Методика расчета тепловых режимов в помещениях с искусственным льдом

Тепловой режим в помещениях с искусственным льдом

Помещения с искусственным льдом могут быть предназначены только для проведения тренировок, в таком случае в них нет трибун для зрителей. Если в помещениях с искусственным льдом кроме тренировок проводят еще и соревнования, тогда в них сооружаются трибуны для зрителей. Первоначально рассмотрим особенности формирования теплового режима в помещениях с искусственным льдом, в которых нет трибун для зрителей.

Наличие приготовленного искусственного льда с температурой поверхности tn оказывает решающее влияние на формирование теплового режима в помещении. Температура поверхности искусственного льда, в зависимости от его назначения, может быть от —6 до —2 °С [4J. Над поверхностью льда температура воздуха tB л может быть от 10 °до 15 °С [4] относительной влажности воздуха менее 80% [4J. В теплый период года при 1Л = —6 °С у поверхности льда поддерживаются параметры воздуха tBJ1 = 10 °С и срвл = 70%, что отвечает температуре точки росы tB л р = 5,2 °С. Для спортсменов по саннормам необходимо обеспечить подачу в зону их нахождения на льду (приточного) наружного воздуха в количестве 80 м3/чел*час. Минимальный расход приточного воздуха для количества людей на льду Л будет равен:

По формуле (2.8) вычисляется поток конвективного тепла Qt.koh’ поступающий от воздуха к поверхности льда. Если поток тепла QTK от воздуха к поверхности льда не компенсировать подогревом приточного воздуха Ln, то воздух у поверхности льда tB л может первоначально понизить температуру до температуры точки росы (tB л р) и будет полностью насыщен водяными парами при влажности 100%. Дальнейшее понижение температуры насыщенного воздуха у поверхности льда ниже tBJ1 р приведет к образованию тумана и конденсации водяного пара из воздуха на поверхность льда. Это недопустимо по условиям сохранения качества льда для проведения тренировок и особенно соревнований. Поэтому конвективный поток тепла QTKoH, вычисляемый по формуле (2.8) должен компенсироваться количеством тепла, необходимого на нагрев приточного воздуха, количество которого определяется по формуле:

При нахождении на льду людей в количестве Л от них выделяется явное тепло и влага. Количество удельных выделений тепла qTJ1 Вт/чел и влаги УЛ г/час-чел зависит от температуры tB л и физической нагрузки, выполняемой людьми.

В справочнике [15] на стр. 33 в табл. 2.2 приведены удельные показатели выделения взрослыми мужчинами явного тепла и влаги при различных физических нагрузках и температурах воздуха. Участие в соревнованиях можно отнести к тяжелой физической работе. При1:вл = 10 °С удельные выделения равны: явного тепла = 200 Вт-ч/чел; влаги УЛ = 135 г/час-чел. При tBJ1 = 15 °С удельные выделения равны: ця= 165 Вт-ч/чел; УЛ = 185 г/час-чел.

При использовании искусственного льда для досуга и отдыха с катанием людей на коньках при tB л = 15 °С их физическую нагрузку можно отнести к работе средней тяжести. Удельные показатели выделений явного тепла и влаги равны: qHJT = 135 Вт-ч/чел; УЛ =110 г/час-чел. Зная количество людей на льду Л, характер их физической нагрузки и температуру tB л можно вычислить тепло и влагопритоки от людей:

По явному теплу:

По влаге:

После этого по формуле (3.2) находим количество тепла, которое необходимо затратить на нагрев приточного воздуха Ln, поступающего на поверхность льда. Очень важно обеспечить воздухораспределение приточного воздуха при условии достаточно полного перекрытия его струями поверхности искусственного льда. Если на отдельные участки поверхности льда не поступает нагретый приточный воздух, компенсирующий конвективные потоки тепла от воздуха к поверхности льда, то на этих участках искусственного льда может образоваться туман и происходит конденсация водяных паров из воздуха на поверхности льда. Это недопустимо по условиям сохранения качественной поверхности льда с требуемой его температурой 1:л.

Температура приточного воздуха для компенсации тепла QTn , вычисляемого по формуле (3.2), находится по формуле:

Для воздухораспределения приточного воздуха в количестве Ln на поверхность льда рационально применять приточные сопла. Фирма «TRox» [16] производит сопла модели DAK-F, которые крепятся на воздуховоде. Выход приточного воздуха из сопел должен обеспечиваться поступлениями к поверхности льда вертикальных струй, перекрывающих поверхность искусственного льда достаточно полно. В каталоге [16] приведена таблица для выбора сопел в зависимости от дальнобойности струи при различной высоте их расположения. В гл. 2 сказано, что скорость воздуха у поверхности льда должна быть не более 0,25 м/с. Перепад температур между приточным воздухом tn и у поверхности льда (tB л) рекомендуется принимать не более Atn = 8—12 °С. Производя выбор перепада Atn = (tn tB л )> можно вычислить расход приточного воздуха по формуле:

На рис. 3.1. показана схема истечения приточного воздуха из сопла модели DAK-F [16]. Сопло расположено на приточном воздуховоде на высоте 10 м от поверхности льда. Выходящий из сопла воздух перекрывает поверхность льда приточной струей площадью круга диаметром 13,2 м. Нужно разбить ледовое поле на полосы шириной не менее диаметра круга от приточной струи. По центру каждой полосы размешаются приточные воздуховоды, на которые крепятся сопла, число сопел и их размеры зависят от требуемой производительности приточного воздуха Ln, вычисляемой по формуле (3.6). Обычно перепад Atn принимается 10 °С, но не более 12 °С. Число сопел определяется построением достаточно полного перекрытия приточными струями площади ледового поля. В табл. 3.1 приведены рекомендации фирмы «TRox» [16] по возможной производительности сопел модели DAK-F в зависимости от их размеров, при расположении на высоте 10 м от искусственного льда и обеспечении у поверхности льда скорости воздуха не более 0,25 м/с. В гл. 4 имеются схемы расположения приточных воздуховодов и сопел в зависимости от размера искусственного льда.

Схема приточной струи из сопла модели DAK-F

Рис. 3.1. Схема приточной струи из сопла модели DAK-F:

  • 1 — приточный воздуховод; 2 — сопло модели DAK-F;
  • 3 — приточная струя; 4 — ледовое поле; 5 — перекрываемая площадь поверхности льда от одной струи из сопла.

Поглощение влаговыделений от людей осуществляется вытеснением воздуха Ly, расход которого принимается на 10% меньше Ln. Вытяжные воздуховоды располагаются у перекрытия помещения. Влагосодержание вытесненного воздуха определяется по формуле:

От арматуры светильников 40% подведенной к ним электрической мощности в количестве 30 Вт/м2, воспринимается вытесняемым воздухом, который повысит температуру tyi до величины:

Конструктивные размеры сопла модели DAK-F

Рис. 3.2. Конструктивные размеры сопла модели DAK-F

На тепловой режим помещения с искусственным льдом значительное влияние оказывает радиальный поток холода от поверхности льда к строительным конструкциям. Для снижения влияния лучистого потока холода на температуру

поверхности строительных конструкций наиболее просто окрасить алюминиевой краской внутреннюю поверхность перекрытия. Значительное снижение лучистого потока достигается при покрытии поверхности фольгой. Этим достигается значительное сокращение затрат холода на поддержание требуемой температуры искусственного льда. При работе приточной системы с подачей к поверхности искусственного льда подогретого воздуха с температурой, вычисляемой по формуле (3.5), относительная влажность удаляемого воздуха будет меньше срв л < 70%.

Однако в помещениях с перекрытиями, поверхность которых находится под воздействием наружного воздуха, температура на внутренней поверхности зависит от температуры наружного воздуха и термического сопротивления конструкций перекрытия. При низких отрицательных температурах наружного воздуха, которые для зимнего периода года в климате г. Москвы равны tHX = —28 °С [9], и наличии лучистого потока холода от поверхности льда, на внутренней поверхности перекрытия температура может быть ниже точки росы, воздушного слоя прилегающего к поверхности перекрытия и ферм.

Изучение опыта эксплуатации помещений с искусственным льдом показывает, что часто службы по эксплуатации в целях экономии электроэнергии в часы отсутствия на льду людей останавливают приточные и вытяжные агрегаты. В это время, когда отсутствует подача на лед нагретого приточного воздуха, у перекрытия и ферм температура воздуха у поверхности может понизится, а относительная влажность прилегающего к ним воздуха — возрасти до 100%. При длительном снижении температуры прилегающего воздуха происходит конденсация водяных паров из воздуха на строительных поверхностях. Например, конденсация водяных паров из воздуха на поверхности металлических ферм и перекрытия наблюдалась в помещении катка «Олимпийский» в г. Москве. Для избежания этого необходимо контролировать и осушать воздух в зоне перекрытия и ферм при повышении относительной влажности воздуха более 90%.

Таблица 3.1

Рекомендуемая производительность по воздуху сопел модели DAK — при их расположении от поверхности искусственного льда на высоте 10 м и скорости воздуха у поверхности льда 0,25

Типоразмер

сопел

Производительность сопел,1с, м3/час

Габариты сопел по рис. 3.2.

D,, мм

D,, мм

D,, мм

L, мм

160

83

225

201

82

122

200

105

265

241

108

153

250

133

315

291

136

187'

315

180

400

376

174

224

400

234

485

461

230

287

За последние годы вместо металлических ферм перекрытия в помещениях с искусственным льдом применяются многослойные клееные деревянные фермы. В результате эксплуатации помещений с искусственным льдом с фермами из деревянных клееных конструкций на их поверхности появились трещины. Встал вопрос о выяснении причин возникновения трещин, так как дальнейшее увеличение числа трещин приведет к снижению их прочности.

Для выяснения причин появления трещин необходимо рассмотреть особенности состояния древесины при различных параметрах окружающего воздуха. Важнейшим показателем состояния древесных волокон является влажность, которая оценивается по величине равновесной влажности X, %. Зависимость равновесной влажности от параметров окружающего воздуха показана на графике рис. 3.3.

Кривые равновесной влажности дерева при различных параметрах окружающего воздуха

Рис. 3.3. Кривые равновесной влажности дерева при различных параметрах окружающего воздуха

В холодное время года наружный воздух имеет очень низкое влагосодержание. Так, для расчетных параметров воздуха в климате Москвы, влагосодержание наружного воздуха толь- ко dHX= 0,3 г/кг. В теплый период года расчетное влагосодержание воздуха возрастает до dH = 12,2 г/кг [9]. В помещениях с искусственным льдом от работы аппаратов кондиционирования воздуха, контролируются и поддерживаются параметры воздуха у поверхности искусственного льда. Температура воздуха у поверхности льда может изменяться в зависимости от его назначения от tB л = 10 до 15 °С при нормируемой относительной влажности воздуха менее 80%.

В теплое время года при высоких показателях влагосодер- жания наружного воздуха, в целях снижения расхода холода на охлаждение и осушение приточного воздуха, относительная влажность воздуха у поверхности искусственного льда принимается на верхнем допустимом уровне (рв л » 70%. В холодный период не требуются затраты холода на охлаждение приточного воздуха и относительную влажность не ограничивают нижним пределом. Как показывают натурные замеры в помещениях с искусственным льдом, зимой относительная влажность воздуха у поверхности льда снижается до (рв л < 15%. Это приводит к тому, что у ферм перекрытия воздух имеет относительную влажность не более 15%.

Наиболее высокие прочностные качества древесины сохраняются при равновесной влажности от 7-12% [17]. Из графика на рис. 3.3. видим, что величине оптимальной равновесной влажности древесины отвечают параметры окружающего деревянные фермы воздуха при tB пер от 20 до 30 °С и (рв Пер = 40-70%. В помещениях с искусственным льдом, где наблюдались трещины на деревянных клееных конструкциях ферм, отсутствовали инженерные системы контроля и поддержания влажности и температуры воздуха. При отсутствии людей на поверхности искусственного льда, служба эксплуатации останавливала приточные и вытяжные агрегаты, обеспечивающие поддержание параметров воздуха у поверхности льда. При остановленных приточных и вытяжных агрегатов, к перекрытию не будет поступать теплый вытяжной воздух, и температура воздуха у перекрытия от лучистого охлаждающего потока к перекрытию и фермам от поверхности искусственного льда с 1л = — 6 ч- — 3 °С вызовет понижение температуры воздуха у перекрытия и ферм, это приведет к повышению их относительной влажности. Из графика на рис. 3.3. видно, что повышение относительной влажности окружающего воздуха приводит к резкому возрастанию равновесной влажности древесины. Чем продолжительнее время остановки приточных и вытяжных агрегатов, тем более возрастает равновесная влажность древесины. При включении приточных и вытяжных агрегатов температура воздуха у поверхности ферм и перекрытия возрастает. При относительной влажности воздуха у перекрытия до 30-40% равновесная влажность в верхних слоях деревянных ферм резко снижается. Различие в величинах равновесной влажности в верхних и нижних слоях древесины приводит к возникновению в ней внутренних напряжений, которые вызывают появление трещин на поверхности ферм.

Проведенный анализ причин возникновения трещин на поверхности клееных деревянных ферм позволяет сделать вывод об обязательном включении в инженерные системы аппаратов контроля и поддержания оптимальных параметров воздуха клееных деревянных ферм и перекрытия.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >