控制性详细规划视角下的区域供冷规划及应用

张银 陈卓伦 ，2

1 华南理工大学建筑学院

2 华南理工大学建筑设计研究院有限公司

近年来我国城市化进程加快，人民对生活舒适度要求的提高使得整体供冷需求量也随之大幅提高，因此选择节能环保的供冷方式成为我国走可持续发展道路需要重点关注的问题之一。相较于资源消耗量大、环 境污染严重、能 源利用效率低（约 40%）且 经济效益较低的传统供冷方式，区 域供冷作为一种价格适宜且近零排放的供冷方式脱颖而出[1]。而区域供冷系统的效率很大程度上取决于高效经济的区域供冷规划，这 也属于城市能源规划的范畴，因 此研究区域供冷规划与城市规划相关指标的关系具有重要意义。但现有相关领域文章中对该内容进行系统研究的较为少见，故 本文将分析城市控制性详细规划视角下控规指标体系与区域供冷规划的关系和区域供冷系统的适用区域问题。

1 区域供冷规划与控规指标的关系

区域供冷规划是指一定区域范围内，在 城市规划条件的约束下，在以实现提高能源利用效率、满足节能减排目标的前提下，保证区域内冷量供应安全可靠，基 于区域可用的能源资源条件与用户端冷量需求特征的供冷系统的规划设计[2]。控制性详细规划（简称控规）是 城市规划体系中的一个层次，上 承城市总体规划，以量化指标的形式对城市建设的进行控制，下接修建性详细规划，作 为其编制依据。控制性详细规划的指标体系由土地使用，建 筑建造，设 施配套和行为活动四个方面组成，分 别对应了不同的规定性和指导性控制指标。研究分析表明，该 体系中的部分指标与区域供冷规划有一定的关系，表1 列出了控规的控制指标，指 标类型，与 区域供冷规划的相关性及相关内容。

根据上述分析，与 区域供冷规划相关的控制指标可以分为关系密切的指标和有一定关系的指标，其 中关系密切的指标包括用地性质、容 积率、建 筑密度，分别起到决定区域内冷负荷时空分布，极 大影响区域供冷项目可行性和区域内的建筑冷负荷密度的作用，这是在进行区域供冷规划时需要着重关注的控规指标要素。有一定关系的指标包括用地面积、土 地使用兼容性、居住人口密度、建 筑高度、建 筑体量、建 筑形式、给水设施、排 水设施、供 电设施、公 共设施配套、噪 声震动等允许标准值等，这 些指标会对区域供冷系统的供冷半径，区 域冷负荷时空分布，终 端建筑冷负荷密度，需求量和需求结构，冷 站选址，冷 站安全性有一定程度的影响。

表1 控规的控制指标与区域供冷规划的关系[3-4]

2 影响区域供冷规划的控规指标分析

影响区域供冷规划的指标被分为了关系密切及有一定关系的两类，接 下来将着重对关系密切的用地性质、容 积率、建 筑密度这三个指标进行重点分析，对有一定关系的其他指标进行简单说明。

2.1 用地性质

用地性质的定义是根据该宗地块的实际用途对土地用途进行分类。而不同用地性质的区域上建筑种类也会有很大差异，比 如办公类建筑的冷负荷特性是工作时间冷负荷需求较大并且冷负荷持续时间和季节段较好估算，整 体需求也较为稳定。而住宅建筑则刚好相反，冷 负荷高峰值往往处于炎热季节的下班与周末时间段，而 且普通用户的用冷量及用冷时间会因个体差异产生各种难以预测的情况。因此用地性质会对区域内建筑冷负荷的时空分布产生很大的影响，进 而影响到系统的装机容量。事实表明区域内的冷负荷需求越均匀，制 冷机组的启停次数也越少，系 统的供冷效率也更高。

普遍认为区域供冷系统适用的用地性质有居住用地（R）中 的新开发的高档住宅小区类，公 共管理与公共服务设施用地（A）中 的大学校园类，商 业服务业设施用地（B）中 的城市中心商业区类，工 业用地（M）中的产业园区类和大型工业企业类，物流仓储用地（W）中 的大型物流仓储中心类以及道路与交通设施用地（S）中 的大型交通枢纽类等等。我国的许多区域供冷项目就属于上述类别，如 广州大学城、北 京中关村西区、深 圳前海、珠 海横琴、广 州珠江新城、广 州南沙、上海虹桥商务区、重 庆江北嘴CBD 地区、天 津滨海新区、武 汉光谷产业园、南 京鼓楼高新技术产业园区、上 海世博园区、西 安咸阳机场等[5]。

2.2 容积率

容积率是指建筑物地上总建筑面积与规划建设用地面积的比值。容积率作为最能反映土地开发强度的规定性指标，一般是采用上下限值的区间控制形式，其 中控制上限是为了保证不超过环境容纳量以及处于该地的人们的舒适性，而 控制下限是为了保证土地资源不被浪费，在 开发建设中能取得一定的经济收益[6]。同时，在 进行区域供冷规划设计时，该 区域的容积率是需要关注的重点因素，如 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）中 就对采用区域供冷系统的条件做了限制，要 求对于公共建筑群的容积率需达到2.0 才能考虑采用区域供冷系统。可以说区域供冷方案论证阶段在很大程度上需要参考该区域的容积率数值，容 积率甚至成为了决定区域供冷是否能立项实施的重要指标。

同时，供 冷容积率也是能够直观反映区域供冷系统是否经济可行的重要指标。由我国三个正在使用中的区域供冷实际应用案例的相关数据可见（表 2），随 着供冷容积率的增大，冷 价也随之降低，当 供冷容积率达到一定数值时，区 域供冷系统的冷价能做到小于电价，说 明随着供冷容积率的提高，系 统的经济性也在逐步上升。而供冷容积率为接入区域供冷系统的建筑面积与占地面积的比率，虽 然该数值不一定完全等于该区域的容积率，但 容积率决定了供冷容积率的上限，也 能在很大程度上影响供冷容积率的大小，这 表明容积率也对区域供冷系统经济性有重大影响。

表2 我国的三个区域供冷实际案例部分数据表[7]

2.3 建筑密度

建筑密度指在一定范围内，建 筑物的基底面积与规划建设用地面积的比例，即 建筑物的覆盖率，一 般用百分数表示。建筑密度在很大程度上决定了单位面积内所需的冷量，及 建筑的冷负荷密度，进 而影响到区域供冷规划的规划布局，如 制冷站的密度，输 配管网的密度和管径流量等因素。同时需要注意的是，虽然建筑密度越高，冷 负荷需求密度越高有利于提高区域供冷系统的效率并减少冷量输送过程中产生的损耗，但 是建筑密度过高可能会造成建筑互相影响，如 互相遮挡影响建筑采光，噪 声及污染问题会影响居民的生活质量等。

2.4 其他相关指标

对区域供冷规划产生一定程度影响的控规指标如下：

1）用 地面积：用 地面积的大小对系统的供冷半径会产生很大的影响。

2）土 地使用兼容性：可 能影响区域内的建筑类型，从而影响用冷建筑的组成结构从而影响冷负荷的时空分布结构，会 影响系统的装机容量和供冷效率。

3）居 住人口密度：与 建筑密度有很大关系但也有许多其他影响因素，但 是仍然会在一定程度上影响建筑的冷负荷密度从而对区域供冷规划的相关参数产生影响。

4）建 筑高度、建 筑体量、建 筑形式：决 定了建筑的体型系数，对 建筑冷负荷需求量和建筑能耗有着一定影响。

5）给 水设施、排 水设施、供 电设施：由 于区域供冷系统需要设置供回水管道进行冷水供应和回收，而 市政给排水设施的设置会影响系统用水来源从而影响冷站选址。区域供冷系统的主要冷源形式中就包括电制冷，同 时系统的组件运行很大程度上也离不开供电设施，供 电设施的稳定安全也和系统的供冷安全性息息相关，在 冷站选址时也需要考虑与供电设施的距离以减少运输过程中的电力损耗。

6）各 公共设施配套：不 同类型的公共设施的冷负荷需求量和时空分布会有较大差异，也 会在一定程度上影响系统的冷负荷需求结构从而对系统规划产生影响。

7）噪 声震动等允许标准值：由 于制冷站会有大量制冷机组等设备集中设置，因 此制冷站对周围环境会产生一定的噪声污染和震动影响，制 冷站需要在设备产生的噪声震动等不超过允许标准值的地点设置。

3 控规视角下区域供冷系统适用区域分析

通过对目前投入使用的区域供冷系统的研究表明，在 容积率，建 筑密度及人口密度较高的地区或城市采用区域供冷系统是更经济高效的。同时，系 统使用能源价格的高低和能源成本占系统总成本的比重对于区域供冷系统能否适用也有很大影响，如 果规划区域附近有可利用的天然冷源，此 类情况采用区域供冷系统不仅能够提高系统运行效率，还 能提高系统的经济性。许多已建成的区域供冷系统就采用了当地的天然冷源，一 般包括深海水（如在中国、瑞 典），深湖水（如在美国纽约、加拿大多伦多），地表水和地下水（如在英国伦敦），潟 湖水和河水[8]。表 3 中总结了欧洲某些城市的区域供冷系统采用天然冷源的情况，除 此之外，中 国一些区域供冷项目也因地制宜，采 用了天然冷源，如 重庆江北嘴中央商务区的区域供冷供热项目采用了嘉陵江水作为热泵机组的冷源[9]。

表3 欧洲城市区域供冷项目应用天然冷源的情况

还有一些城市为达到减排目标，可 再生能源目标和能源效率目标也会选择采用区域供冷系统来达到目的，如 卑尔根的全部新建筑及特许范围内的绝大多数既有建筑都采用区域供冷系统，从 而实现2030 年前减排 50%并采用 95%的可再生能源进行能源供应的目标。为实现 2030 年前建筑物减排 20%和能源需求降低 30%的目标，迪 拜要求在新开发的全部地区应用区域供冷，从 而实现40%的供冷由区域供冷系统替代的目标。香港也为了实现碳密度下降目标选择扩大区域供冷的应用范围[10]。可见采用区域供冷系统可以减少传统化石能源的消耗量，采 用太阳能、风 能、生 物质能等其他可再生能源，减 少温室气体的排放，并 通过合理的区域供冷规划实现移峰填谷，减 少电网峰值负荷，降低能源消耗[11]。

4 结论

本文以区域供冷系统为研究对象，采 用了文献研究法和案例分析法，对 区域供冷规划与控规指标的关系进行了研究分析，着 重分析了三个关系密切的控规指标对区域供冷规划的影响，并 基于控规视角对区域供冷系统适用的地区做出了分析，得 出以下结论：

1）区 域供冷系统具有运行高效，可 综合利用可再生能源和多种制冷技术，减 少装机容量，节 约用电，环境友好，维 护管理效率高，有 利于能源梯级利用的优点和长距离输送易造成能耗损失增大、受 用户端限值的不足，因 此想扬长避短必须进行科学合理的区域供冷规划。

2）影 响区域供冷规划的指标包括三个影响密切的指标：用 地性质，容 积率和建筑密度，以 及有一定关系的指标：用 地面积，土 地使用兼容性，居 住人口密度，建筑高度，建 筑体量，建 筑形式，给 水设施，排 水设施，供电设施，公 共设施配套及噪声震动等允许标准值。

3）区 域供冷系统适用于容积率，建 筑密度要求及人口密度较高的地区或城市，有 可利用的低价本地能源如天然冷源等的区域也可增大区域供冷系统的优越性，区 域供冷系统也作为有利于实现节能减排目标的重要举措被众多城市考虑。