Проектирование вентиляции помещений ледовых арен. Главная — Информация — Информационные статьи

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 60х30м (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:
Q_{общ.в зоне льда} = Q_{т.конвек.} +Q_т.рад +Q_освещ.+Q _людей, Вт [1]
Тепловой режим определяется прежде всего теплопритоками, вызваными инзкой температурой поверхности льда t_л. Конвективный приток тепла определяется по формуле:
Q_{т.конвек.} = F_л&#8226α_кон.(t_возд. -t_л), Вт [2]
где α_кон., Вт/(м 2 &#8226град) — коэффициент конвективного потока тепла, который может быть вычеслен по формуле:
α_кон. =3,41+3,55V_л Вт/(м 2 &#8226град) [3]
где V_л., 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:
α_кон. =3,41+3,55•0,25 = 4,3 Вт/(м 2 &#8226град)
Проведём расчёт для ледовой арены, используемой для свободного катания т.е.с целью развлечения. Тогда t_возд. = 15&#176С, а t_л=-2&#176С (см. текст выше). Площадь катка равна 60х30м=1800По формуле [2] имеем:
Q_{т.конвек.} = F_л&#8226α_кон.(t_возд. -t_л) = 1800 &#8226 4,3&#8226(15-(-2))=131580 Вт
Следующим этапом определяем лучистое тепло, поступающее к поверхности льда от нагретых наружных ограждений, имеющих более высокую температуру:
Q_т.рад = F_л&#8226q_рад.&#8226&#946_отр., Вт [4]
Отражательная поверхность потолка, &#946_отр, зависит от цвета поверхности — при окраске потолка алюминиевой кракой &#946_отр=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 &#946_отр= 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 q_рад.= 77 Вт/м 2

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:
Q_т.рад = F_л&#8226q_рад.&#8226&#946_отр.=1800 &#8226 77 &#8226 0,1=13860 Вт
Принимаем &#946_отр=0,1 для случая с фольгированой изоляцией. Для случая с покраской поверхности алюминевой краской Q_т.рад = F_л&#8226q_рад.&#8226&#946_отр.=1800 &#8226 77 &#8226 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/м 2 . В некоторых методиках указано, что часть тепла от освещения ассимилируется воздухом, но я для расчётов предпочитаю это не учитывать — принимаем:
Q_освещ. = F_л&#8226q_осв..=1800 &#8226 40 =72000 Вт [5]
Четвёртая составляющая притока тепла это люди:
Q_людей. = N _людей&#8226q_людей..=70 &#8226 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:
Q_{общ.в зоне льда} = Q_{т.конвек.} +Q_т.рад +Q_освещ.+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 м 3 /час. Явное тепло от людей составляет 180 Вт/час, а влага 170 г/час (при температуре влаговыделения t _вл = 10&#176С). Следовательно минимально необходимая санитарная норма свежего воздуха будет составлять:
L _{min.сан.норма} = N _л&#8226L_{min.сан.норма.чел..}=70 &#8226 80 =5600 м 3 /час [7]
К воздуху над ледяным полем поступает конвективное тепло, величина которого вычисляется по формуле [2], и для рассматриваемого примера выше найдено Q_{т.конвек.} = F_л&#8226α_кон.(t_возд. -t_л) = 1800 &#8226 4,3&#8226(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 t_вл = 10&#176С и &#966 _вл = 70%. Принятые параметры воздуха у поверхности льда выше температуры точки росы, равной t_р.вл = 6°С. Для выполнения этих требований после охлаждения и осушки приточного воздуха до параметров t_охл = 6,5 °С, &#966 _ох = 92%, d_ох = 5,8 г/кг необходимо нагреть приточный воздух до температуры притока, которая вычисляется по формуле
t_пр. = t_вл +(Q_{т.конвек.} — Q_людей. ) &#8226 3,6/(L _{притока} &#8226&#961_{притока}&#8226с_{притока} ), °С [8]
Расход приточного воздуха L _{притока} определяется условиями равномерного заполнения ледяного поля приточными струями и созданием условий для понижения температуры t_пр. до t_вл 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):

1— воздухораспределители Halton TRS-500, с углом наклона в 30&#176
2— ограждения (бортик) ледовой арены
3 — ледяное поле
В данном случае применены воздухораспределители Halton TRS-500, с углом наклона в 30&#176. 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 V_л.=0,25 м/с у поверхности ледовой арены и перекрытия всей поверхности льда) получаем 28 воздухораспределителей по 1400 м 3 /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 V_л.=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.

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&#8226L_{одного сопла.}=28 &#8226 1400 =39 200 м 3 /час , далее по формуле [8] вычисляем температуру приточного воздуха :
t_пр. = t_вл +(Q_{т.конвек.} — Q_людей. ) &#8226 3,6/(L _{притока} &#8226&#961_{притока}&#8226с_{притока} )=10+(131580-12600) &#8226 3,6/(39200&#82261,2&#82261)=19,1°С
Поступающий на вытяжку воздух воспринимает влаговыделения от людей:
&#916d_л. = W _л /(L _{притока} &#8226&#961_{притока}) =(70&#8226 170)/(39200&#8226 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 t_н=28,5°С и I_н=54 кДж/кг (параметры наружного воздуха для Москвы)
2) Наносим точку состояния воздуха после охлаждения (Ох) с параметрами t_охл = 6,5 °С, &#966 _ох = 92%, d_ох = 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 t_пр. = 19,1°С, которая расчитана по формуле [8])
5) Общие поступления влаговыделений в вытяжной воздух оцениваются примерно в 1г/кг, тогда d_ух= d_пр+1=5,8+1=6,8 г/кг, пересекая линию d_ух =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. L _{min.сан.норма} = N _л&#8226L_{min.сан.норма.чел..}=70 &#8226 80 =5600 м 3 /час [7], а
L _{притока}=39 200 м 3 /час, то по формуле I_см. =(( L_ух&#8226&#961_ух&#8226I_ух)+( L_{min.сан.норма}&#8226&#961_{min.сан.норма}&#8226I_{min.сан.норма}))/(L_{притока}&#8226&#961_{притока}) =(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

Совершенствование инженерных методов расчёта вентиляции крытой ледовой арены

УДК 697.92. Научная специальность: 05.23.03.

Совершенствование инженерных методов расчёта вентиляции крытой ледовой арены

Самвел В. Саргсян, к.т.н., доцент, директор Научно-образовательного центра «Теплогазоснабжение и вентиляция» (НОЦ «ТГВ»); Владимир Н. Варапаев, д.ф.-м.н., профессор; Виктория А. Борисова, аспирант, кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция», Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)

Представлена математическая модель физических процессов, происходящих внутри крытой ледовой арены. Применён метод разделения объёма помещения целесообразным образом на два характерных контрольных объёма для оптимизации процесса обеспечения требуемых параметров воздуха в области катка.

UDK 697.92. Number of scientifi c specialty: 05.23.03.

Improvement of engineering methods for calculation of indoor ice arena ventilation

Samvel V. Sargsyan, PhD, Associated Professor, director of Scientifi c and Educational Center of Heat and Gas Supply and Ventilation (SEC HGSV); Vladimir N. Varapaev, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor; Victoria A. Borisova, postgraduate student, the Department of Heat and Gas Supply and Ventilation, Moscow State University of Civil Engineering, National Research University Moscow State of Civil Engineering (NRU MGSU)

A mathematical model of the physical processes occurring inside the covered ice arena is presented. The approach of dividing the volume of the room in an arbitrary way into two characteristic control volumes is considered to optimize the process of providing the specified air parameters in the rink area.

Keywords: control volume, mathematical model, air supply jet, air distribution, and microclimate.

Представлена математическая модель физических процессов, происходящих внутри крытой ледовой арены. Применён метод разделения объёма помещения целесообразным образом на два характерных контрольных объёма для оптимизации процесса обеспечения требуемых параметров воздуха в области катка.

Введение

Крытые ледовые арены относятся к спортивным сооружениям, к которым предъявляются жёсткие санитарно-гигиенические требования. Задача обеспечения требуемых параметров микроклимата в спортивных сооружениях подобного назначения заключается в создании таких систем вентиляции и кондиционирования воздуха, которые предназначены для обеспечения требуемых параметров воздушной среды как для зрителей, так и для самих выступающих спортсменов [1–3, 10]. Исходя из изложенного, можно выделить две области с характерными параметрами воздуха в объёме помещения ледовой арены: область трибуны для зрителей и область непосредственно над поверхностью ледового покрытия, высотой 1,5 м от поверхности льда.

Температура ледового покрытия зависит от вида проводимого спортивного мероприятия (табл. 1) [1–3, 10].

Актуальность решения заявленной темы

Системы вентиляции и кондиционирования расходуют значительные количества тепловой энергии, а зачастую являются основным потребителем тепловой и электрической энергии. Эффективность систем вентиляции и кондиционирования воздуха главным образом зависит от схемы организации воздухообмена (СОВ).

Традиционные способы расчёта воздухообмена не охватывают всего разнообразия факторов, влияющих на тепломассообмен в помещении, а также не учитывают схемы организации воздухообмена, что приводит к отклонению параметров воздуха в обслуживаемой зоне помещения от заданных значений [4].

В зависимости от вида проводимых мероприятий системы обеспечения микроклимата крытых ледовых арен должны обеспечивать заданные температурно-влажностные режимы по отдельным объёмам помещения. Необеспечение необходимых параметров воздуха в зоне ледового поля приводит к ухудшению качества льда, а также способствует образованию тумана над его поверхностью.

Рациональные проектные решения принимаются с помощью математического моделирования аэродинамических, тепломассообменных и других процессов, возникающих в проектируемых помещениях. Эффективность работы систем обеспечения микроклимата крытых ледовых арен зависит от принятых схем организации воздухообмена систем вентиляции и кондиционирования воздуха и инженерных методов их расчёта.

Разработка схем и методов инженерного расчёта систем вентиляции и кондиционирования воздуха крытых ледовых арен является актуальной. Улучшение качества принимаемых решений при проектировании систем обеспечения микроклимата крытых ледовых арен позволит снизить энергетические затраты [4].

Общая постановка задачи

Помещение ледовой арены является элементом здания. Рассматриваются процессы, связанные с перемещением воздуха, струйные течения в замкнутом пространстве, распределение температуры, скорость движения воздушных потоков, и диффузия примесей в объёме пространства крытой ледовой арены.

Помещение ледовой арены рассматривается как объект, состоящий из двух контрольных объёмов (КО), в каждом из которых может быть приток и удаление воздуха, поглощение или выделение вредных веществ [5–9].

К первому контрольному объёму ледовой арены относится область непосредственно над поверхностью ледового покрытия, высотой 1,5 м, совместно с приточной струёй, где необходимо обеспечить условия для нормального функционирования катка, с поверхностью льда (I КО). Ко второму контрольному объёму относится область трибун для зрителей, где необходимо обеспечить комфортные условия (II КО).

Через границы контрольных объёмов могут проходить потоки веществ и энергии. В пределах каждого контрольного объёма потоки могут поглощается или выделятся. На границах каждого контрольного объёма могут ощущаться внешние воздействия.

Поверхность контрольного объёма принято называть контрольной поверхностью (КП).

Системы кондиционирования воздуха и вентиляции крытой ледовой арены предназначены для:

• предотвращения тумана у поверхности катка;
• отсутствия конденсации на ограждающих строительных и технологических конструкциях;
• обеспечения заданных санитарно-гигиенических параметров в области постоянного пребывания зрителей.

Деление помещения ледовой арены на два контрольных объёма — условное. Параметры воздуха в каждом из КО условно приняты однородными.

В каждом из контрольных объёмов обеспечиваются характерные температурно-влажностные параметры. Необходимо учесть влияние параметров воздуха во II КО на параметры микроклимата в I КО при условии, что параметры микроклимата в данных контрольных объёмах создаются разными системами кондиционирования и вентиляции воздуха.

Тепловоздушные процессы в контрольных объёмах описываются законами сохранения (массы и энергии). Математическая модель физического процесса, происходящего внутри помещения крытой ледовой арены, позволяет определить воздухообмен для обеспечения нормируемых параметров воздуха в отдельных КО вентилируемого помещения.

В общем случае контрольные объёмы вентилируемого помещения представляется как ограниченное пространство внутри помещения с произвольно рассредоточенными по ним источниками и стоками вредных выделений М(V) и потоков вентиляционного воздуха G(V).

Члены, описывающие потоки через контрольную поверхность, в статье обозначены следующими символами: потоки вредных выделений M(F) и потоки воздушных масс G(F).

На рис. 1 представлена общая схема тепломассообмена в вентилируемом помещении крытой ледовой арены с двумя контрольными объёмами. Исходя из этого общий вид уравнений баланса по расходу воздуха и вредным выделениям для помещения ледовой арены с двумя КО следующий:

В системах уравнений первый член первых уравнений — это расход воздуха, поступающего или уходящего из различных точек контрольного объёма. Второй член тех же уравнений — массообмен между контрольными объёмами.

Задача сводится к определению расходов и параметров приточного и вытяжного воздуха по отдельным контрольным объёмам. Составление уравнений баланса для отдельных КО помещения позволяет находить требуемый воздухообмен более обоснованно.

Приточная струя распространяется в направлении истечения, перемешиваясь по пути с окружающим воздухом II КО, причём перемешивание сопровождается увеличением количества перемещаемого воздуха, торможением струи и образованием медленного течения окружающего воздуха по направлению к струе. Вследствие эжектирующего эффекта наблюдается поступление теплоты и водяных паров из второго КО в первый.

Воздух поступает через приточные насадки в количестве G0 с температурой t0 и влагосодержанием d0 (рис. 2). Струя приточного воздуха, развиваясь в направлении истечения, ассимилирует тепловыделения и влаговыделения из II КО. Воздух во II КО соответствует температуре tвп и влагосодержанию dвп. Расход воздуха в расчётном сечении струи увеличивается от начального G0 до Gстр за счёт эжекции воздуха из II КО. В конце развития струя поступает в обслуживаемую зону с температурой tстр и влагосодержанием dстр. Теплота струи расходуется на компенсацию конвективных теплопотерь от воздуха обслуживаемой зоны к поверхности льда Qт.кон.

Формула для определения требуемых параметров воздуха на выходе струи из воздухораспределителя, в вентилируемом помещении ледовой арены с двумя контрольными объёмами, выводится из систем балансовых уравнений, составленных для I КО ледового катка совместно с приточной струёй по массе и по теплоте (3), а также по массе и по влагосодержанию (5).

Из уравнения баланса приточной струи определяем параметры воздуха на выходе из воздухораспределителя для обеспечения заданных параметров воздуха на входе струи в зону катка.

Уравнение баланса приточной струи по расходу и по теплоте, в соответствии со схемой (рис. 3), принимает вид:

Из уравнения (3) определяется температура воздуха на выходе струи из воздухораспределителя:

Уравнение баланса приточной струи по расходу и по влагосодержанию, в соответствии со схемой на рис. 3, принимает следующий вид:

Из уравнения (5) определяется влагосодержание воздуха на выходе струи из воздухораспределителя:

Из уравнений (4) и (6) очевидно, что предварительные значения температуры и влагосодержания воздуха при истечении из воздухораспределителя, для обеспечения нормируемых параметров в обслуживаемой зоне ледового катка, зависят от коэффициента β — относительного расхода воздуха в струе. Чем выше установка воздухораспределителей, тем большее количество окружающего воздуха из II КО приточной струёй вовлекается в I КО. В помещениях с большими тепловыделениями или в помещениях с иными вредными выделениями рекомендуется устанавливать воздухораспределители на небольших высотах, чтобы уменьшить подмес.

Данный метод позволяет определять оптимальную высоту установки и характеристики воздухораспределительного устройства, а также параметры воздуха при истечении струи из воздухораспределителя, с целью обеспечения заданных параметров воздуха на входе струи в обслуживаемую зону ледового поля.

Аналитическую формулу для определения требуемого воздухообмена для I КО, где расположено ледовое поле, с использованием математической модели помещения крытой ледовой арены с двумя КО в наиболее общей форме можно вывести из систем балансовых уравнений по расходу воздуха и по теплоте, составленных для характерных зон I КО: ледовый каток (7) и приточная струя (9).

На рис. 2 изображена расчётная схема тепловоздушных процессов в I КО (в зоне ледового поля). Уравнения баланса в соответствии со схемой примут вид:

где Gстр — расход воздуха в приточной струе при входе в обслуживаемую зону ледового поля в I КО, кг/ч; Gух — количество уходящего воздуха, кг/ч; G0 — количество воздуха, истекающего из воздухораспределителя, кг/ч; t0 — температура воздуха при истечении из воздухораспределителя, °C; tстр — температура приточной струи при входе в обслуживаемую зону ледового поля, °C; tух — температура уходящего воздуха в объёме II КО, °C; tвл — температура обслуживаемой зоны над поверхностью льда, °C; tвп — температура воздуха во II КО; β — относительный расход воздуха в струе (коэффициент подмешивания струи); Qт.кон — конвективный приток теплоты от воздуха к поверхности льда, Вт; Qт.л — теплопритоки от людей, Вт; cв — удельная теплоёмкость воздуха, кДж/(кг·°C).

Совместное решение уравнений (7) и (8) позволяет определить расход воздуха в приточной струе Gстр при входе в обслуживаемую зону ледового поля в I КО:

Из уравнения (12), подставляя уравнение связей (10) и (11), выводим формулу для определения требуемого воздухообмена G0 зоны ледового поля:

Полученная зависимость (13) позволяет установить взаимосвязь между характеристиками воздухораспределительного устройства, высотой его установки и температурой приточного воздуха, подаваемого в зону ледового катка.

При проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха обслуживаемых зон ледовой арены необходимо стремиться к исключению интенсивного перемешивания приточного воздуха, подаваемого в зону ледового поля, с воздухом II КО, имеющего высокое теплосодержание. Подача завышенного количества приточного воздуха в зону льда приведёт к интенсивному смешению воздушных масс первого и второго контрольных объёмов. В результате этого температура воздуха над поверхностью (на высоте 1,5 м от льда) может превысить заданное значение.

Чтобы воспользоваться предлагаемым способом расчёта требуемого воздухообмена, необходимо ввести дополнительные условия, учитывающие обеспечение санитарно-гигиенических характеристик струи при входе её в обслуживаемую зону ледового поля.

Комплексный расчёт воздухообмена и воздухораспределения проводился с учётом закономерностей струйных течений и особенностей их развития, при этом учитывались основные характеристики воздухораспределителей. Диапазон изменения количества приточного воздуха, подаваемого в зону ледового поля, для обеспечения требуемых параметров зависит от количества избытков теплоты, выделяемых во II КО (зона трибун), характеристик воздухораспределительного устройства, высоты его расположения и температуры приточного воздуха.

Подробный учёт факторов, влияющих на параметры воздуха в зоне ледового поля, позволяет определить, а также оценить степень обеспеченности заданных параметров воздуха в обслуживаемой зоне.

При определении параметров приточного воздуха на выходе из воздухораспределителя, для обеспечения заданных параметров воздуха на входе приточной струи в обслуживаемую зону катка, с применением модели помещения крытой ледовой арены с двумя контрольными объёмами, параметры воздуха в характерных точках можно определить графоаналитическим методом, используя i–d-диаграмму влажного воздуха.

На рис. 3 изображена i–d-диаграмма изменения параметров приточного воздуха в зоне ледового поля (I КО) при изменении теплои влаговыделений во II КО (зоне трибун). Точки П1, П2 и П3 характеризуют параметры состояния воздуха, истекающего из воздухораспределителей. При расчёте использовались следующие параметры воздуха во II КО: отрезок П1–П2–П3–Стр характеризует процесс ассимиляции теплоты и влаги, вследствие перемешивания с приточной струёй воздуха из II КО, потоком приточного воздуха, подаваемого в зону льда. Отрезок Стр–Вл характеризует процесс охлаждения приточного воздуха, поступающего в обслуживаемую зону, при котором воздух отдаёт явное конвективное тепло поверхности льда.

Задача достижения требуемых параметров в приточной струе при входе в обслуживаемую зону ледового поля (точка Стр на рис. 3), при изменении тепловыделений и влаговыделений в зоне трибун, обеспечивается изменением температуры приточного воздуха (точки П1, П2 и П3, рис. 3). Снижение тепловыделений и влаговыделений в зоне трибун сопровождается повышением температуры приточного воздуха от точки П1 до точки П3.

Выводы

Предложен метод расчёта параметров микроклимата отдельных контрольных объёмов помещения крытой ледовой арены при организации распределения воздуха по схеме «сверху-вниз» для определения параметров и режимов работы приточных и вытяжных устройств.

Предложенная модель физических процессов, происходящих внутри помещения крытой ледовой арены, позволяет определять начальные параметры воздуха приточной струи для обеспечения требуемых параметров воздуха непосредственно над поверхностью ледового покрытия.

Графоаналитический метод расчёта параметров воздуха в области ледового катка на базе i–d-диаграммы позволяет учесть процесс смешивания воздуха двух контрольных объёмов и уточнить начальные параметры воздуха в струе, с учётом типа струи и высоты расположения воздухораспределителя.

В существующих методиках расчёта систем вентиляции и кондиционирования воздуха крытых ледовых арен зона трибун для зрителей и зона ледового поля рассматриваются обособленно, то есть не учитывается взаимодействие зон, имеющих различные температурно-влажностные параметры.

Балансовый метод не позволяет проанализировать поля концентраций, температуры и модуля скорости в объёме арены. Более достоверные результаты получаются при использования современных методик вычислительной гидродинамики (Computational Fluid Dynamics), то есть CFD-моделированием [11].