A+ Klizalište Velesajam Zagreb 2025 projekt novog centralnog tehničkog hlađenja zgrade klizališta s ciljem optimizacije svih tehničkih sustava u vidu dugoročnog smanjivanja troškova grijanja, hlađenja i ventilacije. Projektom se uvode nove tehnologije hlađenja koje se temelje na obnovljivim izvorima energije kao i BEMS digitalno upravljanje opremom.

 

Strojarskim projektom obrađene su slijedeće instalacije

Termotehnika:
- primjena obnovljivih izvora energije
- primjena ZelEN obnovljive tarife električne energije
- CO2 voda-voda dizalica topline za tehnološko hlađenje
- sustav centralnog i daljinskog upravljanja termotehničkim instalacijama BEMS Building Energy Management System

Održivost:
- obnovljivi izvori energije za grijanje i hlađenje zgrade
- optimizacija računalnog upravljanja opremom
- regeneracija otpadne toplinske energije
- recirkulacija tehničke vode klizališta, filtracija i ponovna uporaba

Generiranje energije zgrade:
- voda-voda dizalica topline koja transportira toplinsku energiju leda klizališta u sustav grijanja
- priprema za fotonaponsku instalaciju i generiranje električne energije za vlastite potrebe

REKONSTRUKCIJA KLIZALIŠTA
Postojeći slojevi cijevi i betona se skidaju te se u prvi sloj postavlja novi sloj XPS izolacije na koji se potom slažu cijevi te zalijevaju betonom koji je otporan na toplinske dilatacije hladne podloge tijekom cijele godine. Površina klizališta se hladi indirektnim sistemom pomoću rashlađenog glikola do temperature od -15°C u cjevovodu radi pokrivanja povećanih toplinskih gubitaka što je posljedica nepostojanja toplinske izolacije zgrade. U površinu klizališta se smještaju nove plastične cijevi koje se isto vode kraćom stranom klizališta odnosno kroz 30 m s razlogom da se onemogući spajanje cijevi ispod betonske površine što će olakšati održavanje klizališta.

Primijenjen je dvostruki Tichelmann sustav distribucije hladnog glikola s ciljem da se stabilizira temperaturno polje cijelom površinom klizališta na način da polovica cijevi ulazi na jednoj strani i izlazi na drugoj strani. Druga polovica cijevi ima suprotan tok kroz površinu klizališta. Primjenom ovog modela strujanja stvoriti će se stabilna distribucija temperature leda te će led na svim točkama biti podjednake gustoće i tvrdoće što je uvjet za organiziranje hokejaških utakmica.

Prethodna instalacija klizališta je bila izrađena od čeličnih cijevi koje su imale veliki nedostatak kod uporabe jer je kroz izolaciju prodirala vlaga. Nakon što bi vlaga došla u kontakt s cijevima djelovao bi kisik iz atmosfere pri čemu bi došlo do pojave cijevne korozije, a s vremenom do proboja zavarenih spojeva te curenja amonijaka iz instalacije. Iz navedenog razloga u novoj instalaciji predviđeno je postavljanje plastičnih cijevi koje bi prešle na čelične u strojarnici.

Cijevi se postavljaju na originalne tvorničke distancere i nosaće s razlogom da se održi traženi razmak 75 mm cijelom dužinom cijevi od 60 m čime će se istovremeno onemogućiti savijanje cijevi zbog toplinskih dilatacija.

Iznad cijevi se postavlja armaturna mreža koje se isto postavlja na udaljenosti 1,0 cm od cijevi na stabilnim distancerima. Nakon postavljanja ukupne armature pristupa se zalijavanju površine betonom marke MB-35 koji je ojačan poliuretanskim vlaknima. Smjesa betona mora imati atest betonskog laboratorija vezano uz otpornost na toplinske dilatacije. Beton u dubini oko cijevi može imati najnižu temperaturu od -15°C dok na površini može imati temperaturu od -12°C. Temperatura nije konstantna već se smanjuje ovisno o traženoj temperaturi i tvrdoći leda koja se razlikuje prema zahtjevima hokeja ili slobodnog klizanja.

Potrebni rashladni učin klizališta ovisi o velikom broju faktora koji su uključeni u teoretski proračun što je prikazano u prethodnim proračunima koji su korišteni za dimenzioniranje klizališta 1971. i 1997. godine stoga je u proračunu 2017. godine primjenjeno iskustvo dobavljača opreme koji su ugradili istovjetne sustava klizališta ne velikom broju instalacija Sjeverne Europe i Rusije te su dodatno razvili računalni program koji omogućuje simulaciju toplinskih tokova primjenom metode konačnih elemenata.

Proračun rashladnog kapaciteta je proveden za režim temperature zraka iznad klizališta od +20°C koje se pretpostavlja da može biti početkom ponovnog pokretanja klizališta u jesen te se može ova temperatura pojaviti krajem sezone početkom ljeta. Pretpostavljena je i temperatura zraka podruma od +10°C. U proračunu je korištena minimalna temperatura glikola od -15°C koji se može generirati u CO2 agregatu.

Površina klizališta se održava glatkom pomoću uređaja Rolbe koji periodički ulazi u prostor klizališta te pri tome brusi površinu leda te istovremeno prska površinu leda vodom temperature +60°C. Ovim procesom površina leda se zagrijava i potrebno je u kratkom vremenu ponovno zalediti površinu tako da se snaga hlađenja trenutačno poveća sa 300 kW na 450 kW do maksimalno moguće snage agregata od 600 kW.

Uporabom se pokazalo da je Rolba jedan od najvećih potrošača toplinske energije koja se zagrijava u spremniku potrošne tople vode te se preko spojnog crijeva spaja s Rolbom. Da se smanji ukupna potrošnja toplinske energije projektom je predviđeno proširenje postojeće instalacije PTV sa spremnikom smještenim u strojarnici u kojem bi se predgrijavala PTV od ulazne temperature +10°C u vodovodu do traženih minimalno 60°C radne temperature.

Dva spremnika PTV su vezana serijski te se u svakom spremniku nalazi toplinski izmjenjivača. Izmjenjivač je spojen na linijski vod regeneracije otpadne topline koju generira CO2 transkritična dizalica topline. Nakon zagrijavanja iz zadnjeg spremnika PTV strojarnice sanitarna voda odlazi u radni spremnik PTV u toplinskoj podstanici gdje se dogrijava prema potrebi pomoću energije toplane.

Nakon što se površina klizališta obrusi Rolba u sebe sakupi sav led odnosno snijeg te ga potom deponira. Trenutačno se led ispušta na jamu leda te se polijeva vodom tako da se postepeno otapa te se ovako otopljena voda salijeva u sabirnu jamu. Ovaj način otapanja leda nije učinkovit jer se dosta tople vode izgubi iz sustava te se nepotrebno izlijeva voda što za posljedicu ima povećani trošak vodovodne vode, ali i utrošak toplinske energije za potrebe grijanje te iste vode.

Projektom je predviđena razrada novog tehničkog rješenja za uklanjanje leda, snijega koji se deponira u jami snijega sa svrhom da se na učinkovitiji način otapa led. Zamišljeno je da se led ubacuje u betonsku jamu koja u stijenkama ima integrirano podno grijanje. Voda za podno grijanje se dovodi iz sustava grijanja zgrade tako da će jama uvijek biti dovoljne temperature za potrebe otapanja snijega, leda. Otapanje će biti učinkovito samo ako je led cijelo vrijeme u doticaju s vodom stoga je preljev jame izveden na način da se nalazi u gornjoj zoni jame te je spojen s mrežom odvodnje.

Otopljena voda u jami leda bi se cirkulirala i filtrirala preko posebnog filtracijskog sustava s dodatnom pumpom. Namjera je da se ista voda ponovno koristi za zaleđivanje leda uz povremenu dopunu svježom vodom prema potrebi. U konačnici se očekuje značajno smanjivanje troškova vode cijelog pogona klizališta.

Na kraju klizališne sezone otapa se led te je potrebno svu vodu usmjeriti u za to predviđene kanale. Postojeća odvodnja se provodi samo jednom stranom klizališta što se pokazalo kao nedostatno jer onda nastaju problemi kod usmjeravanja vode koja se otapa u više smjerova.

Slijedom svega uočenog projektom će se obraditi rekonstrukcija mreže odvodnje piste klizališta na način da će se na obje duže strane ugraditi rešetke odvodnje koje će poboljšati odvođenje otopljenog leda i nastale vode. Odabrane su rešetke tipa ACO DRAIN Multiline V 100 Seal in koje su napravljene od polimernog betona lijevanog u kalupe. Na spoju svakog elementa je polimerna brtva koja onemogućava curenje vode na mjestu spoja. Pokrov rešetke je INOX raster modela HEELSAFE koji osigurava da neće doći do propadanja ženske obuće kroz rešetku. Nosivost rešetke je klase B125 što je dovoljno za predviđeno opterećenje malog viljuškara.

CO2 RASHLADNI AGREGAT
Centralni uređaj za hlađenje je CO2 rashladni agregat koji je odabran snage 600 kW odnosno oko 70% potrebne snage hlađenja na temperaturi dvorane +20°C te sustava klimatizacije. Predviđena su dva jednaka agregata s ciljem da inicijalno jedan ima funkciju radnog dok je drugi backup agregat. Nakon što se izgradi cijeli sustav klimatizacije predviđeno je da će oba agregata raditi u isto vrijeme punom rahladnom snagom.

Proračunom i digitalnom simulacijom toplinskih tokova UPONOR dobivena je potrebna snaga za održavanje klizališta od 300 kW što je 50% instalirane snage jednog CO2 agregata od 600 kW. Maksimalna snaga od 300 kW će se pojaviti u trenutku održavanja ledene površine što je dugotrajno stalno opterećenje. Za potrebe hlađenja klima komora potrebno je dodatnih 900 kW rahladne snage što daje ukupno 1200 kW rashladne snage.

Snaga klizališta će se povećavati kod svakog postupka brušenja i ravnanja leda samohodnim uređajem Rolbom koja po površini leda prska vodu temperature 60°C pri čemu se površina otapa te je potrebno u vrlo kratkom vremenu 10-15 min ponovno povećati snagu agregata na mogućih 450 kW no uvijek ostaje rezerva snage do max 600 kW moguće rashladne snage agregata koja se može koristiti za zaleđivanje površine leda.

Najveća količina rashladne energije se koristi u inicijalnoj fazi zaleđivanja površine leda kada će se aktivirati puna snaga agregata. Što je duže vrijeme zaleđivanja to će trebati manja rashladna snaga, a kontaktom s korisnicima dolazi se do podatka da se zaleđivanje provodi nekoliko dana i noći s ciljem da se dostigne debljina leda od 5-6 cm. Prema literaturi i proračunima iz 1997. i 1971. godine vršna snaga od 600 kW će osigurati pola inča leda u vremenskom periodu od 8h što je 25,4 / 2 = 13 mm debljine leda. Sve navedeno posljedično daje podatak da će trebati 2-3 dana da se navedenim intenzitetom i instaliranom snagom postigne tražena debljina leda. No treba imati na umu da je preporučena debljina leda prema IIHF smjerenicama 25-30 mm i sve više od toga je energetski gubitak.

Klimatski uvjeti koji vladaju u Hrvatskoj omogućavaju primjenu dizalica topline sa svrhom hlađenja zgrade i sustava. Pomoću CO2 uređaja se može pouzdano hladiti i kod najnižih temperatura vanjskog zraka koje se mogu pojaviti na mikrolokaciji odnosno do -20°C prvenstveno jer će uređaj raditi kao rashladnik odnosno kondenzator će uvijek biti topliji od okolišnjeg zraka. Dodatno se može pouzdano hladiti i kod najviših ljetnih temperatura +35°C jer će biti ugrađeno dodatno adijabatsko hlađenje vodenom parom vanjskog kondenzatora čime će se lokalno smanjivati temperatura lokalnog zraka.

U instalaciji je predviđena uporaba
* zračna CO2 dizalica topline rashladne snage 600 kW
* postavljena na postolju u strojarnici
* sa hladnjakom pare postavljenim pored strojarnice
* sa dodatnim izmjenjivačem desuperheaterom za rgeneraciju otpadne topline

Električna energija iz mreže se koristi za pokretanje dizalice topline koja istovremeno crpi energiju koja se akumulirala u zgradi u režimu hlađenja. Dizalica topline potom pretvara dva ulazna oblika energija u otpadni oblik toplinske energije koja se potom vodi na vanjski kodenzator. Osnovni princip rada dizalice topline je da iz elektro-energetske mreže uzme 1 kW električne energije te iz zgrade 2-4 kW akumulirane toplinske energije dok se iz zgrade izbacuje zbroj tih energija ili 3-5 kW toplinske energije. Da se iskoristi otpadna toplina sustava predviđena je ugradnja dodatnog pločastog izmjenjivača pri čemu bi se otpadna toplina usmjerila na sustav grijanja ili na sustav grijanja PTV.

Dizalice topline su uređaji koji svoj rad baziraju na kompresorskom ciklusu u kojem se određenom mediju oduzima ili predaje toplina. Naziv dizalica u sebi nosi korijen transporta odnosno podizanja energetskog nivoa određenog medija što je u ovom slučaju zrak dovrane. Proces toplinskih izmjena uključuje u sebi vanjski zrak te zrak i ledeni pod dvorane. Ovisno o lokaciji zgrade odabire se koji će izvor energije biti najprikladniji za tražene uvjete primjene. Temperatura zraka tijekom godine oscilira te je zrak idealan energetski izvor u sredinama s blagom primorskom klimom. Predviđen je centralizirani sustav koji tijekom cijele godine održava tražene mikroklimatske uvjete.

ADIJABATSKO HLAĐENJE
Klasični suhi hladnjaci pare ili suhi kondenzatori imaju pad učinkovitosti tijekom ljetnih mjeseci zbog porasta vanjske temperature zraka, a posljedično dolazi i do porasta potrebne temperature u kondenzatoru da se može izvršiti prijenos toplinske energije na vanjski zrak tijekom najtoplijeg dijela dana. Porastom temperature raste i potreban radni tlak kondenzatora čime se dodatno opterećuje cijeli sustav od spojeva, cjevovoda i kompresora. Kao posljedica je i povećanje potrošnje električne energije cijelog sustava te porast vršne električne snage koju će aktivirati rad kompresora.

Razvijeno je tehničko rješenje za hlađenje suhih hladnjaka pare pomoću raspršene magle odnosno riječ je o sustavu koji raspršuje vodu pod visokim tlakom preko mlaznica i tlačnih cijevi. Voda se raspršuje oko kondenzatora te stvara polje s povećanom relativnom vlažnosti zraka. Kada se u zrak raspršuje voda ona hladi lokalno zrak i tako rashlađeni zrak se usisava u kondenzator tijekom najtoplijeg dijela dana te na taj način olakšava rad sustava. Voda koja se troši u adijabatskom sustavu se mora prethodno kemijski pripremiti da joj se ukloni kamenac i prateći otopljeni minerali koji bi se inače lijepili po izmjenjivaču kondenzatora.

CO2 DETEKCIJA STROJARNICE
Ugljikov dioksid je bez boje. Kod malih koncentracija, plin je bez mirisa. Kod većih koncentracija ima oštar, kiselkast miris. Može izazvati osjećaj gušenja i razdraženost. Kada se udahne veća koncentracija, stvara gorak okus u ustima i osjećaj peckanja u nosu i u grlu. To nastaje jer se plin otapa u sluznici i u slini, stvarajući slabu otopinu ugljične kiseline. Sličan osjećaj se javlja kad se piju gazirana pića i mjehurići izlaze kroz usta i nos. Koncentracija iznad 0,5 % se smatra jako nezdravom, a iznad 5 % se smatra opasnom po život.

Kod standardnog tlaka i temperature, gustoća ugljičnog dioksida je oko 1,98 kg/m3, oko 1,5 puta je gušći od zraka. Molekule ugljičnog dioksida (O=C=O) tvore dvije dvostruke kovalentne veze i imaju linijski oblik. Nema električni dipol, i kada oksidira i otpušta elektrone, srednje je kemijski reaktivan i nezapaljiv, ali podržava gorenje metala kao što je magnezij.

Koncentracija CO2 u zraku je između 0,036 % i 0,039 % (po obujmu), ovisno o položaju i godišnjem dobu. Predugo izlaganje povećanim koncentracijama CO2 može dovesti po povećanja kiselosti u krvi i nepovoljno utjecati na metabolizam kalcija i fosfora, povećavajući taloženje kalcija u mekom tkivu. Isto tako može doći do otežanog rada srca.

INSTALACIJA VENTILACIJE
Korištenjem dvorana pokazao se nedostatak nepostojanja sustava odvlaživanja dvorana koji nije bio zamišljen početnim tehničkim rješenjem te se stoga tijekom ljetnih mjeseci javljalo magljenje stakala na borilištu. Projektnim rješenjem obrađeno je tehničko rješenje klimatizacije i ventilacije zgrade u vidu da je predviđen centralni sustav klimatizacije:

Klima komore KK1-2 su smještene na ravnom podestu pored dvorane te imaju funkciju odvlaživanja prostora u razdobljima povećane vlažnosti zraka. Svaka klima komora ima predviđeni protok zraka od 50.000 m3/h odnosno ukupno 100.000 m3/h. Komore su kompleksni sustav s nekoliko grijača i hladnjaka koji osiguravaju održavanje mikroklimatskih uvjeta klizališta tijekom cijele godine.

Strojarski projekt termotehničkih instalacija
Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.