控制性詳細規劃視角下的區域供冷規劃及應用

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，因此選擇節能環保的供冷方式成為我國走可持續發展道路需要重點關注的問題之一。相較于資源消耗量大、環 境污染嚴重、能 源利用效率低（約 40%）且 經濟效益較低的傳統供冷方式，區 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]。而區域供冷系統的效率很大程度上取決于高效經濟的區域供冷規劃，這 也屬于城市能源規劃的范疇，因 此研究區域供冷規劃與城市規劃相關指標的關系具有重要意義。但現有相關領域文章中對該內容進行系統研究的較為少見，故 本文將分析城市控制性詳細規劃視角下控規指標體系與區域供冷規劃的關系和區域供冷系統的適用區域問題。

1 區域供冷規劃與控規指標的關系

區域供冷規劃是指一定區域范圍內，在 城市規劃條件的約束下，在以實現提高能源利用效率、滿足節能減排目標的前提下，保證區域內冷量供應安全可靠，基 于區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的規劃設計[2]?？刂菩栽敿氁巹潱ê喎Q控規）是 城市規劃體系中的一個層次，上 承城市總體規劃，以量化指標的形式對城市建設的進行控制，下接修建性詳細規劃，作 為其編制依據?？刂菩栽敿氁巹澋闹笜梭w系由土地使用，建 筑建造，設 施配套和行為活動四個方面組成，分 別對應了不同的規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域供冷規劃有一定的關系，表1 列出了控規的控制指標，指 標類型，與 區域供冷規劃的相關性及相關內容。

根據上述分析，與 區域供冷規劃相關的控制指標可以分為關系密切的指標和有一定關系的指標，其 中關系密切的指標包括用地性質、容 積率、建 筑密度，分別起到決定區域內冷負荷時空分布，極 大影響區域供冷項目可行性和區域內的建筑冷負荷密度的作用，這是在進行區域供冷規劃時需要著重關注的控規指標要素。有一定關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、給水設施、排 水設施、供 電設施、公 共設施配套、噪 聲震動等允許標準值等，這 些指標會對區域供冷系統的供冷半徑，區 域冷負荷時空分布，終 端建筑冷負荷密度，需求量和需求結構，冷 站選址，冷 站安全性有一定程度的影響。

表1 控規的控制指標與區域供冷規劃的關系[3-4]

2 影響區域供冷規劃的控規指標分析

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

2.1 用地性質

用地性質的定義是根據該宗地塊的實際用途對土地用途進行分類。而不同用地性質的區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時間和季節段較好估算，整 體需求也較為穩定。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生各種難以預測的情況。因此用地性質會對區域內建筑冷負荷的時空分布產生很大的影響，進 而影響到系統的裝機容量。事實表明區域內的冷負荷需求越均勻，制 冷機組的啟停次數也越少，系 統的供冷效率也更高。

普遍認為區域供冷系統適用的用地性質有居住用地（R）中 的新開發的高檔住宅小區類，公 共管理與公共服務設施用地（A）中 的大學校園類，商 業服務業設施用地（B）中 的城市中心商業區類，工 業用地（M）中的產業園區類和大型工業企業類，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施用地（S）中 的大型交通樞紐類等等。我國的許多區域供冷項目就屬于上述類別，如 廣州大學城、北 京中關村西區、深 圳前海、珠 海橫琴、廣 州珠江新城、廣 州南沙、上海虹橋商務區、重 慶江北嘴CBD 地區、天 津濱海新區、武 漢光谷產業園、南 京鼓樓高新技術產業園區、上 海世博園區、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劃建設用地面積的比值。容積率作為最能反映土地開發強度的規定性指標，一般是采用上下限值的區間控制形式，其 中控制上限是為了保證不超過環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 開發建設中能取得一定的經濟收益[6]。同時，在 進行區域供冷規劃設計時，該 區域的容積率是需要關注的重點因素，如 《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》（GB50736-2012）中 就對采用區域供冷系統的條件做了限制，要 求對于公共建筑群的容積率需達到2.0 才能考慮采用區域供冷系統?？梢哉f區域供冷方案論證階段在很大程度上需要參考該區域的容積率數值，容 積率甚至成為了決定區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域供冷系統是否經濟可行的重要指標。由我國三個正在使用中的區域供冷實際應用案例的相關數據可見（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值時，區 域供冷系統的冷價能做到小于電價，說 明隨著供冷容積率的提高，系 統的經濟性也在逐步上升。而供冷容積率為接入區域供冷系統的建筑面積與占地面積的比率，雖 然該數值不一定完全等于該區域的容積率，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 表明容積率也對區域供冷系統經濟性有重大影響。

表2 我國的三個區域供冷實際案例部分數據表[7]

2.3 建筑密度

建筑密度指在一定范圍內，建 筑物的基底面積與規劃建設用地面積的比例，即 建筑物的覆蓋率，一 般用百分數表示。建筑密度在很大程度上決定了單位面積內所需的冷量，及 建筑的冷負荷密度，進 而影響到區域供冷規劃的規劃布局，如 制冷站的密度，輸 配管網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域供冷系統的效率并減少冷量輸送過程中產生的損耗，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量等。

2.4 其他相關指標

對區域供冷規劃產生一定程度影響的控規指標如下：

1）用 地面積：用 地面積的大小對系統的供冷半徑會產生很大的影響。

2）土 地使用兼容性：可 能影響區域內的建筑類型，從而影響用冷建筑的組成結構從而影響冷負荷的時空分布結構，會 影響系統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域供冷規劃的相關參數產生影響。

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

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

6）各 公共設施配套：不 同類型的公共設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的冷負荷需求結構從而對系統規劃產生影響。

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備集中設置，因 此制冷站對周圍環境會產生一定的噪聲污染和震動影響，制 冷站需要在設備產生的噪聲震動等不超過允許標準值的地點設置。

3 控規視角下區域供冷系統適用區域分析

通過對目前投入使用的區域供冷系統的研究表明，在 容積率，建 筑密度及人口密度較高的地區或城市采用區域供冷系統是更經濟高效的。同時，系 統使用能源價格的高低和能源成本占系統總成本的比重對于區域供冷系統能否適用也有很大影響，如 果規劃區域附近有可利用的天然冷源，此 類情況采用區域供冷系統不僅能夠提高系統運行效率，還 能提高系統的經濟性。許多已建成的區域供冷系統就采用了當地的天然冷源，一 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 中總結了歐洲某些城市的區域供冷系統采用天然冷源的情況，除 此之外，中 國一些區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區的區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 歐洲城市區域供冷項目應用天然冷源的情況

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域供冷系統來達到目的，如 卑爾根的全部新建筑及特許范圍內的絕大多數既有建筑都采用區域供冷系統，從 而實現2030 年前減排 50%并采用 95%的可再生能源進行能源供應的目標。為實現 2030 年前建筑物減排 20%和能源需求降低 30%的目標，迪 拜要求在新開發的全部地區應用區域供冷，從 而實現40%的供冷由區域供冷系統替代的目標。香港也為了實現碳密度下降目標選擇擴大區域供冷的應用范圍[10]?？梢姴捎脜^域供冷系統可以減少傳統化石能源的消耗量，采 用太陽能、風 能、生 物質能等其他可再生能源，減 少溫室氣體的排放，并 通過合理的區域供冷規劃實現移峰填谷，減 少電網峰值負荷，降低能源消耗[11]。

4 結論

本文以區域供冷系統為研究對象，采 用了文獻研究法和案例分析法，對 區域供冷規劃與控規指標的關系進行了研究分析，著 重分析了三個關系密切的控規指標對區域供冷規劃的影響，并 基于控規視角對區域供冷系統適用的地區做出了分析，得 出以下結論：

1）區 域供冷系統具有運行高效，可 綜合利用可再生能源和多種制冷技術，減 少裝機容量，節 約用電，環境友好，維 護管理效率高，有 利于能源梯級利用的優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域供冷規劃。

2）影 響區域供冷規劃的指標包括三個影響密切的指標：用 地性質，容 積率和建筑密度，以 及有一定關系的指標：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 水設施，排 水設施，供電設施，公 共設施配套及噪聲震動等允許標準值。

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