Автор: технический отдел Mycond.
Одна из самых критичных инженерных проблем ледовых арен — конденсация влаги на холодной поверхности льда. Когда поверхность с температурой от -3°C до -7°C контактирует с воздухом зала, температура которого колеблется от +10°C до +15°C, возникают неблагоприятные физические явления. Последствия этого процесса серьезны: образование тумана над льдом, ухудшение видимости, увеличение нагрузки на холодильное оборудование, коррозия металлических конструкций и снижение качества ледового покрытия.
Типичная проектная ошибка при проектировании ледовых арен — неправильная оценка баланса влаги. Инженеры часто рассчитывают только систему вентиляции, не учитывая, что при высокой влажности наружного воздуха увеличение притока не решает проблему, а наоборот, ухудшает ситуацию. Рассмотрим инженерные аспекты этого сложного вопроса.
Физика конденсации на ледовых аренах: психрометрические условия
Основой проблемы конденсации является массоперенос влаги к холодной поверхности, который происходит путем диффузии и конвекции. С точки зрения психрометрии этот процесс можно пояснить так: если воздух имеет температуру +12°C и относительную влажность 60%, то температура точки росы составляет приблизительно +4°C. Поскольку эта температура значительно выше температуры льда (-5°C), конденсация влаги на поверхности льда неизбежна.
Механизм конденсации имеет два этапа с выделением значительного количества тепловой энергии. Сначала водяной пар конденсируется на поверхности льда, отдавая теплоту конденсации (около 2500 кДж/кг). Затем образовавшийся конденсат замерзает, выделяя теплоту кристаллизации (около 335 кДж/кг). Суммарная теплота (~2835 кДж/кг влаги) создает дополнительную нагрузку на холодильную систему, которая и без того работает для поддержания низкой температуры льда.
Визуально это проявляется в виде тумана над льдом, который образуется, когда воздух охлаждается ниже точки росы, и влага конденсируется в мелкие капли, остающиеся во взвешенном состоянии. Чем выше относительная влажность воздуха, тем интенсивнее будет туман.
Количественная оценка явления показывает: при влагосодержании воздуха зала 6 г/кг и температуре +12°C точка росы составляет приблизительно +4°C. Разница с температурой льда (-5°C) составляет 9°C, что приводит к интенсивной конденсации. Если же влагосодержание снизить до 4 г/кг, точка росы опускается до -2°C, разница с температурой льда составляет всего 3°C, и конденсация будет минимальной.
Кроме образования тумана, конденсация приводит к коррозии металлических конструкций арены и ухудшению качества льда из-за формирования неровностей от замерзшего конденсата, что усложняет катание.
Источники поступления влаги на ледовую арену: количественный анализ
Для эффективного контроля влажности необходимо определить все источники поступления влаги на ледовую арену. Рассмотрим основные из них.
Зрители являются значительным источником выделения влаги. Взрослый зритель в спокойном состоянии выделяет около 50 г/ч влаги через дыхание и кожу. Для арены, рассчитанной на 1000 зрителей, это составляет ориентировочно 50 кг/ч. При продолжительности мероприятия 2-3 часа суммарное поступление влаги может достигать 100-150 кг. Стоит отметить, что это ориентировочные значения для инженерных расчетов.
Значительный вклад в выделение влаги вносит и ледозаливочная машина. Для заливки и шлифовки льда используется горячая вода температурой около +60°C. При разливании на холодную поверхность часть воды интенсивно испаряется. По оценкам, при заливке 300 литров воды может испариться 5-10% от объема, то есть 15-30 кг за одну операцию. Поскольку ресурфейсер выезжает 2-3 раза в день, это добавляет 30-90 кг влаги в сутки.
Инфильтрация наружного воздуха — еще один важный источник влаги. Ворота для въезда машины для обработки льда и выхода спортсменов периодически открываются. При открывании ворот площадью 12 м² на 2-3 минуты ситуация кардинально различается в зависимости от времени года. В зимних условиях, когда наружный воздух имеет температуру -5°C и относительную влажность 80% (влагосодержание около 2 г/кг), поступает холодный воздух с низким абсолютным влагосодержанием. Однако летом, когда наружный воздух имеет температуру +25°C и относительную влажность 70% (влагосодержание около 14 г/кг), каждое открывание ворот вносит 30-50 м³ влажного воздуха, что эквивалентно 0,4-0,7 кг влаги за одно открывание.
Вспомогательные помещения также существенно влияют на баланс влаги. Раздевалки с душевыми являются источником интенсивного выделения влаги. Один душ может выделять до 200 г влаги в минуту. Если вентиляция этих помещений недостаточна, влага вытесняется в арену. При 20 игроках, пользующихся душем в течение 15 минут, может выделиться до 60 кг влаги.
Методика расчета суммарных выделений влаги проста: они равны сумме влаги от зрителей, от машины для шлифовки льда, инфильтрации и душевых. Для типичной арены на 1000 зрителей при полной загрузке во время хоккейного матча это ориентировочно 50 кг/ч от зрителей, плюс 10 кг/ч от ледозаливочной машины (усреднённо), плюс 5 кг/ч от инфильтрации, плюс 15 кг/ч от душевых (усреднённо), что в сумме дает около 80 кг/ч. Это ориентировочное значение, которое требует уточнения для каждого конкретного проекта.
Психрометрический баланс: определение целевого влагосодержания воздуха
Целевое влагосодержание воздуха на ледовой арене определяется из условия, что температура точки росы воздуха должна быть ниже температуры поверхности льда минимум на 2-3°C для надежного предотвращения конденсации.
Алгоритм определения целевого влагосодержания включает несколько шагов. Сначала определяется температура поверхности льда, которая типично составляет от -3°C до -7°C в зависимости от вида спорта: для хоккея около -5°C, для скоростного бега до -7°C, для фигурного катания около -4°C. Затем задается запас по безопасности: температура точки росы должна быть ниже температуры льда на 2-3°C. Если температура льда -5°C, то целевая температура точки росы должна быть от -7°C до -8°C.
Далее по психрометрической диаграмме для заданной температуры воздуха зала (например, +12°C) и определенной температуры точки росы (-8°C) находят целевое влагосодержание — около 3,4 г/кг. Сравнив его с текущим влагосодержанием, можно определить необходимый объем удаления влаги. Если текущее влагосодержание составляет 6 г/кг, необходимо удалить 2,6 г влаги из каждого килограмма воздуха зала.
Баланс влаги на арене можно выразить уравнением: поступление влаги (суммарные выделения) должно равняться удалению влаги (сумма производительности осушителя и выноса влаги вытяжной вентиляцией). Для стабильного микроклимата удаление должно быть больше или равно поступлению.
Вентиляция играет важную роль в балансе влаги. Если наружный воздух имеет влагосодержание ниже внутреннего, то приточная вентиляция помогает удалять влагу. Например, зимой наружный воздух с температурой -10°C и относительной влажностью 80% имеет влагосодержание около 1,5 г/кг, тогда как внутренний воздух при +12°C может иметь влагосодержание 6 г/кг. Каждый кубический метр приточного воздуха уносит разницу (6 - 1,5) × 1,2 кг/м³ / 1000 = 0,0054 кг/ч влаги.
Однако летом ситуация кардинально меняется. Наружный воздух при +25°C и относительной влажности 70% имеет влагосодержание около 14 г/кг, что значительно выше внутреннего. Поэтому увеличение притока ухудшает ситуацию, добавляя влагу вместо ее удаления. В таких случаях необходима рециркуляция воздуха через осушитель. Все числовые значения зависят от конкретных условий проекта.
Методика расчета необходимой производительности осушителя
Расчет необходимой производительности осушителя начинается с определения дефицита удаления влаги. Если суммарные выделения влаги составляют 80 кг/ч, а вентиляция уносит 20 кг/ч при зимних условиях с низким наружным влагосодержанием, то дефицит составляет 60 кг/ч. Именно этот дефицит должен покрывать осушитель.
Следующим шагом является учет режима работы осушителя. Если оборудование работает круглосуточно, необходимая производительность равна дефициту. Если же осушитель работает только во время мероприятий (например, 8 часов в сутки), а выделение влаги сосредоточено в этот период, то необходимая производительность равна дефициту за эти часы. Однако если влага накапливается в течение дня (от машины для шлифовки льда, инфильтрации), а осушитель работает ограниченное количество часов, необходимо увеличить производительность или время работы. Например, если суточное поступление влаги составляет 500 кг/сутки, а осушитель работает 16 часов, то необходимая производительность — минимум 500 ÷ 16 = 31 кг/ч.
Третий шаг — резервирование мощности. Осушитель не должен работать на пределе своих возможностей. Типичное резервирование составляет 20-30% от расчетной мощности для компенсации непредвиденных нагрузок: массовых мероприятий с большим количеством зрителей, влажных летних дней с высокой инфильтрацией и т. п. Если расчетная производительность 60 кг/ч, то рекомендуемая установленная мощность: 60 × 1,25 = 75 кг/ч.
Четвертым шагом является распределение мощности. Для больших арен целесообразно использовать несколько осушителей вместо одного мощного. Это улучшает равномерность распределения воздуха, обеспечивает резервирование при отказе одного агрегата и дает возможность ступенчатого регулирования производительности в зависимости от загрузки зала.
Для иллюстрации приведем детальный числовой пример. Рассмотрим арену площадью 2000 м² льда, объемом зала 15000 м³, рассчитанную на 1000 зрителей. Суммарные выделения влаги во время мероприятия — 80 кг/ч. Зимняя вентиляция уносит 20 кг/ч, то есть дефицит составляет 60 кг/ч. Мероприятие длится 3 часа, осушитель работает 12 часов в сутки (до, во время и после мероприятия). Суточное поступление влаги: 80 × 3 (во время мероприятия) + 15 × 21 (машина для обработки льда и инфильтрация в остальное время) = 555 кг/сутки. Необходимая производительность: 555 ÷ 12 = 46 кг/ч. С резервированием 25%: 46 × 1,25 = 58 кг/ч. Рекомендуется установка двух осушителей по 30 кг/ч или трех по 20 кг/ч для гибкого регулирования и резервирования. Все приведенные цифры являются ориентировочными для конкретного примера.
Взаимодействие систем вентиляции, отопления и осушения
Координация работы систем вентиляции и осушения критически важна для эффективного контроля влажности. Эти системы не являются альтернативными, а взаимодополняющими: вентиляция обеспечивает санитарную норму свежего воздуха для зрителей (около 20-30 м³/ч на человека), а осушение отвечает за контроль влажности.
Алгоритм взаимодействия этих систем должен учитывать влагосодержание наружного воздуха. Если оно ниже целевого внутреннего влагосодержания, то увеличение притока помогает удалять влагу. В таком случае можно максимизировать приток до санитарных норм или даже чуть выше. Если же влагосодержание наружного воздуха близко к внутреннему или выше, то приток ограничивается санитарным минимумом, а основное удаление влаги выполняет осушитель в режиме рециркуляции. При очень высоком влагосодержании наружного воздуха (влажные летние дни) целесообразно максимально уменьшить приток до санитарного минимума и увеличить мощность осушителя или время его работы.
Рециркуляция воздуха через осушитель организуется следующим образом: осушитель устанавливается в режим рециркуляции, забирает воздух из верхней зоны зала, где он теплее и влажнее из-за подъема от зрителей и испарения с льда, осушает его, подогревает за счет конденсации влаги (выделяется теплота) и возвращает в зал. Типичная кратность рециркуляции через осушитель составляет 1-2 объема зала в час для эффективного перемешивания и осушения.
Важным аспектом является компенсация теплоты от осушителя. Конденсационный осушитель выделяет теплоту конденсации влаги (около 2500 кДж/кг удаленной влаги) плюс теплоту от компрессора. Если осушитель удаляет 60 кг/ч влаги, тепловая мощность составляет приблизительно 60 × 2500 / 3600 ≈ 42 кВт. Это тепло поступает в зал и может повышать температуру воздуха. Если температура зала не должна превышать +15°C, необходимо координировать работу осушителя с системой отопления или холодоснабжения — уменьшить отопление или увеличить холодопроизводительность для компенсации теплоты от осушителя.
Для определения оптимального соотношения между вентиляцией и осушением рекомендуется рассчитать для каждого месяца года среднее влагосодержание наружного воздуха по климатическим данным региона. Построив график соотношения удаления влаги вентиляцией к суммарному удалению влаги, можно увидеть, что в зимние месяцы это соотношение может составлять 30-50% (вентиляция вносит значительный вклад), а летом — 0-10% (вентиляция почти не помогает). Эти значения зависят от климата конкретного региона.
Энергетическая эффективность предотвращения конденсации: экономия холодопроизводительности
Физика энергетических потерь при конденсации влаги на льду заключается в следующем: когда влага конденсируется на поверхности льда, она отдает теплоту конденсации (2500 кДж/кг), а затем конденсат замерзает, отдавая теплоту кристаллизации (335 кДж/кг). Суммарная теплота (2835 кДж/кг влаги) создает дополнительную нагрузку на холодильную систему, которая должна отвести это тепло для поддержания температуры льда.
Количественная оценка дополнительной нагрузки показывает: если на арену поступает 80 кг/ч влаги и вся она конденсируется на льду, то дополнительная тепловая нагрузка составляет 80 × 2835 / 3600 = 63 кВт. Для холодильной системы с коэффициентом преобразования около 2,7 (типично для ледовых арен) это означает дополнительное электропотребление 63 / 2,7 ≈ 23 кВт. За 10 часов работы в день это 230 кВт·ч дополнительной электроэнергии в сутки, или около 7000 кВт·ч в месяц.
При установке осушителя, который удаляет 60 кг/ч влаги до ее попадания на лед, остается лишь 20 кг/ч, которые конденсируются. Дополнительная нагрузка на холодильную систему снижается до 20 × 2835 / 3600 = 16 кВт, электропотребление — до 6 кВт. Экономия составляет 23 - 6 = 17 кВт или 170 кВт·ч в день.
Однако необходимо учитывать и энергопотребление самого осушителя. Конденсационный осушитель потребляет электроэнергию для работы компрессора. Удельное энергопотребление типичного конденсационного осушителя составляет около 0,6-0,8 кВт на 1 кг/ч производительности. Для осушителя производительностью 60 кг/ч потребление составляет около 40 кВт, тогда как экономия на холодильной системе — 17 кВт. На первый взгляд, энергетический баланс отрицательный.
Тем не менее следует учитывать, что теплота от осушителя (около 42 кВт для производительности 60 кг/ч) частично компенсирует потребность в отоплении зала или уменьшает нагрузку на систему отопления. Если зал необходимо поддерживать при температуре +12°C, а снаружи -10°C, то теплота от осушителя снижает потребность в дополнительном отоплении.
Методика оценки суммарной экономии должна учитывать три компонента: снижение электропотребления холодильной системы, уменьшение потребности в отоплении зала (теплота от осушителя), снижение теплопотерь через ограждения при уменьшении относительной влажности воздуха. Детальный энергетический баланс должен учитывать все три компонента и проводиться для конкретного проекта. Ориентировочно суммарная экономия может составлять 20-40% от потребления осушителя, в зависимости от климатических условий и режима эксплуатации.
Дополнительные выгоды от предотвращения конденсации включают: продление срока службы металлических конструкций (уменьшение коррозии), повышение качества ледового покрытия (отсутствие неровностей от замерзающего конденсата), улучшение видимости для спортсменов и зрителей (отсутствие тумана).
Типичные проектные ошибки при проектировании систем контроля влажности
При проектировании систем контроля влажности для ледовых арен инженеры часто допускают типичные ошибки, которые могут привести к неэффективной работе оборудования и увеличению эксплуатационных затрат.
Первая распространенная ошибка — недооценка выделений влаги от зрителей во время массовых мероприятий. Проектировщики часто рассчитывают выделение влаги на основе средней заполняемости зала (50-60%), не учитывая пиковые нагрузки при полной загрузке во время финальных матчей или популярных мероприятий. Последствие — осушитель не справляется с пиковой нагрузкой, образуется туман, ухудшается видимость.
Вторая ошибка — игнорирование инфильтрации через ворота летом. Проектировщики рассчитывают баланс влаги для зимних условий, когда наружный воздух сухой, и не проверяют летние условия с высоким влагосодержанием наружного воздуха. Последствие — летом при открывании ворот поступает большое количество влажного воздуха, осушитель не успевает его обработать.
Третья ошибка — отсутствие координации между вентиляцией и осушением. Системы вентиляции и осушения часто проектируются разными подрядчиками или в разное время без согласования. Сезонная оптимизация может существенно повысить эффективность, если вентиляция будет работать на максимальном притоке лишь в зимнее время, а летом — не допускать поступления влажного наружного воздуха, чтобы избежать повышенной нагрузки на осушитель. Последствие — неэффективная работа обеих систем, высокое энергопотребление, недостаточное осушение.
Четвертая ошибка — отсутствие автоматического контроля влажности и интеграции систем. Если осушитель и вентиляция управляются вручную или по отдельным таймерам, без обратной связи от датчиков влажности, это приводит к неоптимальному режиму работы, перерасходу энергии или недостаточному осушению при изменении условий.
Пятая ошибка — недостаточное резервирование мощности осушителя. Если осушитель подбирается вплотную по расчетной производительности, без запаса, то при увеличении загрузки зала или неблагоприятных погодных условиях оборудование работает на пределе возможностей и не справляется с нагрузкой. Последствие — периодическое образование тумана и конденсации.
Шестая ошибка — неправильное расположение забора и подачи воздуха осушителя. Если забор воздуха расположен в нижней зоне зала, у льда, где воздух холодный и имеет более низкое влагосодержание, а подача — в той же зоне, возникает короткозамкнутая циркуляция. Осушитель обрабатывает воздух из нижнего приграничного слоя, который уже холодный и сухой, не влияя на теплый влажный воздух в верхней зоне.
Седьмая ошибка — игнорирование выделений влаги от машины для шлифовки льда. Проектировщики часто не учитывают интенсивное испарение горячей воды при заливке льда, считая его незначительным или эпизодическим. Последствие — после работы ледозаливочной машины резко возрастает влажность воздуха, образуется туман, который держится 30-60 минут до постепенного осушения.
Пределы применения стандартных подходов: когда нужна коррекция методики
Существуют граничные условия, при которых стандартные подходы к проектированию систем осушения для ледовых арен требуют корректировки.
Первым таким условием являются очень низкие температуры льда. Для скоростного бега температура льда может снижаться до -10°C или ниже для обеспечения максимальной твердости покрытия. При такой температуре разница между температурой льда и точкой росы воздуха возрастает, интенсивность конденсации увеличивается. Стандартная методика расчета может недооценить необходимую производительность осушителя. Коррекция заключается в увеличении расчетной производительности на 30-50% или снижении целевого влагосодержания воздуха до 2,5-3 г/кг вместо типичных 3,5-4 г/кг.
Вторым условием являются арены с открытыми конструкциями кровли или большой площадью остекления. Старые или нетипичные здания могут иметь большую площадь холодных поверхностей, помимо льда, на которых также конденсируется влага (неутепленная кровля, большие окна в холодный период). Стандартная методика учитывает только конденсацию на льду. Коррекция предусматривает расчет дополнительной конденсации на других холодных поверхностях по аналогичной методике и добавление к общему балансу влаги.
Третьим условием являются многофункциональные залы с трансформацией. Если зал используется и как ледовая арена, и как концертный зал или спортзал (лед закрывается настилом), то режим влажности резко меняется. Без льда нет холодной поверхности, потребность в осушении уменьшается или исчезает, стандартный осушитель постоянной производительности становится неэффективным. Коррекция предусматривает ступенчатое или плавное регулирование производительности, возможность полного отключения осушителя в режиме без льда.
Четвертое условие — старые здания с большой воздухопроницаемостью. Старые сооружения могут иметь значительную инфильтрацию через неплотности в ограждениях, старые окна и двери. Расчетное поступление влаги через инфильтрацию может быть существенно занижено. Коррекция предусматривает обследование воздухопроницаемости здания, корректировку расчета инфильтрации; возможно, целесообразнее сначала улучшить герметичность здания, а затем подбирать осушитель.
Пятое условие — регионы с экстремально влажным климатом. В тропических или субтропических регионах наружный воздух может иметь влагосодержание 18-22 г/кг летом. Даже небольшая инфильтрация или приток вносят огромное количество влаги, вентиляция вообще не помогает удалять влагу. Необходима полная рециркуляция через осушитель. Стандартная методика может недооценить масштаб проблемы. Коррекция предусматривает минимизацию притока наружного воздуха до абсолютного санитарного минимума, дополнительную мощность осушителя, возможность использования десикантных осушителей (они эффективнее при высоких температурах наружного воздуха).
Шестое условие — нормативные ограничения на влажность воздуха. Некоторые регионы или нормы могут устанавливать минимальную относительную влажность воздуха для комфорта зрителей (например, не ниже 30-35%). При температуре воздуха зала +12°C и относительной влажности 30% влагосодержание составляет около 2,5 г/кг, температура точки росы около -10°C. Если температура льда -5°C, запас по безопасности (5°C) достаточен. Но если норма требует 40% относительной влажности, влагосодержание растет до 3,5 г/кг, точка росы -4°C, запас всего 1°C — конденсация возможна. Коррекция предусматривает согласование с нормативными требованиями возможности снижения относительной влажности для ледовых арен или повышения температуры воздуха зала для увеличения запаса.
Часто задаваемые вопросы или FAQ
Можно ли заменить осушитель увеличением производительности вентиляции?
Это зависит от влагосодержания наружного воздуха. Если наружный воздух имеет влагосодержание ниже целевого внутреннего (типично зимой наружное влагосодержание 1-2 г/кг, внутреннее целевое 3,5-4 г/кг), то увеличение притока помогает удалять влагу. Однако необходимые расходы воздуха могут быть очень большими.
Числовой пример: нужно удалить 60 кг/ч влаги. Если наружный воздух имеет влагосодержание 1,5 г/кг, а внутренний — 6 г/кг, то разница составляет 4,5 г/кг. Для удаления 60 кг/ч нужен приток 60 / 4,5 / 1000 / 1,2 = 11111 м³/ч. Для зала объемом 15000 м³ это кратность воздухообмена 11111 / 15000 = 0,74 в час — довольно много. Необходимо нагревать такой большой объем приточного воздуха с -10°C до +12°C, что требует тепловой мощности около 82 кВт. Это дорого.
Летом, когда наружное влагосодержание выше внутреннего, увеличение притока вообще ухудшает ситуацию. Поэтому осушитель является необходимым элементом инженерной системы ледовой арены.
Какова оптимальная относительная влажность воздуха на ледовой арене?
Вопрос сформулирован некорректно. Оптимальным является не относительная влажность, а влагосодержание воздуха. Относительная влажность зависит от температуры воздуха и не определяет конденсацию однозначно. Для предотвращения конденсации критерием является температура точки росы.
Алгоритм определения оптимального влагосодержания: температура льда (например, -5°C) → температура точки росы должна быть ниже минимум на 2-3°C (от -7°C до -8°C) → температура воздуха зала (например, +12°C) → по психрометрической диаграмме для +12°C и точки росы -8°C определяем влагосодержание (около 3,5 г/кг) → относительная влажность при этом составляет около 33%.
Если изменить температуру зала до +15°C при том же влагосодержании 3,5 г/кг, относительная влажность снизится до около 28%, но температура точки росы останется -8°C, и условие предотвращения конденсации выполняется. Поэтому оптимальный параметр — влагосодержание 3-4 г/кг, а не относительная влажность.
Сколько времени нужно для осушения зала после массового мероприятия?
Это зависит от избытка влаги, который накопился, производительности осушителя и объема зала. Метод оценки: рассчитать избыток влагосодержания и объем воздуха, который нужно обработать.
Числовой пример: объем зала — 15000 м³, плотность воздуха — 1,2 кг/м³, масса воздуха — 18000 кг. После мероприятия влагосодержание выросло с целевого 3,5 г/кг до 6 г/кг, избыток — 2,5 г/кг. Избыточная масса влаги в воздухе зала: 18000 × 2,5 / 1000 = 45 кг.
Если осушитель имеет производительность 60 кг/ч и работает исключительно на снижение влагосодержания (нет новых выделений влаги), то теоретическое время осушения: 45 / 60 = 0,75 часа или 45 минут. Однако в реальности осушитель обрабатывает не весь объем зала за один проход, а работает на рециркуляции. Эффективность зависит от степени перемешивания воздуха. Если кратность рециркуляции через осушитель составляет один объем зала в час, то для эффективного перемешивания и осушения может потребоваться 1,5-2 часа.
Влияет ли тип льда (хоккей, фигурное катание, кёрлинг) на выбор осушителя?
Да, но опосредованно, через температуру льда. Хоккей требует твердого льда температурой около -5°C, фигурное катание — более мягкого льда около -3...-4°C для лучшего сцепления с лезвиями, кёрлинг — очень специфического льда с бугорками температурой около -5...-7°C.
Низкая температура льда означает большую разницу с точкой росы, более интенсивную конденсацию и необходимость более низкого целевого влагосодержания воздуха. Для кёрлинга при температуре льда -6°C целевая точка росы должна быть около -9°C, что соответствует влагосодержанию около 3 г/кг при температуре зала +12°C. Для фигурного катания при температуре льда -3°C целевая точка росы -6°C, влагосодержание около 4 г/кг.
Итак, для кёрлинга требуется большая производительность осушителя или меньшие выделения влаги, чем для фигурного катания, при прочих равных условиях.
Каковы основные критерии выбора между конденсационным и адсорбционным осушителем для ледовой арены?
Выбор типа осушителя зависит от нескольких факторов. Конденсационные осушители эффективны при температурах воздуха выше +15°C и относительной влажности выше 40%. Их преимущество — более низкое энергопотребление и возможность использования теплоты конденсации для отопления зала.
Адсорбционные осушители эффективнее при низких температурах воздуха (ниже +15°C) и низкой относительной влажности (ниже 40%), что часто встречается на ледовых аренах. Они позволяют достичь более низкой точки росы (до -20°C и ниже), но потребляют больше энергии и требуют отвода теплоты регенерации.
Для ледовой арены с температурой воздуха +12°C и целевым влагосодержанием 3,5 г/кг (соответствует относительной влажности около 33%) адсорбционный осушитель обычно эффективнее. Однако если температура воздуха поддерживается выше +15°C, можно использовать конденсационный осушитель с меньшими эксплуатационными затратами.
В регионах с экстремально влажным климатом часто используют комбинированные системы: конденсационный осушитель для первичного осушения до относительной влажности 50-60%, а затем адсорбционный — для достижения целевого низкого влагосодержания.
Выводы
Контроль влажности на ледовых аренах является критической инженерной задачей, которая не может быть решена только вентиляцией из-за сезонного изменения влагосодержания наружного воздуха. Ключевым параметром является не относительная влажность, а влагосодержание воздуха и температура точки росы — она должна быть ниже температуры льда минимум на 2-3°C для надежного предотвращения конденсации.
Методика подбора осушителя базируется на балансе влаги. Необходимо рассчитать все источники поступления влаги (зрители, ледозаливочная машина, инфильтрация, душевые), определить вклад вентиляции в удаление влаги в зависимости от сезона и покрыть дефицит осушителем с резервированием мощности 20-30%.
Осушитель и вентиляция должны работать скоординированно, а не как конкурирующие системы. Зимой вентиляция помогает удалять влагу, летом основную нагрузку несет осушитель в режиме рециркуляции. Теплота от осушителя частично компенсирует потребность в отоплении зала, а предотвращение конденсации снижает нагрузку на холодильную систему. Детальный энергетический баланс может показать суммарную экономию 20-40% от потребления осушителя.
Типичные проектные ошибки (недооценка пиковых выделений влаги, игнорирование летней инфильтрации, отсутствие координации систем) приводят к образованию тумана, коррозии конструкций и повышенному энергопотреблению. Стандартные подходы требуют корректировки для экстремальных режимов: очень низкие температуры льда, старые здания с большой инфильтрацией, влажный климат.
Инженерам-проектировщикам рекомендуется выполнять детальный расчет баланса влаги для всех сезонов и режимов эксплуатации, предусматривать резервирование мощности осушителя, обеспечивать автоматическую координацию вентиляции и осушения на основе данных от датчиков влажности, учитывать энергетическую эффективность комплексно (холодоснабжение, отопление, осушение).
Все числовые значения, использованные в статье, являются инженерными ориентирами, зависящими от конкретных условий проекта, и требуют уточнения для каждого конкретного объекта.
