Организация ледовых катков: оборудование и технология

Ледовые катки

При организации (либо модернизации) ледового катка необходимо учитывать следующие основные аспекты: расход электроэнергии, общие операционные расходы и микроклимат помещений ледового катка.

Эксплуатация ледового катка специфична и по многим параметрам отличается от эксплуатации обычных зданий. Температурные условия варьируются от -5 ^OC у поверхности льда до +10 ^OC на трибунах и +20 ^OC в местах общественного пользования, таких как раздевалки и офисы. Высокая влажность воздуха внутри помещений может привести к коррозии стальных конструкций, гниению деревянных объектов и проблемам с качеством воздуха – образованию грибка, плесени и пр.; поэтому, кроме аспектов, связанных с эксплуатацией ледового катка, необходимо обратить особое внимание на аспекты, связанные с проектированием объекта капитального строительства, в котором будет располагаться ледовый каток.

Технологии для организации ледового катка

Согласно СП-31-112-2007 (3) «Физкультурно-спортивные залы. Часть 3. Крытые ледовые арены» пункт 5.2. «Требования к ледовой конструкции», конструктивную основу ледовых полей (арен, площадок) составляют преимущественно трубные системы, среди которых выделяются три основных вида технологических плит:

• поле с высокопрочной бетонной охлаждающей плитой, полностью пластиковая трубная система;
• поле с засыпкой из кварцевого песка или гранитной крошки, полностью пластиковая трубная система;
• мобильная система из трубных матов, монтирующихся на любом основании.

Поле с высокопрочной бетонной охлаждающей плитой является предпочтительным вариантом для многофункциональных ледовых дворцов, когда возникает необходимость использования поля безо льда. Однако, поле такой конструкции отличается высокой стоимостью первоначальных капитальных вложений.

Охлаждающая плита включает полиэтиленовые трубы диаметром 25 мм с расстоянием между трубами 80-100 мм. Применяются полиэтиленовые трубы со сроком службы не менее 50 лет, которые позволяют использовать любые холодоносители, включая C₂H₆O₂ (этиленгликоль) и CaCl₂ (хлорид кальция). Под охлаждающей плитой предусматривается устройство теплоизоляции от теплопритоков из грунта, выполненной из экструдированного пенополистирола и трубной системы обогрева грунта (защита от промерзания).

Поле с засыпкой из кварцевого песка или гранитной крошки предпочтительнее при круглогодичном использовании ледяного покрытия, а также проектов с ограниченным бюджетным резервом. Энергетическая эффективность поля с засыпкой из кварцевого песка или гранитной крошки существенно выше, чем у поля с высокопрочной бетонной охлаждающей плитой, и при этом стоимость материалов и работ на 40-60% ниже. Ледовое поле выполняется из полиэтиленовых труб диаметром 25 мм с расстоянием между трубами 80-100 мм. Трубы закрываются засыпкой из кварцевого песка или гранитной крошки слоем до 30 мм от их верхней поверхности.

Мобильная система из трубных матов предпочтительна для случаев кратковременного устройства льда (например, при размещении ледового катка в торгово-развлекательном центре). Высокую стоимость самой трубной системы компенсирует низкая стоимость строительных подготовительных работ. Маты состоят из гибких трубок диаметром 14 мм, с межтрубным расстоянием 23 мм. Система укладывается на твердое основание, подключается к холодильной машине. Наморозка льда производится поверх трубок. После размораживания поля, отсоединённые субколлекторы накрываются крышками и маты сворачиваются вместе с находящимся внутри холодоносителем на специальные оцинкованные катушки и убираются на склад хранения.

Основное технологическое оборудование для организации ледового катка

Рефрижераторная установка

Рефрижераторная установка является важнейшим элементом ледяного катка. Потребление электроэнергии рефрижераторной установкой составляет более половины общего электропотребления, а тепловые потери льда могут составлять более 60% всей тепловой нагрузки ледового катка.

Рефрижераторная установка включает в себя компрессор(ы), конденсационный аппарат(ы), эвапоратор(ы) и патрубки для катка (трубы). Теплый воздух от катка высасывается компрессором через патрубки и эвапоратор, а затем выпускается в окружающую среду через конденсационный аппарат.

Рефрижераторная установка может быть либо прямой, либо непрямой системы. В прямой системе трубы под катком работают как эвапораторы, тогда как непрямая система включает в себя отдельный эвапоратор (теплообменник), и ледовая поверхность охлаждается косвенно с помощью специальных хладагентов в замкнутой циркуляции.

Выход энергии в прямой системе в целом лучше, чем в непрямой системе. С другой стороны, себестоимость прямой системы выше, чем себестоимость непрямой системы.

В таблице ниже приводятся данные по преимуществам и недостаткам соответствующих систем.

В большинстве случаев рефрижераторная установка включает в себя контур хладагента для охлаждения непрямой системы, т.е. пола, закрытым контуром циркуляции, нежели прямым способом. Хладагент, используемый в цепи компрессора, должен быть экологически разрешенным, например, таким природным веществом, как аммиак (NH₃) и углекислый газ (СО₂) или ГФУ хладагентом, таким как R134а, R404A и R407A. Важным эксплуатационным аспектом является умеренная автоматизация компрессора, что делает возможным контроль требуемых параметров работы системы.

Оборудование системы воздухоподготовки

Оборудование системы воздухоподготовки необходимо для контролирования качества воздуха в помещении и температурных и влажностных режимов как в местах общественного пользования (в раздевалках, кафетериях и пр.), так и в самом помещении катка.

Помещение катка должно быть герметичным, чтобы предотвратить неконтролируемую инфильтрацию воздуха через проходы (двери и пр.) и места соединения стен с потолком. Инфильтрация увеличит потребление энергии в теплое и влажное время года из-за необходимости охлаждения и осушения воздуха, и в холодное время года - из-за необходимости отопления помещений.

• Оборудование системы воздухоподготовки: система кондиционирования

Воздушные кондиционеры обеспечивают приток свежего воздуха на катке и в других помещениях, а также используются для обогрева и даже для снижения влажности воздуха катка. Поступление свежего воздуха необходимо для поддержки хорошего состояния атмосферы. Состояние атмосферы в помещении зависит от выдыхаемого людьми воздуха, строительного материала здания и машин для заливки льда, особенно если эти машины работают на двигателях внутреннего сгорания (на бензине или горючем газе).

• Оборудование системы воздухоподготовки: система дегидрации воздуха

Влажность воздуха ледового катка зависит от посетителей (участников, зрителей), влажности атмосферного воздуха, испарений от воды в процессе заливки льда и машин для заливки льда на двигателях внутреннего сгорания. Наибольшей влажностью обладает водонасыщенный атмосферный воздух, который попадает на каток через вентиляцию и неконтролируемую инфильтрацию через отверстия здания (двери, окна), трещины и щели в конструкциях, вызванные давлением во время эксплуатации.

Излишняя влажность воздуха увеличивает риск гниения деревянных объектов и коррозии металла, укорачивая, таким образом, срок эксплуатации элементов и строительных материалов конструкции, что означает увеличение расходов на техническое обслуживание.

На данный момент существует два основных способа дегидрации воздуха в помещениях ледового катка:

• Охлаждение воздуха до температуры конденсации водяного пара;
• Химическая дегидрация: прогонка воздуха через материал, абсорбирующий воду.

Оборудование системы отопления

Система отопления необходима для поддержания комфортных температурных условий как для игроков, так и для зрителей – до 67% производимого тепла. Отопление также эффективно при контролировании влажности катка во избежание образования тумана и капания с потолка. Более того, отопление необходимо для производства горячей воды (для заливки льда, для душевых кабин) – до 17% производимого тепла, а также для растапливания излишнего льда, образующегося в процессе заливки – до 16% производимого тепла.

Оборудование системы утилизация отходящего тепла

В целях оптимизации операционных расходов при эксплуатации ледового катка отходящее тепло компрессора может покрыть практически все потребности ледового катка в большинстве эксплуатационных ситуаций. Отходящее тепло можно использовать при подогреве воды для заливки льда, при отоплении катка, обогреве свежего воздуха, для предварительного нагрева водопроводной воды и растапливания снега и ледяного сала в процессе заливки льда.

Прочие основные системы

Кроме того, основное технологическое оборудование ледового катка включает в себя электросистему (в т.ч. освещение), акустическую систему и систему шумоподавления, систему водоснабжения и водоотведения.