控制性詳細(xì)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(xué)建筑學(xué)院

2 華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

近年來(lái)我國(guó)城市化進(jìn)程加快，人民對(duì)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(guó)走可持續(xù)發(fā)展道路需要重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。相較于資源消耗量大、環(huán) 境污染嚴(yán)重、能 源利用效率低（約 40%）且 經(jīng)濟(jì)效益較低的傳統(tǒng)供冷方式，區(qū) 域供冷作為一種價(jià)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(jì)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(biāo)的關(guān)系具有重要意義。但現(xiàn)有相關(guān)領(lǐng)域文章中對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)研究的較為少見，故 本文將分析城市控制性詳細(xì)規(guī)劃視角下控規(guī)指標(biāo)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(biāo)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(shí)現(xiàn)提高能源利用效率、滿足節(jié)能減排目標(biāo)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(jì)[2]?？刂菩栽敿?xì)規(guī)劃（簡(jiǎn)稱控規(guī)）是 城市規(guī)劃體系中的一個(gè)層次，上 承城市總體規(guī)劃，以量化指標(biāo)的形式對(duì)城市建設(shè)的進(jìn)行控制，下接修建性詳細(xì)規(guī)劃，作 為其編制依據(jù)?？刂菩栽敿?xì)規(guī)劃的指標(biāo)體系由土地使用，建 筑建造，設(shè) 施配套和行為活動(dòng)四個(gè)方面組成，分 別對(duì)應(yīng)了不同的規(guī)定性和指導(dǎo)性控制指標(biāo)。研究分析表明，該 體系中的部分指標(biāo)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(biāo)，指 標(biāo)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(biāo)可以分為關(guān)系密切的指標(biāo)和有一定關(guān)系的指標(biāo)，其 中關(guān)系密切的指標(biāo)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(fù)荷時(shí)空分布，極 大影響區(qū)域供冷項(xiàng)目可行性和區(qū)域內(nèi)的建筑冷負(fù)荷密度的作用，這是在進(jìn)行區(qū)域供冷規(guī)劃時(shí)需要著重關(guān)注的控規(guī)指標(biāo)要素。有一定關(guān)系的指標(biāo)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(dòng)等允許標(biāo)準(zhǔn)值等，這 些指標(biāo)會(huì)對(duì)區(qū)域供冷系統(tǒng)的供冷半徑，區(qū) 域冷負(fù)荷時(shí)空分布，終 端建筑冷負(fù)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(biāo)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(biāo)分析

影響區(qū)域供冷規(guī)劃的指標(biāo)被分為了關(guān)系密切及有一定關(guān)系的兩類，接 下來(lái)將著重對(duì)關(guān)系密切的用地性質(zhì)、容 積率、建 筑密度這三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)分析，對(duì)有一定關(guān)系的其他指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)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(shí)際用途對(duì)土地用途進(jìn)行分類。而不同用地性質(zhì)的區(qū)域上建筑種類也會(huì)有很大差異，比 如辦公類建筑的冷負(fù)荷特性是工作時(shí)間冷負(fù)荷需求較大并且冷負(fù)荷持續(xù)時(shí)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(fù)荷高峰值往往處于炎熱季節(jié)的下班與周末時(shí)間段，而 且普通用戶的用冷量及用冷時(shí)間會(huì)因個(gè)體差異產(chǎn)生各種難以預(yù)測(cè)的情況。因此用地性質(zhì)會(huì)對(duì)區(qū)域內(nèi)建筑冷負(fù)荷的時(shí)空分布產(chǎn)生很大的影響，進(jìn) 而影響到系統(tǒng)的裝機(jī)容量。事實(shí)表明區(qū)域內(nèi)的冷負(fù)荷需求越均勻，制 冷機(jī)組的啟停次數(shù)也越少，系 統(tǒng)的供冷效率也更高。

普遍認(rèn)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(xué)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(cāng)儲(chǔ)用地（W）中 的大型物流倉(cāng)儲(chǔ)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(guó)的許多區(qū)域供冷項(xiàng)目就屬于上述類別，如 廣州大學(xué)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?yàn)I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(yáng)機(jī)場(chǎng)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(qiáng)度的規(guī)定性指標(biāo)，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(fèi)，在 開發(fā)建設(shè)中能取得一定的經(jīng)濟(jì)收益[6]。同時(shí)，在 進(jìn)行區(qū)域供冷規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，該 區(qū)域的容積率是需要關(guān)注的重點(diǎn)因素，如 《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50736-2012）中 就對(duì)采用區(qū)域供冷系統(tǒng)的條件做了限制，要 求對(duì)于公共建筑群的容積率需達(dá)到2.0 才能考慮采用區(qū)域供冷系統(tǒng)?？梢哉f(shuō)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(xiàng)實(shí)施的重要指標(biāo)。

同時(shí)，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(jì)可行的重要指標(biāo)。由我國(guó)三個(gè)正在使用中的區(qū)域供冷實(shí)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(jià)也隨之降低，當(dāng) 供冷容積率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，區(qū) 域供冷系統(tǒng)的冷價(jià)能做到小于電價(jià)，說(shuō) 明隨著供冷容積率的提高，系 統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)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(duì)區(qū)域供冷系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性有重大影響。

表2 我國(guó)的三個(gè)區(qū)域供冷實(shí)際案例部分?jǐn)?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?jǐn)?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(fù)荷密度，進(jìn) 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(shí)需要注意的是，雖然建筑密度越高，冷 負(fù)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(huì)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(huì)影響居民的生活質(zhì)量等。

2.4 其他相關(guān)指標(biāo)

對(duì)區(qū)域供冷規(guī)劃產(chǎn)生一定程度影響的控規(guī)指標(biāo)如下：

1）用 地面積：用 地面積的大小對(duì)系統(tǒng)的供冷半徑會(huì)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(fù)荷的時(shí)空分布結(jié)構(gòu)，會(huì) 影響系統(tǒng)的裝機(jī)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(huì)在一定程度上影響建筑的冷負(fù)荷密度從而對(duì)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(duì) 建筑冷負(fù)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(jìn)行冷水供應(yīng)和回收，而 市政給排水設(shè)施的設(shè)置會(huì)影響系統(tǒng)用水來(lái)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(shí)系統(tǒng)的組件運(yùn)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(shí)也需要考慮與供電設(shè)施的距離以減少運(yùn)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(fù)荷需求量和時(shí)空分布會(huì)有較大差異，也 會(huì)在一定程度上影響系統(tǒng)的冷負(fù)荷需求結(jié)構(gòu)從而對(duì)系統(tǒng)規(guī)劃產(chǎn)生影響。

7）噪 聲震動(dòng)等允許標(biāo)準(zhǔn)值：由 于制冷站會(huì)有大量制冷機(jī)組等設(shè)備集中設(shè)置，因 此制冷站對(duì)周圍環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲污染和震動(dòng)影響，制 冷站需要在設(shè)備產(chǎn)生的噪聲震動(dòng)等不超過允許標(biāo)準(zhǔn)值的地點(diǎn)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(duì)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(jì)高效的。同時(shí)，系 統(tǒng)使用能源價(jià)格的高低和能源成本占系統(tǒng)總成本的比重對(duì)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(yùn)行效率，還 能提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。許多已建成的區(qū)域供冷系統(tǒng)就采用了當(dāng)?shù)氐奶烊焕湓?，?般包括深海水（如在中國(guó)、瑞 典），深湖水（如在美國(guó)紐約、加拿大多倫多），地表水和地下水（如在英國(guó)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(guó)一些區(qū)域供冷項(xiàng)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(xiàng)目采用了嘉陵江水作為熱泵機(jī)組的冷源[9]。

表3 歐洲城市區(qū)域供冷項(xiàng)目應(yīng)用天然冷源的情況

還有一些城市為達(dá)到減排目標(biāo)，可 再生能源目標(biāo)和能源效率目標(biāo)也會(huì)選擇采用區(qū)域供冷系統(tǒng)來(lái)達(dá)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(shí)現(xiàn)2030 年前減排 50%并采用 95%的可再生能源進(jìn)行能源供應(yīng)的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn) 2030 年前建筑物減排 20%和能源需求降低 30%的目標(biāo)，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(shí)現(xiàn)40%的供冷由區(qū)域供冷系統(tǒng)替代的目標(biāo)。香港也為了實(shí)現(xiàn)碳密度下降目標(biāo)選擇擴(kuò)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(yáng)能、風(fēng) 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(shí)現(xiàn)移峰填谷，減 少電網(wǎng)峰值負(fù)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(duì)象，采 用了文獻(xiàn)研究法和案例分析法，對(duì) 區(qū)域供冷規(guī)劃與控規(guī)指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行了研究分析，著 重分析了三個(gè)關(guān)系密切的控規(guī)指標(biāo)對(duì)區(qū)域供冷規(guī)劃的影響，并 基于控規(guī)視角對(duì)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(yùn)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(jī)容量，節(jié) 約用電，環(huán)境友好，維 護(hù)管理效率高，有 利于能源梯級(jí)利用的優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)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(yáng)長(zhǎng)避短必須進(jìn)行科學(xué)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(biāo)包括三個(gè)影響密切的指標(biāo)：用 地性質(zhì)，容 積率和建筑密度，以 及有一定關(guān)系的指標(biāo)：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(dòng)等允許標(biāo)準(zhǔn)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(jià)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(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要舉措被眾多城市考慮。