VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Одними из наиболее сложных спортивных и культурно-массовых объектов для проектирования, строительства и эксплуатации являются крытые многофункциональные ледовые арены, в которых для проведения культурно-зрелищных и общественных мероприятий предусматривается демонтаж ледового поля и устройство сборно-разборных сцен [4, 10].

Искусственное ледовое покрытие, на подобных объектах, создается путем намораживания льда на плите катка, в которой заложены трубы с циркулирующим хладагентом.

В зависимости от типа проводимых мероприятий в подобных комплексах, необходимо поддерживать различные температурные режимы ледовой поверхности. Так, например, в [7], со ссылкой на зарубежные нормативы, при проведении хоккейных матчей, температуру поверхности льда рекомендуется поддерживать в интервале от -6,5°С до -5,5°С при температуре воздуха в зоне ледового поля порядка 6…10°С, а в случае проведения соревнований по фигурному катанию, температура льда должна быть в пределах -4…-3°С (при температуре воздуха 10…13°С). Однако, отечественными нормативными документами [1, 2], при проектировании инженерных систем крытых ледовых арен рекомендуется руководствоваться параметрами, приведенными в таблице.

Таблица

Температурные и влажностные характеристики воздуха и поверхности льда различных

потребителей

Деятельность	Температура воздуха в помещении катка, °С		Температура льда, °С	Максимально допустимая относительная влажность воздуха в помещении катка, %
	Каток (на высоте 1,5 м ото льда)	Трибуны
Хоккей
Игра	+6	+10	-5	70
Тренировка	+6	+15	-3	70
Фигурное катание
Соревнование	+12	+10	-4	70
Тренировка	+6	+15	-3	70

Таким образом, трудности при проектировании систем кондиционирования воздуха ледовых арен, возникают уже на начальной стадии расчета, при выборе наиболее верных параметров воздуха в обслуживаемой зоне объекта.

Климатизацию ледовых арен можно свести к решению трех основных задач [7]:

- поддержание качества льда в заданных интервалах и предотвращение образования тумана над поверхностью ледового поля (рис. 1);

- обеспечение санитарно-гигиенических параметров окружающего воздуха в зонах нахождения людей;

- предотвращение образования конденсата на строительных конструкциях ледовой арены.

Рис. 1 - Образование тумана над поверхностью ледового поля

Расчет необходимого количество приточного воздуха в универсальных залах катков с местами для зрителей производится для трех случаев: 1) при использовании льда и мест для зрителей; 2) при использовании только мест для зрителей; 3) для льда, без использования зрительских трибун. В спортивных залах (без искусственного льда) с местами для зрителей расчет воздухообмена рекомендуется производить для двух режимов - со зрителями и без них [1, 2].

В залах ледовых арен разрешается применение рециркуляции воздуха в объеме, не превышающем установленные нормы. При этом рециркуляционный контур системы вентиляции и кондиционирования рекомендуется оснащать обеспыливающими фильтрами и устройствами обеззараживания воздуха с эффективностью инактивации микроорганизмов и вирусов не менее 95 % [1, 2].

Самостоятельные системы приточной и вытяжной вентиляции предусматриваются для:

- залов крытых катков; душевых, раздевален занимающихся и массажных;

- служебных помещений для административного и инженерно-технического персонала, инструкторско-тренерского состава, бытовых помещений для рабочих;

- технических помещений.

Технические помещения, предназначенные для оборудования в них приточных систем и установок кондиционирования воздуха, рекомендуется размещать в подвальных или цокольных этажах так, чтобы протяженность трасс воздуховодов была минимальной. В исключительных случаях, когда не представляется возможным разместить эти помещения в нижних этажах, их размещение допускается вне пределов основного здания или в его верхних этажах. В первом случае предусматриваются переходы, соединяющие технические помещения с основным объемом здания, во втором – предусматриваются мероприятия по вибро-, звуко- и гидроизоляции, а также устройство эксплуатационных проходов и проемов для демонтажа и замены оборудования [2].

На сегодняшний день существует ряд методик расчета и проектирования систем обеспечения микроклимата крытых ледовых арен. В России наибольшее распространение получила методика, предложенная О.Я. Кокориным [7]. Согласно ей, для создания требуемого микроклимата ледовой арены целесообразно использовать три системы кондиционирования воздуха обслуживающие зоны ледовой арены, трибун и ограждающих конструкций.

Системы кондиционирования для обслуживания ледового поля проектируется исходя из условия поддержания рекомендуемой температуры в зоне нахождения людей на ледовой площадке, которая зависит от вида проводимых мероприятий.

Необходимое количество приточного воздуха определяется условиями равномерного заполнения ледового поля приточными струями и созданием предпосылок для понижения по длине струи температуры приточного воздуха до требуемого значения в области катка [7].

Расход свежего приточного воздуха, м³/ч, находится по формуле:

(1)

где q – санитарная норма свежего приточного воздуха на одного занимающегося, q=80 м³/(ч·чел);п – количество занимающихся и судей.

Поскольку к воздуху ледового поля поступает конвективная теплота, для поддержания необходимого качества льда избытки теплоты должны расходоваться на охлаждение воздуха до требуемой температуры [7]. Для выполнения поставленной задачи в теплый период года подаваемый воздух после осушки и охлаждения необходимо подогреть до температуры, °С, определяемой по формуле:

(2)

где Q_т.кон и Q_т.люд – конвективные притоки теплоты и притоки теплоты от людей соответственно; t_вл – требуемая температура воздуха у ледового поля, °С; L_п – расход приточного воздуха, м³/ч; ρ_п, с_п – плотность и теплоемкость приточного воздуха.

Приточный воздух рекомендуется подавать сверху, через сопла, расположенные по обе стороны ледового поля (рис. 2). Приточные, осесимметричные струи 6 из сопел 3, подаваемые под углом 20°, должны обеспечивать полное перекрытие зоны площадки 4, при этом, скорость движения воздуха у поверхности льда не должна превышать 0,25 м/с. Подбор сопел производится по номограммам исходя из выше приведенных требований.

Рис. 2 - Принципиальная схема воздухораспределения СКВ ледового поля: 1 – вытяжной воздуховод; 2 – приточный воздуховод; 3 – приточные сопла; 4 – зона ЛП; 5 – перекрытие ЛА; 6 – приточные струи

Поскольку расхода свежего воздуха, определяемого по формуле (1), не достаточно для оптимальной работы выбранных воздухораспределителей [7], недостаток притока восполняется рециркуляцией.

Воздух, после соприкосновения с поверхностью льда поступает в верхнюю зону, откуда удаляется через отверстия в вытяжном воздуховоде 1. Для сохранения воздушного баланса зоны ледовой площадки, расход вытяжного воздуха принимается примерно равным расходу притока. В кондиционер, на обработку, подается смесь свежего и рециркуляционного воздуха.

Систему кондиционирования воздуха для зрительских трибун рекомендуется проектировать методом вытесняющей вентиляции при схеме воздухообмена снизу-вверх.

Приточный воздух подается под сиденья зрительских трибун, в количестве 20 м³/ч на одного человека, со скоростью 0,25 м²/с и температурным перепадом между приточным воздухом и воздухом рабочей зоны 3°С.

Удаление воздуха, температура которого определяется по формуле (3), осуществляется из верхней зоны, расположенной над трибунами.

(3)

где t_в – температура приточного воздуха, °С; t_п – температура воздуха рабочей зоны, °С; К_L – показатель эффективности воздухообмены, определяется по графику [7].

Одним из недостатков методики, предлагаемой Кокориным, является то, что зоны ледового поля и зрительских трибун рассматриваются обособленно. В результате не учитывается влияние температурных перепадов между приточным воздухом ледовой площадки и удаляемым воздухом над зрительскими трибунами. Кроме того, при подборе приточных воздухораспределительных устройств не учитывается влияние гравитационных сил на неизотермические струи. В результате, при недостаточной величине инерционных сил, приточная струя может не достигнуть обслуживаемой зоны ледового поля.

Еще один, не менее важный, недочет рассматриваемой методики заключается в том, что из-за особенностей определения необходимого количества приточного воздуха, соотношение свежего и рециркуляционного воздуха может составлять 1:7,5. В связи с этим возникает необходимость в дополнительном расчете качества подаваемого воздуха, которое зависит от интенсивности выделения загрязняющих веществ в рабочей зоне.

Подобная проблема рассматривалась в работе [14, 15] на примере нескольких американских искусственных катков. С помощью прикладной программы CFD (The computational fluid dynamics) было проведено моделирование распределения температур и концентраций вредных веществ в объеме здания.

Исследования показали, что самым важным фактором, влияющим на эффективность удаления загрязняющих веществ, температурный режим и средний «возраст» воздуха над ЛП является способ воздухораспределения [14, 15].

В статье [14] было предложено ввести коэффициент, отражающий продолжительность нахождения вредности в помещении, и увеличить кратность воздухообмена в периоды возникновения пиковых концентраций.

Главный минус рассматриваемых в работе [14] схем воздухораспределения заключается в том, что они не предусматривают раздельного кондиционирования воздуха для ледовой площадки и трибун, следовательно, в одной из зон температурный и влажностный режимы не соответствуют требуемым значениям.

На сегодняшний день в нашей стране наиболее проработанной и применяемой методикой проектировния СКВ крытых ледовых арен, является методика, предложенная О.Я. Кокориным. Однако, из-за особенностей определения требуемого количества приточного воздуха и локального, обособленного, рассмотрения систем кондиционирования ледового поля и зрительских трибун, в результате чего, не учитывается влияние взаимодействия воздушных потоков с различными значениями температуры, концентрации и скорости воздуха, подобный способ расчета и проетирования уступает в надежности и эффективности зарубежным аналогам.

Библиографический список

1. СП 31-112-2007. Часть 3. Крытые ледовые арены. – Введ. 2007-24-12. - М.: Система нормативных документов в строительстве. 2007. – 156 с.

2. Проектирование спортивных залов, помещений для физкультурно-оздоровительных занятий и крытых катков с искусственным льдом: Справочное пособие к СНиП 2.08.02-89. - ЦНИИЭП им. Мезенцева, 1989. – 198 c.

3. Баранова, Л.И. Руководство по проектированию эффективной вентиляции (рабочая версия) / Л.Н. Баранова, Е.Г. Малявина //АВОК. – 2003. – №2. – С. 10-20.

4. Вишневский, Е.П. Вентиляция и качество воздуха в крытых ледовых аренах / Е.П. Вишневский // С.О.К. – 2008. - №10. – C. 34-39.

5. Гримитлин, М.И. Вентиляция и отопление цехов машиностроительных заводов / М.И. Гримитлин. – М.: «Машиностроение», 1978. – 271 с.

6. Гримитлин, М.И. Вентиляция и отопление цехов судостроительных заводов / М.И. Гримитлин. – Л.: «Судостроение», 1978. – 240 с.

7. Кокорин, О.Я. Современные системы кондиционирования воздуха / О.Я. Кокорин. – М.: Издательство физико-математической литературы, 2003. – 272 с.

8. Мелькумов, В.Н. Динамика формирования воздушных потоков и полей температур в помещении / В.Н. Мелькумов, С.Н. Кузнецов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - 2008. - № 4. – С. 172-178.

9. Мелькумов, В.Н. Нестационарные процессы формирования системами вентиляции воздушных потоков в помещениях/ В.Н. Мелькумов, С.Н. Кузнецов, К.А. Скляров, А.В. Черемисин // Известия ОрелГТУ. Серия: Строительство. Транспорт. - 2007. - №3-15(537). - С. 36-39.

10. Панкратов, В. В. Особенности климатизации ледовых арен / В.В. Панкратов, Н.В. Шилкин //AВОК. - 2009. – №8. – С. 24-36.

11. Сорокин, Н.С. Вентиляция, отопление и кондиционирование воздуха на текстильных предприятиях. – М.: «Легкая индустрия», 1974. – 328 с.

12. Сотникова, О.А. Моделирование распределения трехмерных стационарных воздушных потоков в помещении / О.А. Сотникова, И.С. Кузнецов, Л.Ю. Гусева // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2007. - Т. 3. - № 6. - С. 121-123.

13. Сушко, Е.А. Разработка методики расчета рациональных режимов систем вентиляции производственных помещений / Е.А. Сушко, К.Н. Сотникова, С.Л. Карпов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - 2011. - № 2. - С. 143-149.

14. Chunxin, Y. Ventilation and air quality in indoor ice skating arenas / Y., Chunxin, P., Demokritou, Q., Chen // ASHRAE Transactions. – 2000. – 106 (2).

15. Demokritou, P. The impact of ventilation on air quality in indoor ice skating arenas/ P., Demokritou, Q., Chen, Y., Chunxin, J., Spengler // Proceedings of Healthy Buildings. – 2000. – 2. – p. 407 – 412

Код для цитирования: Скопировать