Проектирование вентиляции помещений ледовых арен

Развитие ледовых видов спорта, а также то, что катание на коньках стало популярным видом отдыха, привело к активному строительству закрытых катков — как развлекательных, так и спортивных. При проектировании систем вентиляции в помещениях катков перед проектировщиком-климатехником стоят три основные задачи: обеспечения санитарно-гигиенических параметров в зонах нахождения людей, обеспечения отстутствия тумана над поверхностью ледового поля и отстутствие конденсата на строительных конструкциях сооружения искусственного катка. Стандартный каток имеет размеры 60×30м (для хоккея с шайбой). В зависимости от назначения катка температура льда может меняться — для хоккея нужен жёсткий лёд с температурой льдя порядка −6 градусов цельсия, а температура окружающего воздуха поддерживается порядка 6-10 градусов,для фигурного катания температура поверхности льда −3 −4 градуса, температура воздуха 10-12 градусов, при использовании катка в ледовом дворце для развлекательного катания температуры льда −2 −3, а температура воздуха 14-15С (при этих параметрах получается более мягкий лёд). Проектирование вентиляционных систем в первую очередь направлено на условия поддержания заданой температуры в зоне нахождения людей на катке. Общие теплопритоки в зоне ледовой ареной в соответствии: Qобщ.в зоне льда = Qт.конвек. +Qт.рад +Qосвещ.+Q людей, Вт [1] Тепловой режим определяется прежде всего теплопритоками, вызваными инзкой температурой поверхности льда tл. Конвективный приток тепла определяется по формуле: Qт.конвек. = Fл•αкон.(tвозд. -tл), Вт [2] где αкон., Вт/(м2•град) — коэффициент конвективного потока тепла, который может быть вычеслен по формуле: αкон. =3,41+3,55Vл Вт/(м2•град) [3] где Vл., м/сек. — скорость воздуха у поверхности льда. В стандарте «ASHARE» рекомендуется принять скорость воздуха у поверхности льда до 0,25 м/сек. По формуле [3] вычисляем: αкон. =3,41+3,55•0,25 = 4,3 Вт/(м2•град) Проведём расчёт для ледовой арены, используемой для свободного катания т.е.с целью развлечения. Тогда tвозд. = 15°С, а tл=-2°С (см. текст выше). Площадь катка равна 60×30м=1800По формуле [2] имеем: Qт.конвек. = Fл•αкон.(tвозд. -tл) = 1800 • 4,3•(15-(-2))=131580 Вт Следующим этапом определяем лучистое тепло, поступающее к поверхности льда от нагретых наружных ограждений, имеющих более высокую температуру: Qт.рад = Fл•qрад.•βотр., Вт [4] Отражательная поверхность потолка, βотр, зависит от цвета поверхности — при окраске потолка алюминиевой кракой βотр=0,6. (При проектировании вентиляции — это необходимо учитывать и выдать соответствующие задания архитекторам!)Наибольщее отражение от поверхности потолка ледяным полем достигается при покрытии поверхности потолка изоляционными матами с поверхностью из алюминиевой фольги βотр= 0,1. По графику, приведённому ниже находим удельные теплопритоки лучистого тепла к поверхности ледяного поля от ограждающих конструкций, при условии, что поверхность потолка 27°С (теплотехнический расчёт температуры потолка я здесь приводить не буду). Получаем qрад.= 77 Вт/м2

удельные теплопритоки лучистого тепла к поверхности ледяного поля от ограждающих конструкций

График, отображающий удельные теплопритоки лучистого тепла к поверхности ледяного поля от ограждающих конструкций. Далее по формуле [3] определяем лучистое тепло, поступающее к поверхности льда от нагретых наружных ограждений, имеющих более высокую температуру: Qт.рад = Fл•qрад.•βотр.=1800 • 77 • 0,1=13860 Вт Принимаем βотр=0,1 для случая с фольгированой изоляцией. Для случая с покраской поверхности алюминевой краской Qт.рад = Fл•qрад.•βотр.=1800 • 77 • 0,6=83160 Вт — данный вариант практически не встречается т.к. в 70 кВт холода стоят существенно дороже цены покрытия ограждающих конструкций фольгированой изоляцией. Третья составляющая притока тепла это искусственное освещение ледовой арены. Усреднённое тепловыделение освещения составляет 40 Вт/м2. В некоторых методиках указано, что часть тепла от освещения ассимилируется воздухом, но я для расчётов предпочитаю это не учитывать — принимаем: Qосвещ. = Fл•qосв..=1800 • 40 =72000 Вт [5] Четвёртая составляющая притока тепла это люди: Qлюдей. = N людей•qлюдей..=70 • 180 =12600 Вт [6] Принимаем, что катающихся 70 человек и все они выполняют тяжёлую работу. Общие теплопритоки в зоне ледовой ареной в соответствии с [1] составляют: Qобщ.в зоне льда = Qт.конвек. +Qт.рад +Qосвещ.+Q людей=131580 Вт+13860 Вт+72000 Вт+12600 Вт=230 кВт Для сокращения себистоимости оборудования имеет смысл для ассимиляции теплоизбытков использовать мощности холодоснабжения оборудования наморозки и поддержания льда. Разные производители выдают разные цифры (приводить цифры не буду т.к. они довольно сильно разнятся — сделайте запрос в любую фирму занимающейся холодильной техникой и поймёте порядок цифр, тем более, что в рамках этой статьи это не актуально), но в одном они сходятся — для наморозки (первоначальной заливки) холода нужно ровно в 2 раза больше чем для эксплуатации. Как следствие половину мощности можно направить на холодоснабжение вентиляции ледовой арены. В зоне катка находятся 70 человек (см. выше). Норма притока свежего воздуха на одного спортсмена составляет 80 м3/час. Явное тепло от людей составляет 180 Вт/час, а влага 170 г/час (при температуре влаговыделения t вл = 10°С). Следовательно минимально необходимая санитарная норма свежего воздуха будет составлять: min.сан.норма = N л•Lmin.сан.норма.чел..=70 • 80 =5600 м3/час [7] К воздуху над ледяным полем поступает конвективное тепло, величина которого вычисляется по формуле [2], и для рассматриваемого примера выше найдено Qт.конвек. = Fл•αкон.(tвозд. -tл) = 1800 • 4,3•(15-(-2))=131580 Вт. Для сохранения качества льда с температурой, равной −2°С необходимо предотвратить конденсацию водяных паров из воздуха. Это достигается тем, что конвективное тепло расходуется на охлаждение воздуха у поверхности льда до температуры влаговыделения tвл = 10°С и φ вл = 70%. Принятые параметры воздуха у поверхности льда выше температуры точки росы, равной tр.вл = 6°С. Для выполнения этих требований после охлаждения и осушки приточного воздуха до параметров tохл = 6,5 °С, φ ох = 92%, dох = 5,8 г/кг необходимо нагреть приточный воздух до температуры притока, которая вычисляется по формуле tпр. = tвл +(Qт.конвек. — Qлюдей. ) • 3,6/(L притока •ρпритока•спритока ), °С [8] Расход приточного воздуха L притока определяется условиями равномерного заполнения ледяного поля приточными струями и созданием условий для понижения температуры tпр. до tвл по длине струи. Существует несколько схем организации воздухообмена катка, понятно, что для катка одних габаритных размеров одна схема будет идеально, а для другого эта схема просто не выполнима. Одна из часто применяющихся схем при проектировании вентиляции ледовых арен- схема с двумя приточными воздуховодами, расположеными по длинной стороне катка и врезаными в них соплами (показано распределение воздуха в поперечном разрезе и изометрии):

пример полученой картинки в программе halton при проектировании вентиляции ледовой арены. Вид сбоку.

1— воздухораспределители Halton TRS-500, с угл

пример полученой картинки в программе halton при проектировании вентиляции ледовой арены. Изометрическая схема

ом наклона в 30° 2— ограждения (бортик) ледовой арены 3 — ледяное поле В данном случае применены воздухораспределители Halton TRS-500, с углом наклона в 30°. Ручной расчёт струй в рамках этой статьи я приводить не буду — картинка более наглядна, хотя при проектировании рабочей документации расчёт струй желательно произвести вручную. Картинки воздухораспределения взяты из программы Halton (она доступна на официальном сайте производителя бесплатно — после скачивания и установик дистрибутива программа попросит обновиться — ответить «да» — после обновления в настройках выбрать русский язык). Исходя из этой картины воздухораспределения ( воздухораспределители подбираются начиная с минимальной санитарной нормы приточного воздуха, с увеличением расхода до тех пор , пока не будет обеспечено Vл.=0,25 м/с у поверхности ледовой арены и перекрытия всей поверхности льда) получаем 28 воздухораспределителей по 1400 м3/час каждый (по 14 с каждой стороны). Вытяжка производится из верхней зоны одним или двумя воздуховодами. Как показывает практика каток лучше деожать немного под разрежением (вытяжка должна быть немного больше притока). Довольно часто раздать воздух с двух сторон не получается (не позволяет форма катка, оборудование и т.п. поэтому чаще можно увидеть следующую схему воздухораспределения, принятую при проектировании систем вентиляции ледовой арены: Воздуховоды находятся непосредственно над ледовом полем и воздух раздаётся по схеме сверху-вверх. Приточно-вытяжные устройства расположены в шахматном порядке. При расчёте подающей струи необходимо обеспечить Vл.=0,25 м/с у поверхности ледовой арены и перекрытия всей поверхности льда. при проектировании вентиляции по этой схеме целосообразно применять аналогичные сопла, но направленые вертикально вниз.

вертикальная схема воздухораспределения, принятая при проектировании вентиляции
вертикальная схема при проектировании вентиляции. вид сбоку

позиции 1.1, 1.15, 1.29 и 1.43 — соответствуют приточным соплам, позиции с индексом 2 — вытяжные решётки. Расчитываем расход воздуха для первого случая: L притока=N сопел•Lодного сопла.=28 • 1400 =39 200 м3/час , далее по формуле [8] вычисляем температуру приточного воздуха : tпр. = tвл +(Qт.конвек. — Qлюдей. ) • 3,6/(L притока •ρпритока•спритока )=10+(131580-12600) • 3,6/(39200𔅕,2𔅕)=19,1°С Поступающий на вытяжку воздух воспринимает влаговыделения от людей: Δdл. = W л /(L притока •ρпритока) =(70• 170)/(39200• 1,2)=0,25 г/кг В числителе 70 людей, умноженые на 170 г/(чел*час) — удельные влаговыделения. Далее начинаем строить процессы на i-d диаграмме: 1) Наносим точку наружного воздуха (Н) с параметрами tн=28,5°С и Iн=54 кДж/кг (параметры наружного воздуха для Москвы) 2) Наносим точку состояния воздуха после охлаждения (Ох) с параметрами tохл = 6,5 °С, φ ох = 92%, dох = 5,8 г/кг (см. текст между формулами [7] и [8]) 3) Соединяем точки Н и Ох 4) Рисуем подогрев в калорифере до точки П (от точки Ох вертикально вверх до tпр. = 19,1°С, которая расчитана по формуле [8]) 5) Общие поступления влаговыделений в вытяжной воздух оцениваются примерно в 1г/кг, тогда dух= dпр+1=5,8+1=6,8 г/кг, пересекая линию dух =6,8 г/кг=const и температуру внутреннего воздуха +2 °С (ассимиляция тепла света и людей) получим точку У (уходящий воздух) 6) Определяем параметры точки смеси СМ для рециркуляции воздуха: т.к. min.сан.норма = N л•Lmin.сан.норма.чел..=70 • 80 =5600 м3/час [7], а L притока=39 200 м3/час, то по формуле Iсм. =(( Lух•ρух•Iух)+( Lmin.сан.норма•ρmin.сан.норма•Imin.сан.норма))/(Lпритока•ρпритока) =(33600*1,2*33+5600*1,15*54)/(39200*1,2)=36 кДж/кг 7) На прямую Ох-П наносим точку Вл — проведя пересечение с температурой влаговыделения в 10 градусов.

Н-См-У — смешение в блоке смешивания кондиционера саннормы наружного воздуха и вытяжного воздуха из верхней зоны над ледяным полем; См-Ох — охлаждение в теплообменнике приточного агрегата смеси приточного воздуха до требуемого влагосодержания приточного воздуха; Ох-П — нагрев в калорифере приточного агрегата; П-Вл — охлаждение приточного воздуха от конвективного теплообмена с поверхностью ледяного поля; Вл-У — поглошение влаго- и тепловыделений по высоте помещения над зоной ледяного поля вытяжным воздухом Н- наружный воздух П-приточный воздух У-уходящий воздух-вытядка

Источник

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.