冰场建筑设计请求

随着公民生活水平的提高，无论在北方还是南方，人们都对冰上运动产生了浓厚的兴趣。
人工冰场的兴建冲破了地域和韶光的限定，为人们供应了冰球、速滑、花样滑冰、冰上舞蹈、大众娱乐滑冰等冰上活动场所。
人工冰场从其功能上可分为：供运动员演习和比赛用的冰场和速滑冰场；供娱乐用的大众冰场等。
娱乐性冰场空调系统既不同于大型比赛用冰场，也不同于一样平常舒适性空调，并且培植初投资高，运行能耗大，因此冰场的设计值得研究。

1 娱乐性冰场空调特点

冰场建筑设计请求施工工艺

1.1 一样平常娱乐性冰场大多设置在商业娱乐性建筑内部，由独立的商家进行经营、掩护和管理。
由于作为一样平常用场，其尺寸可以任意确定，但多数是按能进行冰球比赛的园地尺寸来建造的。
娱乐性冰场常日不设大型不雅观众席，仅设部分围廊及公共区域。

1.2 一样平常娱乐性冰场空间大，面向室外的围护构造面积较大，有时还有透光屋顶，负荷特性较繁芜。

1.3 冰场区域呈明显不同的三个温度带：冰面附近的低温- 4℃，滑冰者直立区域的10℃以及周边公共区域的20℃。

1.4 办理冰场起雾、屋顶和表里面结露以及防腐问题是冰场透风空调设计的关键内容。
由于冷辐射的影响，冰场防结露打算不同于拍浮馆，难以直策应用现有公式进行精确打算，一样平常采取数值打算进行剖析。

2 室内设计参数的确定

2.1 温度和湿度

对付冰场内的空调设计干球温度和相对湿度，海内还没有干系设计规范和技能方法加以规定，只有几篇文献给出了建议值。
文献中建议室内温度不宜太低，一样平常取24℃，相对湿度不宜太高。
另有文献中建议在冰场1.2m高度处室内温度为20℃±2 ℃，相对湿度为50%±5%。
文献建议应严格掌握冰场内空气温湿度，空气温度低于22℃，相对湿度小于60%。
国外已有干系冰场技能指南明确给出了冰场内温湿度参数，例如有文献给出冰场内1.5m高度处空气温度为6～12℃，相对湿度不大于70%，并认为这样既节能又知足利用哀求。

国内外文献给出的冰场内设计参数推举值相差较大。
海内文献中给出的冰场内设计参数是参照一样平常舒适性空调房间的设计参数给出的，按一样平常区域考虑冰场内滑冰者的舒适性哀求，冰场内温度较低,夏、冬季均需供热方能达到设计温度，产生较大的冷热抵消能耗，而滑冰者的舒适性哀求则有待探究，且在这种设计参数下结露和起雾问题会明显加剧。
国外文献则基本上不对冰场内温度进行掌握，仅对相对湿度稍加掌握。
这样可能“捐躯”滑冰者的温度舒适性需求(实际上本文随后的数值打算结果表明，这种设计条件下职员的舒适度仍在可接管范围之内)，但有利于防结露和防雾，并且十分节能。

冰场内的温湿度除需知足职员舒适哀求外还应知足防结露、防堕落、防起雾的哀求。
有文献中归纳出易引起起雾和构造糜烂、堕落的室内参数，如表1～3所示。
为了防止冰场内各种构件受到结露或雾气的影响，须要对冰场空间的相对湿度进行严格掌握。

2.2 新风量

娱乐性冰场一样平常是按标准比赛园地尺寸来建造的,其滑行面积按1.5～2.8m2/人考虑，当取1.5m2/人时会十分拥挤，一样平常新建冰场基本上按上限来考虑。
人均设计新风量可按《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005，新版2015) 第3.0.2 条取值。

2.3 风速

职员活动区的风速须要严格掌握，过大的送风速率会加速冰面的融化，增加制冰系统的包袱，一样平常，风速宜为0.2m/s旁边。
如果采取喷口送风，为了掌握职员活动区域的风速，送风口的送风速率需经由严格打算确定。
而对付一样平常上送风，送风口的风速一样平常不宜大于2m/s。

3 冰场防结露设计

3.1 结露的缘故原由

在冰面冷辐射浸染下，冰场周边固体壁面及顶棚的表里面温度较低，一旦低于附近空气的露点温度，就会导致水蒸气结露附着在壁面，不但会堕落壁面材料形成霉菌，严重时还会形成水点掉落，影响冰面的平整及正常利用。
其余，室外湿润空气进入场内后，使场内空气的露点温度升高，也会加剧结露。

3.2 防结露的方法

目前，国内外防结露的方法紧张从建筑材料、加热气流两方面加以考虑。

1) 采取低辐射率的材料，如铝箔、抛光铝板、玻璃钢瓦楞板等作顶棚表面材料，以减少冰面对顶棚的冷辐射，同时使顶棚表面坚持较高的温度(高于场内空气的露点温度)。
这些板材对提高场内照度也有一定浸染。

2) 将经加热的空气送至顶棚，以提高顶棚表面温度至周围空气露点温度之上以防止结露，送风呈水平贴附射流为好,以便在顶部形成一个热空气层，从而避免屋顶结露。

3) 在冰场内加设除湿机，降落空气含湿量，从而降落室内空气露点温度，减少结露。

4) 在知足舒适性哀求的条件下，只管即便降落场内的温度和相对湿度，从而降落露点温度，减小结露的可能性。

对付除湿，目前紧张有以下几种办法：加热除湿、冷却除湿、溶液除湿、固体吸湿剂除湿、干式除湿等，各种除湿办法的优缺陷如表4 所示。
在冰场空调中，由于有低温载冷剂可以利用，故冷却除湿既方便又经济，利用普遍。

4 防雾设计

4.1 起雾的缘故原由

人造冰场上空的雾紧张是由于冰场上的冷辐射及对流传热形成的。
冰面附近空气温度靠近冰温，但随着高度的增加，空气温度迅速升高，直至靠近室温。
室内空气与冰面空气稠浊后的状态点处于焓湿图的雾区，即能形成雾气，当空气不流动时尤为严重。
从焓湿图上可以剖析得出：室内空气温度越高，相对湿度越大，就越随意马虎形成雾气。
根据干系文献中的现场测定，在冰面温度为-4℃，室内空气温度为24℃，冰场上空空气均匀流速为0.2m/s，相对湿度为80%的条件下，经8 h的冷辐射，冰场上空会形成雾粒半径为7～15μm、浓度为100个/cm3、视距为15m的弱雾，雾层高度约4m。
雾层的形成韶光在02：00～10：00。

4.2 防雾方法

根据雾气形成的机理，人造冰场内的除雾除湿归结起来有以下几种办法。

1) 由于冰场须要引入新风，故只要利用该新风系统(已经由除湿处理)向冰面送风，加强室内空气与冰面附近空气的稠浊，使稠浊点状态靠近室内空气状态，必能阔别雾区。
从气流组织上讲，宜选择上送下回气流办法，回风口靠近冰场。
由于雾粒体积比空气分子体历年夜，很随意马虎被气流带走，因而雾气会从冰场超越栏板向四周溢出，随即自行消逝，达到排雾的目的。
在雾气打消后即可停滞向冰场送风，由于雾气的打消改变了冰场内的空气湿度，因而距下次雾层的形成将有8 h 以上，可以担保一定的利用韶光。
8h后结合冰面修整机修整冰面再进行排雾,即可实现冰场无雾。
这种方法还可以减少透风运行用度。
另需把稳冰面附近的均匀风速不应过大，否则会影响冰面冷负荷从而引起冰面温度的变革。

2) 室内冰场区域加装除湿机进行局部去湿处理，以降落室内局部地区的露点温度。
该除湿机可以利用冰场回流溶液进行冷却除湿。

3) 对过渡时令采取自然透风的冰场，要把稳室外空气的温湿度参数，湿空气不能直接引入场内。

5 冰场节能方法

人工冰场培植初投资高，运行耗电量大，冰场内的能耗紧张在两方面：冰场制冷系统；冰场除湿空调系统。

5.1 制冷系统节能

冰场内最紧张的能耗在于制冰系统，制冷机在制冰过程中产生大量的冷凝热，这些热量常日由冷却塔排至室外。
同时冰场内还有许多需加热的场合(如末端再热、整冰加热等)。
如果将这两方面结合在一起，即将制冰主机产生的冷凝热回收起来供给须要加热的部位，将是一种节能方法。
其余，利用冰场回流溶液直接进行冷却除湿，也是一项节能方法，由于无需额外的制冷设备投入，可节省初投资和运行用度。
流程示意图如图1所示。

5.2 空调系统节能

在将室外新风经由去湿处理送入冰场空间时，为保持冰场一定的微正压须要将冰场内的空气排出，可以对需排出的低温空气进行能量回收作为对新风的预处理。
空气处理流程示意图见图2 。

6 工程实例

6.1 工程简介

某冰场为娱乐性冰场，位于上海某大型购物中央的7 层，超过7～9层直至顶层，冰场内净高将近20m，1 层为总做事台，紧张为售票、换鞋等区域。
2～3层为不雅观光围廊，围廊周边为餐饮和娱乐场所。
该冰场由专业公司参与经营，并卖力完玉成部冰场制冰系统的设计建造。
冰场模型图如图3 所示。

6.2 室内参数及空调办法的确定

在空态情形下(即没有采纳任何空调方法)，对模型分别进行了夏季、冬季和过渡季的CFD仿照打算，以得到不同时令冰场内的PMV和PPD，模型如图3所示。

ISO7730对PMV，PPD指标的推举值为：PPD＜10%，PMV = - 0.5～0.5。
《采暖透风与空气调节设计规范》(GB50019-2003) 对PMV，PPD指标的推举值为：PPD ≤27%，-1≤PMV≤1。
可见ISO7730 相对来说对人体的舒适性哀求更为严格。

从CFD 打算结果(见图4～8)可以得出：在不开启空调的情形下，距冰面1.5m 处即滑冰者的体感区的温度为7～16℃，相对湿度为60%旁边。

并可以算出夏季的PPD处于5.1%～7.4%之间，PMV值在-0.4～- 0.1间；冬季的PPD 处于5.6 %～9.1%之间, PMV值在0.2～0.4之间；过渡季的PPD 处于7.0 %～9.1%之间，PMV值在- 0.4～- 0.3之间。
可见，无论冬、夏季还是过渡季，PMV，PPD指标基本都能知足ISO7730哀求。
由此可知，冰场内无需进行空调处理，滑冰者穿着各时令相应的服装在冰上滑冰时对冰场热心况不满意的比例相称小。
这个结果同国外关于冰场设计指南中推举的室内参数值相称吻合。
至于职员所需新风，只需将送入室内的新风处理到场内空气状态点即可(各个时令冰场内的状态点可由CFD打算得到)。

6.3 防结露剖析打算

通过模型打算可以得出冰场区域内温、湿度场及顶板壁温的打算结果，然后通过比较各壁面(顶板和周边回廊吊顶)与其附近的空气露点温度(可以通过得出的干球温度和相对湿度算出)，剖析各个时令条件下，房间参数不同时结露的可能性。

在夏季，冰场上方的顶板内壁由于室外温度的影响壁面温度较高,加高下方冰面冷辐射的双重影响，设计日壁面温度大约为18.2～20.1℃，而该壁面附近的温度和相对湿度分别为18.4℃，65%，露点温度为11.7℃，不会产生结露征象。

冬季只管顶板壁面温度为5.5～6.7℃，但壁面附近的空气温度为6.5℃，相对湿度为75%，露点温度为2.4℃，也不会产生结露征象。

过渡时令，壁面温度为8.6～9.6℃，壁面附近的空气温度为9.3℃，相对湿度为45%，露点温度为-2℃，不会产生结露征象。

本例中冰场上方的屋面为一个夹层空间，仿照打算的边界条件也是按此选取的，故得出冬季壁面温度为5.5～6.7℃，此时辐射换热起主导浸染。

但若是冰场上方的顶棚为一样平常保温屋面，则由于室外温度较低，导热占主导浸染，这种情形下顶棚的壁面温度将可能低于其附近的露点温度，故一样平常为了保险起见，建议设置夹层屋顶或对顶棚加热以提高顶棚表里面温度而不至于结露。
也可以针对工程实际情形作CFD 打算，得到相对准确的数据(是否可能结露) 后采纳相应方法。
周边区的比较结果见表5 。

从表5 中结露剖析结果可知，对付周边区1层区域，为了担保房间不结露,夏季设计温度为24～25℃时，相对湿度不应高于55%。
冬季基本不会发生结露征象。
过渡季设计温度为20℃时，为了防止结露，其室内相对湿度不应大于50%。
对付周边区2层和3层区域，为了担保房间不结露，夏季设计温度为24～25℃时，相对湿度不应高于60%。
冬季基本不会发生结露征象。
过渡季设计温度为20℃时，为了防止结露其室内相对湿度不应大于50%。

对付大空间冰场，冰场顶板由于间隔冰面较远，辐射角系数相应较小，辐射换热量减小，同时由于顶板材料采取低辐射率的材料(铝箔)，进一步减小了辐射传热,因此顶棚接管冰面的冷辐射量较小，顶棚壁面温度不至于较低。
而冰场周边围廊区域，由于离冰面较近以及吊顶材料为一样平常材料，故接管冰面冷辐射较大，吊顶温度很低，特殊随意马虎结露。

6.4 冰场内参数的确定

1) 冰场区域

从夏季、冬季及过渡季的仿照结果可以看出，冰场区域内无需增加空调系统，只要将须要的新风处理到室内状态点即可担保职员舒适性，且冰场顶板不会结露。

2) 周边区域

为了防止结露的发生，夏季室内设计参数确定为：干球温度24℃，相对湿度55%；冬季室内设计参数为：干球温度18℃，相对湿度55%(不控)；过渡时令，掌握相对湿度不大于50%。

7 结论

建造一个运行良好的冰场，须要依赖各干系专业协同努力。

7.1 对建筑专业的哀求

1) 首先，建筑专业在确定冰场的位置时应进行充分论证，从利用效果及节能方面来说，冰场最好是能置于封闭空间中，将外界环境对其的影响减至最小。
有些冰场上方为玻璃屋顶，为此而进行的防结露设计耗能巨大，得不偿失落。

2) 冰场上方的屋顶和周围的墙体应采取良好的保温隔热方法，且上方的屋顶材料宜采取低辐射材料。

3) 冰面上部空间6 m高度以内不设任何举动步伐，否则会因冰面冷辐射结露凝水，产生霉变。
6m 以上高度由于接管冰面冷辐射能量减弱，相对不易结露，但详细项目尚需通过打算方可下结论。

4) 冰场四周围栏非常主要，由于它能有效阻挡冰场向四周空间的冷辐射。