mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2023.11.1802-1812mgssuvest-115Research ArticleИнженерные системы в строительствеEngineering systems in constructionРазработка методики и программы расчета параметров воздуха при кондиционировании и вентиляции крытых катковDevelopment of methodology and programme for calculation of air parameters for air conditioning and ventilation of indoor skating rinkshttps://orcid.org/0000-0001-6040-323XЧуйкинС. В.ChuykinS. V.

Сергей Владимирович Чуйкин — кандидат технических наук, доцент кафедры строительной механики

394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84

Scopus: 57216439704, ResearcherID: R-3144-2016

Sergey V. Chuykin — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Construction Mechanics

84 20-letiya Oktyabrya, Voronezh, 394006

Scopus: 57216439704, ResearcherID: R-3144-2016

ser.chu@mail.ruВоронежский государственный технический университет (ВГТУ)РоссияVoronezh State Technical University (VSTU)Russian Federation202330112023181118021812Copyright © Чуйкин С.В., 20232023Чуйкин С.В.Chuykin S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/115Введение

Введение. В помещениях с искусственным льдом, к которым относятся крытые катки и ледовые арены, для предотвращения размягчения льда, образования тумана и выпадения конденсата конвективная составляющая теплообмена должна расходоваться на охлаждение воздуха зоны ледового поля до нормируемых значений. От точности расчета микроклиматических параметров зависит не только комфорт находящихся на поле людей, но и качественные характеристики льда. Актуальна разработка методики и программы расчета указанных параметров при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для повышения точности расчета предложена новая методика аналитического определения параметров состояния воздуха в зоне ледового поля крытых катков и ледовых арен. Данная методика отличается от существующих применением итерационного метода расчета при выборе оптимального соотношения расходов воздуха на первой и второй ступенях рециркуляции, что позволяет исключить дополнительное охлаждение притока в холодный период года.

Результаты

Результаты. Разработанная методика реализована при составлении алгоритма программы расчета искомых параметров и учитывает современные данные численного моделирования температурных полей в обслуживаемой зоне, скорректированный диапазон величины градиента температуры по высоте рассматриваемого помещения и коэффициента массообмена, определяемого с помощью теории тройной аналогии тепломассообменных процессов.

Выводы

Выводы. Предложенные методика и программа расчета дают возможность повысить точность определения температуры, влагосодержания, парциального давления и энтальпии при проектировании систем вентиляции и кондиционирования помещений с искусственным льдом, что способствует сокращению избыточных энергетических затрат при обработке воздуха в центральном кондиционере.

Introduction

Introduction. In premises with artificial ice, which include indoor ice rinks and ice arenas, in order to prevent ice softening, fog formation and condensate precipitation, the convective component of heat exchange should be spent on cooling the air of the ice field area to standardized values. Thus, the accuracy of the calculation of microclimatic parameters depends not only on the comfort of people on the field, but also on the qualitative characteristics of the ice. The presented article is devoted to the development of a methodology and a programme for calculating these parameters when designing ventilation and air conditioning systems.

Materials and methods

Materials and methods. To improve the calculation accuracy, a new method of analytical determination of air condition parameters in the ice field area of indoor ice rinks and ice arenas is proposed. This method differs from the existing ones by application of iterative calculation method when choosing the optimal ratio of air flow rates at the first and second stages of recirculation, which makes it possible to exclude additional cooling of the inflow during the cold season.

Results

Results. The developed method is implemented in the algorithm of the programme for calculation of the required parameters and takes into account the modern data of numerical modelling of temperature fields in the served area, the corrected range of the temperature gradient value by the height of the room under consideration and the mass transfer coefficient determined using the theory of triple analogy of heat and mass transfer processes.

Conclusions

Conclusions. The proposed methodology and calculation programme make it possible to increase the accuracy of determining temperature, moisture content, partial pressure and enthalpy determination when designing ventilation and air conditioning systems for rooms with artificial ice, which contributed to the reduction of excessive energy costs when processing air in the central air conditioner.

вентиляциякондиционированиеId-диаграммапроцессы обработки воздухавентиляция крытых катковпараметры состоянияавтоматизированное проектированиеventilationair conditioningId diagramair treatment processesindoor ice rink ventilationcondition parameterscomputer-aided designАвтор выражает благодарность редколлегии и рецензентам за профессиональный и ответственный подход к работе.The author expresses gratitude to the editorial board and reviewers for their professional and responsible approach to the work.ReferencesLevy J.I., Lee K., Yanagisawa Y., Hutchinson P., Spengler J.D. Determinants of nitrogen dioxide concentrations in indoor ice skating rinks // American Public Health Association. 1998. Vol. 88. Issue 12. Pp. 1781–1786. DOI: 10.2105/ajph.88.12.1781Levy J.I., Lee K., Yanagisawa Y., Hutchinson P., Spengler J.D. Determinants of nitrogen dioxide concentrations in indoor ice skating rinks. American Public Health Association. 1998; 88(12):1781-1786. DOI: 10.2105/ajph.88.12.1781Yang C., Demokritou P., Chen Q., Spengler J. Ventilation and air quality in indoor ice skating arenas // ASHRAE Transactions. 2000. Vol. 106. Pp. 4405–4414.Yang C., Demokritou P., Chen Q., Spengler J. Ventilation and air quality in indoor ice skating arenas. ASHRAE Transactions. 2000; 106:4405-4414.Ivanov Y., Novikov N. Dual-channel digital control of energy consumption and air supply in microclimate systems of livestock premises // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 937. Issue 3. P. 032002. DOI: 10.1088/1755-1315/937/3/032002Ivanov Y., Novikov N. Dual-channel digital control of energy consumption and air supply in microclimate systems of livestock premises. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021; 937(3):032002. DOI: 10.1088/1755-1315/937/3/032002Русаков С.В. К расчету тепловых и влажностных нагрузок ледовых катков. Нагрузка от радиационного переноса теплоты // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Холодильная техника и кондиционирование. 2014. № 1. С. 10. EDN TOBGVX.Rusakov S. To calculation of thermal and moist loadings ice skating rinks loading from radiant heat transfer. Scientific Journal of St. Petersburg State University of Low Temperature and Food Technologies: Refrigeration and Air Conditioning. 2014; 1:10. EDN TOBGVX. (rus.).Khaled M., Ali S., Jaber H., Faraj J., Murr R., Lemenand T. Heating/cooling fresh air using hot/cold exhaust air of heating, ventilating, and air conditioning systems // Energies. 2022. Vol. 15. Issue 5. P. 1877. DOI: 10.3390/en15051877Khaled M., Ali S., Jaber H., Faraj J., Murr R., Lemenand T. Heating/cooling fresh air using hot/cold exhaust air of heating, ventilating, and air conditioning systems. Energies. 2022; 15(5):1877. DOI: 10.3390/en15051877Анисимов С.М., Денисихина Д.М., Полушкин В.И. Решение задачи турбулентного переноса импульса, тепла, примеси в объеме «чаши» ледовой арены // Вестник гражданских инженеров. 2012. № 5 (34). С. 149–155. EDN PZVPRB.Anisimov S.M., Denisikhina D.M., Polushkin V.I. The solution of the problem of turbulent transfer of momentum, heat and scalar in the volume of the ice arena “bowl”. Bulletin of Civil Engineers. 2012; 5(34):149-155. EDN PZVPRB. (rus.).Вишневский Е.П. Вентиляция и качество воздуха в крытых ледовых аренах // СОК. 2008. № 10. C. 34–39.Vishnevsky E.P. Ventilation and air quality in indoor ice arenas. Plumbing, Heating, Air-Conditioning. 2008; 10:34-39. (rus.).Денисихина Д.М. Исследование различных схем воздухораспределения ледовых арен // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2015. № 5 (677). С. 38–48. EDN UBLRPF.Denisikhina D.M. Research of different air distribution schemes in ice rink arena. News of higher educational institutions. Construction. 2015; 5(677):38-48. EDN UBLRPF. (rus.).Кокорин О.Я. Инженерные системы помещений с искусственным льдом или снегом. М. : КУРС, 2022. 240 с.Kokorin O.Ya. Engineering systems of rooms with artificial ice and snow. Moscow, KURS Publ., 2022; 240. (rus.).Кокорин О.Я., Товарас Н.В. Снижение энергопотребления в системах кондиционирования воздуха для помещений с искусственными ледовыми полями // Холодильная техника. 2012. № 12. С. 12–15. EDN SEKLYR.Kokorin O.Ya., Tovaras N.V. Reduction of energy consumption in air conditioning systems for rooms with artificial ice fields. Refrigerating equipment. 2012; 12:12-15. EDN SEKLYR. (rus.).Дячек П.И., Ливанский Д.Г. Температурная неоднородность поверхности ледового поля крытых искусственных катков // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2010. № 2. С. 41–47.Diachek P.I., Livansky D.G. Temperature non-uniformity of ice-field surface at covered skating-rinks. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2010; 2:41-47. (rus.).Тарасова Е.В., Штым А.С. Изменение термодинамических параметров охлажденного воздуха при прямом контакте с естественным источником холода // Вестник гражданских инженеров. 2012. № 6 (35). С. 107–112. EDN QZATVX.Tarasova E.V., Shtym A.S. Alteration of thermodynamic parameters of the cooled air in direct contact with a natural source of cold. Bulletin of Civil Engineers. 2012; 6:107-112. EDN QZATVX. (rus.).Каутский А.А. Регулирование и контроль температуры льда искусственного катка // Холодильная техника. 1975. № 11. С. 51–52.Kautskij A.A. Regulation and control of the ice temperature of an artificial ice rink. Refrigerating Equipment. 1975; 11:51-52. (rus.).Пухкал В.А., Юстус Д.А. Воздухораспределение в помещениях ледовых площадок со зрителями // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2015. № 12 (39). С. 7–31. EDN VJPKGD.Pukhal V.A., Yustus D.A. Air distribution in spectator ice arenas. Construction of Unique Buildings and Structures. 2015; 12(39):7-31. EDN VJPKGD. (rus.).Chuykin S.V., Glazkov S.S. Determination of the heat return coefficient of the ice surface for the mixed air distribution scheme // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. 2013. Vol. 3 (19). Pp. 29–38. EDN QLHSSJ.Chuykin S.V., Glazkov S.S. Determination of the heat return coefficient of the ice surface for the mixed air distribution scheme. Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. 2013; 3(19):29-38. EDN QLHSSJ.Chuykin S.V. Problems of developing methods of designing microclimate systems for premises with artificial // Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2022. Vol. 4 (56). Pp. 18–28. DOI: 10.36622/VSTU.2022.56.4.002. EDN QJMDOJ.Chuykin S.V. Problems of developing methods of designing microclimate systems for premises with artificial. Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2022; 4(56):18-28. DOI: 10.36622/VSTU.2022.56.4.002. EDN QJMDOJ.Melkumov V.N., Chuykin S.V. A scheme and method of calculation for ventilation and air conditioning systems of ice arenas // Journal of Technology. 2017. Vol. 32. Issue 2. Pp. 139–146.Melkumov V.N., Chuykin S.V. A scheme and method of calculation for ventilation and air conditioning systems of ice arenas. Journal of Technology. 2017; 32(2):139-146.Melkumov V.N., Chuykin S.V. Organization of air distribution of covered multipurpose ice rinks // Scientific herald of the Voronezh state university of architecture and civil engineering. Construction and architecture. 2013. Vol. 3 (19). Pp. 17–28. EDN QLHSRZ.Melkumov V.N., Chuykin S.V. Organization of air distribution of covered multipurpose ice rinks. Scientific herald of the Voronezh state university of architecture and civil engineering. Construction and architecture. 2013; 3(19):17-28. EDN QLHSRZ.Старкова Л.Г., Анисимова Е.Ю., Сорокина Н.Г., Дегтярь С.Л. Анализ схем вентиляции крытого катка с помощью числовой модели воздушных потоков // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2021. Т. 21. № 3. С. 42–50. DOI: 10.14529/build210306Starkova L.G., Anisimova E.Yu., Sorokina N.G., Deg-tiar S.L. Analysis of ventilation schemes for indoor ice skating rinks using a numerical air flow model. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Construction Engineering and Architecture. 2021. 21(3):42-50. DOI: 10.14529/build210306 (rus.).Цветков Ф.Ф. Тепломассообмен. М. : Изд-во МЭИ, 2005. 550 с.Tsvetkov F.F. Heat and mass exchange. Moscow, Publishing House of MEI, 2005; 550. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.