響區(qū)域內(nèi)的建筑類型，從而影響用冷建筑的組成結(jié)構(gòu)從而影響冷負荷的時空分布結(jié)構(gòu)，會 影響系統(tǒng)的裝機容量和供冷效率。

3）居 住人口密度：與 建筑密度有很大關(guān)系但也有許多其他影響因素，但 是仍然會在一定程度上影響建筑的冷負荷密度從而對區(qū)域供冷規(guī)劃的相關(guān)參數(shù)產(chǎn)生影響。

4）建 筑高度、建 筑體量、建 筑形式：決 定了建筑的體型系數(shù)，對 建筑冷負荷需求量和建筑能耗有著一定影響。

5）給 水設(shè)施、排 水設(shè)施、供 電設(shè)施：由 于區(qū)域供冷系統(tǒng)需要設(shè)置供回水管道進行冷水供應(yīng)和回收，而 市政給排水設(shè)施的設(shè)置會影響系統(tǒng)用水來源從而影響冷站選址。區(qū)域供冷系統(tǒng)的主要冷源形式中就包括電制冷，同 時系統(tǒng)的組件運行很大程度上也離不開供電設(shè)施，供 電設(shè)施的穩(wěn)定安全也和系統(tǒng)的供冷安全性息息相關(guān)，在 冷站選址時也需要考慮與供電設(shè)施的距離以減少運輸過程中的電力損耗。

6）各 公共設(shè)施配套：不 同類型的公共設(shè)施的冷負荷需求量和時空分布會有較大差異，也 會在一定程度上影響系統(tǒng)的冷負荷需求結(jié)構(gòu)從而對系統(tǒng)規(guī)劃產(chǎn)生影響。

7）噪 聲震動等允許標準值：由 于制冷站會有大量制冷機組等設(shè)備集中設(shè)置，因 此制冷站對周圍環(huán)境會產(chǎn)生一定的噪聲污染和震動影響，制 冷站需要在設(shè)備產(chǎn)生的噪聲震動等不超過允許標準值的地點設(shè)置。

3 控規(guī)視角下區(qū)域供冷系統(tǒng)適用區(qū)域分析

通過對目前投入使用的區(qū)域供冷系統(tǒng)的研究表明，在 容積率，建 筑密度及人口密度較高的地區(qū)或城市采用區(qū)域供冷系統(tǒng)是更經(jīng)濟高效的。同時，系 統(tǒng)使用能源價格的高低和能源成本占系統(tǒng)總成本的比重對于區(qū)域供冷系統(tǒng)能否適用也有很大影響，如 果規(guī)劃區(qū)域附近有可利用的天然冷源，此 類情況采用區(qū)域供冷系統(tǒng)不僅能夠提高系統(tǒng)運行效率，還 能提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性。許多已建成的區(qū)域供冷系統(tǒng)就采用了當?shù)氐奶烊焕湓矗?般包括深海水（如在中國、瑞 典），深湖水（如在美國紐約、加拿大多倫多），地表水和地下水（如在英國倫敦），潟 湖水和河水[8]。表 3 中總結(jié)了歐洲某些城市的區(qū)域供冷系統(tǒng)采用天然冷源的情況，除 此之外，中 國一些區(qū)域供冷項目也因地制宜，采 用了天然冷源，如 重慶江北嘴中央商務(wù)區(qū)的區(qū)域供冷供熱項目采用了嘉陵江水作為熱泵機組的冷源[9]。

表3 歐洲城市區(qū)域供冷項目應(yīng)用天然冷源的情況

還有一些城市為達到減排目標，可 再生能源目標和能源效率目標也會選擇采用區(qū)域供冷系統(tǒng)來達到目的，如 卑爾根的全部新建筑及特許范圍內(nèi)的絕大多數(shù)既有建筑都采用區(qū)域供冷系統(tǒng)，從 而實現(xiàn)2030 年前減排 50%并采用 95%的可再生能源進行能源供應(yīng)的目標。為實現(xiàn) 2030 年前建筑物減排 20%和能源需求降低 30%的目標，迪 拜要求在新開發(fā)的全部地區(qū)應(yīng)用區(qū)域供冷，從 而實現(xiàn)40%的供冷由區(qū)域供冷系統(tǒng)替代的目標。香港也為了實現(xiàn)碳密度下降目標選擇擴大區(qū)域供冷的應(yīng)用范圍[10]。可見采用區(qū)域供冷系統(tǒng)可以減少傳統(tǒng)化石能源的消耗量，采 用太陽能、風 能、生 物質(zhì)能等其他可再生能源，減 少溫室氣體的排放，并 通過合理的區(qū)域供冷規(guī)劃實現(xiàn)移峰填谷，減 少電網(wǎng)峰值負荷，降低能源消耗[11]。

4 結(jié)論

本文以區(qū)域供冷系統(tǒng)為研究對象，采 用了文獻研究法和案例分析法，對 區(qū)域供冷規(guī)劃與控規(guī)指標的關(guān)系進行了研究分析，著 重分析了三個關(guān)系密切的控規(guī)指標對區(qū)域供冷規(guī)劃的影響，并 基于控規(guī)視角對區(qū)域供冷系統(tǒng)適用的地區(qū)做出了分析，得 出以下結(jié)論：

1）區(qū) 域供冷系統(tǒng)具有運行高效，可 綜合利用可再生能源和多種制冷技術(shù)，減 少裝機容量，節(jié) 約用電，環(huán)境友好，維 護管理效率高，有 利于能源梯級利用的優(yōu)點和長距離輸送易造成能耗損失增大、受 用戶端限值的不足，因 此想揚長避短必須進行科學合理的區(qū)域供冷規(guī)劃。

2）影 響區(qū)域供冷規(guī)劃的指標包括三個影響密切的指標：用 地性質(zhì)，容 積率和建筑密度，以 及有一定關(guān)系的指標：用 地面積，土 地使用兼容性，居 住人口密度，建筑高度，建 筑體量，建 筑形式，給 水設(shè)施，排 水設(shè)施，供電設(shè)施，公 共設(shè)施配套及噪聲震動等允許標準值。

3）區(qū) 域供冷系統(tǒng)適用于容積率，建 筑密度要求及人口密度較高的地區(qū)或城市，有 可利用的低價本地能源如天然冷源等的區(qū)域也可增大區(qū)域供冷系統(tǒng)的優(yōu)越性，區(qū) 域供冷系統(tǒng)也作為有利于實現(xiàn)節(jié)能減排目標的重要舉措被眾多城市考慮。