ледяной каток

Формула изобретения

Ледяной каток, содержащий 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 и другим концом к коллектору отвода хладоносителя, расположенным с внешней стороны охлаждающей плиты основания поля, отличающийся тем, что коллекторы подвода и отвода хладоносителя смонтированы вдоль одной из коротких сторон прямоугольного основания поля, 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-образного трубопровода составляет от 2,5 до 3 наружных диаметров, a 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 длины охлаждающей плиты основания поля, причем основание поля выполнено многослойным, охлаждающая плита выполнена из железобетона толщиной от 100 до 120 мм и величиной неровности поверхности охлаждающей плиты со стороны намораживания льда не более 2-2,5 мм, а ниже охлаждающей плиты последовательно расположены мембрана из 2-слойного поливинилхлорида с толщиной слоя 1 мм, теплоизоляция из 2 слоев пеноплекса, каждый толщиной от 0,4 до 0,5 толщины охлаждающей плиты, гидроизоляционный слой из изопласта марки «П» толщиной 1-2 мм, опорная плита толщиной от 2,5 до 3,5 толщин охлаждающей плиты с проложенными в опорной плите трубами для подогрева основания, второй слой гидроизоляции из изопласта марки «П» толщиной 1-2 мм и бетонный слой фундамента толщиной от 1 до 1,5 толщин охлаждающей плиты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах охлаждения универсальных искусственных ледяных катков различного назначения и конфигурации.

Известен ледяной каток, содержащий 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 катка, причем основание поля выполнено многослойным, охлаждающая плита выполнена из железобетона, ниже охлаждающей плиты расположен слой скольжения, теплоизоляционный слой утеплителя и несущая железобетонная плита (см., патент RU №1510484, Кл. F 25 C 3/02, 30.12.1994).

Данный ледяной каток имеет сложную систему трубопроводов с расположением коллекторов под центральной частью основания поля, что приводит к неравномерному охлаждению охлаждающей плиты, затрудняет проведение ремонтных работ и увеличению толщины охлаждающей плиты.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ледяной каток, содержащий 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, расположенному с внешней стороны охлаждающей плиты основания поля (см. патент US №3893507, Кл. F 28 F 7/00, 08.07.1975).

Данная конструкция ледяного катка позволяет упростить его конструкцию, однако расположение коллекторов вдоль длинной стороны основания ледового поля катка 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 направлено настоящее изобретение, является снижение стоимости ледяного катка и повышение эффективности охлаждения охлаждающей плиты.

Техническим результатом является снижение капитальных затрат при повышении надежности конструкции ледяного катка.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что ледяной каток 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 и другим концом к коллектору отвода хладоносителя, коллекторы расположены с внешней стороны охлаждающей плиты основания поля и смонтированы вдоль одной из коротких сторон основания поля, 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-образного трубопровода 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 (L) охлаждающей плиты основания поля, причем основание поля выполнено многослойным, охлаждающая плита основания выполнена из железобетона толщиной от 100 до 120 мм и величиной неровности поверхности охлаждающей плиты со стороны намораживания льда не более 2-2,5 мм, а ниже охлаждающей плиты последовательно расположены мембрана из 2-х слойного поливинилхлорида с толщиной слоя 1 мм, теплоизоляция из 2-х слоев Пеноплекса, каждый толщиной от 0,4 до 0,5 от толщины охлаждающей плиты, гидроизоляционный слой из Изопласта «П» толщиной 1-2 мм, опорная плита толщиной от 2,5 до 3,5 толщин охлаждающей плиты с проложенными в опорной плите трубами для подогрева основания, второй слой гидроизоляции из Изопласта «П» толщиной 1-2 мм и бетонный слой фундамента толщиной от 1 до 1,5 толщин охлаждающей плиты.

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, что 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 выше 25 мм и снижение толщины 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 основания по дуге окружности с радиусом R, равным от 0,12 до 0,15 от длины 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 основания выполнена из железобетона толщиной от 100 до 120 мм и величиной неровности поверхности охлаждающей плиты со стороны намораживания льда не более 2-2,5 мм, а ниже охлаждающей плиты последовательно расположены мембрана из 2-х слойного поливинилхлорида с толщиной слоя 1 мм, теплоизоляция из 2-х слоев Пеноплекса, каждый толщиной от 0,4 до 0,5 от толщины охлаждающей плиты, гидроизоляционный слой из Изопласта «П» толщиной 1-2 мм, опорная плита толщиной от 2,5 до 3,5 толщин охлаждающей плиты с проложенными в опорной плите трубами для подогрева основания, второй слой гидроизоляции из Изопласта «П» толщиной 1-2 мм и бетонный слой фундамента толщиной от 1 до 1,5 толщин охлаждающей плиты. Толщина охлаждающей плиты выполнена из условия оптимизации равномерности температурного поля по площади охлаждающей плиты, прочности, поскольку слой льда имеет большую массу, и наиболее эффективного охлаждения именно верхней части охлаждающей плиты. Величина неровности верхней поверхности охлаждающей плиты определяет минимально необходимую толщину льда и приводит к неравномерности охлаждения льда по его толщине. В то же время достижение «идеальной» ровной поверхности резко увеличивает стоимость изготовления охлаждающей плиты. Исходя из этого были определены максимально допустимые, указанные выше величины неровности, исходя из соотношения себестоимость - качество. Толщина охлаждающей плиты ниже 100 мм не позволяет достигнуть требуемой прочности и, кроме того, затруднено получение равномерного температурного поля, поскольку уменьшение массы охлажденной плиты приводит к ее малой температурной инерционности при изменении температуры хладоносителя. Увеличение толщины охлаждающей плиты свыше 120 мм приводит к росту расхода энергозатрат на охлаждение охлаждающей плиты, при этом рост толщины охлаждающей плиты уже мало влияет на равномерность температурного поля. 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. Выполнение 2-х слоев мембраны позволяет скользить слоям относительно друг друга, а толщина слоя мембраны в 1 мм позволяет сгладить неровности поверхности охлаждающей плиты и расположенной ниже теплоизоляции. Кроме того должна быть установлена изоляция хорошего качества под охлаждающей плитой для минимизации тепловых потерь от почвы. Установлено, что выполнение теплоизоляции из 2 слоев позволяет повысить эффективность теплоизоляции по сравнению с однослойной теплоизоляцией, при этом теплоизоляция из Пеноплекса типа Styrofoam высокой плотности, с толщиной каждого слоя от 0,4 до 0,5 от толщины охлаждающей плиты позволяет создать подушку под охлаждающей плитой, которая амортизирует ударные нагрузки на охлаждающую плиту в ходе эксплуатации ледового катка и при этом обеспечивается резкое снижение теплообмена охлаждающей плиты с другими ниже расположенными слоями основания. В результате удалось увеличить эффективности тепловой изоляции в 2-3 раза по сравнению с известными другими теплоизоляционными материалами. Теплоизоляция в сочетании с гидроизоляцией замедляет образование льда под охлаждающей плитой, однако не может полностью его исключить. Поэтому ледяной каток, функционирующий в условиях колебаний температур до 60°С без подогрева грунта, становится источником концентрации в грунте под ледяным катком 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 катка, а неровность поверхности льда достигает 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 результат, требуется удаление поврежденного поля и полная выемка промерзшего грунта. Для исключения этого процесса ниже теплоизоляции расположены опорная плита с проложенными в ней трубами для подогрева основания, второй слой гидроизоляции и бетонный слой фундамента с указанными выше толщинами. Подогрев опорной плиты позволяет стабилизировать температуру грунта ниже ледяного катка и исключить вышеописанные явления. При этом опорная плита в сочетании со слоем теплоизоляции создает основание, на котором как бы плавает охлаждающая плита. Относительно большая толщина опорной плиты при относительно небольшой толщине бетонного слоя фундамента связана с необходимостью снизить теплоприток в сторону охлаждающей плиты в процессе стабилизации температуры грунта под ледяной площадкой.

Таким образом была решена задача снижения стоимости ледяного катка и повышения эффективности охлаждения охлаждающей плиты при снижении капитальных затрат на эксплуатацию при повышении надежности конструкции ледяного катка.

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.

Ледяной каток 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 охлаждающей плиты 1 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 основания поля, причем основание поля выполнено многослойным. Охлаждающая плита 1 выполнена из железобетона, толщиной от 100 до 120 мм и величиной неровности поверхности охлаждающей плиты со стороны намораживания льда не более 2-2,5 мм. Ниже охлаждающей плиты 1 последовательно расположены мембрана 5 из 2-х слойного поливинилхлорида с толщиной слоя 1 мм, теплоизоляция 6 из 2-х слоев Пеноплекса, каждый толщиной от 0,4 до 0,5 от толщины охлаждающей плиты 1, гидроизоляционный слой 7 из Изопласта «П» толщиной 1-2 мм, опорная плита 8 толщиной от 2,5 до 3,5 толщин охлаждающей плиты 1 с проложенными в опорной плите 8 трубами 9 для подогрева основания, второй слой гидроизоляции 10 из Изопласта «П» толщиной 1-2 мм и бетонный слой фундамента 11 толщиной от 1 до 1,5 толщин охлаждающей плиты 1. По периметру охлаждающей плиты 1 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.

Настоящее изобретение может быть использовано везде, где требуется строительство ледяных катков с искусственным льдом.