ЛЕДОВОЕ ПОЛЕ

Полезная модель относится к холодильной технике и может быть использована в системах охлаждения универсальных искусственных ледяных катков различного назначения и конфигурации.
Известно ледовое поле, содержащее основание, включающее охлаждающую плиту с размещенной в ней теплообменной батареей, выполненной в виде системы трубопроводов, расположенных по всему основанию и подключенных одним концом к коллектору подвода хладоносителя (хладагента), а другим концом - к коллектору отвода хладоносителя, расположенным с внешней стороны основания поля, причем основание поля выполнено многослойным. Охлаждающая плита выполнена из железобетона, ниже охлаждающей плиты расположен слой скольжения, слой утеплителя и несущая железобетонная плита (см., патент RU №1510484, Кл. F 25 C 3/02, 30.12.1994).
Данное ледовое поле имеет сложную систему трубопроводов с расположением коллекторов под центральной частью основания поля, что приводит к неравномерному охлаждению охлаждающей плиты, затруднению проведения ремонтных работ и увеличению толщины охлаждающей плиты.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является ледовое поле, содержащее прямоугольное основание, включающее охлаждающую плиту с размещенной в ней теплообменной батареей, выполненной в виде U-образных параллельных друг другу пластмассовых трубопроводов, расположенных по всему основанию и подключенных одним концом к коллектору подвода хладоносителя, а другим концом - к коллектору отвода хладоносителя, расположенным с внешней стороны охлаждающей плиты основания поля (см. патент US №3893507, Кл. F 28 F 7/00, 08.07.1975).
Данная конструкция ледового поля позволяет упростить его конструкцию, однако расположение коллекторов вдоль длинной стороны основания ледового поля не позволяет добиться требуемой равномерности охлаждения охлаждающей плиты, что ведет к увеличению расхода хладоносителя, который необходимо прокачать через теплообменную батарею (систему трубопроводов ледового поля).
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является снижение стоимости ледового поля и повышение эффективности охлаждения охлаждающей плиты.
Техническим результатом является снижение капитальных затрат при повышении надежности конструкции ледового поля.
Указанные задача решается, а технический результат достигается за счет того, что ледовое поле содержит прямоугольное основание, включающее охлаждающую плиту с размещенной в ней теплообменной батареей, выполненной в виде U-образных параллельных друг другу пластмассовых трубопроводов, расположенных в основании и подключенных одним концом к коллектору подвода хладоносителя, а другим концом - к коллектору отвода хладоносителя, расположенным с внешней стороны охлаждающей плиты основания поля, при этом коллекторы подвода и отвода хладоносителя смонтированы вдоль одной из коротких сторон прямоугольного основания поля, а заглушенные концы коллекторов расположены со стороны противоположных длинных сторон основания, теплообменная батарея смонтирована из полиэтиленовых труб с наружным диаметром 25 мм и толщиной стенки 2 мм, расстояние между осями труб U-образных трубопроводов составляет от 2,5 до 3 наружных диаметров, а U-образные петли трубопроводов теплообменной батареи с противоположной от коллекторов стороны основания в углах расположены по дуге окружности с радиусом R, равным от 0,12 до 0,15 от длины охлаждающей плиты основания поля, причем основание поля выполнено многослойным, охлаждающая плита выполнена из железобетона, ниже охлаждающей плиты расположены мембрана из поливинилхлорида, теплоизоляция в виде 2-х слоев утеплителя, гидроизоляционный слой, опорная плита с проложенными в ней трубами для подогрева основания, второй слой гидроизоляции и бетонный слой фундамента, а по периметру охлаждающей плиты выполнен желоб для слива талой воды.
Катки с искусственным ледовым покрытием сегодня используются для самых разных спортивных состязаний и для каждого нужны особые характеристики ледовой поверхности. От температуры льда и других характеристик ледовой поверхности напрямую зависит результат выступлений фигуристов или исход хоккейного матча. Внутренние теплопритоки катка оказывают большое влияние на качество льда. Теплопритоки обусловлены: 37% теплопередачей, 28% конвекцией и 35% излучением.
В ходе проведенного исследования было установлено, использование полиэтиленовых труб диаметром 25 мм с толщиной стенки 2 мм с обеспечением расстояния между трубами от 2,5 до 3 наружных диаметров труб позволяет добиться равномерного поля температур по всему основанию ледового поля. При этом разница температуры между различными участками поля при таких соотношениях не превышает 0,5°С. Кроме того использование полиэтиленовых труб дает возможность использовать незамерзающие растворы со сроком службы в 2 раза, превышающим срок эксплуатации
ледового поля со стальными трубами. Использование труб диаметром менее 25 мм приводит к резкому увеличению гидравлического сопротивления и, как следствие, к необходимости увеличения мощности насосов для прокачки хладагента. Увеличение диаметра труб выше 25 мм и снижение толщины ее стенки позволяет снизить гидравлическое сопротивление и неравномерность температуры поля по его длине, но при этом возрастает неравномерность температурного поля в поперечном (вдоль короткой его стороны) направлении. Кроме того, это приводит к увеличению циркулирующего хладагента в контуре и, как следствие, к увеличению энергозатрат на организацию его циркуляции и охлаждения. Размещаются полиэтиленовые трубы в охлаждающей плите из бетона толщиной 100-120 мм на глубине 25 мм от поверхности плиты. Выполнение труб U-образными и расположение петель трубопроводов теплообменной батареи с противоположной от коллекторов стороны в углах основания по дуге окружности с радиусом R, равным от 0,12 до 0,15 от длины охлаждающей плиты основания поля, позволяет сократить длину U-образных труб, расположенных по краю ледового поля и тем самым сократить величину теплообмена с окружающим охлаждающую плиту пространством. Это важно, поскольку именно на краю поля имеют место наибольшие теплопритоки к ледовому полю. Величина радиуса дуги окружности подобрана таким образом, чтобы можно было плавно увеличивать длину труб и тем самым максимально снизить температурную неравномерность ледового покрытия. Уменьшение радиуса менее 0,12 от длины основания поля приближает основание поля к прямоугольной форме, что не позволяет достигнуть требуемой равномерности охлаждения при тех же энергозатратах, а увеличение радиуса более 0,15 не позволяет разместить на поле хоккейную площадку, что сужает область использования данного ледового поля.
Важное значение имеет то, каким образом выполнено основание ледового поля. Было установлено, что наилучшие результаты могут быть получены при выполнении основания в виде многослойной конструкции. При этом охлаждающая плита выполнена из железобетона, ниже охлаждающей плиты расположены мембрана из поливинилхлорида, теплоизоляция, гидроизоляционный слой, опорная плита с проложенными в ней трубами для подогрева основания, второй слой гидроизоляции и бетонный слой фундамента, а по периметру охлаждающей плиты основания выполнен желоб для слива талой воды. Расположение мембраны из поливинилхлорида под охлаждающей плитой позволяет последней как бы скользить по остальным слоям основания в процессе намораживания льда и при разморозке ледового поля. Это связано с тем, что при захолаживании охлаждающей плиты ее размеры уменьшаются, а расположение полиэтиленовых труб вдоль длинной стороны поля позволяет избежать их
повреждения при «усадке» охлаждающей плиты. Кроме того должна быть установлена изоляция хорошего качества под охлаждающей плитой для минимизации тепловых потерь от почвы. Установлено, что достаточно выполнять теплоизоляцию из 2-слоев толщиной 50 мм изоляции типа Styrofoam высокой плотности, равно как и гидроизоляции под охлаждающей плитой. Тепло изоляция замедляет образование льда под плитой, но не может полностью исключить этот процесса льдообразования. Ледовое поле, функционирующее в условиях колебаний температур до 60°С без подогрева грунта, становится источником концентрации в грунте ниже ледового поля влаги. Это накопление приводит к образованию на глубинах до 6 м ниже поверхности охлаждающей плиты зоны, в которой образуются кристаллы льда. При этом вначале наблюдается вспучивание грунта ниже ледяного поля. Как результат неровность поверхности льда может достигать порой 25 см на длине поля. Единственный путь выравнивания-намораживание дополнительного льда на низких участках поля, что в результате приводит к неравномерности температур на его поверхности и к более длительной работе холодильного оборудования. К еще худшим последствиям приводит промерзание. Цементный пол пучится и разрушается в результате пучения грунта. Как следствие требуется удаление поврежденного поля и полная выемка промерзшего грунта. Поэтому ниже теплоизоляции расположены опорная плита с проложенными в ней трубами для подогрева основания, второй слой гидроизоляции и бетонный слой фундамента. Это позволяет стабилизировать температуру грунта и исключить описанные выше процессы.
На фиг.1 представлен продольный разрез ледового поля, на фиг.2 представлен поперечный разрез ледового поля, на фиг.3 представлена схема соединения U-образных труб с коллекторами и их расположение в охлаждающей плите основания ледового поля.
Ледовое поле содержит прямоугольное основание, включающее охлаждающую плиту 1 с размещенной в ней теплообменной батареей, выполненной в виде U-образных параллельных друг другу пластмассовых трубопроводов 2, расположенных в основании и подключенных одним концом к коллектору 3 подвода хладоносителя, а другим концом - к коллектору 4 отвода хладоносителя, расположенным с внешней стороны основания поля. Коллекторы подвода 3 и отвода 4 хладоносителя смонтированы вдоль одной из коротких сторон прямоугольного основания поля. Заглушенные концы коллекторов 3, 4 расположены со стороны противоположных длинных сторон основания. Теплообменная батарея смонтирована из полиэтиленовых труб 2 с наружным диаметром 25 мм и толщиной стенки 2 мм, расстояние между осями труб 2 составляет от 2,5 до 3 их наружных диаметров, а U-образные петли трубопроводов 2 теплообменной батареи с противоположной от коллекторов стороны основания в углах расположены по дуге
окружности с радиусом R, равным от 0,12 до 0,15 от длины L охлаждающей плиты 1 основания поля, причем основание поля выполнено многослойным. Охлаждающая плита 1 выполнена из железобетона, ниже охлаждающей плиты 1 расположены мембрана 5 из поливинилхлорида, теплоизоляция 6, гидроизоляционный слой 7, опорная плита 8 с проложенными в ней трубами 9 для подогрева основания, второй слой гидроизоляции 10 и бетонный слой фундамента 11, а по периметру охлаждающей плиты основания выполнен желоб 12 для слива талой воды, сообщенный посредством сливных трубок с дренажным коллектором 13.
Для образовании льда на охлаждающей плите 1 основания осуществляют циркуляцию хладоносителя во всех трубах U-образных трубопроводов 2. При этом хладоноситель подается насосами холодильной станции (не показаны) по коллектору 3, поступает в трубопроводы 2, обеспечивая образование льда, возвращается в коллектор 4 отвода и далее в холодильную станцию. Слив образующейся талой воды, после оттайки льда с ледового поля, осуществляют по желобу 12 и далее через дренажный коллектор в канализацию.
Настоящая полезная модель может быть использована везде, где требуется строительство ледовых полей с искусственным льдом.