Температура льда хоккейной арены

Температура льда хоккейной арены

В журнале «СБК. Спорт Бизнес Консалтинг» №35 вышла статья Сергея Брюзгина «Микроклимат ледовых арен» об особенностях проектирования инженерных систем крытых ледовых комплексов.

*Здесь мы приводим полный текст статьи

Сергей Брюзгин, руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис»

В качестве основного требования, предъявляемого при проектировании и дальнейшей эксплуатации ледовых спортивных сооружений, – это качество льда и как следствие поддержание температурно-влажностного режима, требуемого для нормального функционирования ледового поля. При этом требуемые характеристики ледовых площадок для арен и катков могут отличаться друг от друга параметрами микроклимата в зависимости от функционального назначения и режима эксплуатации объекта. Несмотря на общие принципы, необходимо применять дифференцированный подход к системам вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВиКВ) для крытых катков и ледовых арен.

Основной функцией систем ОВиКВ является поддержание температурно-влажностного режима:

• для обеспечения требуемых параметров ледового поля;
• для нормальной работы спортсменов;
• для комфортного пребывания зрителей на трибунах.

Системы ОВиКВ должны обеспечивать требуемые параметры микроклимата в разных функциональных зонах помещения ледовой арены. Температура льда в помещении катка во время спортивных мероприятий ограничена технологическими требованиями и составляет -7°С, -5°С, -4°С для шорт-трека, хоккея и фигурного катания соответственно. При этом требуемая температура воздуха на уровне 1,5 м от ледовой поверхности должна обеспечиваться в диапазонах +6°С….+12°С, а на трибунах +10°С…+15°C. На расчетные условия в разных функциональных зонах существенно влияют тепло- и влаговыделения, которые напрямую зависят от количества зрителей во время массовых мероприятий.

Основные проблемы, возникающие в помещениях ледовых арен и крытых катков

При проектировании систем кондиционирования для помещений ледовых арен одной из основных проблем, с которой приходится сталкиваться проектировщикам, является необходимость предотвращения образования условий для формирования избыточной влажности воздуха в помещении. В результате взаимодействия между ледовой поверхностью и окружающим воздухом с избыточной влажностью над поверхностью ледовой площадки может образовываться туман, который в свою очередь влияет на энергопотребление систем холодоснабжения и на физические характеристики ледового покрытия. Стоит уделять особое внимание характеристикам ограждающих конструкций ледовых арен и особенно ограждающих конструкций помещений, смежных с ледовой ареной. Конструкции под воздействием лучистого (радиационного) теплообмена могут охлаждаться до температур ниже температуры точки росы окружающего их воздуха, и на поверхности ограждений могут формироваться условия для выпадения конденсата. С целью снижения данного эффекта поверхности ограждающих конструкций следует предусматривать с минимальным коэффициентом поглощения.

Лучистый теплообмен для замкнутых систем в упрощенном виде можно описать формулой q = e _п С₀ [(T 1 /100) 4 — (T 2 /100) 4 ], в которой одним из существенных поддающихся влиянию множителей является приведенный коэффициент e _п , характеризующий степень черноты системы тел. Снижение данного коэффициента можно обеспечить при помощи соответствующего подбора отделочных материалов. Данный аспект, существенно влияющий на энергоэффективность систем холодоснабжения ледового поля, является неотъемлемой частью архитектурно-планировочных и интерьерных решений, а некорректный выбор материалов отделки может увеличить энергопотребление систем холодоснабжения от 30 до 150кВт, что на протяжении всего жизненного цикла спортивного сооружения может оказаться существенной величиной.

Наиболее эффективным материалом для отделки кровли ледовой арены с точки зрения теплофизических процессов является изоляционный материал с фольгированной поверхностью с коэффициентом поглощения 0.1 Оцинкованная сталь также эффективна и имеет коэффициент поглощения равный 0.3. Использование темных цветов для отделки внутренних ограждающих конструкций крытых ледовых сооружений должно выполняться взвешенно, так как данное решение увеличивает лучистый теплообмен от нагретых внутренних поверхностей к поверхности льда и, как следствие, холодильную мощность, затрачиваемую на его наморозку. В период перерывов использования катков и арен целесообразно повышать температуру ледового поля. Данная возможность должна предусматриваться на этапе проектирования инженерных систем и их автоматизации. Каждый градус повышения температуры поверхности льда способствует снижению энергозатрат на систему холодоснабжения на 2-3%, что, в первую очередь, связано с уменьшением радиационного излучения и конвективного теплообмена от окружающих конструкций, воздуха и поверхности льда.

Методы решения для получения оптимальных параметров микроклимата и использование численных методов расчета термодинамического состояния воздушной среды

При проектировании систем кондиционирования множество факторов, влияющих на микроклимат помещения и энергоэффективность комплекса, не могут быть описаны простыми численными методами. Поэтому при проектировании спортивных сооружений, и особенно ледовых арен, целесообразно использовать численные методы моделирования гидродинамических процессов (CFD-моделирование) с последующим анализом полученных результатов.

В своей практике специалисты компании «Метрополис» использовали данный подход для широкого спектра сооружений и, в частности, для ледовой арены «Динамо» с вместимостью трибун до 12 тысяч зрителей.

Арена «Динамо» с вместимостью трибун до 12 тыс. зрителей.

Заказчик: ООО «СПиЧ»

Специалисты компании «Метрополис» на стадии Проект выполняли разработку инженерных систем всего комплекса, а также CFD-моделирование ледовой арены.

Источник

Как устроен ледовый каток

Что такое каток и как он устроен?

Каток — специальное место с ледовым покрытием, предназначенное для катания на коньках. Катки бывают естественные и искусственные. Естественные катки образуются в результате отрицательной температуры на улице, и исчезают, когда эта самая температура поднимается.

Искусственные катки — специально сооружения, созданные для занятий зимними видами спорта, такими как хоккей, фигурное катание, керлинг, шорт-трек, рингетт и т.д. Такие катки могут работать при любой погоде и в любое время года — поддержание нужной температуры в ледовом зале и температуры льда обеспечивает специальное оборудование.

В ледовом зале за температуру отвечают (отделочные материалы катка, климатические установки), а вот за состояние льда — специальные холодильные установки. Холодильная установка обеспечивает отрицательную температуру льда за счёт специальных стальных или пластиковых трубок, которые располагаются подо льдом. В трубках находится специальный раствор, который и обеспечивает заморозку воды над трубками.

Давайте выделим главные элементы:

• Холодильная установка.
• Система трубок (их ещё называют айс матами).
• Хлодогент (тот самый специальный раствор).

Вес холодильной установки около 10 тонн, длина 19-12 метров, ширина 2,5-3 метра. Для работы системы так же требуется 8-9 тонн хладогена, а управляет всем этим хозяйством соответствующий персонал на катке. В профессиональных спортивных аренах вся эта система ставится на бетон, в более простых вариантах — прямо на землю, причём на качестве льда это совершенно не отражается.

Температура льда.

Температура льда в помещении катка во время спортивных мероприятий ограничена технологическими требованиями и составляет —7°С, -5°С, -4°С для шорт-трека, хоккея и фигурного катания соответственно. При этом требуемая температура воздуха на уровне 1,5 м от ледовой поверхности должна обеспечиваться в диапазонах +6°С….+12°С, а на трибунах +10°С…+15°C. На расчетные условия в разных функциональных зонах существенно влияют тепло — и влаговыделения, которые напрямую зависят от количества зрителей во время массовых мероприятий.

Требования к ледовым дворцам.

К ледовым Дворцам предъявляются особые требования, каток должен быть определенной формы и размеров, с установленными бортами и защитными стёклами, и только тогда на нем смогут играть в хоккей. Так же существуют требования относительно трибун — нельзя, к примеру, заявить команду в КХЛ, если ваш каток имеет трибуны на что зрителей. У каждой лиги — свои требования, и команды-участницы про эти требования знают и соблюдают.

Внешняя температура может повлиять на качество льда, и лёд может стать «мягким». Такое случалось даже на уровне НХЛ, когда игры проводились в жарких штатах. В целом, современные технологии обеспечивают всесезонное пользование аренами, так что поиграть в хоккей или покататься на коньках возможно практически всегда.

Источник

Искусственный лед на современных аренах

Ледяной покров уже на протяжении долгих лет используется в качестве игровой площадки для такого популярного вида спорта, как хоккей, а также для других дисциплин, которые актуальны во время проведения зимних олимпийских соревнований, – фигурного катания, керлинга, шорт-трека.

История

Искусственный лед стали применять на катках еще в 70-е годы XIX века. Образцом для массового строительства катков в европейских и североамериканских государствах стала лондонская арена. Тогда основная конструкция состояла из бетонного основания, на котором располагались трубки, наполненные холодоносителем. Лед здесь образовывался после подачи и заморозки воды, налитой на трубки. В начале ХХ века в Кливленде состоялась презентация первого ледового поля, особенностью которого было использование бетонной конструкции с расположенным внутри трубопроводом. Изначально в холодильных системах для катков применялся хладагент на основе сернистого ангидрида. Через некоторое время разработчики холодильного оборудования стали использовать в качестве холодоносителя аммиак.

Технологический прогресс стал причиной серьезных изменений в создании холодильных установок, однако все производители до сих пор руководствуются принципами, на основании которых были построены первые конструкции.

Отличие систем образования льда

Современное ледовое покрытие образуется благодаря матам – наборам трубок с постоянно циркулирующей охлаждающей жидкостью. В результате лед появляется за счет промежуточного антифриза, а не хладагента, содержащегося в холодильной установке. Катки старого образца замерзали благодаря воде и глицерину, которые превращались в однородную смесь. В данное время роль антифриза могут выполнять:

• пропиленгликоль;
• этиленгликоль;
• кальций и хлор (в растворе).

Раньше для изготовления трубок охладительной системы использовалась медь, а сейчас расходным материалом является сталь или пластик. Такие трубки расположены в песчаном или бетонном основании.

Основание ледовой арены в разрезе

Качество покрытия

Чтобы спортсмены могли максимально использовать свои функциональные возможности, качество ледового покрытия должно находиться на высочайшем уровне. Раньше это было невозможно, так как катание на открытом воздушном пространстве осуществлялось под воздействием изменчивой температуры, что негативно влияло на качество льда. Со временем исследователи вывели оптимальные условия для катания:

• температура окружающей среды – +17 градусов Цельсия;
• влажность – 30 процентов;
• температура ледяного покрова – -4 градуса Цельсия.

В закрытых ледовых комплексах, на лед негативно воздействуют воздушные массы, проникающие в помещение во время теплой погоды. Также высокую теплоотдачу обеспечивают источники света и наблюдающая за событиями аудитория. Помимо этого, от зрителей исходит влага, из-за которой нарушается зеркало льда. Чтобы обеспечить высокое качество ледовой поверхности и комфортные условия на трибунах, современные спортивные площадки оснащаются сложными системами кондиционирования. Качественные характеристики ледового покрытия зависят и от жесткости воды. Последняя должна в минимальном количестве содержать растворенные соли. С этой целью вода подвергается смягчению и деионизации.

Подробнее о температурах

При подготовке ледовой арены следует обеспечить такой температурный режим, который наилучшим образом подходит для проведения мероприятия. К примеру, фигурное катание проводится при температуре льда в пределах 2-3 градусов Цельсия со знаком минус. Повышенная мягкость льда способствует лучшему сцеплению коньков с поверхностью. Также это необходимо для уменьшения разрушения ледяного покрова.

Игра в хоккей требует «тяжелого» льда. Такие состязания проводятся при температуре -4…-3 градуса Цельсия. Негативной характеристикой очень холодного льда является высокая вероятность раскалывания.

Подогрев и заморозка

Использование системы подогрева грунта в спортивных сооружениях является необходимым, так как из-за высокой холодопроизводительности снижается температура бетонного основания. В итоге это может стать причиной замерзания грунта, изменчивое состояние которого негативно влияет на фундамент. В случае всесезонного использования ледового катка, ниже его основания размещают трубки на расстоянии 0,3-0,6 метра. Благодаря отопительной системе температура грунта постоянно составляет около 3 градусов Цельсия.

Поверх грунта устанавливается теплоизоляция. Ее компоненты стыкуются и между ними пропадают щели. На следующем этапе осуществляется монтаж трубных матов. Основой для укладки трубок является арматурная сетка. В некоторых случаях сетку заменяют песчаным слоем. После этого конструкцию бетонируют. Для производства трубок системы подогрева используют термостойкие полимеры. Подобные трубки отличаются тонкими стенками и монтируются на расстоянии около 10 сантиметров.

Подключение системы охлаждения

Чтобы привести хоккейную арену в полную готовность, необходимо 30-60 кубических метров воды. Замораживание происходит поэтапно, с целью образования многослойного льда. Образование первых слоев происходит в результате распыления воды. Следующей процедурой является окрашивание поверхности в белый цвет, чтобы хоккеистам было легче обнаружить шайбу во время игры. После этого требуется образование еще одного слоя льда и нанесение разметки. На завершающей стадии появляется главный ледяной покров.

Устранение дефектов поверхности

Разрушение ледового пространства происходит под воздействием лезвий коньков. Для выравнивания поверхности применяются ресурфейсеры – специальные комбайны, которые корректируют лед в свободное от катания время.

Данный процесс заключается в следующем:

1. Специальный нож удаляет верхний слой льда;
2. Обработанная поверхность моется;
3. Подается горячая вода, которая способствует устранению всех неровностей и соединению слоев;
4. Нож выравнивает ледовое пространство.

Калькуляция энергозатрат

Самой трудоемкой процедурой в образовании ледовой поверхности является подготовка льда. Компания Johnson Controls опубликовала информацию, что на подготовку льда уходит 57 процентов энергетических затрат, на обеспечение трибун электричеством – 14 процентов, на освещение катка – 9 процентов, на осушение и вентиляцию – 12 процентов, на дополнительное освещение – 8 процентов. По этой причине разработчики ледовых арен делают основной акцент на энергетическую эффективность. К примеру, во время последней Олимпиады в Сочи Большая ледовая арена была оборудована 3-мя высокоэффективными холодильными установками YORK, которые изготовила корпорация Johnson Controls. Мощность такого оборудования составляет 529 киловатт. Также оно имеет электрический двигатель, отдача которого равна 400 киловаттам. Что касается холодильного коэффициента компрессора, он равен 1,32.

Для выработки холода в YORK используется замкнутый цикл. Хладоносителем здесь является этиленгликоль (концентрация — 42 процента). Раствор охлаждают до -14 градусов Цельсия, после чего распределяют между 2-мя хоккейными площадками. Далее, осуществляется возврат хладоносителя в хладоцентр.

Чтобы грунт не промерзал, под бетонную плиту устанавливают трубки, толщина которых составляет 37 сантиметров. В трубках находится пропиленгликоль.

Система кондиционирования воздуха сочинской арены состоит из 4-х холодильных машин YORK, мощность охлаждения которых составляет 2,3 тысячи киловатт, в то время как мощность электродвигателя равна 516 киловаттам. Холодильный коэффициент нагнетателя равен 4,45.

Конденсация холодильного оборудования позволяет утилизировать тепло, благодаря которому удовлетворяются технологические потребности сооружения (таяние льда, вентиляция, горячее водоснабжение).

На основе материалов из журналов «ON», «Мир Климата»

Источник