VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

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. Авторитетные компании реализуют сложные проекты, используя последние достижения и накопленный опыт в области климатической техники. В то же время проектировщики испытывают недостаток информации по вопросам, связанным с обеспечением оптимального микроклимата в помещениях ледовых комплексов. Так, ассимиляция вредностей, выделяемых двигателем льдоуборочного комбайна, может быть эффективной только при отсутствии застойных областей в помещении. Современные методы моделирования процессов, происходящих внутри помещения крытого катка, позволяют избежать технических ошибок при строительстве крытых ледовых сооружений.

При проектировании систем вентиляции в помещениях катков перед инженерами стоят три основные задачи: обеспечения санитарно-гигиенических параметров в зонах нахождения людей, обеспечения отсутствия тумана над поверхностью ледового поля и отсутствие конденсата на строительных конструкциях сооружения искусственного катка.

В нынешнее время в России наибольшее распространение получила методика, предложенная О.Я. Кокориным. Согласно ей, для создания требуемого микроклимата ледовой арены целесообразно использовать три системы кондиционирования воздуха обслуживающие зоны ледовой арены, трибун и ограждающих конструкций [1-4].

Система кондиционирования воздуха для обслуживания ледового поля проектируется, исходя из условия поддержания рекомендуемой температуры в зоне нахождения людей на ледовой площадке, которая зависит от вида проводимых мероприятий. Так, например, стандартный каток имеет размеры 60х30м (для хоккея с шайбой) и для проведения хоккейных матчей требуется жесткий лед, что может быть обеспечено при температуре льда от -6,5 до -5,5 °С при температуре воздуха в зоне ледовой площадки порядка 6…10 °С, для фигурного катания температура льда должна быть в интервале от -4 до -3 °С, а температуре воздуха в интервале 10…13 °С.

Тепловой режим в обслуживаемой зоне ледового поля зависит от тепловых притоков, обусловленных, прежде всего отрицательной температурой поверхности льда. Общее число теплопритоков определяется по формуле:

Q m л.пов.=Qm.кон+Qm.рад+Qm.св+Qm.люд, (1)

где Qm.кон- конвективный приток теплоты от воздуха к поверхности льда, Вт; Qm.рад - приток лучистой теплоты от потолка к поверхности льда, Вт; Qm.св - теплопритоки к поверхности льда от осветительных приборов, Вт; Qm.люд - теплопритоки от людей, Вт.

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 [1-7].

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

Lпн=q·n, (2)

где q - санитарная норма свежего приточного воздуха на одного занимающегося; п - количество занимающихся и судей.

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% .

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.

В настоящее время существует несколько способов организации распределения воздуха в помещениях катков и крытых ледовых арен. К ним относятся схемы сверху вверх и сверху вниз (рис. 1,2).

Рис. 1 - Организация воздухораспределения системы кондиционирования ледового поля по схеме «сверху-вверх»: 1 – приточные воздуховоды; 2 – приточные воздухораспределители; 3 – вытяжные устройства, расположенные над поверхностью льда; 4 – ограждающий борт; 5 – ледовое поле; 6 – подтрибунные помещения

Рис. 2 - Организация воздухораспределения ледового поля по схеме «сверху-вниз»: 1 – воздухозаборные устройства, встроенные в ограждающие борта; 2 – приточные воздухораспределители; 3 – приточные воздуховоды; 4 – ограждающий борт; 5 – ледовое поле; 6 – подтрибунные помещения; 7 – магистральные вытяжные воздуховоды, расположенные в подпольных каналах

Согласно первому способу приточные осесимметричные струи, подаваемые из сопел под углом 20°, должны обеспечивать полное перекрытие зоны ледовой площадки, при этом скорость движения воздуха у поверхности льда не должна превышать 0,25 м/с. Подбор сопел производится по номограммам исходя из приведенных выше требований. Воздух, после соприкосновения с поверхностью льда, поступает в верхнюю зону, откуда удаляется через отверстия в вытяжном воздуховоде. Применение подобного способа воздухораспределения сопровождается рядом трудностей. Так, например, при повышенной высоте помещения ледовой арены, за счет влияния гравитационных сил, появляется вероятность возникновения своего рода замыкания воздушных потоков, при котором нагретый приточный воздух, за счет разности плотностей, всплывает вверх, не достигая при этом обслуживаемой зоны.

Эффективность воздухообмена крытых катков и арен возрастает с понижением температуры удаляемого воздуха, следовательно, воздухозаборные устройства предпочтительнее располагать как можно ближе к поверхности льда. Помимо увеличения эффективности воздухообмена в пользу расположения вытяжных устройств вблизи ледового поля говорит и уменьшение энергозатрат на подготовку приточного воздуха за счет снижения температуры воздуха после смешения и его дополнительного осушения.

Второй способ воздухообмена позволяет создать над поверхностью льда зону с достаточно холодным воздухом, что предотвращает попадание в нее вентиляционных потоков со стороны зрительских трибун. Обслуживаемое пространство делится на зоны с теплым воздухом для зрителей и зону с холодным воздухом для людей, находящихся на льду. При таком способе организации вентиляционных потоков не возникает помех раздачи воздуха с низкими температурами по периметру ледового поля. Однако необходимо отметить, что при длительной работе систем кондиционирования воздуха ледового поля с воздухообменом, организованным по схеме «сверху-вниз», влагосодержание внутреннего воздуха над поверхностью льда может достигнуть недопустимо малых значений, что отрицательно сказывается на качестве льда. В связи с этим становится целесообразным предложение альтернативных способов распределения воздуха учитывающих плюсы и минусы описанных ранее схем воздухораспределения.

Избежать пагубного для поверхности льда осушения внутреннего воздуха можно путем многоступенчатого смешивания наружного и рециркуляционного воздуха с различными параметрами. Проведенный зарубежными учеными исследования, упоминающиеся в работах [2-4], показывают, что организацию распределения воздуха в холодный период года наиболее целесообразно осуществлять по так называемой смешанной схеме (рис. 3).

Рис. 3 - Организация распределения воздуха по смешанной схеме: 1 – воздухозаборные устройства, встроенные в ограждающие борта; 2 – приточные воздухораспределители;; 3 – вытяжные устройства, расположенные над поверхностью льда; 4 – ограждающий борт; 5 – ледовое поле; 6 – подтрибунные помещения; 7 – вытяжные воздуховоды расположенное в подпольных каналах; 8 – приточные воздуховоды; 9 – вытяжные воздуховоды расположенное над поверхностью льда

В данном случае удаление внутреннего воздуха из нижней зоны производится с помощью вытяжных устройств встраиваемых в ограждающие борта. Удаление воздуха из верхней зоны ледовой арены осуществляется аналогично схеме «сверху-вверх» через воздухозаборные устройства, расположенные над поверхностью льда. Подача приточного воздуха, так же, как и в схемах «сверху-вверх» и «сверху-вниз», из-за архитектурно-строительных и технологических особенностей ледовых арен, осуществляется из верхней зоны с помощью воздухораспределительных устройств, расположенных под углом вдоль длинных сторон ледовой площадки.

Сравнение энергетических затрат различных схем распределения воздуха наиболее наглядно можно показать с помощью Id-диаграмм обработки влажного воздуха (рис. 4) [8-11].

А

Б

Рис. 4 - Id-диаграмма изменения параметров воздуха для холодного периода года при организации воздухораспределения по: А – смешанной схеме; Б – схеме «сверху-вниз»

На рис. 5 представлены затраты теплоты на обработку приточного воздуха в центральном кондиционере в зависимости от способов организации воздухораспределения в крытых катках и ледовых аренах [12-14].

Рис. 5 - График требуемых затрат теплоты для обработки воздуха в приточной установке для холодного периода года в зависимости от схемы воздухораспределения

В статье проведен анализ методов проектирования систем распределения воздуха крытых катков и арен, выполнена их сравнительная оценка. Рассматриваемая смешанная схема распределения воздуха систем вентиляции и кондиционирования крытых катков и арен, отличающаяся от существующих схем многоступенчатым смешиванием наружного и рециркуляционного воздуха, удаляемого из верхней и нижней части помещения, позволяет добиться снижения энергетических затрат на кондиционирование воздуха в холодный период года. Однако при круглогодичной эксплуатации рассматриваемых объектов, смешанная схема становится менее эффективно по сравнению со схемой сверху-вниз. Из этого следует, что в летний период года воздухораспределение более целесообразно организовывать по существующей схеме.

Библиографический список

1. Мелькумов, В.Н. Организация воздухораспределения крытых многофункциональных ледовых арен / В.Н. Мелькумов, С.В. Чуйкин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2012. - №3(27). – С. 29-36.

2. Мелькумов, В.Н. Современные способы создания микроклимата крытых ледовых арен и катков / В.Н. Мелькумов, С.В. Чуйкин // Инженерные системы и сооружения. – 2012. №2(7). – С. 68-73.

3. Чуйкин, С.В. Разработка смешанной схемы воздухораспределения ледовой арены / С.В. Чуйкин, Р.А. Люльков // Инженерные системы и сооружения. – 2012. №4(9). – С. 68-73.

4. Мелькумов, В.Н. Определение коэффициента теплоотдачи ледовой поверхности для смешанной схемы воздухораспределения / В.Н. Мелькумов, А.В. Лобода, С.В. Чуйкин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2013. - №1(29). – С. 24-31.

5. Лобода, А.В. Определение скоростных полей воздушных потоков в вентилируемых помещениях с помощью конформных отображений/А.В. Лобода, С.В. Чуйкин// Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2012. – №4(28). – С. 23-31.

6. Жерлыкина, М. Н. Дифференциация способов очистки воздуха при выбросах вредных веществ химических производств / М. Н. Жерлыкина, С. В. Чуйкин, С. А. Соловьев, А. В. Потапов // Инженерные системы и сооружения. – 2010. – № 1 (2). – С. 264–268.

7. Чуйкин, С. В. Вариантные решения организации вентиляционного выброса вредных веществ промышленных производств при неблагоприятных метеорологических условиях / С. В. Чуйкин, В. Н. Жерлыкина // Высокие технологии в экологии: материалы 14-й межрегионал. науч.-практ. конф. – Воронеж, 2011. – С. 108–114.

8. Чуйкин, С.В. Сравнительная оценка энергетических затрат на системы кондиционирования воздуха ледовой арены при различных способах организации воздухораспределения / С.В. Чуйкин, М.Н. Жерлыкина, Д.С. Агишевский, А.А. Карпова // Инженерные системы и сооружения. – 2013. №1(10). - с. 72-89.

9. Melkumov, V. N. Organization of air distribution of covered multipurpose ice rinks / V. N. Melkumov, S.V. Chuykin // Scientific herald of the Voronezh state university of architecture and civil engineering. Construction and architecture. – 2013. – №3. – р. 17-28.

10. Chuykin, S.V. Determination of the heat return coefficient of the ice surface for the mixed air distribution scheme / S.V. Chuykin, S.S Glazkov // Scientific herald of the Voronezh state university of architecture and civil engineering. Construction and architecture. – 2013. – №3. – р. 29-38.

11. Chuykin, S.V. Determination of velocity fields of air streams in ventilated rooms with conformal mappings / S.V. Chuykin, A.V. Loboda // Scientific herald of the Voronezh state university of architecture and civil engineering. Construction and architecture. – 2013. – №3. р. 39-51.

12. Сотникова, К.Н. Автоматизация процесса управления тепловыми потоками в помещениях / К.Н. Сотникова, А.В. Муратов // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2009. - № 1. - С. 47.

13. Скляров, К.А. Распределение вентиляционных воздушных потоков в помещении от источника теплоты / К.А. Скляров, С.А. Колодяжный, С.О. Потапова // Вестник МГСУ. – 2011. - №7. – С. 554-558.

14. Скляров, К.А. Моделирование взаимодействия вентиляционных потоков с конвективными потоками от источников теплоты: автореф. дис. … канд. техн. наук: защищена: 05.23.03: защищена 21.05.2008 / Кирилл Александрович Скляров. – Воронеж, 2008. - 17 с.

Код для цитирования: Скопировать