3.2.2　基于关键基础设施合理服务半径的单元最大尺度

1）供水设施

影响供水设施服务半径的主要因素是经济因素，主要体现在水厂投资、管网建设投资和运行管理费用三个方面（图3.1）。综合考虑三方面的影响因素，可以得出如下公式：

A=-0.068r6+201.213r4-55320r3+（642939c-352958）r2-29771r-953603

图3.1　研究区域水工程供水半径与工程服务期末净现值关系

式中，A是整个供水工程结束之后的利润值，r是供水工程的服务半径，c是生活用水的单价。从图中可以看出，随着单价的升高，其工程保本（A=0）所需的供水半径也越大。本书选取c=1.4元/立方米，则其最大供水半径r=7.3千米。

由公式M=S·P=πr2·P，式中M是服务的人口数，S是最大供水半径所覆盖的供水范围面积，P是人口密度，可以得出M=89522人。

因此，基于供水设施服务范围的最大半径为7.3千米，最大面积为167.33平方千米，最大人口规模为89522人。2）污水处理设施

污水处理设施包括集中式和分散式两种。污水的集中式处理能够减少处理厂数量，节省基础建设总投资，但随着设施的服务规模扩大，其管径和长度都要增加，导致整体费用上升。分散式处理规模较小，造价低廉，简单易行，是当前农村地区大力提倡的污水处理方式。从污水运输和处理两方面来看，集中式和分散式处理方式都存在一个服务规模的最优值。

因为污水在处理过程中并没有能量的消耗，因此费用是影响设施规模的主要因素。从费用函数的角度分析污水处理设施的经济性，是确定污水处理设施服务规模的主要研究方式。该费用主要体现在三个方面：系统的管网经济规模、污水处理设备的费用、运输过程中的费用。综合各费用计算方式，能够得出其临界距离的公式为：

经数据代入可以得出，集中式污水处理服务半径不能大于5千米，若超出这一范围则需要选择分散式处理方式。因此可以得出，基于污水处理设施的服务半径为5千米，其用地规模为78.5平方千米。

3）燃气设施

由于燃气设施在输送过程中其自身并没有能量的消耗，因此燃气设施供应距离的约束条件主要是燃气在供应过程中的输送成本。在乡村绿色人居单元中，燃气的供应包含两种方式：分散式和集中式。分散式指各家各户具有独立的燃气生产设备，因此其供应范围为本户人家。集中式指以乡村或社区为单位，建立专门的燃气站，通过管网输送到各家各户。由于管网输送过程的主要动力来自调压站的压力，因此调压站压力能够供给的最大距离即为燃气供给的最大服务半径。中压管网供气中的调压站的最佳供应半径为800～1000米，即最佳作用范围为2～3平方千米。据调研显示，我国乡镇地区人口密度约为5000～6000人/平方千米，得出该半径内的服务人口为10000～18000人。所以燃气设施的最大服务半径为1千米，服务规模为3平方千米，服务人口最多为18000人。

4）供热设施

由于当前供热技术中的热源设施造价昂贵，因此人居环境中的供热系统往往采取集中式布局，利用管道将热源产生的热量分散至各处住户。随着供热范围的扩大，单位区域面积上的热负荷增加，更有利于发挥区域供热的规模优势。但与此同时，半径的增大延长了管道的距离，埋管所需费用、管道热损失和输送费用也相应提高。因此供热设施的最佳服务范围问题，是供热半径的最优值问题。

目前集中供热技术设施包括两种：热电厂和区域锅炉房。热电厂指以热电联产方式运行的火电厂，区域锅炉房供热是指在一定区域内依靠锅炉来提供热量。相较而言，热电厂的供热效率高，供热半径在20千米以内，若优化设施技术手段，可达到30千米，适用于城市集中式建设布局。基于乡村聚落高度分散的特性，很难发挥热电厂的最大效应，而锅炉房具有规模小、造价低的特点，因此适合作为小规模范围内的供热设施。热水循环泵是锅炉房的主要设施构件，其耗电输热比（EHR）是影响锅炉房供热半径的主要因素。研究表明，如果将耗电输热比控制在适宜的范围，区域供热系统的最大供热半径可达6.5千米。因此，选择区域锅炉房作为符合乡村聚落形态的供热基础设施，并将其供热半径确定为6.5千米，供热面积132.7平方千米。