Системы распределения воздуха
для ледовых арен

Проектирование и установка системы распределения воздуха на ледовых аренах

Проектирование ледовых арен подразумевает не только профессиональный подбор и установку оборудования, но и грамотное распределение воздуха внутри самого комплекса. Наша компания разработала специальную современную систему распределения воздуха, путем вычислительной гидродинамики, с использованием особого прикладного пакета ANSYS CFX.

Метод вычислительной гидродинамики, применяемый для эффективного распределения воздуха в помещениях ледовых арен, является одним из самых распространенных и востребованных. В основе этой методики лежат численные способы, используемые для решения дифференциальных уравнений, позволяющих точно рассчитать поток жидкости, воздуха и теплообмена.

Климатические агрегаты крышного типа - руфтопы

Арена ледовых катков является одним из мест, где существует больше всего сложностей и проблем, связанных с равномерным и эффективным распределением воздуха. Среди самых больших проблем, специалисты выделяют температуру поверхности льда, составляющую менее 0 градусов, а также большое количество присутствующих спортсменов и зрителей. Избыточное количество конденсата, образующегося в результате таких температурных взаимодействий, приводит к повреждению поверхностей и самой ледовой арены.

Вентиляция ледовых арен – особенности и требования

Главными требованиями, предъявляемыми к вентиляционной системе, установленной на ледовых аренах и катках, являются: возможность поддержания оптимального воздушного отопления и влажности, как для спортсменов, так и для присутствующих на трибунах; осушение, путем устранений избыточной влаги, образующейся над ледовой поверхностью.

Подача воздуха над поверхностью льда увеличивается в период соревнований или матчей, потому что в это время, теплопередача становится выше, поэтому для поддержания оптимальной температуры, вентиляционные системы должны работать с более высокой подачей воздушных потоков надо льдом.

Во избежание образования тумана, температура льда должна быть на несколько градусов выше точки росы внутри арены, а для предотвращения образования конденсата, температура внутренней поверхности потолка должна быть выше, чем точка росы.

Наша компания разработала два типа систем распределения воздуха, которые используются в крупных аренах и катках с большой площадью: 1) Система единого воздушного потока (СЕВП). Во время работы этой системы, подаваемый установками воздух, не зонируется, а подготавливается для всех участков и зон одинаково. 2) Система зональной подачи воздуха (СЗПВ). При подаче воздуха с помощью таких систем, для каждой зоны подготавливается и подается воздух с соответствующей температурой.

СЕВП – это наиболее практичный вариант для катков и арен с небольшими зрительскими трибунами, поэтому подача воздуха осуществляется по единой схеме для зрителей и спортсменов на льду.

СЗПВ используется в просторных аренах с большой площадью и подразумевает индивидуальный обогрев и вентиляцию трибун, без воздействия на поверхность льда. За счет этого обеспечиваются оптимальные температурные режимы и уровень влажности для зрителей. 

Система распределения воздуха для ледовых арен

Проблемы и источники проблем на ледовых аренах. Пример решения СЕВ и СЗПВ на катке. Численная модель для половины зала катка

Использование СЕВП и СЗПВ на конкретном примере

Крытый каток имеет следующие размеры:
Длина – 40 м; Ширина – 28 м; Высота – 16 м; Размер поверхности льда – 30х20 м.

Внутри арены южная стена расположена вплотную к трибуне, а восточная и сам каток, также являются крытыми. Остальные части сооружения являются внешними, а северная часть оборудована окнами. С помощью программы Ansys CFX, в которую были внесены данные об особенностях конструкции, а также количество спортсменов и зрителей, во время соревнований, были рассчитаны оптимальные элементы вентиляционной системы и их размещение.

СЕВП представлена специальными 16-ти струйными форсунками, диаметром 110 мм, а их сопла размещаются по длине воздуховода, установленного на высоте 13 м под крышей арены. Угол подачи воздуха из сопел составляет 40 градусов, за счет чего обеспечивается наибольшая эффективность.

Такие же сопла используются и в СЗПВ, которую можно разместить немного ниже, на высоте 10 м под крышей сооружения. В этой системе будут добавлены 4 дополнительных форсунки, размещенные на высоте 8,5 м, с помощью которых будет осуществляться подача осушенного воздуха в горизонтальном положении.

Как в СЕВП, так и в СЗПВ применяются 12 вытяжных решеток, размером 525х325 мм, а в качестве температуры, взятой за основу для такого расчета, использовалась наиболее неблагоприятная позиции баланса влаги и тепла, составляющая 12 градусов. Также в расчет были включены 162 спортсмена масштабных соревнований и 208 зрителей, по количеству мест на трибунах, а также 32 металлогалогенных лампы.

Расчеты системы вентиляции, которая будет использована в этом сооружении, проводились с применением специального кода ANSYSCFX 12.1, в стационарном режиме и трехмерных условиях. Для разработки модели была использована модель транспортной турбулентности под названием ShearStress, а с помощью модели дискретного переноса было рассчитано тепловое изучение. Все расчеты выполнялись путем интеграционного метода, а конечными результатами работы стали сходящиеся решения. 

Показатели и результаты 

Численные расчеты вентиляционной системы арены нам помог выполнить постпроцессор кода CFX Ansys. Сравнивая средние показатели скорости воздушного потока надо льдом, на высоте 10 см, в СЕВП они составили 0,32 м/с, а в СЗПВ – 0,34 м/с. За счет того, что на некоторых участках наблюдалось превышение допустимых скоростных показателей, в СЗПВ была применена различная степень осушения воздуха на поверхности льда. Также в СЗПВ особенно сильные потоки и вихри воздуха, можно было наблюдать в районе южной стены, под верхними местами трибуны и под самой крышей конструкции. Несмотря на это, осушенный воздух подавался над поверхностью льда, а в самой середине катка образовывалась зона циркуляции. После того, как осушенный воздух, прошедший циркуляцию, достигал трибун, он смешивался с влажными воздушными потоками и выводился наружу через вытяжные решетки.

Сравнение температуры воздуха в зоне трибун выглядит следующим образом: 1) При использовании СЕВП подаваемый холодный воздух никак не влиял на зоны тепла, над зрителями; 2) За счет тепла, излучаемого зрителями, за последними рядами трибун, находящимися в самой высокой точке, воздух был гораздо теплее, чем его же показатели при использовании СЗПВ; 3) Максимально высокий показатель температуры воздуха наблюдался в районе южной стены, под крышей; 4) Средние показатели температуры воздуха в районе трибун, при использовании СЕВП и СЗПВ, составили 13 и 12 градусов, соответственно.

Применение СЗПВ позволило вытеснить тепловые потоки от спортсменов на льду, с помощью приточных струй от осушителя, после чего они были направлены в сторону вытяжек и зрительских трибун. А при использовании СЕВП, такие потоки от конькобежцев были только частично направлены в сторону вытяжных решеток. Средняя температура воздуха, при использовании обеих систем составила 12 градусов и не превышала 12,8 градусов.

Температура внутренней поверхности крыши арены составила при СЕВП 12,5 градусов, а при СЗПВ – 12,1 градус. Первый показатель был немного выше за счет поступления большего количества теплого воздуха, поднимающегося вверх, излучаемого осветительными приборами. Независимо от использованной системы вентиляции, температура внутренней поверхности крыши все равно была выше точки росы в данном комплексе.

Сравнение карт относительной влажности воздуха позволило прийти к выводу, что этот показатель не должен быть выше 38%, за счет чего предотвращается запотевание на уровне льда. В обеих ситуациях, уровень влажности над поверхностью льда, на высоте 10 см, составил 32%, что является оптимальным показателем, сводящим к минимуму вероятность образования тумана надо льдом.

При экспериментах, проведенных с системами СЕВП и СЗПВ, были также сравнены карты относительной влажности воздуха в местах размещения трибун внутри арены. Этот показатель составил при эксплуатации СЕВП – 30-32%, а при использовании СЗПВ – 31-34%. Максимальный показатель влажности был зафиксирован над поверхностью льда, на высоте 4,24 м и составил 34%, как при пользовании СЕВП, так и при СЗПВ. 

Показатели и результаты системы распределения воздуха для ледовых арен

Сравнение карт скорости воздуха на арене катка. Сравнение картины вектора скорости воздуха на арене катка а) Z = 6,1 м; б) Z = 8,7м; в) Z = 10.1м Сравнение карт температуры воздуха в ледовой арене а) СЕВП; б) СЗПВ Сравнение карт изотермы воздуха на катке арены а) СЕВПб) СЗПВ

Выводы 

После проведенных экспериментов, расчетов показателей и анализа полученных результатов, были сделаны точные и обоснованные выводы:

1) Каждая из разработанных систем вентиляции, способна эффективно поддерживать оптимальную температуру воздуха, за счет использования воздушных и тепловых масс, а также влажности;

2) При использовании СЕВП подаваемые потоки воздуха не меняли уровень температуры над зрителями;

3) Использование СЗПВ показало, то скорость потока воздуха может превысить допустимый уровень и предел над больше площадью катка или ледовой площадки;

4) Появление запотевания и пара над поверхностью льда, ограждениях или поверхностях, не наблюдалось ни в одной из применяемых вентиляционных систем;

5) СЗПВ зарекомендовала себя, как наиболее эффективная, при эксплуатации в больших ледовых комплексах и аренах, где предусмотрено большое количество зрительных мест.  

НАШИ КОНТАКТЫ
ОСТАЛИСЬ ВОПРОСЫ? СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

87515, г. Мариуполь, ул. Куинджи 59/47

‎(050) 494 79 89 Viber, (‎098) 366 94 48 

aveko.ua@gmail.com





AVEKO TM - Официальный представитель TM BAIR в Украине
© 2019 Aveko TM - Все права защищены