Опыт оптимизации параметров воздушной среды тренировочной арены крытого катка
09.11.2018 Спорт

Опыт оптимизации параметров воздушной среды тренировочной арены крытого катка

Как оптимизировать параметров воздуха в рабочей зоне ледовых арен. Об этом, в предлагаемой Вашему вниманию статье, рассказывают ведущие в России инженеры-практики.

Тренировочная арена Спортивного Комплекса «Мегаспорт» города Москва предназначена для различных спортивных мероприятий, а именно - тренировок и соревнований фигуристов, спортсменов шорт-трека и хоккейных команд. Для каждого конкретного мероприятия необходимо поддерживать свои строго определенные параметры льда и воздуха над его поверхностью. Их также необходимо и контролировать в течение всего времени проведения мероприятия.

Основными контролируемыми параметрами льда, это - толщина массива льда и его температура поверхности. Соответственно воздуха, это - температура над массивом льда, относительная влажность и абсолютное влагосодержание (точкой отсчета принята отметке 1,5 м над поверхностью льда).

Рассмотрим конкретные значения контролируемых параметров в зависимости от мероприятия.

Фигурное катание.

С одной стороны, необходим сравнительно мягкий лёд с улучшенной амортизацией опускающегося после прыжка спортсмена. С другой стороны, поверхностные слои массива льда должны держать спортсменов, исключая врезание лезвия конька в лёд и минимизировать выработку поверхностных слоёв массива. В этом случае уменьшается нагрузка на суставы ног спортсменов после прыжка и обеспечивается высокая скорость и набор необходимого энергетического импульса для подготовки к прыжку.

Массив льда. Толщина – 40..45 мм, температура – 4,5 0С ± 0,5 0С.

Воздух. Температура - + 14 0С ± 1 0С, относительная влажность 40..55 %, абсолютное влагосодержание 5 г/кг с.в.

Шорт-трек

Необходим твёрдый скоростной лёд на прямых участках трассы и   мягкий лёд на участках виражей. Это позволяет спортсменам держать высокие скорости и не сходить с трассы забега на виражах. Умягчение поверхностных слоёв массива льда на участках виражей достигается проливкой льда водой из леек или вёдер на этих участках непосредственно перед забегами.

Массив льда (кроме виражей). Толщина – 40..45 мм, температура – 6,5 0С ± 0,5 0С.

Воздух. Температура - + 14 0С ± 1 0С, относительная влажность 40..55 %, абсолютное влагосодержание 5 г/кг с.в.

Хоккей с шайбой

Необходим твёрдый лёд, способный выдерживать силовую борьбу спортсменов, вес которых часто превышает 100 кг.

Массив льда. Толщина – 40..45 мм, температура – 6,00С ± 0,5 0С

Воздух. Температура - + 12 0С ± 1 0С, относительная влажность 40..55 %, абсолютное влагосодержание 5 г/кг с.в.

Из сказанного выше следует, что температура воздуха над массивом льда не должна опускаться ниже 11 0 С для хоккея и 13 0С для шорт-трека и фигурного катания.

Опыт эксплуатации тренировочной арены показал, что температура воздуха в различных точках ледовой арены на отметке 1,5 м от поверхности льда лежала в интервале значений +8,7 ..11,1 0С.

Поддержание температурного режима воздушной среды на тренировочной арене СК «Мегаспорт» осуществляет технологическая вентиляция арены, в которой использованы два центральных кондиционера YMA-1370H-2000W производительностью циркуляционных вентиляторов 18700 м3/час каждого. Кондиционеры нагнетают подготовленный приточный воздух в два воздуховода, смонтированных в верхнем объёме арены над продольными границами ледового поля. Раздача притока производится через сопла, смонтированные непосредственно в воздуховодах. Производитель сопел – компания HALTON. В каждом воздуховоде установлено по 21 соплу. Конструкция сопла позволяет изменять угол выхода воздушной струи. Расстояние от поверхности льда арены до нижней точки сопел 8 метров. Фото сопел, смонтированных в приточных воздуховодах, представлено на Рис. 1. Балансировка расходов воздуха осуществляется путем изменения выходного сечения сопла. Кроме воздушного отопления от системы технологической вентиляции арены, на стенах арены в соответствии с проектом смонтированы 27 радиаторов КСК

Рис. 1.

-20 максимальной суммарной мощности 0,03 Гкал/час, в которые в отопительный период подавался теплоноситель системы отопления. Отработанный воздух забирается вытяжными воздуховодами технологической вентиляции, смонтированными параллельно приточным, в верхней части арены между приточными воздуховодами.

Температура приточного воздуха, раздаваемого через сопла поддерживалась равной 20 0С. Температура вытяжного воздуха, забираемого системой технологической вентиляции над ледовой ареной, составляла 11,9 0С. Температура воздуха в зоне пребывания спортсменов и тренерского состава не понималась выше 10 0С, что создавало дискомфорт для тренерского состава и спортсменов.

Попытка поднять температуру воздуха путем повышения температуры приточного воздуха с 20 до 26 0С успехом не увенчалась.

Повышение температуры приточного воздуха до 26 оС привело к росту температуры вытяжного воздуха с 11,9 до 13 0С. Температурный режим воздушной среды на отметке 1,5 м над поверхностью льда и на трибуне практически не изменился.

Расчет показал, что в случае, когда температура притока была равна 20 0С в объем арены подавалось 91,7 кВт тепла, а при температуре притока 260С уже 152,5 кВт. Таким образом, повышение температуры приточного воздуха на 6 0С и теплопритока на воздушное отопление практически в 1,5 раза привело лишь к нагреву воздуха только в верхней зоне арены. Зона пребывания спортсменов и тренерского состава осталась практически в том же температурном режиме. Это можно объяснить тем, что струя теплового воздуха, выходящего из сопла, всплывает не доходя до рабочей зоны ( зона высотой 1,5 м от поверхности льда). Выходом из этой ситуации является увеличение угла наклона сопла в направлении к поверхности льда. Работа по поиску и установке нужного угла наклона каждого из сопел затрудняла большая высота помещения, большое количество сопел и ограниченное количество располагаемого для этого времени. Загрузки арены очень высока. Так появилась идея использовать программу расчета траектории турбулентной компактной струи, движущейся в изотермической среде. Для углов наклона сопла 30, 45 и 60 град были построены соответствующие траектории. Результаты расчёта приведены на Рис. 2.

Рис.2

Расчет показал, что струя, истекающая из сопла с углом наклона к горизонтальной оси 600 входит в соприкосновение с поверхностью массива льда. В этом случае неизбежно подтопление поверхности льда в местах контакта струй и льда. При угле 450 струя воздуха разворачивается и начинает всплывать на отметке близкой к 2,5 м от поверхности льда. Если принять во внимание, что ширина струи в точке разворота может достигать 1 м, то при угле наклона оси сопла 450 можно ожидать переноса части тепловой энергии струи, в рабочую зону. Истекающая из сопла с углом наклона к горизонтальной оси 300, разворачивается на отметке 4,7 – 4,8 м. Маловероятно, что тепло струи достигнет рабочей зоны.

На основании сказанного выше можно сделать вывод, что в качестве первого приближения, можно принять угол установки сопел равным 450.

Для проверки корректности величины расчетного значения угла установки сопел было принято решение провести эксперимент.

Центральные три сопла в каждом из двух воздуховодов были установлены под углом 40 град к вертикали. Угол установки остальных сопел не изменялся и составлял 55 град. В 9 точках в центре арены в поперечном сечении на высоте 1,5 м от льда были выполнены измерения скорости и температуры воздуха. Скорость воздуха в каждом сечении измерялась 5 раз. Результаты замеров скорости и температуры воздуха в графическом виде представлены на Рис. 3 и 4.

Рис. 3

На Рис. 3 на расстоянии 9 м от левого борта и 6 м от правого отчетливо прослеживаются пики скоростей. Также в этих точках заметны значительные пульсации скорости. Скорее всего, вблизи этих точек струя воздуха касается рабочей зоны. Также отмечается симметричность относительно центра арены (центр - 15 м). Вероятно, это связано с тем, что сопла балансировались путем изменения сечения выходного отверстия, а степень их открытия оказалась разной, а значит разной оказалась и скорость выхода струи из сопла. Т.е. примененный способ балансировки расходов следует признать не приемлемым. 

Что касается температуры воздуха на отметке 1,5 м от поверхности льда в зоне действия сопел с углом наклона 400 , то при 20 0С температуре приточного воздуха она повысилась практически до 11 0С и оказалась практически постоянной в поперечном сечении.

    Рис. 4

По результатам эксперимента на 6 соплах было принято решение изменить углы установки всех сопел, установленных по длинной стороне арены. Всего 32 шт.

Все работы по изменению углов установки сопел выполнялись в весеннее время. Точек подтапливания льда не отмечалось. Однако, начиная с июня, с изменением параметров окружающей среды начали появляться пятна на ледовой поверхности тренировочной ледовой арены. По нашему мнению, причиной их появления может быть повышение влагосодержания наружного воздуха.

В целях уточнения причины образования в ночное время на поверхности льда пятен выполнены измерения скорости воздуха над ледовой поверхностью. Измерения выполнялись на отметках 0,3 и 1,5 м от поверхности массива льда. Результаты измерений представлены на графиках Рис. 5 и 6 соответственно. Из графиков видно, что над поверхностью арены имеются локальные зоны с подвижностью воздуха значительно превышающей 0,55 м/сек до 1,2 м/сек. Пики скоростей воздуха совпадают с местами образования пятен на ледовой поверхности. Это говорит о том, что в местах, где скорость воздуха выше 0,4м/с на уровне 0,3м воздушный поток, истекающий из сопел, контактирует с поверхностью ледового массива, что способствует конденсации влаги на поверхности льда.

Рис. 5.

После анализа полученных данных произведена корректировка положения сопел и скорости потока воздуха, истекающего из каждого сопла. Угол наклона 32 сопел к вертикальной оси увеличен до 450. Откорректирована производительность циркуляционных вентиляторов центральных кондиционеров системы технологической вентиляции арены. Кроме того, на стенах здания арены дополнительно установлено 56 шт. стальных радиаторов «Лидея»:

ЛК 10-518 – 56 шт.х945 Вт (по паспорту радиатора)=52920Вт (0,0455 Гкал/час=1,092 Гкал/сут). Все радиаторы переведены на схему теплоснабжения от системы второго подогрева вентиляции.

Рис. 6.

В результате проделанной работы получили график скоростей воздуха, представленный на Рис. 7. Измерения выполнены на отметке 0,3 м от поверхности льда.

Из графика видно, что скорость воздуха над поверхностью не превышает 0,4м/с. Именно снижение скорости воздуха и способствовало исключению причин появления пятен на арене и завышения температуры поверхности льда в пятнах на 1-2 градуса. Температура воздушной среды на отметке 1,5м (в зоне пребывания спортсменов) поддерживается в диапазоне 12 – 14 0С при установке температуры приточного воздуха 20 оС.

Таким образом, путем изменения угла установки удалось добиться повышения температуры воздуха в рабочей зоне ледовой арены без увеличения температуры приточного воздуха. Кроме этого практика настройки углов установки сопел для достижения требуемых параметров воздуха в рабочей зоне показала, что в отсутствии приводов на соплах процедура это – очень трудоемкая. Для разных мероприятий и для разных сезонов эксплуатации требуется устанавливать разные углы установки сопел. Это удобно делать с помощью приводов. Следует также признать удачей, что расчетное и экспериментальные значения углов установки сопел совпали. Конечно, траектория движения струи воздуха в неизотермичной среде, а это всегда будет в помещениях с искусственным льдом, будут значительно отличаться от идеализированной картины течения воздуха в изотермичной среде. Поэтому понятна необходимость в разработке специальных методик расчёта параметров воздуха в рабочей зоне ледовых арен.

Рис. 7.

Авторы: к.т.н. Яковлев Г.П., инж. Учайкин А.В., к.т.н. Бородкин А.А.

Refportal.com

Войдите в свой аккаунт

Чтобы редактировать свою личную информацию и управлять бронированиями

Еще нет аккаунта? Создайте его
Создавая аккаунт, вы соглашаетесь с нашими Правилами и условиями и Положением о конфиденциальности

Вы успешно зарегистрированы. Спасибо.

Авторизируйтесь,
чтобы заполнить недостающую информацию о себе.

Ваш пароль сброшен.

На Ваш e-mail были отправлены дальнейшие инструкции,
по восстановлению пароля.

Теперь Вы подписаны на новости Refportal.com. Спасибо!

 

Символов: 250

Ваша заявка на добавление компании принята. Спасибо!

Информация о компании будет проверена нашими менеджерами и мы свяжемся с вами в ближайшее время.

Символов: 250

Ваша заявка на редактирование компании принята. Спасибо!

Информация о компании будет проверена нашими менеджерами и мы свяжемся с вами в ближайшее время.

Ваш запрос на добавление статьи принят. Спасибо!

Запрос будет обработан нашими менеджерами в ближайшее время.

Ваш запрос на добавление стандартов принят. Спасибо!

Запрос будет обработан нашими менеджерами в ближайшее время.