Проектирование вентиляции помещений ледовых арен. Главная  —   Информация  —   Информационные статьи

Развитие ледовых видов спорта, а также то, что катание на коньках стало популярным видом отдыха, привело к активному строительству закрытых катков – как развлекательных, так и спортивных. При проектировании систем вентиляции в помещениях катков перед проектировщиком-климатехником стоят три основные задачи: обеспечения санитарно-гигиенических параметров в зонах нахождения людей, обеспечения отстутствия тумана над поверхностью ледового поля и отстутствие конденсата на строительных конструкциях сооружения искусственного катка. Стандартный каток имеет размеры 60х30м (для хоккея с шайбой). В зависимости от назначения катка температура льда может меняться - для хоккея нужен жёсткий лёд с температурой льдя порядка -6 градусов цельсия, а температура окружающего воздуха поддерживается порядка 6-10 градусов,для фигурного катания температура поверхности льда -3 -4 градуса, температура воздуха 10-12 градусов, при использовании катка в ледовом дворце для развлекательного катания температуры льда -2 -3, а температура воздуха 14-15С (при этих параметрах получается более мягкий лёд). Проектирование вентиляционных систем в первую очередь направлено на условия поддержания заданой температуры в зоне нахождения людей на катке.
Общие теплопритоки в зоне ледовой ареной в соответствии:
Q_{общ.в зоне льда} = Q_{т.конвек.} +Q_т.рад +Q_освещ.+Q _людей, Вт [1]
Тепловой режим определяется прежде всего теплопритоками, вызваными инзкой температурой поверхности льда t_л. Конвективный приток тепла определяется по формуле:
Q_{т.конвек.} = F_л•α_кон.(t_возд. -t_л), Вт [2]
где α_кон., Вт/(м²•град) - коэффициент конвективного потока тепла, который может быть вычеслен по формуле:
α_кон. =3,41+3,55V_л Вт/(м²•град) [3]
где V_л., м/сек. - скорость воздуха у поверхности льда. В стандарте "ASHARE" рекомендуется принять скорость воздуха у поверхности льда до 0,25 м/сек. По формуле [3] вычисляем:
α_кон. =3,41+3,55•0,25 = 4,3 Вт/(м²•град)
Проведём расчёт для ледовой арены, используемой для свободного катания т.е.с целью развлечения. Тогда t_возд. = 15°С, а t_л=-2°С (см. текст выше). Площадь катка равна 60х30м=1800По формуле [2] имеем:
Q_{т.конвек.} = F_л•α_кон.(t_возд. -t_л) = 1800 • 4,3•(15-(-2))=131580 Вт
Следующим этапом определяем лучистое тепло, поступающее к поверхности льда от нагретых наружных ограждений, имеющих более высокую температуру:
Q_т.рад = F_л•q_рад.•β_отр., Вт [4]
Отражательная поверхность потолка, β_отр, зависит от цвета поверхности - при окраске потолка алюминиевой кракой β_отр=0,6. (При проектировании вентиляции - это необходимо учитывать и выдать соответствующие задания архитекторам!)Наибольщее отражение от поверхности потолка ледяным полем достигается при покрытии поверхности потолка изоляционными матами с поверхностью из алюминиевой фольги β_отр= 0,1. По графику, приведённому ниже находим удельные теплопритоки лучистого тепла к поверхности ледяного поля от ограждающих конструкций, при условии, что поверхность потолка 27°С (теплотехнический расчёт температуры потолка я здесь приводить не буду). Получаем q_рад.= 77 Вт/м²

График, отображающий удельные теплопритоки лучистого тепла к поверхности ледяного поля от ограждающих конструкций.
Далее по формуле [3] определяем лучистое тепло, поступающее к поверхности льда от нагретых наружных ограждений, имеющих более высокую температуру:
Q_т.рад = F_л•q_рад.•β_отр.=1800 • 77 • 0,1=13860 Вт
Принимаем β_отр=0,1 для случая с фольгированой изоляцией. Для случая с покраской поверхности алюминевой краской Q_т.рад = F_л•q_рад.•β_отр.=1800 • 77 • 0,6=83160 Вт - данный вариант практически не встречается т.к. в 70 кВт холода стоят существенно дороже цены покрытия ограждающих конструкций фольгированой изоляцией.
Третья составляющая притока тепла это искусственное освещение ледовой арены. Усреднённое тепловыделение освещения составляет 40 Вт/м². В некоторых методиках указано, что часть тепла от освещения ассимилируется воздухом, но я для расчётов предпочитаю это не учитывать - принимаем:
Q_освещ. = F_л•q_осв..=1800 • 40 =72000 Вт [5]
Четвёртая составляющая притока тепла это люди:
Q_людей. = N _людей•q_людей..=70 • 180 =12600 Вт [6]
Принимаем, что катающихся 70 человек и все они выполняют тяжёлую работу.
Общие теплопритоки в зоне ледовой ареной в соответствии с [1] составляют:
Q_{общ.в зоне льда} = Q_{т.конвек.} +Q_т.рад +Q_освещ.+Q _людей=131580 Вт+13860 Вт+72000 Вт+12600 Вт=230 кВт
Для сокращения себистоимости оборудования имеет смысл для ассимиляции теплоизбытков использовать мощности холодоснабжения оборудования наморозки и поддержания льда. Разные производители выдают разные цифры (приводить цифры не буду т.к. они довольно сильно разнятся - сделайте запрос в любую фирму занимающейся холодильной техникой и поймёте порядок цифр, тем более, что в рамках этой статьи это не актуально), но в одном они сходятся - для наморозки (первоначальной заливки) холода нужно ровно в 2 раза больше чем для эксплуатации. Как следствие половину мощности можно направить на холодоснабжение вентиляции ледовой арены.
В зоне катка находятся 70 человек (см. выше). Норма притока свежего воздуха на одного спортсмена составляет 80 м³/час. Явное тепло от людей составляет 180 Вт/час, а влага 170 г/час (при температуре влаговыделения t _вл = 10°С). Следовательно минимально необходимая санитарная норма свежего воздуха будет составлять:
L _{min.сан.норма} = N _л•L_{min.сан.норма.чел..}=70 • 80 =5600 м³/час [7]
К воздуху над ледяным полем поступает конвективное тепло, величина которого вычисляется по формуле [2], и для рассматриваемого примера выше найдено Q_{т.конвек.} = F_л•α_кон.(t_возд. -t_л) = 1800 • 4,3•(15-(-2))=131580 Вт. Для сохранения качества льда с температурой, равной -2°С необходимо предотвратить конденсацию водяных паров из воздуха. Это достигается тем, что конвективное тепло расходуется на охлаждение воздуха у поверхности льда до температуры влаговыделения t_вл = 10°С и φ _вл = 70%. Принятые параметры воздуха у поверхности льда выше температуры точки росы, равной t_р.вл = 6°С. Для выполнения этих требований после охлаждения и осушки приточного воздуха до параметров t_охл = 6,5 °С, φ _ох = 92%, d_ох = 5,8 г/кг необходимо нагреть приточный воздух до температуры притока, которая вычисляется по формуле
t_пр. = t_вл +(Q_{т.конвек.} - Q_людей. ) • 3,6/(L _{притока} •ρ_{притока}•с_{притока} ), °С [8]
Расход приточного воздуха L _{притока} определяется условиями равномерного заполнения ледяного поля приточными струями и созданием условий для понижения температуры t_пр. до t_вл по длине струи. Существует несколько схем организации воздухообмена катка, понятно, что для катка одних габаритных размеров одна схема будет идеально, а для другого эта схема просто не выполнима. Одна из часто применяющихся схем при проектировании вентиляции ледовых арен- схема с двумя приточными воздуховодами, расположеными по длинной стороне катка и врезаными в них соплами (показано распределение воздуха в поперечном разрезе и изометрии):

 

1- воздухораспределители Halton TRS-500, с углом наклона в 30°
2- ограждения (бортик) ледовой арены
3 - ледяное поле
В данном случае применены воздухораспределители Halton TRS-500, с углом наклона в 30°. Ручной расчёт струй в рамках этой статьи я приводить не буду - картинка более наглядна, хотя при проектировании рабочей документации расчёт струй желательно произвести вручную. Картинки воздухораспределения взяты из программы Halton (она доступна на официальном сайте производителя бесплатно - после скачивания и установик дистрибутива программа попросит обновиться - ответить "да" - после обновления в настройках выбрать русский язык). Исходя из этой картины воздухораспределения ( воздухораспределители подбираются начиная с минимальной санитарной нормы приточного воздуха, с увеличением расхода до тех пор , пока не будет обеспечено V_л.=0,25 м/с у поверхности ледовой арены и перекрытия всей поверхности льда) получаем 28 воздухораспределителей по 1400 м³/час каждый (по 14 с каждой стороны). Вытяжка производится из верхней зоны одним или двумя воздуховодами. Как показывает практика каток лучше деожать немного под разрежением (вытяжка должна быть немного больше притока). Довольно часто раздать воздух с двух сторон не получается (не позволяет форма катка, оборудование и т.п. поэтому чаще можно увидеть следующую схему воздухораспределения, принятую при проектировании систем вентиляции ледовой арены: Воздуховоды находятся непосредственно над ледовом полем и воздух раздаётся по схеме сверху-вверх. Приточно-вытяжные устройства расположены в шахматном порядке. При расчёте подающей струи необходимо обеспечить V_л.=0,25 м/с у поверхности ледовой арены и перекрытия всей поверхности льда. при проектировании вентиляции по этой схеме целосообразно применять аналогичные сопла, но направленые вертикально вниз.

позиции 1.1, 1.15, 1.29 и 1.43 - соответствуют приточным соплам, позиции с индексом 2 - вытяжные решётки.
Расчитываем расход воздуха для первого случая: L _{притока}=N _сопел•L_{одного сопла.}=28 • 1400 =39 200 м³/час , далее по формуле [8] вычисляем температуру приточного воздуха :
t_пр. = t_вл +(Q_{т.конвек.} - Q_людей. ) • 3,6/(L _{притока} •ρ_{притока}•с_{притока} )=10+(131580-12600) • 3,6/(39200𔅕,2𔅕)=19,1°С
Поступающий на вытяжку воздух воспринимает влаговыделения от людей:
Δd_л. = W _л /(L _{притока} •ρ_{притока}) =(70• 170)/(39200• 1,2)=0,25 г/кг
В числителе 70 людей, умноженые на 170 г/(чел*час) - удельные влаговыделения.
Далее начинаем строить процессы на i-d диаграмме:
1) Наносим точку наружного воздуха (Н) с параметрами t_н=28,5°С и I_н=54 кДж/кг (параметры наружного воздуха для Москвы)
2) Наносим точку состояния воздуха после охлаждения (Ох) с параметрами t_охл = 6,5 °С, φ _ох = 92%, d_ох = 5,8 г/кг (см. текст между формулами [7] и [8])
3) Соединяем точки Н и Ох
4) Рисуем подогрев в калорифере до точки П (от точки Ох вертикально вверх до t_пр. = 19,1°С, которая расчитана по формуле [8])
5) Общие поступления влаговыделений в вытяжной воздух оцениваются примерно в 1г/кг, тогда d_ух= d_пр+1=5,8+1=6,8 г/кг, пересекая линию d_ух =6,8 г/кг=const и температуру внутреннего воздуха +2 °С (ассимиляция тепла света и людей) получим точку У (уходящий воздух)
6) Определяем параметры точки смеси СМ для рециркуляции воздуха: т.к. L _{min.сан.норма} = N _л•L_{min.сан.норма.чел..}=70 • 80 =5600 м³/час [7], а
L _{притока}=39 200 м³/час, то по формуле I_см. =(( L_ух•ρ_ух•I_ух)+( L_{min.сан.норма}•ρ_{min.сан.норма}•I_{min.сан.норма}))/(L_{притока}•ρ_{притока}) =(33600*1,2*33+5600*1,15*54)/(39200*1,2)=36 кДж/кг
7) На прямую Ох-П наносим точку Вл - проведя пересечение с температурой влаговыделения в 10 градусов.

Н-См-У - смешение в блоке смешивания кондиционера саннормы наружного воздуха и вытяжного воздуха из верхней зоны над ледяным полем; См-Ох - охлаждение в теплообменнике приточного агрегата смеси приточного воздуха до требуемого влагосодержания приточного воздуха; Ох-П - нагрев в калорифере приточного агрегата; П-Вл - охлаждение приточного воздуха от конвективного теплообмена с поверхностью ледяного поля; Вл-У - поглошение влаго- и тепловыделений по высоте помещения над зоной ледяного поля вытяжным воздухом
Н- наружный воздух
П-приточный воздух
У-уходящий воздух-вытядка