人工滑冰场的设计简介

1、9.6 人工滑冰场的设计简介 9.6.I 室内滑冰场的种类和尺寸要求 室内滑冰场按其用途可分为以下几种： (1）冰球场（冰上曲棍球场）在北美地区，按运动员的要求与比赛规则，冰球场的 尺 寸为 26mX6Im，围墙拐角处的弯曲半径为 8.5m。 国际与奥林匹克冰球场的尺寸为 30mX60m，拐角半径为 6m。围墙高度从冰面起必须 是 10161219mm。 许多地区的冰球场尺寸分别为 26mX56.4m、 24.4mX54.9m,21.3mX51.8m也认为 是可以的，但拐角处半径不能低于 6m，使冰面整修车可以通过。 (2）溜石冰场冰上溜石是欧美国家盛行的冰上运动，比赛时参赛者在冰上用手滑动质

2、量约20kg 的豆包形石头，使它进人离起点约 28m 处的、直径为 3.6m 的圆圈中，即为取得比赛的胜利。 溜石冰场的标准尺寸为每面 4.3mX45m，为了留出划线机等的工作空间，大多设计成每面45mX46m。 (3）花样滑冰场 按学校或按花样滑冰的规定，通常可沿着 5mX12m 的路线进行。自由式或舞蹈式花样滑冰，通常需要面积为 18mX36m 或更大。 (4）速度滑冰场室内速度滑冰 赛通常是在冰球场内进行。奥林匹克室外速度滑冰场周长为400m,10m 宽的直道长 112m，内侧的拐角半径为 25m。大多数速度滑冰赛都在室外进行，但最近也有建在室内的趋势。 (5）娱乐性滑冰场娱乐性滑冰场的

3、尺寸可以任意确定。通常按每个滑冰人员占有面积为2.32.8 考虑，当滑行面积为 1.5m 人的时候，便会拥挤得无法滑行。若进行花样滑冰时，每人需要直径为 4.9m 的场地。一个 26mX6lm、拐角半径为 8. 5m 的冰球场，具 有 滑冰面积 1517 ，约可供 650 个滑冰者进行娱乐。 (6）多功能滑冰场室内滑冰场建筑一般不是只有单一的用途，往往在多功能体育馆，附设有滑冰用的地板及制冰用的制冷系统（如北京首都体育馆），主要用于滑冰训练、花样滑冰及冰球比赛外，还可适用于篮球、排球、 乒乓球、羽毛球等其他室内项目的比赛和调练，如 1985年 8 月建成的北京冰球馆等就属于多功能滑冰场。国外这

4、种多功能滑冰场还可进行拳击、马戏、冰展等活动。这种多功能滑冰场中，制冷系统的设计要求必须有足够大的功率，使能在1216h 内将冰面冻结好。 9.6.2 滑冰场制冷系统的特点 传统的人造滑冰场，尤其是室内滑冰场，考虑到安全问题，大多采用盐水（氣化钙水溶液较多）或乙二醇水溶液作为间接式制冷系统的载冷剂，冰场上的各种热量通过载冷剂再传递给制冷剂。大直径管道的滑冰场，每千瓦制冷负荷约需 180270ml/ s 的载冷剂 流量，以保持进、出口处的温差为 1 2 。循 环泵的工作压力约为 170KPa（ 表压 ） 。温差 23 也是正常的。有时制冷负荷很大时，温差可达 67 ，但必须保持冰面质量，即冰面不

5、出现裂纹 载冷剂冷却官于可用直径为 20mm、 25mm 和 32mm 的钢管，或直径为 25mm 的薄壁 聚乙 烯 塑料管或 高分子 聚乙烯塑料管 在相同的冰面温度下，间冷式制冷系统的蒸发温度要比直接蒸发式制冷系统低 56,样，就使制冷系统的电耗增加；此外，间冷式制冷系统的滑冰场起动时间也长，盐水对钢易腐蚀，塑料管的传热性能差。故目前在国内人造滑冰场有采用制冷剂直接蒸发式制冷系 统 的趋势，冰场 下 的蒸发排管用冷轧的无缝钢管。直接蒸发式制冷系统具有传热效果好、节能耗、冰场起 动 时间短、投资省、使用寿命长、运行费用低等优点，初投资可节省 30%,常运行费用也可节省 20%30%。直接蒸发式

6、制冷系统的工质可用氨或 R22，供液方式可采 用液泵供液。如 1977 年建成和 投人使用的长春市室外滑冰场、 1968 年建成的北京首都休育馆冰球场及东北地区先后建成的十多座人工制冷滑冰场，都是采用氨直接蒸发制冷系体，效果良好。上海南市冰宫也采用 R22 直接蒸发制冷系统。 9.6.3 滑冰场的地板的设计要求 设计滑冰场地板时应注意下列事项： 1）滑冰场地面厚度均匀，整个地板需保持水平，每平方米坡度不超过士 3mm，整个地板不超过士 6mm。 2）地板应能承受上面的荷载，并能经受由于温度变化而产生的反复热胀和冷缩现象。为此，应根据实际情况设置有伸缩接头的浮动地板构造。 3）滑冰场的地板需注意

7、排水处理。不仅是地坪下面的排水，还应考虑冰层融化后的排水处理，这对填充砂式地板尤为重要。 4）开放式地板在冰场停止使用期间，空气和湿气容易对冷却管及其他金属材料产生腐蚀作用。因此，在不使用时要注意对管道外表面的维护保养。 5）对全年使用的滑冰场，特别要注意防止地板下土壤的冻结。土壤一旦冻结，便会挤压地面上的设施，即产生地坪冻鼓现象，影响滑冰场的正常使用。 6）地板表面应涂刷油漆，通过冰层能经常见到地板面的颜色。室外人造滑冰场应涂制白色系列的油漆，以减少太阳辐射。 7）对防水隔气层的设置必须十分坚固。 9.6.4 滑冰场的地板构造的形式和特点 滑冰场的地板构造与 滑冰场的用途、土壤情况，以及制冰

8、工艺设计等因素有关，建造时必须与土建专业密切配合，共同协商做好地板构造设计。滑冰场地板的构造大体可分以下几种： (1）开放式地板开放式地板主要用于室外人造滑冰场。这种地板是最便宜的，可以无隔热层，也可设置隔热层，如图 9-9 所示。可采用能够更换的聚乙烯管道作为冷却管、优点是更换方便，但冷却管与钢联箱的连接处容易产生腐蚀现象。这种地板的缺点是不能按照季节的变化转换为其他用途，在排水不好的场所，需特别注意防止冻结。 (2）填充沙式地板所谓填充沙式地板是在上述开放式地板的冷却管四周， 用沙砾、沙子填充的地板。沙子应采用不含垃圾或粘土的优质河沙，不能用粘土或炉渣充填，因为炉渣中的硫在受潮后会释放出来

9、，对钢管等金属材料产生腐蚀。这种地板可以无隔热层，也可设置隔热层，如图 9-10 所示。 填充沙式地板的冰面比开放式地板冰层薄，冰面均匀，质量好。滑冰场的初投资都在贵，如滑冰场不作其他用途，通常可采用这种构造的地板。许多室外可搬动式滑冰场也可 采 用这种构造的地板。 (3）永久性地板大多数室内滑冰场，每年除供 几 个月的滑冰使用外，其余时间可供他功能使用。这种永久性构造的多功能用途的地板在日本、美国等国家使用较广泛。我国 1985 年建成的北京冰球馆也采用了永久性地板。为了防止地坪冻结，地板下最好采用直名为 300mm以上的卵石垫层。在隔热层的上面和下面都要设置完整的防水、隔气层。 冷却管周围

10、用细石混凝土填充，要求具有 冰层 冰层 水泥沙浆或水磨石地面 水泥沙浆或水磨石地面 18MPa 以上的强度。这种多用途式地板要能 承受频繁的冻、融变 化，制冷系统要有足够大 的制冷量，使 16mm 厚的冰层能在 12h 以内冻 结好。故地板必须具有很好的保温性能。永久 性地板的构造如图 9-11 所示。 最近在美国新建的常年使用滑冰场中，地 板下面设有加热装置，以防地坪冻结，如图 9-11b 所示。加热装置可以用电加热，多数为 不冻液或冷冻机油管道循环加热。加热管道设 置在隔热层下部 50100mm 混凝土处 ，管道 中心距为 300600mm，管道内的不冻液由压 缩机的过热蒸汽进行加热至 4

11、10 循环使 用。不能用水或空气作为热源在管道内循环 加热。 (4）游泳池式滑冰场地板游泳池式滑冰场是一种在滑冰季节以外，把闲置的滑冰场作为游泳池使用的两用冰场。多数游泳池式滑冰场采用钢板结构。这种冰场地板和永久性地板一样，在隔热地板上用 6mm 厚的钢板制成游泳池，再在钢板下面配制冷却管，并埋设于混 凝土 中、这种构造的 管道全部 采 用焊接，即使地基产生不均匀沉降现象，也不会发生断裂， 经久 耐用，自重轻，基储上栓谷易处理，施工简单且周期短。地板面由于比较平滑，能迅速 结冰跟融冰。 9 6.5 滑冰场所需制冷负荷的确定 滑 冰场所需的制冷负荷随着滑冰场的用途、季节、室内空气温度、场内滑冰人

12、数、观众数、室内外温差、风雨、日照及灯光负荷、冰层厚度和温 度等因素而变化。若按分项详细 计算 ，则太复杂，现介绍美国 ASHRAE 一 1994 年手册中的计算方法，表 9-7 可供校对计算时使用。计算公式为 QR = C ( QF+ Qc + QsR 十 Q L) (9-11) 式中 QR 一滑冰场所需制冷量（ k W ); C 制冷系统冷量损失系数 C =1.15; QF 水冷却与结冰所需制冷量（ k W ); Qc - 混凝土冷却所需制冷量（ k W ); QsR 载冷剂冷却所需制冷量（ kW ); QHL . 冰场和泵的热负荷（ kW )。 例 9-1 某室内常年开放的滑冰场（有空调

13、）可供滑冰比赛使用，冰场面积为 1500 ， 计算在 24h 内将冰结成 25mm 厚所需制冷量。 解：设有关材料的特性及条件如下： 影响滑冰场制冷负荷的因素很多，设计者必须采取十分谨慎的态度，并利用经验数据进行修正。 从我国北方地区已建成的滑冰场单位面积制冷负荷分析：室内滑冰场约 163233 W / ”；室外人工滑冰场约 488512W/ 。 9.6.6 滑冰场的冰层要求 滑冰场的冰层又称冰床，主要与冰层温度和冰层厚度有关。冰层的温度以冰层中心部分的温度为准，不同的冰上运动对冰层温度的要 求也不同。 ASHRAE -1994 年手册中介绍的数据为：滑冰场空气温度为 7 ，冰层厚度为 25m

14、m，对于冰上曲棍球运动，冰温一 6.5一 5.5最佳，因为冰上曲棍球运动员需在短时间加速或减速，希望冰面硬一些；花样滑冰者偏爱软一些的冰面， 以便清楚地看到他们的滑行轨迹，要求冰温一 4一 3 ；大众娱乐性冰场的冰面要求再软一些，使初学者易滑行，也可减少刮起的冰屑造成堆积，一般要求冰温一 3 2 。为达到这样的冰温，要求载冷剂温度比冰温低 36 。 冰层厚度为 3040mm，这时对冰温的控制也较容易，运转费用也较经济。但考虑到大众娱乐性滑冰冰面容易损伤，多数情况采用冰层厚度为 5060mm。花样滑冰的冰面要求 是干的，大众娱乐性冰场湿冰较好。所谓良好的冰面标准是看上去像带有 几 分湿气的干状冰

15、。总的来说，冰场上不应有积水现象。 为了清扫冰场的冰面，修整凹凸不平和调整冰层厚度，可用 7080 的热水喷洒即可。 若滑冰场备有冰面整修车等时，可省去热水喷水设备。 9.6.7 室内滑冰场空调设计时需考虑的特殊问题 室内滑冰场空调设计时，需要考虑解决的一些特殊间题如下： 1）夏季场内空调设计干球温度要适中，场内温度不宜太低，一般取 24 ，相对湿度不 宜过高，可取 60%。 2）屋顶或顶棚的内表面不应产生凝结水现象。冰场内 要考虑消除雾气的措施。 3）在滑冰场长期使用的情况下，冰场下面的土层不应冻结。 4）要选择隔热性能好、吸水率低的隔热材料。防潮隔气层应当设置在隔热层的高温侧，这样水蒸气在

16、隔热层中就不会凝结。有时，隔热层两侧的温度会发生反向转化，这时应在隔热层的两侧均设置防潮隔气层。防潮隔气层的施工质量一定要保证严密不透气。 5）从节能和防止结露考虑，墙面上的窗户应采用铝合金双层充气玻璃窗。即便是双层玻璃窗，具热阻值仍大大高于要求的最小执阳，所以在冬季及过渡季节，玻璃窗的内表面结露问题仍难以避免（除非通风、空调设计得很周到）。为 此，在玻璃窗下面应考虑设置收集和排除凝结水的装置 6）当滑冰场兼作其他球类比赛或训练时，空调系统设计及气流组织等也应能满足其他功能使用的要求。 7）应充分利用室内滑冰场散发的冷量。 9.6.8 消除滑冰场内的滴水和雾气的措施 多数常年使用的滑冰场，每当

17、初秋和暮春，滑冰场内温度在 16 左右、湿度又较大时，冰面容易产生雾气，顶棚凝露滴水现象较为突出。滴水落在冰面上，会破坏冰面的平整与光滑，冰面雾气又会降低冰场能见度，有时雾在一定高度处飘绕，对比赛会有影响。这些现象与滑冰场的结构，场内温、湿度条件，以及热负荷大小等因 素有关 ， 不可能用单纯的通风办法来消除。 滑冰场顶棚或天花板凝露滴水现象，可在设计建造滑冰场时就应考虑解决好，如在屋顶天花板下加一层防太阳热辐射的低辐射率材料，如铝箔、玻璃钢瓦楞板等作为天花板内侧材料，以减少对冰面的热辐射，同时，使天花板保持较高的温度（高于露点温度），可消除天花板的凝露与滴水问题。 消除滑冰场内雾气的方法是采取

18、去湿除雾的空气处理系统。滑冰场内含湿量大的空气不会向上升，而是相反滞留在冰层表面，因为这里的温度比周围空气的温度低。用载冷剂盘管或另设的空调机组来处理空气。将露点为 1013 的空气沿冰面喷射，同时在距冰面 3m 左右的上方进行排气，用以消除雾气。在夏季，这套装置作为滑冰场空调系统时，可将上部的排风管改为送风管，下部的送风管改为排风管，由于改变了滑冰场的气流组织，可使雾气消失。 夏 季滑冰场内相对湿度较大时，冰球场上空也有起雾的情况。据北京首都体育馆冰球场工作人员介绍，只要由上往下送人冷却去湿的干燥空气，冰场上空就不会出现雾气，经实际测定认为，当室内相对湿度为 80以下，空气的湿含量 d =1

19、6g/ kg ，就不会出现雾气。 对于各种去湿除雾装置的操作费用，要具体分析比较后加以选用，据美国方面介绍，冰 面为 1160 的溜石冰场，每小时约需去除 15kg 的水分，需耗制冷负荷约 21kW。 9.6.9 滑冰场在设计与使用时的节能问题 滑冰场的节能问题需从设计时与冰场使用过程中同时考虑，可从以下几方面进行。 1）制冷系统的选择。直接蒸发冷却制冰系统比间接冷却系统可节省运行费用 20左右，这在上面内容中已有介绍。由于 CFC 制冷剂被禁用，氨直接蒸发式制冰系统是最经济的选择，但由于对氨的安全性认识还未取得一致，故美国、日本等国家还未采用氨直接蒸发式的滑冰场。 2）减少屋顶天花板的太阳热

20、牺射。 据 美国 ASHRAE 资料介绍，室内滑冰场的运行执负荷（制冷负荷）计算中， 天花 板的辐射热约占 28%，可在屋顶设计一顶棚，使用铝箔等 低辐射率的材料作为防辐射层，这样处理后，约可减少制冷负荷 20%25%，并可解决花板的凝露、滴水问题，同时可提高照明度 20%25%（由于铝箔的高反射作用）。 3）间接冷却制冰系统中盐水泵的控制。间接冷却制冰系统中盐水泵或载冷剂泵是根把制冷系统最大热负荷来选配的。但冰场在实际运行时，经常低于最大热负荷，这时盐水泵的流量可以减少。可采用变速装置控制盐水泵的流量，并与冰面温度传感器联合使用，可节纳运行费用 60左右。这种控制 系统在美国与加拿大的一些滑

21、冰场中已得到使用。 4）制冰水的软化处理。一般城市自来水中含有浓度较高的矿物质和可溶性固形物。在冻结过程中，首先是纯水结冰，然后可溶解部分变成水溶液最后才结冰，这样的冰中心部分是不透明的，软而脆。滑冰场的冰必须是坚硬的，要避免呈软性、混浊状，这对滑冰比赛或花样滑冰都有相同要求。 经软化处理的水所冻结成的冰比未软化处理的冰更硬、更稠、更锋利，比赛时有利于冰刀的切 入 ，不易破碎，更有利于形成雪花。用反渗透水软化系统的滑冰场已在 1988 年冬季奥林匹克速度滑冰赛中得到使用，并在加拿大的一些滑冰场中得到应用。据介绍，由于采用反渗透水质软化 技术，使结成的冰硬度增加，冰面温度可提高 1 ，冰的厚度也

22、可减少，能保证高质量的冰面供比赛使用。因为冰面温度升高 1 ，可节约制冰耗电 14%，冰层的厚度减少对节省制冷负荷也是有利的，例如冰层厚度从 38mm 减少到 19mm 时，可使压缩机耗功降低 7%。 。加拿大与美国的一些滑冰场采用了水质软化技术后，推荐的滑冰场冰层的最佳厚度为 25mm 左右，冰层的 温度都比我国滑冰场要高出 1 左右。 5）制冷压缩机过热蒸气的利用。将压缩机排出的过热蒸气的热量加以利用，设置热交换器供地坪防冻加热、冰面整修需用热水等用途。 6）设置高效照明设备。冰场内设置高效照明系统，可减少照明产生的热负荷，天花板采用高反射率的铝箔可提高冰场内的照明度。 7）地坪设置隔热层等措施。 9.6.10 室外人滑冰场与室内滑冰场的设计的主要区别 室外人工滑冰场的设计，就其制冷原理、冷却结冰方式是基本相同的。由于室外人工滑冰场白天受太阳辐射热的影响大，所以其制冷负荷会增加很多。对室外冰球场，由于四 周设有1240mm 高的界墙，因此，界墙内侧冰面的太阳辐射热量随方向不同而变化。西面和南面所受的辐射热量最大，为保证这两面的冰层质量，可设计宽度为 1m 左右的环向管路，必要时还可增大环向管路段的供冷量。冷却管的敷设范围与界墙平齐即可。这样的布置除可节省材料和投资外，还为界墙安装创造了便利条件。