上海城凯建筑设计有限公司上海杨浦区
摘要：本文通过一个项目实例，详细介绍了真冰溜冰场冷负荷的计算过程，并对计算过程进行分析。
关键词：真冰溜冰场详细负荷计算
0.引言
笔者最近在做一个真冰溜冰场的暖通设计，在设计过程中发现，对于真冰溜冰场在现有的规范及设计手册中没有具体的负荷计算实例。设计手册中仅仅有负荷估算值及负荷分项计算表。因此，通过这个案例和相关的研究，笔者试图给出一个具体的真冰溜冰场的冷负荷详细计算。
1.真冰溜冰场方案介绍
项目位于河北邢台，为新建体育场馆内的一部分，室内冰场规格为61米x30米。采用乙二醇作为载冷剂的采用大流量间接制冰系统。乙二醇水溶液的供回水温度为-11.7℃/-14.2℃，供回水温差取2.5℃。排管材料采用DN25的不锈钢管，外径32mm，间距80mm。排管平行于冰场长边，总供、回液管布置在冰场中间，采用三联箱中分式交叉供液方式。冰场使用用途：满足全年不同公众娱乐性滑冰。冰层表面积S约1738平方米（60米x30米，圆角半径8.5米），冰层厚度40mm，凝结厚度为40毫米冰层所需的时间：48小时。
2.制冷负荷计算
制冷量的计算必须考虑三个不同的操作情况，即保持冰块的制冷负荷，初次注水凝成冰块的制冷负荷和扫冰后再凝结冰块的制冷负荷。
2.1保持冰块情况下，制冷负荷主要包括：
A.地面（楼板）传热冷负荷，由下层穿过楼板及保温传至冰场的热量；
B.对流传热与传质冷负荷，与冰场上空气的热交换量；
C.辐射传热冷负荷；
D.室内人员冷负荷，溜冰人员所产生的热量；
E.水泵及管道的热损失，取所有其他冷负荷的15%。
其中A，B，C，D都是经由冰面传至制冷系统，但E是不经冰面传导的热量，所以计算冰场制冷负荷不需计算Ｃ，但计算制冷机组制冷负量时就要包括E。
A.地面（楼板）传热冷负荷
热量会由三楼顶板、保温等，传至冰场，计算的方法如下：
B.对流传热与传质冷负荷
对流传热与传质冷负荷受空气的温度、湿度与冰场上空气的流动速度所影响，计算方法如下：
C.辐射传热冷负荷；
根据热辐射理论，一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射。由于冰场表面的温度低，所以冰场周围的其他物体对冰面产生热辐射。经辐射传导把热量传至冰面，成为冰场的制冷负荷。以现在冰场环境的设计，辐射有两种源头：冰场围护结构的辐射与灯光辐射。
i.围护结构（天花）辐射热
iii.围护结构（幕墙）辐射热
iv.灯光的辐射热Qrl
灯光的辐射热的多少会因为用不同的灯和所需的照明度而改变，以每平方米15w计算照明度，用电量为26.07kW，约60%的能量会经由辐射传至冰面，即共约15.7kW。
D.室内人员产生的冷负荷
i.溜冰人数p：600人；
ii.发出热量Qp：600人x130W/人=78kW。
E.水泵及管道的热损失为所有其他热负荷的15%
F.保持冰块所需的制冷量总结如下：
i.地面传热冷负荷Qa：17.21kW；
ii.对流传热与传质冷负荷Qcv：295.85kW；
iii.辐射传热冷负荷——天花辐射热Qri：117.3kW；
iv.辐射传热冷负荷——围护结构（幕墙）辐射热Qrw：16.465kW；
v.辐射传热冷负荷——灯光的辐射热Qrl：15.7kW；
vi.室内人员产生的冷负荷：78.0kW；
vii.水泵及管道的热损失为所有其他冷负荷：81.1kW；
viii.总计冷负荷：621.6kW
2.2冻成冰块或在扫冰的情况下，制冷要求包括：
A.地面（楼板）传热冷负荷，由下层穿过楼板及保温传至冰场的冷负荷；
B.对流传热与传质冷负荷，与冰场上空气的热交换量；
C.辐射传热冷负荷；
D.水结成冰的冷负荷；
E.冻成冰块时混凝土冷负荷量；
F.扫冰后再凝结冰块的冷负荷量
G.水泵及管道的热损失为所有其他冷负荷的10%
其中A，B，C，D，E，F都是经由冰面传至制冷系统，但G是不经冰面传导的热量，所以计算冰场制冷负荷不需计算G，但计算制冷机组制冷负量时就要包括G。
A.地面传热冷负荷Qa=17.21kW。
B.对流传热与传质冷负荷Qcv=295.85kW（溜冰工况）；QcU=260.05kW（扫冰工况）；
C.辐射热产生的冷负荷
i.天花的辐射热量：117.3kW（当初次结冰，冰温在平均-5℃时）/100.9kW（当扫冰，冰温在平均0℃时）
ii.围护结构（玻璃幕墙）辐射热量：16.50kW（当初次结冰，冰温在平均-5℃时）/14.81kW（当扫冰，冰温在平均0℃时）；
iii.灯光的辐射热量：15.70kW。
D.水结成冰的热负荷
总结冰时间48小时，自来水夏季初始温度为22℃。
结冰后的冰层厚度：50mm（未修冰前），冰层温度：-5℃，水的凝结潜热：334kj/kg
结冰时的热负荷
E.冻成冰块时混凝土、沙中的热负荷：
场地初次温度=20℃
混凝土及沙总厚度=180mm
F.扫冰的热负荷
扫冰时冰面表层的冰会被刨走，同时间扫冰车会加水至冰场，以下以55℃的水计算，每次扫冰时加水约0.3mm厚，即每次扫冰加水521.4升水。
整个扫冰及结冰的时间约为20分钟，扫冰的热负荷计算如下
所需的制冷量总结如下：
i.地面传热冷负荷Qa：17.21kW（冻成冰块时）/17.21kW（扫冰时）
ii.对流传热与传质冷负荷Qcv：295.85kW（冻成冰块时）/260.05kW（扫冰时）
iii.天花辐射热Qri：117.04kW（冻成冰块时）/100.69kW（扫冰时）
iv.围护结构（幕墙）辐射热Qrw：15.7kW（冻成冰块时）/15.7kW（扫冰时）
v.灯光的辐射热Qrl：16.5kW（冻成冰块时）/14.81kW（扫冰时）
vi.水结成冰的热负荷量：202.36kW（冻成冰块时）/--（扫冰时）
vii.冻成冰块时混凝土热负荷量：72.78kW（冻成冰块时）/--（扫冰时）
viii.扫冰（扫冰时间20分钟凝结成冰）：--（冻成冰块时）/230.30kW（扫冰时）
ix.水泵及管道的热损失：110.62kW（冻成冰块时）/95.814kW（扫冰时）
x.总结（kW）：848.06kW（冻成冰块时）/734.57kW（扫冰时）
2.3冷负荷指标：
根据上述计算，可以得出在不同工况下，冷负荷面积指标如下边，此面积指标包括了水泵、管道等不可预见性热量损失。
3.结语
以上是一个完整的溜冰场的负荷计算过程，在计算过程中，我们发现主要的负荷来源是溜冰场冰面与空气的对流传热与传质冷负荷及较低温度的冰面与周围环境的辐射得热量的冷负荷。且对流换热时，假定的冰面空气流速小于等于0.2m/s，空气的流速对对流换热量影响很大，在设计时必须严格控制空气流速。至于辐射换热部分，因为冰面温度较低，则无法避免。另外，由于制冰场载冷剂温度较低（一般-14℃），水泵与管道的热损失相比于平时空调系统要大的多，在制冷机器选型时，应考虑进去。