Математическое моделирование воздушного режима в зале с ледовой ареной

В данной статье приведены результаты исследования совместной работы двух систем кондиционирования воздуха для трибун (характеристика системы К1: 20 решеток АМН – 450х200 с G = 5,35 кг/с), и для ледового поля (характеристика системы К2: 22 сопла 3СДК – 200 с G = 9,11 кг/с). Для проведения исследования была создана объемная модель помещения в программе «SolidWorks» и экспортирована в программу «STAR – CCM+». Следующим этапом была сгенерирована [1] объемная сетка на 3.500.000 ячеек и были заданы параметры физических моделей воздуха, приведенные на рисунке 1.

Рис. 1. Выбранные параметры физических моделей воздуха

В результате расчетов наглядно видно поведение приточной струи, температура воздуха в рабочей зоне поля и трибун, и во всем объеме помещения, скорость воздуха и относительная влажность.

На основе полученных данных в ходе исследования можно сделать следующие выводы:

1. Привычный нам метод расчета воздухораспределения по [2], где приточная струя должна достигать рабочей или обслуживаемой зоны (на ледовом поле это 1,500 - 1,700м), не применим для ледового поля, т.к. приточная струя имеет высокую температуру относительно льда (в данном случае температура приточного воздуха 30°С, а температура ледового поля -6°С) и при прямом воздействии на него, струя может негативно влиять на качество льда. Правильно будет направить сопла под таким углом к полю, чтобы оно не воздействовало на него напрямую, и смешение воздуха происходило за счет физической активности спортсменов на поле.

В данном примере отсутствие прямого воздействия струи на лед было достигнуто при -30° относительно горизонтали сопел, расположенных по длинной стороне ледового поля и при 0° относительно горизонтали, остальных сопел. Результаты приведены на рисунках 2-4.

Рис. 2. Параметры подбора воздухораспределительного устройства

Рис. 3. Скаляр изоповерхности приточной струи при скорости в 0,6 м/с и угле подачи

Рис. 4. Скаляр изоповерхности приточной струи при скорости в 0,6 м/с и угле подачи относительно горизонтали -30°

2. По расположению сопловых воздухораспределителей, тоже есть рекомендации, которые следует учитывать. На угловых участках ледового поля их располагать не стоит, по причине того, что струя может комбинироваться и приобретать более высокую скорость и начать достигать и воздействовать на лед. Результаты приведены на рисунке 5 и 6.

Рис. 5. Скаляр изоповерхности приточной струи при расположении сопел на угловой части ледового поля

Рис. 6. Скаляр изоповерхности приточной струи без расположения сопел на угловой части ледового поля

3. Температура воздуха в объеме всего помещения ледового поля установилась на отметке 22°С, что удовлетворяет требуемым параметрам воздуха для зрителей по [3], а для ледового поля температурные параметры воздуха другие [4], но это достигается за счет физической активности спортсменов, при котором происходит смешение воздуха, который находится непосредственно у самого льда и выше уровня рабочей зоны. Результаты приведены на рисунках 7 и 8.

Рис. 7. Скаляр осредненной температуры воздуха во всем объеме помещения в поперечном сечении

Рис. 8. Скаляр осредненной температуры воздуха в продольном сечении ледового поля на уровне 1,5 м

4. Скорость воздуха при выходе из сопла достигает 13,1 м/с, в рабочей зоне на ледовом поле скорость воздуха колеблется между 0,25 – 0,3 м/с, что соответствует допустимым параметрам по [4], а на трибунах она установилась на отметке 0,28 м/с, что соответствует допустимым параметрам по [3]. Результаты приведены на рисунках 8 и 9.

Рис. 8. Скаляр осредненной скорости воздуха в продольном сечении

Рис. 9. Скаляр осредненного значения скорости воздуха в поперечном сечении

5. Относительная влажность во всем объеме помещения установилась на значении равном 43,5 %, что удовлетворяет требуемым значениям воздуха для поля и зрителей по [3- 5]. Результат приведен на картинке 10.

Рис. 10. Скаляр отображения осредненного значения величины относительной влажности в поперечном сечении всего объема помещения

Подводя итоги можно сказать, что ошибки, допущенные при организации воздухообмена, были обнаружены и исправлены. Системы К1 и К2 в объеме помещения благодаря оптимально подобранному воздухообмену создают допустимые параметры микроклимата воздуха.

1. Использование программы STAR-CCM+ при проектировании систем вентиляции: учеб. пособие / А. Н. Колосницын, Д. М. Денисихина; СПбГАСУ. – СПб., 2016. – 106 с.
2. СП 60.13330.2020 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
3. ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные.
4. СП 31-112-2007 Физкультурно-спортивные залы. Часть 3. Крытые ледовые арены. М.: Минрегион России, 2007. - 156 с.
5. Инженерные системы помещений с искусственным льдом и снегом. ‒ М.: КУРС: ИНФРА‒М, 2014. ‒ 240с. О.Я. Кокорин, Н.В. Товарас.