室内人工冰场制冷工艺设计与案例讲课教案.doc

室内人工冰场制冷工艺设计与案例

室内人工冰场制冷工艺设计与案例
室内人工冰场的使用要求及设计条件
一、概述
人工冰场出现于1878年。上世纪60年代末北京建成我国第一座人工冰场。随着我国经济发展和2008年北京奧运会到来，人工冰场将得大的发展。
二、人工冰场的使用要求及设计条件
⒈冰场尺寸
比赛用人工冰场的尺寸和面积由体育竞赛标准确定。娱乐性冰场的尺寸可任意确定。

冰球场
速滑场
溜石冰场
娱乐性冰场
冰场尺寸
30×60
70×182
4.24×41.82
任意
冰场面积
1830
5599
177.32
任意
⒉冰面温度

表1-1是不同冰上运动项目冰面温度的推荐值。
运动项目
冰球
花样滑冰
大众滑冰
速滑
溜石
冰面温度(℃)
-3 ~ -5
-3
-2
-2 ~ -3
-2
⒊冰面风速
冰面风速直接影响冰场负荷大小。表8-1-2给出了不同冰上运动项目冰面风速的推荐值，可供参考。
运动项目
冰球
速度滑冰
花样滑冰
娱乐性
风速(m/s)
1.0
1.5
0.7
1.0
⒋冰层厚度
比赛、训练性冰场，冰面厚度一般取30~40mm。娱乐性冰场冰面厚度一般取50mm。间接供冷的人工冰场，冰层最好不超过40mm。
⒌娱乐性的冰场的滑冰人数
一般按每个滑冰者占1.5~2.8m冰面来估计人数。进行花样滑冰时，每个滑冰者将需要直径为4.9m的场地。
⒍室内冰场馆内温度
一般夏季室内温度取24~28℃，相对湿度不宜过高。冬季一般取16℃。
⒎载冷剂供回水温差
载冷剂供、回水温度可取为-10℃和-9℃，在负荷增加时，可取为-13℃和
-11℃。载冷剂供回水温差控制在1~2℃为宜。
室内人工冰场负荷计算
人工冰场负荷分为初冻负荷和维持负荷。一般是根据经验和实测数据为基础确定。负荷计算方法有经验数据法、图表法、分项计算法等。
一、工冰场负荷概算指标
⒈ASHRAE指标。可参考书上的表2-1。
⒉室外冰场负荷指标。列在书上的表2-2中。
⒊国内外已建冰场指标。列于书上的表2-5中。
重庆XX真冰滑冰场的冰场面积376m2，维持负荷207.3KW，单位面积维持负荷551.3W/m2。初冻负荷约为340KW，单位面积初冻负荷约为900W/m2。
二、图表法
三、分项计算
⒈对流放热负荷qc
qc=αc(ta- ti ) (w/m2) (2-1)
式中：
ta —空气温度，℃，室外冰场，安全点可取冰场使用期间最高月的平均干球温度；
ti —冰面温度，℃
αc—冰面与空气间的对流换热系数，它与风速有关，可按书上的表2-4的推荐值查取，或按下式计算：
αc=2.583v 0.871 (W/ m.℃) (2-2)
式中：v —风速， （m/s）

室内人工冰场的场地构造及场地排管
一、场地构造
场地构造应满足以下要求：
⒈能承受冰面的负载；
⒉能解决场地由于温度变化所产生的温度应力；
⒊尽量减少冷损失；
⒋场地要有良好的排水；
⒌满足场地的使用要求。
基层部分构造分别具有防水、滑动、保温和导水的功能。面层的功能是满足场地使用要求。
⒈钢筋混凝土面层。见上图。
⒉充砂面层。见中图。
⒊裸管面层。见下图。

⒋重庆XX真冰滑冰场场地构造作法。见图。
场地构造设计中应注意下述几个问题：
⒈面层厚度混凝土面层推荐厚度为140~150mm，管顶混凝土厚度为20~40mm；
　砂质面层，推荐厚度为32~45mm，管顶砂厚为0~25mm。
⒉砂质面层的砂子应采用不含垃圾或者粘土的优质河砂。
⒊滑动层
　滑动层的作用是当面层热膨胀冷收缩时，相对于基层中的保温层能有一个微小的滑动，以避免损坏隔汽防潮层和保温层。
　常用的两种做法是采用干砂层或滑动块。
⒋保温层的合理厚度
　加气混凝土 580mm
　软 木 200mm 聚苯乙烯泡沫塑料 80mm
　聚氨脂泡沫塑料 150mm 水泥珍珠岩 320mm
　沥青珍珠岩 160mm

⒌场地防冻胀问题
　措施：①场地加热。②架空式场地。
二、场地排管
⒈场地排管的布置方式
⑴排管沿冰场长度方向布置，制冷剂供液管和回气管，或载冷剂供液管和回液管同侧布置。
⑵排管沿冰场长度方向布置，制冷剂供液管和回气管，或载冷剂供液管和回液管异侧布置。
⑶排管沿冰场长度方向布置，制冷剂供液管和回气管，或载冷剂供液管和回液管中间布置。
⑷排管沿冰场宽度方向布置，制冷剂供液管和回气管，或载冷剂供液管和回液管布置在同侧。
⑸排管沿冰场宽度方向布置，制冷剂供液管和回气管，或载冷剂供液管和回液管布置在异侧。
⒉排管的管径与管中心距
⑴美国ASHRAE手册[11]建议：小冰场，DN20；大冰场，DN25，间距88.9mm(或DN32，间距≯101.6mm)

⑵日本冰场排管管径与间距见表3-2。
⑶原苏联建议：管径25~57mm，间距90~110mm。
⑷英国建议：直接供冷，管径13mm，间距300mm；间接供冷，钢管径30mm，间距100mm；塑料管径26~28mm，间距70~100mm。
⑸国内已建冰场排管管径与间距见表3-3。
⑹哈建大的场地排管最佳间距研究成果见表3-4。
场地排管采用外径为的无缝钢管占多数，且间接供冷的排管中心间距小于直接供冷。重庆XX真冰滑冰场的排管为φ38X3，管间距为85mm。
⒊场地排管支座。φ38X3的管材配2m间距的支架比较合适。
⒋场地排管的伸缩问题。特别是供、回液管异侧布置，应十分注意这一点。
⒌其它注意问题。
⑴冰球场界墙处应适当布置排管。
⑵对于间接供冷的场地排管，载冷剂流动阻力损失应控制在41.3~55.2kPa（4.1~5.5mH2O）。载冷剂的流速推荐为0.61~0.91m/s，载冷剂温差为1~2℃。
（m）(4-1)

式中：
v1、v2—载冷剂溶液膨胀（温度升高）前后的比容m/kg。乙二醇水溶液的密度可查《冷热源工程》教材的表2.7，给出了不同浓度的乙二醇水溶液在不同温度时的密度，
即比容的倒数。
MW—闭式系统中载冷剂溶液的容量，kg。可以通过对系统各部位的容量计算求得，其中低温盐水机组蒸发器内的容量可向生产厂家咨询。
⒋制冷剂泵。使用齿轮泵和屏蔽泵。
5.低温盐水机组
一、低温螺杆式乙醇/盐水机组
二、使用条件
⒈冷却水进水温度：20~32℃；
⒉载冷剂溶液出口温度：
氯化钠水溶液适用于0~-15℃；
氯化钙水溶液适用于0~-35℃；
乙醇，乙二醇水溶液适用于0~-20℃。
⒊载冷剂溶液浓度：
应按其凝固点温度比所要求载冷剂溶液的出口温度低7~10℃来确定。
三、型号、技术参数及性能的曲线图。
四、载冷剂溶液流程

室内人工冰场的空气调节设计
一、室内滑冰场空调设计应考虑解决的特殊问题
⒈夏季室内空调设计干球温度和相对湿度要适中。
⒉空调设计应能避免屋顶或顶棚的内表面产生凝结水。
⒊当滑冰场兼作其它球类比赛时或训练时，室内滑冰场的空气调节系统设计及气流组织等也应能满足其它功能使用的要求。
⒋应充分利用室内冰场散发的冷量。
二、空气调节专业对土建设计的要求
⒈在土建构造方面必须具有良好的保温隔热措施。
⒉围护结构要选择保温性能好，吸水率低的保温材料，而且要注意隔气层的设置层次。
⒊从节能和防止结露考虑，墙面上的窗户应采用铝合金双层充气玻璃窗。
三、空气调节系统设计应考虑的特殊措施
⒈防止屋顶或顶棚结露
常用的技术措施：
⑴顶棚的吊顶采用铝金属薄板。
⑵提高顶棚或屋顶内表面温度。
⑶室内设置除湿装置或空调系统。
⒉消除冰面雾气
采用以下技术措施消除冰面雾气。
首都体育馆冰场上的温度梯度
冰面以上高度（m）
0
0.5
1.8
3.0
空气温度（℃）
-4
10
18
22
⑴减少室内的湿源。
⑵向冰面送风。
⑶室内冰场加装除湿机或另设空气调节机组（带制冷机的独立式空调机组），进行除湿，降低室内空气的露点温度。
⒊重庆XX真冰滑冰场空调简介
空调室内设计参数为：夏季：26±2℃,冬季10~16℃，湿度尽可能低，过渡季节温度不要求。

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