Technologie chlazení ledové plochy

• Foto

V třinecké hale je navrženo nepřímé – dvoukruhové chlazení, které bude mít v primárním okruhu použito jako chladivo čpavek – NH3 (mezinárodní označení R717). V sekundárním okruhu chlazení ledové plochy a v okruhu ohřevu podloží ledové plochy bude jako teplonosná látka použit roztok nemrznoucí směsi na bázi octanu a mravenčanu, v sekundárním okruhu chlazení nemrznoucí směsi pro potřeby vzduchotechniky bude použit roztok propylenglykolu.

POPIS CHLADICÍHO (ČPAVKOVÉHO) OKRUHU
Chlazení ledové plochy zajišťují dva šroubové kompresory usazené na společném rámu a s potřebným příslušenstvím tvořící jedno kompaktní dvou-kompresorové soustrojí. Součástí zmíněného příslušenství kompresorového soustrojí je vysoce účinný odlučovač oleje, olejové čerpadlo s olejovými filtry a dvojice olejových chladičů, jeden vodou chlazený, druhý čpavkový termosifonový. S ohledem na optimalizaci provozních i investičních nákladů je navržen jeden kompresor s frekvenčním měničem, druhý kompresor bez frekvenčního měniče. Celkový maximální navržený výkon soustrojí je cca 692 kW, při teplotě vypařovací t_o = –16 °C a teplotě kondenzační t_k = +35 °C.

Chlazení nemrznoucí směsi pro potřeby vzduchotechniky zajišťují také dva šroubové kompresory usazené na společném rámu a s potřebným příslušenstvím (jako u prvního soustrojí) tvořící jedno kompaktní dvou-kompresorové soustrojí. S ohledem na uvedené provozní a investiční náklady je jeden kompresor osazen frekvenčním měničem, druhý kompresor je bez frekvenčního měniče. Celkový maximální navržený výkon soustrojí je cca 1 203 kW, při teplotě vypařovací t_o = +2 °C a teplotě kondenzační t_k = +35 °C.

V případě odstávky některého z kompresorů bude tento kompresor přechodně nahrazen kompresorem z druhého okruhu. V případě odstávky (poruchy) kompresoru na okruhu chlazení ledové plochy a momentální potřeby zvýšeného výkonu tohoto okruhu bude přechodně použit kompresor z okruhu chlazení nemrznoucí směsi pro
vzduchotechniku (snížený výkon okruhu chlazení nemrznoucí směsi pro vzduchotechniku). V případě odstávky (poruchy) kompresoru na okruhu chlazení nemrznoucí směsi pro vzduchotechniku a momentální potřeby zvýšeného výkonu tohoto okruhu bude přechodně použit kompresor z okruhu chlazení ledové plochy (snížený výkon okruhu chlazení ledové plochy).

Osazení obou dvou-kompresorových soustrojí dvěma chladiči oleje je z důvodu využití odpadního tepla. Prioritně je olej chlazen ve vodním chladiči cirkulační vodou v uzavřeném okruhu (a případně dochlazován v termosifonovém čpavkovém chladiči oleje) a výkon z chlazení oleje je využíván a odváděn do výměníku pro předehřev TUV. Druhý čpavkový chladič je využíván při nemožnosti využití tohoto odpadního tepla z oleje (nebude potřeba tepla pro TUV), potřebný výkon je odváděn v kondenzátoru.

Kompresory nasávají čpavkové páry z deskových výparníků přes odlučovače kapalného čpavku (jeden pro chlazení ledové plochy, druhý pro chlazení propylenglykolu pro vzduchotechniku), ve kterých se odloučí kapičky kapalného čpavku a jsou vytlačovány do ležatých odlučovačů oleje kompresorových soustrojí a následně přes výměník pro využití odpadního tepla z přehřátých par čpavku do odpařovacích kondenzátorů umístěných vedle strojovny chlazení na venkovní plošině (ocelové nosné konstrukci). V těchto kondenzátorech páry čpavku zkondenzují v kapalinu, která se shromažďuje ve sběrači chladiva ve strojovně chlazení. Část čpavkových par kondenzuje v kotlovém kondenzátoru (výměník pro využití kondenzačního tepla pro sněžnou jámu), zkondenzované chladivo je vedeno do sběrače chladiva. Z tohoto sběrače je kapalina nastřikována přes škrtící armatury do jednotlivých odlučovačů chladiva. Z těchto odlučovačů jsou kapalným čpavkem gravitačně zaplavovány deskové výparníky, ve kterých se čpavek odpařuje a tím vychlazuje nemrznoucí směs pro chlazení ledové plochy, resp. nemrznoucí směs pro chlazení vzduchotechniky a parokapalinná směs čpavku se vrací zpět do odlučovačů. V odlučovačích se odloučí kapalná složka směsi a páry čpavku nasávají opět kompresory. Na vysokotlaký sběrač chladiva je umístěn automatický odvzdušňovač chladiva zajišťující automatické odvzdušňování chladivového (čpavkového) okruhu.

Kondenzační stranu tvoří jednak kotlový kondenzátor a dále dva odpařovací kondenzátory osazené tlumiči hluku na sání a na výtlaku. Kondenzační strana je společná pro chladicí zařízení pro chlazení nemrznoucí směsi pro ledovou plochu i pro chlazení nemrznoucí směsi pro vzduchotechniku. Elektromotory ventilátorů odpařovacích kondenzátorů jsou osazeny frekvenčními měniči, regulace výkonu těchto kondenzátorů je prováděna ekonomicky pomocí plynulé změny otáček motorů na konstantní kondenzační tlak. Vodní hospodářství odpařovacích kondenzátorů tvoří externí nádrž na vodu umístěná ve strojovně chlazení, dále cirkulační čerpadla vody a zařízení pro úpravu vody pro kondenzátory. Jako zdroj vody pro kondenzátory slouží jednak dešťová voda, akumulovaná v zásobnících a dále voda z řádu. Do zásobní nádrže ve strojovně chlazení je dopouštěna dešťová voda namíchána s vodou z řádu, v době, kdy nebude zásoba dešťové vody, bude dopouštěna voda z řádu. Dešťová voda je filtrována a dle potřeby upravována a míchána s vodou z řádu. Úpravna cirkulační vody na kondenzátory zajišťuje automatický odluh vody včetně automatického dopouštění a dále dávkování potřebných chemikálií zajišťující ochranu proti korozi a usazování i biologickou ochranu.

OKRUH TEPLONOSNÉ LÁTKY (NOSIČE CHLADU) LEDOVÉ PLOCHY
Nemrznoucí směs pro ledovou plochu, vychlazenou v deskovém výparníku, dopravují cirkulační čerpadla potrubím do rozdělovačů umístěných a zabetonovaných pod ledovou plochou a pak dále do trubkového chladicího registru ledové plochy. Cirkulační čerpadla jsou navržena dvě. Jedno provozní osazené frekvenčním měničem a druhé rezervní bez frekvenčního měniče. Výkon provozního čerpadla je regulován dle aktuální teploty ledu.

Chladicí trubky (registr) ledové plochy jsou ocelové, zabetonované s leštěným betonem tak, aby mohla být ledová plocha po sezóně využívána i k jiným sportům nebo pro jiné účely.

Ledová plocha má vhodnou tepelnou izolaci, součásti skladby ledové plochy je registr pro ohřev podloží, aby nedocházelo k jeho promrzání. Ohřev podloží je realizován pomocí trubkového roštu z umělohmotných trubek, ve kterém cirkuluje nemrznoucí teplonosná látka. Pro ohřev podloží je využito odpadního tepla z chladicího okruhu z podchlazení kapalného chladiva za kondenzátorem, čímž se zvyšuje účinnost chladicího zařízení.

POPIS OKRUHU TEPLONOSNÉ LÁTKY PRO VZDUCHOTECHNIKU
Nemrznoucí směs pro rozvody vzduchotechniky je vychlazována v deskovém výparníku a ke spotřebičům je dopravována cirkulačními čerpadly. Cirkulační čerpadla jsou navržena dvě, jedno provozní a druhé rezervní. Čerpadla jsou osazena frekvenčními měniči. Provozní čerpadlo je spouštěno od povelu chladit nemrznoucí směs pro vzduchotechniku. Součástí zařízení zajišťujícího chlazení nemrznoucí směsi pro potřeby vzduchotechniky je i systém pro první naplnění a dále doplňování směsi do okruhu, včetně hlídání tlaku v systému a expanze. Hranice dodávky okruhu chlazení nemrznoucí směsi pro vzduchotechniku jsou na přírubách armatur za rozdělovačem a sběračem vody, tyto armatury jsou součástí technologie chlazení.

POPIS OKRUHU VYUŽITÍ ODPADNÍHO TEPLA
Z chladicího zařízení je využíváno teplo z přehřátých par chladiva, teplo kondenzační, teplo z podchlazení kapalného chladiva a dále teplo z chladičů oleje u kompresorových soustrojí.

Teplo z přehřátých par chladiva
Pro využití tepla z přehřátých par chladiva je ve výtlačném potrubí kompresorových soustrojí navržen deskový výměník tepla (čpavek/voda) pro ohřev vody. Přednostně je toto teplo využíváno pro ohřev (předehřev) vody pro rolbu v zásobní nádrži (v ohřívači vody). Množství získaného tepla je závislé na momentálním výkonu provozovaných kompresorů, resp. na momentálním výkonu chladicího zařízení, průměrně bude k dispozici cca 100 kW. V případě potřeby dohřátí vody pro rolbu na požadovanou teplotu, je tato voda, která je shromažďována v zásobní nádrži, dále dle potřeby dohřívána horkou vodou z výměníkové stanice v ohřívači vody. V případě dostatečné zásoby ohřáté vody pro rolbu, bude toto teplo z přehřátých par čpavku k dispozici pro ohřev (předehřev) TUV. Řízení systému ohřevu vody pro rolbu, případně ohřevu vody pro TUV z přehřátých par chladiva je řízeno od teploty vody v nádrži vody pro rolbu, resp. v akumulační nádrži TUV. Deskový výměník je dimenzován na max. výkon 130 kW při zchlazení čpavkových par z teploty +75 °C na +40 °C.

Kondenzační teplo
Pro využití kondenzačního tepla je ve výtlačném potrubí kompresorových soustrojí navržen kotlový kondenzátor (čpavek/voda). Oteplená voda z tohoto kondenzátoru je využívána pro rozpouštění sněhu a ledu ve sněžné jámě. Řízení systému ohřevu vody v jámě kondenzačním teplem je závislé od teploty vody ve sněžné jámě.

Rozpuštěná voda ze sněžné jámy je zpětně využívána pro potřeby rolby. Rozpuštěná voda ze sněžné jámy je dopravována čerpadlem přes zařízení pro filtraci této vody do zásobní nádrže vody pro rolbu. Do této zásobní nádrže je dle potřeby doplňována také přídavná voda z řádu, která je předupravena změkčením. V zásobní nádrži je voda pomocí vloženého registru ohřívána (předehřívána) odpadním teplem z přehřátí par chladiva a dále je v následujícím zásobníku voda v případě potřeby dohřívána na požadovanou teplotu (dohřev vody horkou vodou z výměníkové stanice – napojení dohřevu je součástí provozního souboru výměníková stanice).

Teplo z podchlazení kapaliny
Pro vyhřívání podloží ledové plochy je navrženo využití tepla z podchlazení kapalného čpavku za kondenzátory. Pro tento účel je v kapalinovém potrubí deskový výměník (čpavek/nemrznoucí směs). Oteplená nemrznoucí směs je cirkulačními čerpadly dopravována do potrubního registru vytápění ledové plochy a z tohoto ochlazená putuje zpět na deskový výměník. Řízení chodu systému ohřevu podloží je automatické od teploty podloží.

Teplo z chlazení oleje
Teplo z chladičů oleje kompresorových soustrojí je využíváno pro ohřev, resp. předehřev vody pro TUV. Množství získaného tepla je závislé na momentálním výkonu provozovaných kompresorů, resp. na momentálním výkonu chladicího zařízení, průměrně je k dispozici cca 130 kW. Teplo z chladičů oleje je odváděno přes vložený vodní meziokruh (přes deskový výměník) do okruhu vody pro TUV. Napojení je na hrdlech akumulační nádoby, která je součástí provozního souboru výměníkové stanice. Řízení systému předehřevu TUV z chlazení oleje je dle teploty v akumulační nádobě TUV. V případě požadavku odběru tepla je spuštěno jednak jedno ze dvou čerpadel v meziokruhu chladič oleje/výměník voda-voda a dále čerpadlo vody v okruhu výměník voda-voda/akumulační nádoba. V případě nahřátí vody v akumulační nádobě na nastavenou teplotu je ohřev TUV z chladičů oleje odstaven. Veškeré chlazení oleje probíhá v termosifonových čpavkových chladičích.

Trubkový registr chlazení ledové plochy
Ledová plocha má rozměry 28 m na šířku a 58 m na délku (rozměry mezi mantinely). Chladicí trubkový registr ledové plochy je tvořen z ocelových trubek (vlásenek) o rozměru 26,9 × 2,6 mm. Rozteč těchto vlásenek je 75 mm. Trubky registru jsou napojeny na rozdělovací a sběrné potrubí, která jsou uložena ve středovém kanále ledové plochy. Trubky v ploše jsou vedeny tak, aby směr proudění nemrznoucí směsi v registru byl vystřídán, a tímto je zajištěno stejnoměrné rozložení teploty nemrznoucí směsi v celé ploše. Potrubní rošt ledové plochy je podložen distančními lištami tak, aby byla zajištěna stejná rozteč (75 mm) a rovinatost kopírující rovinatost podkladní betonové desky s odchylkou max. ±3 mm. 

Systém rozdělovacího a sběrného potrubí je řešen tří-trubkově z důvodu zajištění nejoptimálnějšího hydraulického rozdělení nemrznoucí směsi do jednotlivých vlásenek. Rozdělovací a sběrné potrubí je tvořeno z trubek 219 × 6,3 mm. Trubky registru a trubky rozvodného a sběrného systému jsou z uhlíkové oceli. Na začátku a konci rozvodného potrubí jsou (mimo ledovou plochu) servisní šachty. V těchto šachtách je provedeno na rozvodném a sběrném potrubí odvzdušnění potrubního systému. Napojení systému rozvodného a sběrného potrubí ledové plochy na přívodní potrubí (resp. na spojovací potrubí mezi ledovou plochou a strojovnou chlazení) je přes uzavírací mezipřírubové klapky DN 200. Tyto klapky jsou přístupné ze servisní šachty, kde se napojuje přívodní potrubí na rozvodný systém plochy.

Na čtyřech místech ledové plochy jsou umístěna teplotní čidla, podle kterých je řízen průtok nemrznoucí směsi do plochy a systém chlazení ledové plochy.

Spojovací potrubí mezi strojovnou chlazení a ledovou plochou je z nerezového potrubí v dimenzi DN 200. Toto potrubí je izolováno tepelnou izolací určenou pro nerezové chladicí rozvody.

Trubkový registr ohřevu podloží ledové plochy
S ohledem na předpokládaný celoroční provoz ledové plochy je počítáno s ohřevem podloží ledové plochy. Potrubní rošt ledové plochy včetně napojovacích rozvaděčů a sběračů je z plastového potrubí. 

Na čtyřech místech v podloží ledové plochy jsou umístěna teplotní čidla, podle kterých je řízen chod systému ohřevu podloží ledové plochy.

Spojovací potrubí mezi strojovnou chlazení a registrem ohřevu podloží je z nerezového potrubí v dimenzi DN 50. Toto potrubí je izolováno tepelnou izolací určenou pro nerezové rozvody.

SILNOPROUDÁ ELEKTROINSTALACE
Veškerá silová elektroinstalace pro chladicí zařízení je umístěna v elektrorozvodně vedle strojovny chlazení. Elektrická instalace je provedena podle platných norem ČSN. V elektrorozvodně jsou instalovány rozvaděče pro připojení veškerých spotřebičů technologie chlazení, tj. elektromotorů kompresorů, čerpadel a ventilátorů, řídicích jednotek kompresorů, napájení podružných rozvaděčů a napájení rozvaděčů měření a regulace. Jednotlivá pole rozvaděčů technologie chlazení obsahují jistící, spínací a ochranné prvky pro kompresory, pro ventilátory odpařovacích kondenzátorů a pro čerpadla.

Umístění frekvenčních měničů elektromotorů kompresorů je ve strojovně u kompresorových soustrojí. U jednotlivých elektromotorů čerpadel a ventilátorů jsou umístěny deblokační skříňky s možností volby provozu (ručně/vypnuto/automat). Kompresorová soustrojí mají svůj vlastní autonomní systém s vypínacím STOP tlačítkem. Celé chladicí zařízení je možné v případě potřeby nouzově vypnout buď na řídicím systému ve velínu (na operačním pracovišti) anebo pomocí havarijních STOP tlačítek (dálkových nouzových vypínačů) umístěných vně strojovny v blízkosti dveří (vrat) a uvnitř strojovny na vhodném místě.

Kabelové trasy jsou vedeny kabelovými žlaby, chráničkami a po stavebních konstrukcích strojovny chlazení a rozvodny v kabelových roštech.

MĚŘENÍ A REGULACE
Ovládání a řízení části technologie chlazení je zajištěno vlastním autonomním řídicím systémem. Řídicí automat je umístěn do rozvaděče v elektrorozvodně vedle strojovny chlazení. Řídicí automat je propojen komunikační linkou s řídicími jednotkami kompresorových soustrojí a zajišťuje automatické řízení kompletní technologie chlazení, tj. řízení chlazení ledové plochy, chlazení nemrznoucí směsi pro vzduchotechniku, řídí jednotlivé okruhy využití odpadního tepla, dále vyhodnocuje provozní stavy a podle těchto stavů ovládá jednotlivé prvky chladicího zařízení. Chod zařízení je plně automatický, pouze s periodickým dozorem zaučené obsluhy.

Operátorské pracoviště pro styk obsluhy zařízení s řídicím systémem se nachází ve velínu vedle strojovny chlazení a je vybaveno osobním počítačem, záložním zdrojem, monitorem a tiskárnou pro tisk trendů a událostí.

Na operátorském pracovišti je instalováno SW vybavení pro vizualizaci, řízení a archivaci technologických procesů dle zpracovaných schémat technologie chlazení. Prostřednictvím klávesnice a zobrazené technologie chladicího zařízení na monitoru PC může obsluha ovládat připojené zařízení, sledovat veškeré hodnoty a stavy provozní technologie, případně ovládat a řídit technologii v ručním režimu. Na monitoru obslužného pracoviště lze zobrazovat ve zvoleném formátu trendy sledovaného zařízení, historii provozních a havarijních stavů, apod. Zpracované data lze vytisknout na připojené tiskárně.

Z podkladů BfB studio s. r. o. Praha a ČKD CHLAZENÍ, s. r. o. Choceň

Ice Layer Cooling Technology
The cooling mechanism is designed for cooling of one ice layer with dimensions of 28 × 58 m with an operation period from 10 to 11 months per year, and for cooling of an anti-freeze mixture for air conditioning needs. A heated subsoil of an ice layer with a possibility to use waste heat from the cooling mechanism is also a part of the design of the cooling mechanism. The indirect – two circuit cooling designed for the Třinec arena uses ammonia – NH3 (international marking R717) as a coolant
of the primary circle. The secondary circuit of the ice layer cooling and the circuit of the ice layer subsoil use the solution of an anti-freeze mixture on the basis of acetate and formate as a cooling medium. In the secondary circuit of cooling by an anti-freeze mixture, the solution of propylene glycol is used for of air conditioning needs.

Autor

• Bc. Fejfar Vítězslav

Technologie chlazení ledové plochy