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溜冰场的可持续设计和运行维护

发布时间:2018/5/8 10:39:44    编辑:Fannie Chen

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就其本质而言,溜冰场就是能源消费,需要在强烈的制冷、强烈的供暖及舒适性中找到平衡。业主需要高效的建筑结构,溜冰场经理需要较低的运营成本,运动员的运动需要冰面,而观众而希望能够在座位上不会发抖。

好消息是,可持续发展和溜冰场不一定是相互排斥的。事实上,现在有各种各样的工具和选择来满足需求。由于特殊的性质和用途,溜冰场的可持续性努力往往把重点放在减少能源作为控制的主要方面。虽然冰场是能耗大户,但这并不意味着可持续的做法不能在设计和运营中使用。

在规划新设施时,可以采用几个相对简单的策略来实现可持续性最大化。其中包括建筑的太阳能,超高效建筑围护结构,部分遮蔽以及整体建筑占地面积的减少。运营节能无疑对竞技场的可持续性产生了最大的影响。

2009年对魁北克溜冰场的一项调查显示,效率最低的社区溜冰场每年使用超过240万千瓦时,而最高效的溜冰场每年使用的能量要少得多,大约为80万千瓦时。通过使用一些相对较低的回收节能方法,运营商可以预期在40%的范围内节约能源。


重新铺设和制冷

从冰面本身开始,设计人员可以通过多种方法确保能最大限度地节省运营成本。

假设有问题的溜冰场地板是浇注混凝土板,尽管溜冰场设施的操作人员通常可以应用相同的原则,但有一些例外并达到相似的结果。 地板越平坦,操作员就越容易保持最佳的薄冰面。 超平坦的地板可以使压缩机能耗降低6%至8%。 同样,如果混凝土板的密度增加,它可以更有效地传递温度,增加压缩机运行中节能的百分比。 如果溜冰场操作人员仔细监测冰层厚度并进行必要的冰块维护,他们将保持冰面尽可能薄并降低成本。

今天的冰系统设计师有很多选择,而冰工厂的设计涉及到几种压缩机类型的组合和控制系统,以简化操作。这些系统可以最小化运行时间,快速实现所需的冰温度变化,甚至是自我诊断。

优化压缩机本身就是一门科学,压缩机排序(定相),浮头压力,变流量或双驱动盐水泵,蒸发器上的变频驱动器,高效电机和软启动控制器。 通过优化压缩机可以节省3%的运营成本。 一些制造商甚至开发了专有系统,不断寻求更节能的方法。

制冷中的废热收集并不是一个新概念。它用于商业制冷的各个方面,甚至用于从非制冷设备中获取废热以运行单独制冷设备的情况。 大多数机械工程师和几乎所有的冰系统设计人员应该能够充分设计场地中的废热获取,尤其是新建筑。 作为竞技场制冷业务的一部分,废热被放弃的时代已经过去了, 场馆设计人员应努力争取在场内100%获取和使用。

除了使用可能被浪费的能源之外,压缩机设计和尺寸的节省越来越普遍。 如果在系统设计过程中进行了仔细的考虑,并且设备操作人员能够维护预测的负载,则压缩机尺寸可能会减小。

例如,如果单个冰盖需要40吨冷却,那么相同的冰块可能会与一个或多个其他冰块结合,并将个别冷却负荷降低到更有效的25吨。 这是需要的压缩机容量减少60%。 但是,如果意外载荷是由于过度使用溜冰场或者未充分利用设施而施加的,那么压缩机将无法以全部效率运行,这可能导致更高的运营成本,过度的设备,更短的压缩机寿命,甚至出现故障。


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在鲍林格林州立大学进行的冰替换项目,应该始终牢记可持续发展的理念。


建筑围护结构和材料

由于在冰场内的湿度很高, 因此, 在主竞技场的墙壁和屋顶上使用密闭绝缘的任何方法都应该被采取。玻璃纤维的绝缘垫最终会收集水汽和凹陷,失去其有效性。一个很好的解决方案是隔热夹层板,它的特点是一个封闭的中间绝缘层之间的一个金属板。

低辐射的天花板是一个非常有效的工具可以降低冰面上的热量,从而降低制冷系统。“辐射率”指的是任何物质的自然反映(或“发射”)辐射能,它在空气中传播而不会影响到空气温度本身,但会产生撞击和变暖的表面。由于热量从较暖的物体到较冷的物体,这意味着少量的能量从天花板到冰,不断地转移。

因此,如果一个金属冰场的天花板结构上有标准的油漆涂料,那么它们的辐射率就意味着它们释放出辐射能,并将其直接指向冰,加热冰表面,使制冷系统的工作更加困难。低辐射玻璃材料只是比标准低发射率材料(如金属天花板),这意味着更少的能量从天花板上转移到冰,冰的热负荷减少高达30%。

低辐射玻璃天花板通常是白色或反射,一个常见的误解是闪亮的表面热“反射”。事实上,它不收集,因此不会释放出同样多的能量。闪闪发光的部分只是一个额外的好处,因为高度的视觉反射率使得光源看起来更亮,通常可以减少冰面上的照明装置的数量,从而减少冰的热负荷和设备上的电力负荷。


照明设备

旧的溜冰场利用单独的高压钠灯或金属卤化物灯在溜冰场表面均匀分布,以提供强烈的光点。这些都是大量的能源消耗者,而且更换灯泡是相当昂贵的, LED灯的价格越来越便宜,而且比荧光灯亮还节省了更多的运营成本。如果他们能适应新建筑的初始或翻新预算,LED是一个不错的选择,而且他们有资格可以获得来自公共事业供应商和/或政府机构可观的补贴。

照明的改变可以极大地帮助节省能源,公共区域、卫生间、办公室和更衣室的传感器可以帮助节省大量的电力使用。减少在观众区域的照明水平和/或固定装置可以降低成本,可以在不同的区域和日程上设置照明。当没有人坐在那里时,不需要在座位上照明。


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密歇根州立大学的穆恩冰体育馆是美国第一批配备LED灯的冰场之一。


除湿和通风

由于各种原因,除了从空气中去除湿气之外,对溜冰场进行除湿是必要的。除湿系统除了能在温暖的季节控制室内雾,改善室内空气质量外,还能提高建筑的使用寿命。

在场地内的高湿度会导致潮湿的空气在冰面上凝结,随着时间的推移会增加冰的厚度。更厚的冰意味着更坚固的冰。此外,潮湿的空气会使新浮出水面的冰冻结得更慢。最终,室内空气的除湿会降低能源的使用。

如果除湿的唯一原因是与冰有关的问题,设备及其运行费用可能不值得。幸运的是,除湿在冰场中还有其他主要的好处。它还有助于防止水汽从损坏的钢结构建筑结构,设备和非防潮建筑材料,和从渗透玻璃纤维棉絮绝缘。在溜冰场中,霉菌生长的几率越低,对空气质量和健康就越有利。

值得注意的是,本文认为将竞技场的暖通空调分离与观众的舒适有重要的关系,并了解到在冰表面的方法,需要一些通风来满足清洁空气的目的。现代建筑规范和能源需求改变了设计思维。场内的空气交换不仅是必要的,观众还需要某种形式的舒适控制或加热,至少是在座位区。废热的出现通常为更衣室和其他与冰场相关的支持空间以及加热的水提供必要的加热。

中央空调系统是其他占用空间的典型,如大堂、卫生间、专业商店、特许区域和观景室。这些空间的冷却能力在夏季的使用中并不罕见,当然也包括在南部地区的竞技场。


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溜冰竞技场

在适用于观众舒适的情况下采用可持续性做法的方法包括:对于观众来说,辐射供暖能让观众更舒服,因为它不会加热空气,而是会让观众感到舒服。也就是说,辐射热只会在其直接辐射区域内加热物体,这意味着竞技场的其他区域会感觉更冷。因此,在座位区和竞技场内的其他空间之间移动的观众不会体验到持续的舒适水平,而且在大范围的情况下也不那么有效。因此,座椅下送风是更优化的选择。

向溜冰场引入的强制加热空气增加了其他建筑系统的强度。例如,较热的空气可以与较冷的空气混合,并引起水汽,而建筑物的除湿必须更加努力地去除。室内空气温度的升高也会自然地产生更多的制冷系统的工作,以保持冰在正确的温度。

这些只是少数可以应用于溜冰场的选择,而不是每个溜冰场都能利用所有可持续的设计策略。但是,如果溜冰场的所有者和运营商了解可用的选项,他们可能就可以应用它们,不管他们在竞技场的哪个阶段。无论是规划一个新的设施,扩展现有的设施,改造照明,改变制冷,还是简单地实施计划的延迟维护,每一步都是实施可持续实践的机会。


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