Chillery na lodowisku: Innowacyjne rozwiązania i efektywność energetyczna

Lodowiska, zarówno kryte jak i otwarte, są wykorzystywane do uprawiania sportów, takich jak hokej na lodzie, łyżwiarstwa figurowe i szybkie oraz curling, a także do celów rekreacyjnych. W przypadku zawodów sportowych odpowiednia jakość tafli lodu może mieć decydujące znaczenie dla wyniku oraz bezpieczeństwa zawodników.

Odpowiadają za to systemy chłodzenia, których sercem są agregaty wody lodowej czyli chillery. W tej dziedzinie również obserwujemy postęp technologiczny, którego wynikiem jest zarówno oszczędność energii wykorzystywanej do tworzenia i utrzymania lodu, jak i wykorzystanie tzw. ciepła odpadowego.

Chillery wykorzystywany do lodowisk – zasada działania i specyfika

Na lodowiskach najczęściej stosowaną technologią chłodniczą jest system pośredni. W jego skład wchodzą co najmniej dwa oddzielne obiegi. W pierwszym krąży główny czynnik chłodniczy, taki jak np. amoniak czy freon. Za pośrednictwem parownika chłodzi on czynnik wtórny, który wykorzystywany jest do przenoszenia ciepła z chłodzonego obiektu do skraplacza, gdzie zostaje ono odprowadzone do otoczenia, bądź wykorzystane np. do ogrzewania budynku. Systemy pośrednie z obiegami wtórnymi stosuje się obiektach z długimi instalacjami, wymagających dużej wydajności chłodniczej. A także w domowych pompach ciepła czy klimatyzatorach typu monoblok. Sercem systemu chłodzenia jest chiller (schładzacz, agregat wody lodowej). W skład tego urządzenia wchodzą następujące podzespoły: kompresor (sprężarka), parownik, skraplacz, zawór rozprężny oraz cyrkulacyjna pompa wody. Urządzenie to wykorzystuje cykl chłodniczy, podobnie jak domowa lodówka. Czynnik chłodniczy w postaci gazowej pod niskim ciśnieniem zostaje sprężony w kompresorze, co powoduje podniesienie jego temperatury i płynie do skraplacza. Tam sprężony gorący gaz oddaje ciepło do powietrza na zewnątrz i przechodzi w postać przechłodzonej cieczy pod wysokim ciśnieniem. Przechodzi ona przez zawór rozprężny, który zmniejsza jej ciśnienie i temperaturę poniżej temperatury chłodzonej wody. Taki zimny, rozprężony ciekły czynnik chłodniczy płynie do parownika, gdzie pochłania ciepło z chłodzonej wody, przechodząc w rozprężony stan gazowy. Następnie wraca do sprężarki i cały cykl rozpoczyna się od nowa. Jako czynnik chłodniczy stosowany jest amoniak, dwutlenek węgla, organiczne związki fluoru lub propan. Natomiast czynnikiem przenoszącym ciepło jest zwykle wodny roztwór glikolu, który zamarza w temperaturach poniżej °C (w stężeniu 50% nawet -38°C). Krąży on pomiędzy chillerem, a rurami ułożonymi w betonie pod powierzchnią lodowiska, które odpowiadają za obniżenie temperatury powierzchni, w celu utworzenia tafli lodu i jej utrzymania, niezależnie od temperatury otoczenia. Obieg ten jest wymuszany za pomocą pomp. Duże znaczenie w przypadku lodowisk ma zarządzanie temperaturą. Odpowiedni poślizg łyżew zapewnia temperatura lodu mieszcząca w przedziale -2°C...-8; przeważnie jest to ok. -4°C Moce chłodnicze specjalistycznych agregatów do chłodzenia lodowisk, przypominających chillery przemysłowe, standardowo powinny wynosić 200...250 W/m² powierzchni, jednak w przypadku dla obiektów o znacznej powierzchni lub znajdujących się w cieplejszych regionach, może być wymagana jeszcze większa wartość. Powierzchnia tafli lodowiska do hokeja wynosi około 1600 m². Do jej utworzenia potrzeba 45 - 57 m³ wody, zaś grubość warstwy lodu mieści się w granicach od 19 do 38 mm.

Innowacje w dziedzinie chillerów dla lodowisk

• Zwiększenie efektywności energetycznej. Bardzo ważnym parametrem chillerów, podobnie jak klimatyzatorów czy pomp ciepła, jest współczynnik COP, czyli stosunek generowanej mocy chłodniczej do pobieranej mocy elektrycznej. Określa on wydajność chłodzenia urządzenia i powinien być jak największy. Najnowsze modele chillerów do lodowisk osiągają COP na poziomie 3,5-4,5, dzięki czemu uzyskuje się na znaczące oszczędności energii elektrycznej. Uzyskuje się to dzięki inteligentnym sterownikom, wykorzystującym w zaawansowane algorytmy. Pozwalają one na optymalizację pracy chillera dzięki dostosowywaniu jego parametrów w czasie rzeczywistym do temperatury i nasłonecznienia oraz obciążenia lodowiska. Dzięki tym rozwiązaniom uzyskuje się znaczne oszczędności energii: nawet 20-30% w porównaniu do tradycyjnych systemów chłodzenia lodowisk.
• Zapewnienie odpowiedniej jakości lodu. Odpowiednia temperatura roztworu glikolu na wylocie z chillera gwarantuje utrzymanie idealnej konsystencji lodu. Powinna wynosić -12°C... -15°C. Niższe temperatury pomagają zapewnić odpowiedni stan lodowiska przy wyższych temperaturach otoczenia.
•  Zmniejszenie poziomu hałasu. Zastosowanie nowoczesnych rozwiązań tłumienia hałasu powoduje, że chillery pracują cicho, nie zakłócając komfortu zarówno użytkowników lodowiska, jak i obserwatorów czy kibiców sportowych.
• Ekologiczne rozwiązania czynników chłodniczych. W nowoczesnych chillerach najpopularniejsze są czynniki z grupy HFO (hydrofluoroolefiny), takie jak R32 czy R513A Zapewniają one doskonałą wydajność chłodniczą, jednocześnie zaś posiadają stosunkowo niskie wartości współczynnika globalnego ocieplenia GWP (odpowiednio 675 i 573), co oznacza ich niewielki wpływ na efekt cieplarniany. Stosuje się również zalecany przez UE propan (GWP=3). Przykładem może być Tor Lodowy w Elblągu, otwarty w 2017 r. Zainstalowano tam dwa agregaty wody lodowej z 16-ma sprężarkami półhermetycznymi, których łączna moc chłodnicza wynosi 860 kW. Jako czynnik pośredni użyto 16% roztwór wody amoniakalnej, schładzany do temperatury -14°C, co zapewnia wysoką jakość tafli lodu.
• Zastosowanie systemów odzysku ciepła. Umożliwiają one wykorzystanie ciepła pobranego z lodowiska, czyli tzw. ciepła odpadowego, do ogrzewania budynku lub wytwarzania ciepłej wody użytkowej. Dzięki temu uzyskuje sie dalsze zmniejszenie kosztów zużytej energii, czyli optymalizację kosztów eksploatacji całego obiektu.

Pogłębiaj swoją wiedzę, czytaj poradniki

Opracowanie redakcja : (T.H.)

Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.klimatyzacja.pl