31 Октября 2018

Микроклимат ледовых арен

В журнале «СБК. Спорт Бизнес Консалтинг» №35 вышла статья Сергея Брюзгина «Микроклимат ледовых арен» об особенностях проектирования инженерных систем крытых ледовых комплексов. 


СБК.jpg      Статья_Сергей Брюзгин.jpg


*Здесь мы приводим полный текст статьи


Сергей Брюзгин, руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» 


В качестве основного требования, предъявляемого при проектировании и дальнейшей эксплуатации ледовых спортивных сооружений, – это качество льда и как следствие поддержание температурно-влажностного режима, требуемого для нормального функционирования ледового поля. При этом требуемые характеристики ледовых площадок для арен и катков могут отличаться друг от друга параметрами микроклимата в зависимости от функционального назначения и режима эксплуатации объекта. Несмотря на общие принципы, необходимо применять дифференцированный подход к системам вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВиКВ) для крытых катков и ледовых арен.


Основной функцией систем ОВиКВ является поддержание температурно-влажностного режима:

  • для обеспечения требуемых параметров ледового поля;
  • для нормальной работы спортсменов;
  • для комфортного пребывания зрителей на трибунах.


Системы ОВиКВ должны обеспечивать требуемые параметры микроклимата в разных функциональных зонах помещения ледовой арены. Температура льда в помещении катка во время спортивных мероприятий ограничена технологическими требованиями и составляет -7°С, -5°С, -4°С для шорт-трека, хоккея и фигурного катания соответственно. При этом требуемая температура воздуха на уровне 1,5 м от ледовой поверхности должна обеспечиваться в диапазонах +6°С….+12°С, а на трибунах +10°С…+15°C. На расчетные условия в разных функциональных зонах существенно влияют тепло- и влаговыделения, которые напрямую зависят от количества зрителей во время массовых мероприятий.  


Основные проблемы, возникающие в помещениях ледовых арен и крытых катков

При проектировании систем кондиционирования для помещений ледовых арен одной из основных проблем, с которой приходится сталкиваться проектировщикам, является необходимость предотвращения образования условий для формирования избыточной влажности воздуха в помещении. В результате взаимодействия между ледовой поверхностью и окружающим воздухом с избыточной влажностью над поверхностью ледовой площадки может образовываться туман, который в свою очередь влияет на энергопотребление систем холодоснабжения и на физические характеристики ледового покрытия. Стоит уделять особое внимание характеристикам ограждающих конструкций ледовых арен и особенно ограждающих конструкций помещений, смежных с ледовой ареной. Конструкции под воздействием лучистого (радиационного) теплообмена могут охлаждаться до температур ниже температуры точки росы окружающего их воздуха, и на поверхности ограждений могут формироваться условия для выпадения конденсата. С целью снижения данного эффекта поверхности ограждающих конструкций следует предусматривать с минимальным коэффициентом поглощения. 


Лучистый теплообмен для замкнутых систем в упрощенном виде можно описать формулой q = eпС0[(T1/100)4 - (T2/100)4], в которой одним из существенных поддающихся влиянию множителей является приведенный коэффициент eп, характеризующий степень черноты системы тел. Снижение данного коэффициента можно обеспечить при помощи соответствующего подбора отделочных материалов. Данный аспект, существенно влияющий на энергоэффективность систем холодоснабжения ледового поля, является неотъемлемой частью архитектурно-планировочных и интерьерных решений, а некорректный выбор материалов отделки может увеличить энергопотребление систем холодоснабжения от 30 до 150кВт, что на протяжении всего жизненного цикла спортивного сооружения может оказаться существенной величиной. 


Наиболее эффективным материалом для отделки кровли ледовой арены с точки зрения теплофизических процессов является изоляционный материал с фольгированной поверхностью с коэффициентом поглощения 0.1 Оцинкованная сталь также эффективна и имеет коэффициент поглощения равный 0.3. Использование темных цветов для отделки внутренних ограждающих конструкций крытых ледовых сооружений должно выполняться взвешенно, так как данное решение увеличивает лучистый теплообмен от нагретых внутренних поверхностей к поверхности льда и, как следствие, холодильную мощность, затрачиваемую на его наморозку. В период перерывов использования катков и арен целесообразно повышать температуру ледового поля. Данная возможность должна предусматриваться на этапе проектирования инженерных систем и их автоматизации. Каждый градус повышения температуры поверхности льда способствует снижению энергозатрат на систему холодоснабжения на 2-3%, что, в первую очередь, связано с уменьшением радиационного излучения и конвективного теплообмена от окружающих конструкций, воздуха и поверхности льда. 


Методы решения для получения оптимальных параметров микроклимата и использование численных методов расчета термодинамического состояния воздушной среды

При проектировании систем кондиционирования множество факторов, влияющих на микроклимат помещения и энергоэффективность комплекса, не могут быть описаны простыми численными методами. Поэтому при проектировании спортивных сооружений, и особенно ледовых арен, целесообразно использовать численные методы моделирования гидродинамических процессов (CFD-моделирование) с последующим анализом полученных результатов.


В своей практике специалисты компании «Метрополис» использовали данный подход для широкого спектра сооружений и, в частности, для ледовой арены «Динамо» с вместимостью трибун до 12 тысяч зрителей.  


Upper-Bowl Hockey (2).jpg

Арена «Динамо» с вместимостью трибун до 12 тыс. зрителей.


Заказчик: ООО «СПиЧ»


Специалисты компании «Метрополис» на стадии Проект выполняли разработку инженерных систем всего комплекса, а также CFD-моделирование ледовой арены.













В помещениях с массовым пребыванием людей формируются воздушные конвективные потоки за счет тепло- и влаговыделений от зрителей. Эти потоки, в свою очередь, могут создавать параметры микроклимата, дискомфортные для самих зрителей и спортсменов. В частности, неизотермичность воздушных струй и влияние диоксида углерода, выделяемого при дыхании, как вещества с более высокой молярной массой, могут формировать на нижних ярусах трибун зоны с превышенным уровнем концентраций СО2, а также с повышенной подвижностью воздушных масс. Определение критичных для микроклимата условий на этапе проектирования по результату анализа CFD-модели позволяет своевременно принять решения как в части инженерных систем, так и в архитектурно-планировочных решениях, предусматривая дополнительные шахты и воздухораспределители в нижней части трибун. Для достижения требуемых параметров микроклимата в помещениях как в объеме ледового поля, так и в объеме трибун, как правило, предусматриваются отдельные климатические установки, основная задача которых ассимилировать избыточную влагу из воздуха и поддерживать требуемую температуру.


Но только по результату анализа CFD-модели возможно определить наиболее оптимальные соотношения температур и расходов воздуха для арен с массовым пребывания людей. Подобное моделирование позволяет иногда решать вопросы, кажущиеся на первый взгляд неопределяемыми. А выбранные на его основе проектные решения успешно повышают энергоэффектиность систем. Классические схемы воздухораспределения снизу-вверх или сверху-вверх могут иметь существенные отличия по расходам приточного и вытяжного воздуха для рассматриваемого помещения при одинаковых целевых показателях требуемой температуры, относительной влажности и концентрации диоксида углерода. Выбор схемы воздухораспределения напрямую влияет на расходы воздухообмена в помещениях с массовым пребыванием людей, часто превышая показатели санитарных норм.


Арена.png Моделирование воздухораспределителя.png Скорости.png


Накопленный опыт в работе с технически сложными спортивными сооружениями в сочетании с использованием CFD-моделирования позволили применить имеющиеся знания в комплексной работе для проекта тренировочного катка КП «СК ОД-80» Москомспорта по адресу: г. Москва, Мичуринский проспект, Олимпийская деревня, д. 2. Выполняя функции Генерального проектировщика на объекте, компания "Метрополис" выступила в качестве автора технологических, архитектурных, конструктивных и инженерных решений. В зале ледовой арены спортивного сооружения применены мероприятия по поддержанию микроклимата, получившие отражение в:

  • теплотехнических решениях, сопряженных с архитектурными решениями в части теплоизоляции;
  • интерьерных решениях в части применяемых материалов;
  • инженерных решениях в части организации воздухообменов и воздухораспределения. 
V1_01.RGB_color.0001___.jpg

Крытый тренировочный каток на территории «Олимпийской деревни-80» с вместимостью трибун до 300 чел.


Заказчик: КП БСА «Лужники»


Комплекс разработан компанией «Метрополис» на стадиях Проект и Рабочая документация с использованием BIM и 2017 году вошел в финал конкурса BIM-
технологий, организованного Минстроем России.








Архитектурные решения ледовых арен должны сочетать в себе современную форму, яркую индивидуальность и прогрессивные энергоэффективные инженерные системы. Только в таком сочетании здание будет соответствовать высоким требованиям конечного потребителя и владельца на протяжении всего жизненного цикла объекта. Для сложных спортивных сооружений применение CFD-моделирования необходимо и экономически оправдано, так как ведет к оптимизации финансовых затрат как на стадии строительства, так и в период эксплуатации объекта. Кроме того, данная работа позволяет своевременно оценивать правильность принятых решений и, при необходимости, вносить требуемые изменения в проект.

Сайт журнала СБК