Требования к климату помещения

Проектирование любого помещения и оборудования, его обслуживающего, подразумевает понимание технологического процесса внутри. Для ледовых арен можно выделить следующие базовые критерии оценки воздушной среды помещения. Первый критерий наиболее очевиден — параметры внутреннего воздуха должны исключать возможность образования тумана. Второй критерий не так легко диагностируется, но прямым образом влияет на целостность конструкций здания. Температура внутренних поверхностей должна быть выше точки росы внутреннего воздуха, что позволит избежать конденсации и последующих негативных последствий. Третий критерий, а точнее ряд критериев, связан с участниками мероприятий ледовой арены. Тренировки, соревнования и работа персонала требуют поддержания приемлемой для человека температуры и качества воздуха.


Ледовая арена в городе Омске

Проектным отделом были приняты рабочие параметры внутреннего воздуха: +15°C, 63% отн. влажности, что соответствует влагосодержанию 6,7 г/кг с.в. Эти значения — максимально возможные для помещения арены, они не должны превышаться. Параметры приточного воздуха: 20°C, 21% отн. влажности (3 г/кг с.в.). Теплопотери помещения компенсируются тепловентиляторами.

В данной ледовой арене планируется проводить три типа мероприятий: тренировка хоккейной команды (50 спортсменов); игра со зрителями (численность: 251 зритель, 50 спортсменов); массовые катания (численность: 120 человек).

Требования к вентустановке

Помещение арены сложнее в обслуживании со стороны климатической системы именно в летний и тёплый переходный периоды. По данным СП 131.13330.2020 «Строительная климатология», параметры температуры и влажности воздуха летом в Омске составляют +27°C и 49%, соответственно, а влагосодержание — 10,9 г/кг с.в. Осушать объём арены исключительно за счёт ассимиляции наружным воздухом не получится.

Для лучшего понимания приведём среднемесячные дневные параметры воздуха за 2022 год (табл. 1). Более полугода осушение только наружным воздухом невозможно, так как влагосодержание выше требуемого притока — 3 г/кг с.в.

Задача для оборудования осложняется ещё и тем, что для массового катания (120 человек) вентиляционная машина должна обеспечивать осушение при минимальном проценте рециркуляции из-за большого потребления кислорода.

Из сказанного выше понятно, что установка должна предусматривать контур осушения и охлаждения. На рис. 1 представлена схема использованной установки SWAER-Ice с базовыми функциональными блоками. Совместное использование контура фреонового охлаждения и адсорбционного осушения позволяет получить ряд преимуществ относительно схем, где используется только один из этих блоков. Данная связка компенсирует недостатки друг друга.


Рис. 1. Установка SWAER-Ice с базовыми функциональными блоками (3 — водяной нагреватель притока; 4 — фреоновый испаритель притока; 5.1 и 5.2 — клапаны рециркуляции; 7 — адсорбционный роторный осушитель; 15 — водяной нагреватель регенерации; 16 — электронагреватель регенерации)

Фреоновый испаритель может в достаточной степени осушить воздух только в случае глубокого переохлаждения, значительно ниже первоначальной температуры точки росы. Для ледовых арен конденсационное осушение в индивидуальном представлении практически неосуществимо. Если мы подразумеваем кипение фреона в рамках положительных температур +2°C и выше, то лучшее, на что можно рассчитывать, — это приближение к влагосодержанию на выходе 4,5 г/кг с.в.

Отдельное использование адсорбционного осушителя возможно в случаях, когда учтены избыточные теплопритоки в помещение. Высокий КПД осушения достигается при высоких температурах регенерации — порядка 90–120°C, при этом приточный поток будет достигать температуры в 40°C и выше. Даже в случае Омска это условие ограничивает использование арены в летний период и соседние тёплые месяцы.

Совместная работа охладителя и адсорбера позволяет предварительно охладить воздух и исключить из него некоторую часть влаги, а после нагреть и одновременно досушить. Эксплуатации арены становится круглогодичной.

Условия достижения требуемого качества воздушной среды

Сам по себе подбор оборудования на правильные параметры не гарантирует их обеспечения. Приходится предъявлять широкий ряд требований к автоматической системе управления (АСУ), датчикам контроля и их монтажу на конкретном объекте.

Для ледовой арены наружный воздух является условно негативным фактором. Его нужно нагревать, охлаждать и осушать, что складывается в затраты электроэнергии. Однако мы должны поддерживать минимальное количество забираемого наружного воздуха для соблюдения санитарных норм и сохранения требуемого качества воздушной среды, что очень важно во время массового пребывания людей.

Комплект АСУ предусматривает датчик углекислого газа (CO2). В зависимости от качества уличного воздуха уставка концентрации может быть до 1000 ppm, что обеспечивает допустимое качество воздушной среды. Датчик порекомендовали установить в месте скопления людей, но с обязательным условием, что уличный воздух не будет попадать непосредственно в зону дыхания человека.

В качестве второго критерия оценки воздушной среды мы указали конденсацию на поверхности строительных ограждений как строго негативный и неочевидный в обнаружении фактор. К сожалению, использования датчиков температуры и влажности внутри помещения и в вытяжном канале будет недостаточно для понимания, станет ли происходить конденсация или нет. Помещение может иметь локальные холодные места, каждое из которых обнаружить невозможно. Однако есть зона, которая наиболее подвержена конденсации, — нижняя часть металлоконструкции кровли. Эта область находится под влиянием ледового поля, которое активно поглощает лучистое тепло. Туда устанавливается контактный датчик температуры. Показания последнего сравниваются с вычисленной температурой точки росы воздуха помещения и вытяжного канала. Таким образом, пропадает необходимость контролировать конденсацию по косвенным признакам температуры и влажности, корректируя и подгоняя значения этих уставок. Это прямой критерий, позволяющий понять, когда следует задействовать механизмы осушения или нагрева.

Сложности реализации

Любой проект ледовой арены уникален своими задачами и регионом, в котором он реализуется. На данных объектах вентиляция, в её базовом определении, глубоко переплетается с особым климатом помещения, что позволяет реализовывать уникальные сложные решения.

На ледовой арене в Омске для установки разработана секция рециркуляции с возможностью использования вытяжного воздуха как в качестве рециркуляционного потока, так и на нужды регенерации (рис. 2). Подобное решение за счёт более сухого и постоянного по температуре воздуха арены позволяет как выиграть в осушающей способности, так и получить более стабильное и прогнозируемое поведение со стороны автоматики.


Рис. 2.3D-виды с коннекторами/с клапанами

Данное решение — достаточно сложное в реализации, так как одновременно создаёт дополнительные подзадачи:

  • смоделировать поведение группы клапанов 1, 5.1, 5.2, 11, 12 в рамках общей логики работы АСУ;
  • организовать возможность выхода на статический режим с учётом автоматического поддержания расходов воздуха по датчикам дифференциального давления.

Отказ от автоматического поддержания производительности вентиляторов возможен, однако потребовал бы более детальной проработки алгоритмов открытия и закрытия клапанов, вплоть до индивидуальных графиков зависимости аналоговых сигналов от процента рециркуляции по точкам. Соответственно, стало бы невозможным поддержание постоянного расхода с учётом засорения фильтров.