Ledo arenų šaldymo sistemos, parenkamos pagal tikrą šilumos apkrovą

Šaldymo įranga yra tikro ledo čiuožyklos pagrindas, tačiau vien vardinė šaldymo galia neparodo, ar sistema veiks gerai. Dvi tokio pat ploto čiuožyklos gali reikalauti visiškai skirtingos įrangos, nes tikrąją šilumos apkrovą keičia klimatas, pastato sąlygos, saulės spinduliuotė, drėgmė, ledo temperatūra, priežiūros dažnis, darbo valandos ir hidraulinė sistema.

SPORTWAVE šaldymo sistemą parenka kaip visos čiuožyklos dalį: šaldymo agregatas, šilumos atidavimas, siurbliai, antriniai kontūrai, kolektoriai, valdymas, ledo grindų technologija ir energijos valdymas projektuojami kartu.

Šaldymo galios negalima parinkti vien pagal kvadratinius metrus

ASHRAE pateikia orientacinius galios intervalus, kuriais galima patikrinti jau apskaičiuotą projektą. Sporto arenoms nurodoma maždaug 2,9–4,2 m² ledo vienam kW, kai sezonas trunka iki septynių mėnesių, ir maždaug 2,6–3,7 m²/kW, kai arena veikia aštuonis mėnesius ar ištisus metus.

Šie intervalai sąmoningai platūs. ASHRAE aiškiai nurodo, kad lentelė turi būti naudojama tik apskaičiuotam šaldymo poreikiui patikrinti, o ne vietoje šilumos apkrovos skaičiavimo.

Projektinė šaldymo galia turi padengti didesnę iš dviejų sąlygų: galią, reikalingą ledui suformuoti per nustatytą laiką, arba galią, reikalingą išlaikyti reikiamą ledo temperatūrą esant nepalankiausioms vienu metu veikiančioms eksploatavimo sąlygoms.

Inžinerinė pastaba
Viso dydžio arenos patikimai parinkti pagal vieną „X kW vienam kvadratiniam metrui“ taisyklę negalima. Tas pats ledo plotas kontroliuojamoje vidaus arenoje ir atviroje lauko vietoje gali turėti visiškai skirtingas apkrovas.

Šaltinis: ASHRAE Handbook — Refrigeration, 44 skyrius „Ice Rinks“.

Iš kur iš tikrųjų atsiranda šaldymo apkrova?

ASHRAE skelbti vidaus arenų tyrimai gerai parodo, kodėl šaldymas yra visos sistemos, o ne vien grindų ploto klausimas. Pavyzdinėmis sąlygomis pagrindinės paros šaldymo apkrovos dalys yra maždaug tokios:

Tikslios dalys priklauso nuo klimato ir eksploatavimo, tačiau išvada ta pati: vien efektyvesnis kompresorius neišsprendžia daugumos apkrovą kuriančių veiksnių.

Vidaus ir lauko čiuožyklos – du skirtingi šaldymo uždaviniai

Vidaus arenoje galima kontroliuoti oro temperatūrą, drėgmę, oro greitį ir stogo spinduliuotę. Lauko čiuožyklos atveju oras tampa pačios projektinės sąlygos dalimi.

ASHRAE lauko ledui kaip tiesioginius apkrovos veiksnius nurodo saulės spinduliuotę, vėją, lietų, oro temperatūrą ir drėgmę. Vien saulės apkrova gali tapti reikšminga visos apkrovos dalimi. Todėl šešėlis, orientacija ir eksploatavimo strategija gali pakeisti reikalingą šaldymo galią nekeičiant čiuožyklos ploto.

Tai ypač svarbu ilgai veikiančioms sezoninėms čiuožykloms ir profesionaliems lauko renginiams, kur ledą reikia išlaikyti ne tik šaltomis naktimis, bet ir nepalankiomis dienos sąlygomis.

Trys praktiškos šaldymo sistemų architektūros

AST šaldymo sprendimai gali būti komplektuojami keliais principais. Pasirinkimas priklauso nuo galios, vietos apribojimų, šilumos atidavimo būdo, triukšmo reikalavimų, montavimo greičio, techninės prieigos ir atliekinės šilumos panaudojimo poreikio.

Oru aušinami kompaktiniai šaldymo agregatai

Gamyklinis lauko agregatas viename korpuse sujungia pagrindinius šaldymo komponentus. Tai praktiškas sprendimas daugeliui mobilių ir sezoninių projektų, nes jį galima palyginti greitai pastatyti ir prijungti.

Parenkant reikia vertinti didžiausią ir mažiausią lauko temperatūrą, triukšmo ribas, elektros įvadą, hidraulinį atstumą iki čiuožyklos, transportą ir techninio aptarnavimo prieigą. Lengvas montavimas savaime nereiškia, kad toks agregatas geriausias didelei stacionariai arenai.

Oru aušinamos atskirtų įrenginių sistemos

Tokiose sistemose dalis šaldymo ir šilumos atidavimo įrangos montuojama atskirai. Tai suteikia daugiau laisvės, kai architektūra, triukšmas ar aptarnavimo sąlygos neleidžia visko statyti vienoje vietoje.

Tačiau reikia daugiau projektinio derinimo: šaltnešio vamzdynai, valdymas, paleidimo atsakomybės ir techninis aptarnavimas turi būti aiškiai apibrėžti.

Skysčiu aušinamos ir centrinės šaldymo sistemos

Didesnėse stacionariose arenose šiluma gali būti atiduodama per atskirą skysčio kontūrą į sausąją aušyklę, aušinimo bokštą arba pastato energetinę sistemą. Toks sprendimas ypač naudingas, kai prioritetas yra vidaus techninė patalpa, mažesnis triukšmas lauke, centralizuota įranga ar didesnis atliekinės šilumos panaudojimas.

Netiesioginis ir tiesioginis ledo šaldymas

Daugelis ledo arenų sistemų yra netiesioginės: pirminis šaltnešis lieka šaldymo įrangoje ir atšaldo antrinį skystį, pavyzdžiui, vandens ir glikolio mišinį, kuris siurbliais cirkuliuojamas per ledo grindis ar EPDM kilimėlius. Taip sumažinamas šaltnešio kiekis visoje čiuožyklos zonoje ir supaprastinamas hidraulinis integravimas.

Tiesioginėse sistemose pats pirminis šaltnešis cirkuliuoja per ledo kontūrą. Taip galima atsisakyti tarpinio šilumokaičio ir dalies siurbimo energijos, tačiau didėja šaltnešio kiekio, slėgio, saugos ir montavimo reikalavimų svarba.

IIHF arenų vadove pateikiami abu principai ir pabrėžiama, kad reikia vertinti ne vien momentinį efektyvumą, bet ir šaltnešio savybes, siurblių energiją, atliekinės šilumos panaudojimą, saugą ir viso naudojimo laikotarpio efektyvumą.

Hidraulika gali sudaryti reikšmingą šaldymo apkrovos dalį

Antrinis kontūras nėra pasyvus ryšys tarp agregato ir ledo. Siurblių suvartojama elektra galiausiai virsta šiluma šaldymo skystyje, todėl ją taip pat turi pašalinti šaldymo sistema.

ASHRAE nurodo, kad siurblių šiluma gali sudaryti iki maždaug 11 % šaldymo apkrovos. Todėl tinkamas vamzdynų diametras, maži slėgio nuostoliai, subalansuoti kolektoriai, efektyvūs siurbliai ir kintamo arba pakopinio srauto valdymas gali duoti reikšmingą naudą.

Vienodas srautas būtinas ir ledo kokybei. Prastas hidraulinis balansas gali sukurti temperatūrų skirtumus visame lede net tada, kai šaldymo galios pakanka.

Inžinerinė pastaba
Didesnis siurblys nepakeičia gero hidraulinio projekto. Per didelis srautas didina siurblių energiją, o per mažas ar nesubalansuotas srautas blogina šilumos perdavimą ir ledo tolygumą.

Šaltinis: ASHRAE Handbook — Refrigeration, 44 skyrius.

Ledo temperatūra yra ir energijos valdymo nuostata

Kuo žemesnės ledo temperatūros reikalaujama, tuo didesnį temperatūrų skirtumą turi įveikti šaldymo sistema. Todėl reikia palaikyti aukščiausią temperatūrą, kuri vis dar užtikrina reikiamą ledo kokybę konkrečiai veiklai.

Ledo rituliui paprastai reikia šaltesnio ir kietesnio ledo, dailiajam čiuožimui – šiek tiek šiltesnio, o pramoginiam čiuožimui – dar šiltesnio. Valdymo sistema turėtų palaikyti skirtingus režimus, o ne visas veiklas vykdyti pagal šalčiausią nuostatą.

Antrinio šaldymo skysčio temperatūra taip pat neturėtų būti mažinama daugiau nei reikia. Žemesnė garavimo ar įsiurbimo temperatūra mažina šaldymo efektyvumą ir gali reikšmingai didinti kompresorių energijos sąnaudas.

Šaltnešis turi būti parenkamas pagal visą projektą

Šaltnešio pasirinkimas nėra vien aplinkosaugos klausimas. Jis lemia darbinį slėgį, techninės patalpos saugą, atliekinės šilumos temperatūrą, sistemos užpildymo kiekį, techninio aptarnavimo kompetenciją, efektyvumą ir teisės aktų reikalavimus.

Stacionariose ledo arenose gali būti naudojami natūralūs šaltnešiai, pavyzdžiui, CO₂ (R744) arba amoniakas (R717), o kitais atvejais – mažesnio visuotinio atšilimo potencialo HFO ar HFC/HFO sprendimai. Galutinis projektas turi atitikti taikomus Europos šaltnešių, slėginės įrangos ir mašinų reikalavimus bei, kai aktualu, EN 378.

SPORTWAVE šaltnešį vertina kartu su visos sistemos architektūra ir vietinėmis techninio aptarnavimo galimybėmis, o ne skelbia vieną šaltnešį universaliai geriausiu.

Atliekinės šilumos panaudojimas keičia stacionarios sistemos ekonomiką

Šaldymo sistema perkelia šilumą nuo ledo į kondensatorių. Šią šilumą galima tiesiog išmesti į aplinką arba panaudoti.

Stacionariose arenose atgauta šiluma gali būti naudojama karštam vandeniui, dušams, vėdinimo orui, persirengimo patalpoms, ledo priežiūros vandeniui, sniego tirpinimui ar grindų apsaugai nuo įšalo. ASHRAE nurodo, kad tinkamai suprojektuotos sistemos gali padengti maždaug 75–100 % pastato patalpų ir vandens šildymo poreikio, priklausomai nuo sistemos tipo ir pastato apkrovų.

Tačiau atliekinės šilumos panaudojimas turi būti projektuojamas pagal realiai naudingas temperatūras ir tuo metu esantį šilumos poreikį. Didinti kondensacijos slėgį vien tam, kad gautume karštesnį vandenį, gali reikšti didesnes kompresorių sąnaudas.

Valdymas nulemia, kiek įrengto efektyvumo realiai panaudojama

Šaldymo apkrova nuolat kinta dėl oro, lankytojų, ledo priežiūros ir darbo grafiko. Todėl įranga turi gebėti moduliuoti galią, o ne visą laiką veikti vienodu režimu.

Naudingos valdymo funkcijos: ledo temperatūros matavimas, tiekiamo ir grįžtančio skysčio temperatūros, kompresorių pakopinis valdymas, kintamo srauto siurbliai, kondensacijos slėgio optimizavimas, gedimų pranešimai, energijos apskaita ir nuotolinė diagnostika.

Suderinamose sistemose AST EasyCHILL gali užtikrinti stebėseną, automatinį gedimų informavimą ir eksploatavimo optimizavimą. AST nurodo galimą iki 60 % šaldymo agregato darbo laiko / energijos sąnaudų sumažėjimą tinkamais atvejais; faktinis rezultatas priklauso nuo klimato, čiuožyklos projekto, darbo grafiko ir valdymo strategijos ir nėra garantuojamas kiekvienam projektui.

Techninis rezervas turi atitikti gedimo pasekmes

Sezoninė vieša čiuožykla ir ištisus metus veikianti varžybų arena turi skirtingą rizikos lygį. Stacionariame objekte gali būti pagrįsta įrengti kelis kompresorius, siurblius ar kitus rezervinius komponentus, kad sugedus vienam elementui būtų galima išlaikyti ledą.

ASHRAE rekomenduoja ledo arenų sistemose naudoti kelis kompresorius ir nurodo, kad dviejų kompresorių sistemoje likęs veikiantis kompresorius turėtų gebėti palaikyti ledą esant normaliai apkrovai. Rezervavimo lygis turi būti parenkamas pagal komercines ir eksploatacines prastovos pasekmes.

Triukšmas, įrangos vieta ir techninė prieiga yra projektiniai parametrai

Šaldymo įrangos vieta lemia ne tik vamzdynų ilgį. Oru aušinamus agregatus gali riboti šalia esantys gyvenamieji namai, viešbučiai ar renginių zonos. Akustiniai gaubtai ir ekranai gali bloginti oro srautą bei kondensatoriaus darbą, jei įrengiami neįvertinus jų poveikio.

Stacionarioms sistemoms reikia saugių aptarnavimo tarpų, vėdinimo, įrangos iškėlimo ar pakeitimo kelių ir prieigos prie siurblių, filtrų, valdymo įrangos bei šilumokaičių. Visa tai turi būti numatyta pastato plane dar prieš užsakant įrangą.

Suderinimas su skirtingomis ledo technologijomis

SPORTWAVE šaldymo sistemas gali projektuoti:

• AST EPDM mobiliems ir pusiau mobiliems kilimėliams;
• AST IceBox ir SkateWay® sistemoms;
• AST QuartzPhalt® / IcePhalt® stacionariems ir daugiafunkciams paviršiams;
• tradicinėms betoninėms šaldomoms plokštėms;
• laikinam profesionaliam ir renginių ledui;
• esamų arenų šaldymo sistemų modernizavimui.

Tikslas – viena suderinta šiluminė ir hidraulinė sistema nuo techninės patalpos iki ledo paviršiaus.

Kokios informacijos reikia šaldymo koncepcijai?

• čiuožyklos matmenys ir geometrija;
• projekto vieta ir projektinės klimato sąlygos;
• vidaus, dengta ar lauko čiuožykla;
• sezono trukmė ir darbo valandos;
• paskirtis ir reikalaujama ledo kokybė;
• ledo grindų konstrukcija ir izoliacija;
• planuojamas ledo priežiūros būdas ir dažnis;
• turimas elektros įvadas;
• pageidaujama šaldymo įrangos ir šilumos atidavimo vieta;
• triukšmo apribojimai;
• pastato vėdinimo ir drėgmės sąlygos vidaus arenoje;
• galimi atliekinės šilumos vartotojai;
• reikalingas techninio rezervo ir aptarnavimo lygis.

Pagal šiuos duomenis SPORTWAVE gali apskaičiuoti projektinę šilumos apkrovą, parengti šaldymo ir hidraulinę architektūrą, nustatyti valdymo principus ir paruošti techninį pagrindą įrangos parinkimui bei komerciniam pasiūlymui.