人工冰场设计与节能.doc

娱乐性人工冰场的设计与节能冰场, 娱乐性, 节能, 人工, 设计1.前言随着人们生活水平的提高，无论是在北方还是在南方，人们都对冰上运动产生了浓厚的兴趣。人工冰场的兴建满足了人们的需求。人工冰场从其功能上，可分为供运动员训练和比赛用的冰场和速滑冰场；供娱乐用的大众冰场等。它可不受季节的限制，为人们提供冰球、速滑、花样、冰上舞蹈、大众娱乐滑冰等冰上活动场所。目前我国的人工冰场大部分是冰上体育运动设施，供冰上运动员训练和比赛用。60年代末建成了我国第一座人工冰场首都体育馆冰场，随后在长春、哈尔滨、齐齐哈尔等地相继建成了多座冰上训练基地。近几年在广州、深圳、天津、武汉、石家庄等地先后建成了一批娱乐性人工冰场，使冰上运动面向大众，成为一项高雅的体育娱乐活动。人工冰场的建设初投资高，运行耗电量大，因此对冰场的设计很值得研究。本文将某娱乐性人工冰场的设计介绍给大家，以促进我国冰上娱乐运动的发展。2.设计条件及设计参数的确定2.1 设计条件冰面面积F=800m22.2 设计参数蒸发温度tz=-12冷凝温度tl=36冰面温度tb=-3冻冰时间t=48h冰面厚度d=40mm3.冰场场地构造原设计采用永久性地板，冷排管浇铸在混凝土内，后来在施工中因故改为填充砂式地板，冷排管埋在砂层内。4.冰场冷负荷的计算Q=qF=（qc+qm+qr+qg+qi）F式中：Q冰场冷负荷q室内冰场单位面积冷负荷 W/m2qc对流放热负荷 W/m2qm对流传质负荷 W/m2qr太阳辐射负荷 W/m2qg地下传热负荷 W/m2qi冻冰热负荷 W/m2F室内冰场面积m24.1 对流放热负荷qc=a（ta-ti）=2.5（22+3）=62.5 W/m2式中：a对流放热系数取2.5W/ m2ta室内空气温度 22ti冰面温度 -34.2 对流传质负荷qm=s（da-di）1000g=2.5920（23.42.8）100028361000=159W/m2式中：s传质系数s=a/920da空气的含湿量23.4g/kgdi冰温下饱和空气的含湿量2.8g/kgg水蒸汽的汽化潜热和凝固潜热28361000J/kg4.3 太阳辐射负荷qr=0室内冰场qr=04.4 地下传热负荷qg=K（tg-tp）=0.167（22+4）=4.34W/m2式中：tg地坪温度取28tp冷排管表面温度取-4K地坪传热系数 0.167 W/m24.5 冻冰热负荷qi=brht=0.0019174480004320=95 W/m2式中：b每次浇水厚度 0.001 mr-冰的密度 917kg/m3h水冷却并结冰的放热量 448000J/ kgt每次浇水冻结时间1.2h4.6 单位面积冷负荷Q=qc+qm+qr+qg+qi=62.5+159+0+4.34+95=320.84W/m24.7 冰场冷负荷Q=qF=320.84800=256672W5.制冷系统的选择本设计采用氨直接蒸发制冷系统，氨泵供液方式。5.1 场地冷却排管场地冷却排管采用D382.5无缝钢管，间距90mm，沿冰场宽度方向布置。排管分四组并联，每两组设供液和回气集管。供液回气管采用同程管道系统。在冰场的一侧沿长度方向设管沟，总供液、回气管布置在管沟内，通向机房供液、回气调节站。5.2 机房制冷系统冰场负荷可分为初冻负荷和维持负荷，由于娱乐性大众冰场对初冻时间的长短没有严格的要求，为了节省一次投资和能源，采用延长初冻时间和在夜间进行冻冰的措施，减少初冻负荷。本设计取维持负荷为设计冷负荷，根据冷负荷Q选两台4AV-12.5氨压缩机，当tl=36， tz=-12时每台机器的产冷量为135kW。6.冰场对其它专业的要求6.1 对建筑专业的要求6.1.1 屋顶和墙体具有良好的保温隔热措施，其表面不产生结露现象。本设计屋顶采用球形网架结构，屋顶采用100mm聚苯乙烯双面彩色夹心板，墙体采用350mm厚加气混凝土块。混凝土柱内喷20mm厚聚氨脂保温。6.1.2 为了减少冰场向地下土壤传递冷量，防止土壤冻结，要解决好地板的防冻问题。本设计采用150 mm聚氨脂隔热，下设f250mm自然通风管。6.1.3 冰面上部空间6m高度以内不设任何设施，否则会因冰面冷辐射结露凝水。6.1.4 冰场四周围栏顶部标高，距冰面尺寸为1220mm，冻冰地面无坡度。6.2 对空调专业的要求6.2.1 冰场内空气温度小于22，相对湿度小于60%。6.2.2 冰场内任何出风口不可直射冰面，空调出风口风速应小于2m/S，否则冰面易融化。6.2.3 为了防止屋顶结露，可采用低温干燥的空气对冰场进行空气调节，或者将室外空气加热到30，送入冰场上空，在屋顶内上部形成一个热空气层。为了节省投资本设计采用了第二种方法，在屋顶下设一台吊顶式新风机组，配置均匀送风道，喷风口送风。在过渡季节，由供热站提供6050热水，送至新风机组。在夏季直接将室外大于32的室外热空气通过新风机组，从送风口水平射出，在屋顶内上部形成一个热空气层，从而避免屋顶结露。6.3 对给排水专业的要求6.3.1 冰场场地范围内禁设给排水管道，给水管道可设在与冰场相近的常温房间内，使用时用软管接至冰场。6.3.2 在冰场一侧的两端头设融冰排水地漏，融冰低温水排至冷却水池，清扫的冰屑也送往水池，使冷却水温度降低，以利节能。6.3.3 冷却水采用循环供水方式，冷却塔选用低噪声玻璃钢冷却塔。6.4 对电气自控专业的要求制冷压缩机设高低压安全保护、油压保护、冷却水断水保护，制冷系统设氨泵自控回路，冰面温度远程监测。7.制冷系统的安装7.1 场地冷却排管的安装材采用普通无缝钢管，安装前应对管道逐根清污、除绣。排管制成后分组进行单体试压、排污。然后再整体试压、排污、抽真空、氨试漏。为了保证冰面的平整度，对冷却排管的安装精度要求2mm。7.2 机房制冷系统的安装设备布置紧凑，管道流程合理、美观。系统管道保证坡度，系统试压、排污、试真空、氨试漏按有关规范要求进行。管道、设备保温材料采用聚氨脂，外裹玻璃布。8.为保证冰场室内无氨渗漏，保证人员安全，本设计采用以下措施：8.1 冷排管采用标准定尺无缝钢管，排管制作前应逐根检查，确保钢管的质量。8.2 冷排管的制作尽量减少焊口，在冰场的冷排管以及管沟内的管道上，不设任何控制阀门和仪表，减少氨渗漏的可能性。8.3 有条件的地方，冷排管制作可采用亚弧焊接方式。8.4 本设计在冰场的一侧沿冰场长度方向设管沟，沟宽1000mm，深600mm，其内壁设防潮隔汽层，二根供液和二根回汽总管布置在管沟内，与制冷机房的调节站相连。在制冷系统进行试压、试漏合格后，管沟及管道整体采用聚氨脂现场发泡。这样做的优点是：管道保温、防腐效果好，减少了管沟内管道渗漏的机会。8.5 在冰场内房间的上部设二台消防排烟风机，每台风机的排烟量为24000m3/h。8.6 为了保证冷排管的稳定和平整，每组冷排管沿冰场宽度方向间隔3m设一支架。支架采用50#槽钢，用f8U型管卡将排管固定，不平处用钢垫片垫平，点焊固定。排管和支架刷二道耐酸沥青漆防腐，并对冰场以后操作管理提出严格要求：冰场投入使用后，一般情况下不允许将埋管的砂冻层融化。停业时或清理冰面时，只可将砂冻层以上的冰层融化，不可融化砂冻层。这样一是保证了冰场基层不被冻融循环产生破坏影响，二是解决了砂层内支架与排管的防腐问题。9.冰场运行情况冰场建成后，制冷系统正式运行。冰场的运行可分为两个阶段。9.1 冰场初冻阶段冰场使用前首先对冰场基层进行预冷，程序如下：开始先将场地砂层平整（砂面层的厚度高于冷排管上皮20mm左右），边灌水边供冷。系统刚开始运行时由于负荷较大，蒸发压力较高，故先采用直接膨胀式供液，当蒸发压力降至0.22Mpa时停止直接膨胀式供液，采用氨泵供液。待砂层冻结成整块时即可洒水冻冰。洒水为逐层洒水每层冻冰1mm左右，当冰层厚度达到40mm（砂面层以上的冰层厚度）时即可停止洒水，冻冰过程结束。整个过程约用了40小时。9.2 冰场维持阶段根据冰场的使用要求，冰面温度控制在-2.3-2.5之间，维持冰面温度不变。9.3 冰面的修整冰场经使用一段时间后，冰面上会出现许多冰刀划出的沟痕和冰屑，影响继续使用。因此必须进行修整，清理冰屑，再洒水将沟痕冻平或暂时停机使冰层表面融化。为了节省能源，浇水可用冷凝器出口的冷却水。10.为保证冰面的温度均匀，本设计采取的技术措施：10.1 制冷系统采用氨泵强制供液方式，以蒸发量6倍的供液量向冷排管供液。10.2 场地排管采用并联的方式，以减小每根管的长度，每根管长45m。10.3 供液、回气管道采用同程系统以保证每组排管供液的均匀性。10.4 在机房供液、回汽调节站上设二组阀门，可调节冰场内排管的供液量。在供液、回汽调节站的集管上分别设压力表。在汽体调节站上设有热氨管，在液体调节站上设有排液管，供系统冲油用。10.5 系统初运行时，采用直接膨胀式供液方式，先开启一组供液、回汽阀门，观察其砂层表面冻结的均匀性和回汽压力。待压力降至0.22MPa，砂层冻结正常时（能明显地看到砂层下面一根根管道均匀冻结的痕迹），再开启另一组供液、回汽阀门，系统全部投入运行。当吸气压力再降到0.22MPa时，即可切换为氨泵供液方式运行。10.6 由于冷排管处在低温工况下工作，系统经长时间的运行后，润滑油会在管道的内壁形成一层油膜影响传热效果，本设计在调节站上设了热氨冲油系统，机房内设有排液桶。可二组排管冲油，二组排管正常制冷工作，交替进行。系统冷排管除油一般情况下每年进行二次，系统冲油操作