室內(nèi)冰場(chǎng)節(jié)能設(shè)計(jì)分析

摘? 要：隨著2022年北京冬奧的臨近，室內(nèi)冰場(chǎng)的數(shù)量逐年增加，截止2017年北京室內(nèi)冰場(chǎng)已有73塊[1]。為保持冰場(chǎng)的全年使用，冰場(chǎng)的制冷設(shè)備需保持常年運(yùn)行，這導(dǎo)致每塊冰場(chǎng)的年耗電量巨大。因此需要合理設(shè)計(jì)制冷機(jī)組，通過應(yīng)用熱回收技術(shù)，合理設(shè)計(jì)運(yùn)行方式，縮短設(shè)備的使用時(shí)間，提高設(shè)備的使用壽命，降低電耗，降低總運(yùn)行成本。

關(guān)鍵詞：冰場(chǎng);熱回收;能耗;節(jié)能

中圖分類號(hào)：TU245.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）11-0000-00

0 引言

室內(nèi)冰場(chǎng)的制冰系統(tǒng)主要有制冷主機(jī)、冷卻塔、泵組、除濕機(jī)和融雪磨冰設(shè)備組成。一塊標(biāo)準(zhǔn)的冰球場(chǎng)的面積為1751㎡[2]。為滿足冰場(chǎng)的全年運(yùn)營(yíng)要求，冰場(chǎng)的設(shè)備需保持全年運(yùn)行。冰場(chǎng)的地理位置，冰場(chǎng)建筑的結(jié)構(gòu)、材料、層高和總面積、新風(fēng)負(fù)荷、人員負(fù)荷的變化都會(huì)影響冰場(chǎng)的冷負(fù)荷需求，從而影響冰場(chǎng)的總用電量。調(diào)查發(fā)現(xiàn)一塊冰場(chǎng)的最低用電量為89萬度電每年，最高用電量為134萬度。四塊標(biāo)準(zhǔn)冰球場(chǎng)在2018年的用電量見表1。

超高的能耗，昂貴的用電費(fèi)用是每個(gè)冰場(chǎng)營(yíng)運(yùn)管理部門面臨的難題。如何合理有效地通過技術(shù)和管理手段降低冰場(chǎng)能耗，減少用電量，節(jié)能減排成為急需解決的關(guān)鍵問題?；诖?，本文對(duì)冰場(chǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行了節(jié)能潛力測(cè)試分析和研究。

1 冰場(chǎng)制冷系統(tǒng)的優(yōu)化

目前國(guó)內(nèi)主要冰場(chǎng)的制冷機(jī)組為螺桿壓縮機(jī)，使用HCFCs作為制冷劑，40%的乙烯乙二醇作為載冷劑。一般冰場(chǎng)的制冷系統(tǒng)為制冷機(jī)組的蒸發(fā)器側(cè)提供-12℃的冷乙二醇。僅在冷凝器側(cè)接一個(gè)熱交換器，為冰車房提供制冰所需的熱水。但研究發(fā)現(xiàn)這導(dǎo)致冷凝器側(cè)大量?jī)?yōu)質(zhì)的熱能浪費(fèi)。冰場(chǎng)的服務(wù)區(qū)，教練和運(yùn)動(dòng)員休息室的供暖，和衛(wèi)生間和洗澡間的生活用水均可使用冰場(chǎng)制冷系統(tǒng)的熱回收。如圖1所示[3]，優(yōu)化后的制冷系統(tǒng)的制冷側(cè)提供冷乙二醇為冰場(chǎng)冷支管和除濕機(jī)提供冷源。冷凝側(cè)加入熱回收技術(shù)，同時(shí)滿足冰車用水，服務(wù)用水和服務(wù)區(qū)取暖空調(diào)及地暖供熱。

如表2所示，每小時(shí)熱回收可為冰場(chǎng)的服務(wù)區(qū)提供62kw 的熱水總流量。在冬季可以為300㎡的服務(wù)器提供穩(wěn)定的熱源，預(yù)計(jì)一個(gè)采暖季能節(jié)省功能用電量約20000度。

2 系統(tǒng)控制的調(diào)整

通常冰場(chǎng)制冷設(shè)備的啟動(dòng)有三種模式：紅外線溫度模式，冰下溫度模式，冷乙二醇回水溫度模式。在任選一種模式中，當(dāng)溫度高于設(shè)定1℃以上，冷乙二醇泵啟動(dòng)。當(dāng)冷乙二醇泵啟動(dòng)后，壓縮機(jī)會(huì)根據(jù)冷乙二醇回液溫度逐一啟動(dòng)。當(dāng)?shù)谝慌_(tái)壓縮機(jī)啟動(dòng)后，冷卻塔水泵會(huì)根據(jù)壓縮機(jī)排氣壓力啟動(dòng)，冷卻塔風(fēng)扇會(huì)根據(jù)冷卻水回水溫度啟動(dòng)。當(dāng)?shù)谝慌_(tái)壓縮機(jī)啟動(dòng)后，熱回收泵啟動(dòng)。當(dāng)乙二醇回液溫度低于設(shè)定溫度1度時(shí)，壓縮機(jī)會(huì)一個(gè)接一個(gè)停止，當(dāng)最后一臺(tái)壓縮機(jī)停止，冷卻塔泵，熱回收泵就會(huì)停止，乙二醇泵將繼續(xù)工作直到溫粘度跌落至設(shè)置點(diǎn)溫度1度。

冰場(chǎng)在白天運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)根據(jù)人員及使用負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)整供回水溫度，壓縮機(jī)會(huì)根據(jù)使用負(fù)荷的變化自動(dòng)實(shí)行從25%，50%，75% 和100%四檔的能量調(diào)節(jié)?；緵]有節(jié)能空間。

冰場(chǎng)在夜間停止人員活動(dòng)后，會(huì)使用冰場(chǎng)冰毯覆蓋冰面，減少冰面對(duì)周邊的輻射和對(duì)流。標(biāo)準(zhǔn)冰球場(chǎng)的制冷設(shè)備配置和功率如表3所示。壓縮機(jī)在夜間模式下只需啟動(dòng)一臺(tái)，常規(guī)冰場(chǎng)的設(shè)計(jì)壓縮機(jī)根據(jù)設(shè)定溫度啟停，冷乙二醇泵保持一直運(yùn)行不停機(jī)。

在冰場(chǎng)的熱負(fù)荷計(jì)算中，水泵的功耗做為固定熱負(fù)荷的一部分計(jì)算到總熱負(fù)荷中去，如果關(guān)閉了水泵的運(yùn)行，除去能節(jié)省水泵的功率，同時(shí)還能減少總熱負(fù)荷，，關(guān)閉水泵后能節(jié)省1.5倍水泵的功率的耗電量。因?yàn)樵诠艿罌]有結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)，不會(huì)出現(xiàn)融冰的情況，調(diào)整制冷設(shè)備的控制邏輯，調(diào)整設(shè)備啟停點(diǎn)的設(shè)置溫度，使整個(gè)冰場(chǎng)的能耗有很大的節(jié)能空間。在夜間運(yùn)行時(shí)，制冷設(shè)備的啟動(dòng)模式設(shè)置為冰下溫度模式：停機(jī)點(diǎn)位-7℃，啟動(dòng)點(diǎn)位-3℃。當(dāng)冰面溫度達(dá)到設(shè)定溫度后關(guān)閉壓縮機(jī)和冷乙二醇泵。圖2所示為壓縮青島嘉年華冰球場(chǎng)，在測(cè)試期間的每天停機(jī)時(shí)間。

在一個(gè)測(cè)試周期中，水泵的壓縮機(jī)的停機(jī)時(shí)間為317小時(shí)，節(jié)省電耗約40576度。季節(jié)的變化會(huì)影響室內(nèi)的溫度濕度和冰球場(chǎng)建筑的溫度，從而導(dǎo)致夜間的冷負(fù)荷需求變化和總停機(jī)時(shí)間的變化。如按全年平均，每天6個(gè)小時(shí)的關(guān)機(jī)時(shí)間，一年可節(jié)電費(fèi)約為27468度。

3 冰場(chǎng)的燈光控制

競(jìng)賽用冰面的照度應(yīng)不小于1500lx，訓(xùn)練用冰面照度應(yīng)不小于300lx[4]。節(jié)能燈光的光效為90-130Lux/w。按15w/m2，冰面區(qū)域的燈具總功耗為27kw。并非所有時(shí)間的燈需要全開，在制冰和磨冰期間，只需使用一半的燈具就能完成作業(yè)。按每天磨冰5次，每次時(shí)間半個(gè)小時(shí)計(jì)算，每年能節(jié)省用電量為12015度。

4 澆冰用水溫度的調(diào)整

冰場(chǎng)的冰面在使用1到2個(gè)小時(shí)后需要對(duì)磨損的冰面進(jìn)行修復(fù)，使用磨冰車削去表面有劃痕的部分約為1.5mm，同時(shí)在冰面上噴水，修復(fù)劃痕和裂縫部位，在舊的冰面上重新形成一層新的冰。一般都建議使用熱水澆冰。因?yàn)槭褂脽崴疂脖苁乖瓉淼谋嫔系牧芽p劃痕和不平的地方融化，使新的冰面能與原來的冰面更加融合。而使用冷水澆冰，新的冰更脆，容易起劃痕。使用熱水澆冰的好處顯而易見，但水的溫度越高，澆冰時(shí)的熱負(fù)荷也越大，制冷設(shè)備的能耗也越大。實(shí)驗(yàn)表明澆冰用水溫度從82℃到54℃范圍內(nèi)，冰面的質(zhì)量無明顯變化。更低水溫澆冰后，在打冰球時(shí)，冰面更容易被冰球棍擊碎。在冰球場(chǎng)使用的最低的溫度為48℃。表4為標(biāo)準(zhǔn)冰球場(chǎng)，不同水溫澆冰時(shí)的所需能耗。

根據(jù)不同的應(yīng)用需求，調(diào)整澆冰時(shí)用水的溫度。按每天5次澆冰計(jì)算，使用75℃的水比使用45℃的水每年多耗能28835kw。

5 結(jié)語(yǔ)

在冰場(chǎng)設(shè)計(jì)中，制冷系統(tǒng)和制冷設(shè)備是安裝冰場(chǎng)的全負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型的。而實(shí)際使用中卻因季節(jié)的更替，人員等因素的變化，導(dǎo)致較大的負(fù)荷變化，因此這有很大的節(jié)能潛力和空間。新建的冰場(chǎng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要更多的考慮系統(tǒng)的配置和余熱的回收利用。而已有的冰場(chǎng)通過控制邏輯的優(yōu)化，控制模式的改變，澆冰用水水溫的調(diào)整，燈光的控制調(diào)節(jié)，可在冰場(chǎng)能耗的降低上起到顯著效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 紀(jì)俊峰.北京室內(nèi)冰場(chǎng)信息大全[EB/OL].[2017-09-01].http：//www.sohu.com/a/150863499_729430

[2] GB/T 19995.3-2006.天然材料體育場(chǎng)地使用要求及檢驗(yàn)方法第三部分運(yùn)動(dòng)冰場(chǎng)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[3] International Ice Hockey Federation. Technical Guidelines of an Ice Rink [M].Pairs：International Ice Hockey Federation，2016.

[4] 北京照明學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)委員會(huì).照明設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2016.

收稿日期：2020-10-09

作者簡(jiǎn)介：李小龍（1984—），男，安徽池州人，本科，研究方向：室內(nèi)冰場(chǎng)、室內(nèi)滑雪場(chǎng)的設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)咨詢、項(xiàng)目管理。