СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ЛЕДОВЫХ АРЕН

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ЛЕДОВЫХ АРЕН

Научная статья

Ометова М.Ю.¹, Рыбкина Г.В.^2, *

^{1, 2} Ивановский государственный политехнический университет, Иваново, Россия

* Корреспондирующий автор (omtetova_m[at]rambler.ru)

Аннотация

В работе разработаны мероприятия, обеспечивающие повышение энергетической эффективности систем кондиционирования воздуха крытых ледовых арен спортивного комплекса. Определены параметры влажности для проектирования микроклимата ледовых арен с целью создания требуемой температуры ледового покрытия. Предложены технические решения утилизации теплоты вытяжного воздуха с использованием роторного рекуператора, позволяющие обеспечивать температурно-влажностный режим для трех характерных режимов работы: «игра», «тренировка», «соревнование».

Ключевые слова: роторный теплоутилизатор, системы кондиционирования воздуха ледовых арен, адсорбционное осушение воздуха.

ADVANCING THE AIR CONDITIONING SYSTEM OF ICE RINKS

Research article

Ometova M.Yu.¹, Rybkina G.V.^2, *

^{1, 2} Ivanovo State Politechnical University, Ivanovo, Russia

* Correspondent author (omtetova_m[at]rambler.ru)

Abstract

The paper develops strategies providing the increase in the energy efficiency of air conditioning systems of sports facilities' rinks. Humidity parameters are defined for designing the rinks controlled environment with the necessary artificial ice rink. The article suggests engineering solutions for heat recovery of the exhaust air through the usage of rotary waste heat exchanger providing for the three temperature and humidity conditions: "match", "training session", "competition".

Keywords: rotary heat-reclaim unit, ice-rinks systems of air conditioning, adsorption air dehumidification.

Введение

Спортивные и культурно-массовые комплексы по типу многофункциональных ледовых арен являются энергетически затратными объектами строительства. Большая часть энергетических затрат связана с круглогодичной работой оборудования для нагрева и охлаждения воздуха в пределах всего объема здания. Кроме того, нормативные документы предъявляют различные требования к температурно-влажностному режиму в зонах размещения зрителей и ледовых покрытий [1], это в свою очередь накладывает дополнительные требования к организации работы систем кондиционирования воздуха (СКВ). От равномерности распределения температурно-влажностных параметров воздушных потоков около ледовых покрытий зависит качество льда [2].

Традиционные системы СКВ не обеспечивают требуемые параметры температурно-влажностного режима, что приводит к негативным последствиям, в частности завышенная влажность воздуха приводит к появлению конденсата и образование капель на конструкциях внутри помещения, образование тумана над ледовой площадкой; повреждение конструкций (коррозия, гниение); рост льда; некомфортный климат для зрителей и спортсменов.

Целью данной работы является разработка энергосберегающих мероприятий, направленных на повышение энергетической эффективности систем кондиционирования воздуха ледовых арен за счёт оптимизации тепло-влажностных процессов обработки воздуха в помещениях с искусственным льдом.

Объектом исследования является 2-ух этажный спортивный комплекс без подвального помещения, общей площадью 6040,8 м², расчетная площадь – 5057,2 м², с двумя ледовыми аренами – большой и малой, расположенными на первом этаже, площадью – 1624 м² и 450 м² соответственно. На малой тренировочной арене предусмотрен только тренировочный процесс. Спортивный комплекс оборудован необходимыми вспомогательными помещениями.

При определении нагрузки на системы создания микроклимата в спортивных комплексах с искусственным покрытием выделяют 3 характерных режима работы [3]: режим «соревнований», режим «массовых катаний» и режим «тренировок». Для каждого режима соответствуют свои тепло-влажностные показатели, которые необходимо поддерживать для комфортного микроклимата.

Температурно-влажностные параметры воздушной среды и поверхности ледового покрытия зависят от разновидности ледового спорта (табл. 1) [3, c. 8].

Таблица 1 – Температурно-влажностные параметры воздушной среды и поверхности ледового покрытия

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	от +10 до +15	-5	70
Тренировка	+6	от +6 до +15	-3	70
Фигурное катание
Соревнование	+12	от +10 до +15	-4	70
Тренировка	+6	от +6 до +15	-3	70

 

В виду значительного холодного потока от ледовых покрытий в размере 130700 Вт и 40850 Вт соответственно, помещения с ледовыми аренами требуют круглогодичного отопления. Микроклимат помещений ледовых арен поддерживается системами водяного и воздушного отопления. Для холодного периода года нагрузка на систему отопления ледовых арен составила 326 кВт, доля воздушного отопления составляет 18,4 процента. В теплый период года нагрузка на систему отопления составляет 248 кВт, доля воздушного отопления составляет около 34%, при расходе холода для теплого периода года 107 кВт. Теплоснабжение агрегатов воздушного отопления осуществляется от узла управления с параметрами t=90°C – 70° C, в теплый период– с параметрами t=80°C – 60° C. Суммарные влагосъем внутри ледовых помещений по данным нормативных методик [3] должен составлять 29,7 кг/ч. Осушения воздуха на ледовых аренах запроектировано от вентиляционной установки, совмещенной с системой осушения. На практике существует три способа осушения: ассимиляционный, конденсационный и адсорбционный.

Для ледовых арен. Как правило, применяют два способа осушения воздуха [2], [4]:

– конденсационный метод, основанный на принципе конденсации водяных паров, охлажденных ниже точки росы.

– адсорбционный метод, основанный на водопоглощающих веществах – сорбентах, которые эффективно удаляют влагу из воздуха [4, с 38].

У конденсационных осушителей с ростом температуры воздуха увеличивается влагосъем на 1 кВт потребляемой энергии. У адсорбционных осушителей – обратная зависимость: с увеличением влагосъема потребляемая энергия уменьшается. Кроме того, эффективность конденсационных осушителей резко падает с уменьшением относительной влажности воздуха, в то время как у адсорбционных осушителей данная зависимость значительно слабее.

При влажности, определенной по нормативным методикам показатели ледовых покрытий не обеспечивают требуемые параметры ледовых покрытий [3]. Эксперименты показали, что для обеспечения температуры ледовых покрытий на уровне +6⁰С, влагосъем с ледового покрытия необходимо увеличить примерно в 1,5 раза кг/ч, что приведет к увеличению мощности осушителя на 26%. Исследования показали, что для определения влагосъема с поверхности ледовых арен надо использовать методику, представленную в [2], [4]. Показатели влагосъема с использованием этой методики составляют42,17 кг/ч, что на 45% выше нормативных показателей.

Принципиальная схема осушения воздуха в помещениях ледовых арен представлена на рис.1.

 

Рис.1 – Принципиальная схема системы вентиляции и осушения зон ледовых полей

 

В качестве вентиляционно-осушительной установки предложена установка "DTGH IR" с роторным рекуператором на основе адсорбционного (система ПВ1) наружного исполнения, производительностью 266,31кВт и габаритными размерами ШхДхВ-1800х6435х2882мм.

Расход тепла на подогрев воздуха в системе вентиляции: Q_вент =196 100 Вт. Расход тепла на регенерацию воздуха в системе вентиляции: Q_вент = 56 500 Вт.

Использование систем рекуперации тепла позволяет использовать теплоту регенерации для нагрева воздуха, при экономии затрат на электричество на 21,3%.

Роторный рекуперативный теплообменник не подразумевает смешения воздушных потоков, процесс передачи теплоты происходит через металлический материал. Устройство вентиляционной установки с рекуператором, позволяет передать нагреваемому воздуху до 78% теплоты, что снижает мощность калорифера на 38% по сравнению с конденсационным осушением воздуха. Количество передаваемого тепла варьируется скоростью вращения ротора. Теплоснабжение вентиляционной установки запроектировано от теплового пункта. Теплоносителем является горячая вода с пропиленгликолем 40% с параметрами 90-70 °С.

При прямоточной схеме обработки воздуха затраты теплоты на обеспечение требуемых параметров микроклимата составят 309060,88 кВт∙ч/год, при использовании роторного теплообменного аппарата – Q =115358,57 кВт∙ч/год, экономия теплоты составит 193702 кВт∙ч/год (166,58Гкал/год). Энергосберегающий потенциал при установке энергосберегающего оборудования составит 852290,17 руб./год. Срок окупаемости энергосберегающих мероприятий в данной работе, который был рассчитан с учетом роста тарифов на тепловую энергию, составляет 2,14 года при эксплуатации оборудования 12 лет.

Заключение

В работе для повышения эффективности систем кондиционирования воздуха и создания оптимальных параметров воздушной среды целесообразно:

1. При проектировании существующих СКВ спортивных комплексов с искусственным ледовым покрытием используются заниженные показатели влагосъема, что приводит к нарушения температурно-влажностного режима в зоне ледовых покрытий.
2. При осушении крытых ледовых арен целесообразно использовать адсорбционные способы осушения воздуха.
3. Использование роторных теплообменных аппаратов имеет преимущество при обеспечении требуемых температурно-влажностных параметров микроклимата ледовых арен.
4. Приточные установки, оснащенные роторными теплоутилизаторами, позволяют уменьшить энергозатраты на создание требуемых параметров в спортивных комплексах с искусственным ледовым покрытием на 62%.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

 

Список литературы / References

1. СП 118.13330.2012. Общественные здания и сооружения. – М.: Минрегион России, 2007. – 76 с.
2. Вишневский Е.П. Достоинства адсорбционного метода глубокого осушения воздуха крытых ледовых арен [Электронный ресурс] / Е.П. Вишневский, М.Ю. Салин // Сантехника, отопление, кондиционирование (С.О.К.). – 2008. – № 8. С. 92-96. – URL: https://www.c-o-k.ru/articles/dostoinstva-adsorbcionnogo-metoda-glubokogo-osusheniya-vozduha-krytyh-ledovyh-aren (дата обращения: 16.07.2020).
3. СП 31-112-2007. Крытые ледовые арены. Часть 3. – М: Система нормативных документов в строительстве, 2007. – 156 с.
4. Кокорин О.Я. Инженерные системы помещений с искусственным льдом или снегом /О.Я. Кокорин, Н.В. Таварас – М: КУРС, ИНФА-М, 2014. – 240 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. SP 118.13330.2012. Obschestvennye zdania i sooruzhenia [Public buildings and structures]. – М.: Миnregion Ruassia, 2007. – 76 p. [in Russian]
2. Vishnevsky E.P. Dostoinstva adsorbchionnogo metoda glubokogo osushenia vozdusha krytysh ledovysh aren [Advantages of the adsorption method of deep drainage of indoor ice arenas [Electronic resource] / Е.P. Vishnevsky, М.U. Salin // Plumbing, heating, air conditioning (S.О.К.). – 2008. – № 8. С. 92-96. – URL: https://www.c-o-k.ru/articles/dostoinstva-adsorbcionnogo-metoda-glubokogo-osusheniya-vozduha-krytyh-ledovyh-aren (accessed: 16.07.2020). [in Russian]
3. SP 31-112-2007. Krytye ledovye areny. [Indoor ice arenas]. book 3. – М: System of normative documents in construction. – 2007. – 156 p. [in Russian]
4. Кокоrin О.I. Inzhenernye sistemy pomeschenai s iskystvennym lidom ili snegom [Engineering systems of rooms with artificial ice or snow] / О.I. Кокоrin, Н.В. Таvаrаs – М: KURS, INFA – М: 2014. – 240 p. [in Russian]