Диссертация (1025572), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Определить влияние температуры хладоносителя и заливаемой воды напроцесспереносаэксплуатациииполимерныхпредложитьмодификаторовзависимостидлявмассиверасчётальдаприконцентрациимодифицирующих соединений как функции количества обновлений рабочейповерхности льда.4. Разработать технологию поддержания свойств модифицированныхледовых массивов на спортивных объектах при их эксплуатации.5. Определить периодичность внесения полимерных модификаторов дляподдержания скользящих и прочностных свойств льда.6. Дать количественную оценку повышения энергоэффективности работыхолодильной машины при эксплуатации модифицированного ледового массивапо сравнению с чистым льдом.50ГЛАВА 2.
Работа и энергопотребление холодильной машины приэксплуатации модифицированного льдаПроцедурасозданияльдастребуемымисвойствами–задачамногопараметрическая. Качество льда зависит от холодопроизводительностимашинного парка, реализованных проектных схем хладоснабжения поля,внутреннего микроклимата катка, режима эксплуатации. Рекомендованыоптимальные диапазоны температур льда для различных видов спорта и тепловлажностных параметров арены.Основные параметры льда (температура поверхности и толщина)обеспечиваются работой холодильной машины. Технологическая бетоннаяплита является основой при формировании ледового массива. Основныммеханизмом теплообмена между системой хладоснабжения технологическойплиты и ледовым массивом является механизм теплопередачи к жидкомухладоносителю, циркулирующему в трубной системе, через разделяющую ихмногослойную твердую стенку (Рисунок 2.1).
Трубы полиэтиленовые,диаметром от 25 до 27 мм с шагом от 70 до 100 мм, высота слоя бетона надтрубами порядка от 25 до 30 мм.Рисунок 2.1. Бетонная технологическая плитаПотребляемаяхолодильнойустановкоймощностьзависитоттемпературы хладоносителя на входе в трубную систему. На Рисунке 2.2представленазависимостьэнергопотребленияхолодильныхмашин51холодопроизводительностью368и456 кВт(хладоносительот минус 7 до минус 10 ºС, температура конденсации плюс 30 ºС) оттемпературы хладоносителя (Рисунок 2.2).Потребляемая мощность,кВт190456 кВт180170160368 кВт150140130-15-14-13-12-11-10-9Температура хладоносителя, ºСРисунок 2.2.
Энергопотребление ХМ как функция температуры хладоносителяИзменение температуры поверхностного слоя льда для каждого видаспорта осуществляется изменением температуры хладоносителя. Очевидно, чтотемпература хладоносителя зависит от средней толщины льда. Согласнорасчетам, представленным еще в работах Э.Л. Лихтенштейна [52, 53], встационарных условиях на каждые 10 мм увеличения слоя льда требуетсяпонижение температуры хладоносителя в среднем на 1 ºС (Рисунок 2.3).Относительная температура ϑ определяется автором исходя из граничныхусловий 3-го рода по следующей формуле:ϑ = (tв‒tл) / (tв‒tт),(2.1)где tв – температура воздуха, ºС;tл – температура поверхности льда, ºС;tт – температура поверхности трубы, ºС;Технология модифицирования основана на введении в воду при заливкемикродоз полимерных соединений – от единиц до сотен ppm. К настоящемумоменту уже многократно доказано и апробировано увеличение прочностных искоростныхсвойствмодифицированногольда.Введениеполимерныхсоединений приводит одновременно к увеличению скользящих свойств,52снижению хрупкости льда и купированию развития трещин при агрессивномвоздействииконька.Ледовыемодификаторысоздаютдемпфирующуюпрослойку между кристаллами для увеличения прочности спортивного льда.Также обеспечивают гидродинамический режим трения конька о лёд, являясьисточником связанной воды.
За счет меньшей толщины модифицированногольда снижаются энергетические затраты системы хладоснабжения ледовогополя.Рисунок 2.3. Зависимость температуры охлаждающей среды tp от диаметратруб d, расстояния между ними a и толщины слоя льда над трубами δл [52]2.1.
Работа холодильной машины на нерасчетных режимахИспользование модификаторов позволяет уменьшить рабочую толщинульда и поддерживать установленную регламентами температуру поверхностипри высоких температурах окружающей среды, что особенно важно в летниемесяцы функционирования ледовых комплексов. На Рисунке 2.4 представлено53изменение температур подачи хладоносителя и льда на уровне бетонногооснования при работе холодильных машин в наиболее напряжённые периодывремени при круглосуточной загрузке арены для крупного ледового объекта:утренние тренировки команд и вечерние матчи в присутствии 12 тысячзрителей.Рисунок 2.4. Изменение температуры на уровне бетонного основания итемпературы подаваемого хладоносителя54Частыемашинныезаливкигорячейводой,регламентированныеправилами соревнований по хоккею, теплоприток от демонстрационногоосвещения и средств телевизионной трансляции приводят к существенномуповышению температуры льда.
Каждый пик на графике – результат отепленияльда при заливке. Модификация ледового массива и снижение среднейтолщины ледового покрытия до 35 мм позволила в указанных экстремальныхусловиях при минимальной температуре подачи хладоносителя и работехолодильных машин на 100 % мощности поддерживать температуры льда науровне бетонного основания от минус 9 до минус 7 °С, и соответственно наповерхности регламентированные от минус 5 до минус 6°С.На систему хладоснабжения ледового поля работало две холодильныхмашины фирмы Johnson Controls марки PAC 233S установленной мощности400 кВт и холодопроизводительностью 529 кВт, хладагент R507 A. Оценкапотребляемой электрической мощности Nэ проводилась согласно паспортумашины и данным мониторинга загрузки машины (Рисунок 2.5).εхРисунок 2.5.
Холодопроизводительность в зависимости от загрузки машиныМодификацияледовогомассива–единственнаявозможностьобеспечивать необходимые температурные режимы в условиях смены видовспорта в течение одного соревновательного дня [54]. При последовательномпроведении соревнований по фигурному катанию и шорт-треку необходимоизменять температуру поверхности льда от минус 2 до минус 7 °С в течениенескольких часов, и наоборот, что возможно только при малой толщинеледового покрытия, обладающего существенно меньшей инерционностью.55Диапазон регулирования температуры хладоносителя имеет свои ограничения ивозможен лишь в строго установленных пределах. Недопустимо понижатьтемпературу хладоносителя быстрее, чем 1,5 °С/час и опускаться ниже минус16,0 °С (в крайнем случае минус 18 °С).
На Рисунке 2.6 представлен графикизменения температуры хладоносителя tхн, обеспечивающий максимальноеприближение к требуемым параметрам льда на поверхности массива tпов.Фиолетовыми линиями обозначены заливки горячей водой, представленоизменение температуры льда на уровне бетонного основания tбет.Рисунок 2.6. График изменения температуры при смене видов спорта:необходимое (а), реальное (б)Кроме того, температурой льда на поверхности массива различия длядвух видов спорта не исчерпываются. Комбинированный лёд для шорт-трека с56более вязкими и мягкими виражами и максимально твёрдой скользящейповерхностью прямолинейных участков принципиально непригоден дляфигуристов.
Важны изотермичность всей поверхности и упруго-пластическиесвойства льда, обеспечивающие возможность отталкивания и приземления безглубоких трещин и разрушений. Поэтому при смене видов спорта в течениеодного соревновательного дня необходимо реализовывать нестандартныеподходы, в основе которых опережающее изменение параметров системыхладоснабжения, регулирование системы кондиционирования, и, в наибольшейстепени, оперативное изменение химического состава верхнего слоя льда засчет внесения и «пропитывания» поверхностного слоя разными группамиледовых модификаторов.2.2. Энергопотребление холодильной машиныВыделяют три режима работы ледовой арены: демонстрационный,тренировочный, ночной.
Они отличаются по продолжительности, тепловойнагрузкеналедовоеполе(зрители,частыезаливки,освещение)и,соответственно, температуре хладоносителя. Энергетические затраты (E) наохлаждение ледового поля за год оценочно выражаются интегральнойсуммой [55]:=гдеN 1, N 2,∙N3 –сор +мощность,∙тр +потребляемая∙н,(2.2)холодильными машинамисоответственно в соревновательном, тренировочном и ночном режимахэксплуатации, кВт;τ1, τ2, τ3 – продолжительность режимов, ч.Продолжительность режимов эксплуатации ледовой арены определяетсяколичеством часов за год.
Перемораживание массива льда и различныеремонтные работы на арене производятся раз в год, преимущественно в июле,это время не учитывается при расчете. Годовая базовая продолжительность57каждого из режимов: соревнования – 1200 ч, тренировки – 4000 ч, ночной(дежурный) – 2500 ч. В расчетах для упрощения принимается, что все режимыравномерно распределены по месяцам.Энергопотреблениехолодильноймашиныменяетсянетольковзависимости от режима эксплуатации, но и от температуры окружающей среды(отвременигода).Намораживаниеидальнейшаяэксплуатациямодифицированного ледового покрытия толщиной 35 мм на Тренировочнойарене по хоккею в г. Сочи в Олимпийском парке позволили получить данныепо энергопотреблению холодильной машины в августе и в декабре (Таблица 5).Соревнованияпроводилисьбезсредствтелевизионнойтрансляции,вприсутствии не более 100 зрителей.
Данные по энергопотреблению былиполучены из системы диспетчеризации холодильной машины. Представленыизображения дисплеев холодильной машины со схемой всей системы, даннымипо температурам, давлениям и энергопотреблению для тренировочного режимав августе (Рисунок 2.7, а), для соревновательного режима в декабре(Рисунок 2.7, б). Суммарное расчетное энергопотребление ледовой арены за годсоставило около 1500 МВт∙Ч.Таблица 5.Энергопотребление холодильной машины при эксплуатациимодифицированного ледового покрытияРежимВремя τtхн ºСчас/годЭнергопотребление, кВтДекабрьАвгустаСоревнования1200- 13,0210300Тренировки4000- 11,0160270Ночь2500- 9,011014058а)б)Рисунок 2.7. Параметры работы холодильной машины при эксплуатациимодифицированного ледового массива: тренировочный режим летом (а),соревновательный режим зимой (б)Потребляемуюмощностькомпрессоравозможнооценитьчерезнеобходимую холодопроизводительность для компенсации теплопритоков кледовому полюкоэффициентх[56]:для каждого из режимов эксплуатации и холодильный59=/(2.3)хСтандартное ледовое поле для хоккея с шайбой, шорт-трека илифигурного катания имеют площадь от 1790 до 1800 м2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
