我在明尼苏达州德卢斯的室外冰球场上长大，就像一只溜冰场老鼠。在美国，我学会了爱大自然母亲提供的坚硬、坚硬的冰。冰球落在冰面上发出的拍击声，或者溜冰刀切入冰面时发出的尖锐摩擦声——这些都是告诉你冰会很好。

明尼苏达州冬天的寒冷空气温度和低露点使得保持坚硬、快速的冰面很容易，但在室内移动冰面并保持高质量的冰面则更具挑战性。本文将重点介绍室内溜冰场的暖通空调设计方法，既能提供高质量的冰面，又能节能，并保持观众的舒适度。

管理热负荷

每一个溜冰场的核心和灵魂都是冰植物。占建筑总能耗的45%，它通常是任何节能措施的重点。然而，这些努力往往由于其他因素或负荷而被浪费，导致冰厂比必要的工作更努力:建筑围护结构、照明、观众、重新铺设路面等。

当这些热负荷没有被全面地考虑到冰厂，它将需要比必要的更努力地工作。高效的设计从管理冰厂的热负荷开始。

这些热负荷可以被分解为三个基本组成部分:传导负荷、辐射负荷和对流负荷。传导载荷包括从地面进入管道、地面泵和冰面的热量。

辐射荷载包括从照明获得的热量和对冰面以上建筑结构或屋顶的辐射损失。对流负荷包括溜冰场的空气温度和湿度、冰面的温度和冰面的空气速度。

在设计溜冰场时，除了通过暖通空调系统提高对流热负荷外，还应考虑提高其他负荷的能效。这些改进包括low-e天花板或可调光的LED灯，以减少辐射负载，以及变速泵送或冷凝器热回收，以减少导电负载。

根据ASHRAE研究项目RP-1289，对流换热可能高达冰厂总热负荷的28%。这些载荷与冰面上的空气温度、相对湿度和空气速度直接相关。控制这些因素对于保持冰的质量和降低能源成本都很重要。

在冰表面的对流换热中，牛顿的冷却定律定义了冰向周围空气释放热量的速率。这可以通过ASHRAE手册第44章制冷图1中的公式来估计。

通过对牛顿定律各分量的计算，冰系统设计者可以对方程的三部分进行优化:温度微分、传热系数和冷凝。

根据牛顿定律，最小化冰面与空气的温差将减少对流换热，提高冰厂的效率。这可以通过提高冰面温度或降低周围空气温度来实现。

为冰球而设的溜冰场的冰面温度约为20华氏度，但对于花样滑冰和娱乐用途而言，较暖和的冰面温度是典型的。溜冰场设计师应该提供一个冰装置控制系统，该系统将允许操作人员根据溜冰场的使用情况重置冰场表面温度。

当考虑提高效率的最佳空气温度时，似乎最冷的空气温度可能会导致最有效的系统。然而，也必须考虑乘员的舒适度。冰球运动员和花样滑冰运动员将持续进行体育活动;较低的气温对它们来说可能不是问题。然而，看台上的观众会久坐不动，寒冷会让人很不舒服。

在小型娱乐设施中，可以为观众座位提供红外线辐射加热器。辐射加热器在这种应用中是一个很好的解决方案，因为它们可以在不增加环境空气温度的情况下为居住者提供供暖。

辐射式加热器应该只放在座位区上方，并且总是远离冰面，以防止对冰的质量造成任何影响。溜冰场除湿装置需要补充加热，以防止小型设施过冷。(除湿系统设计将在本文后面介绍)

在较大的场馆中应用辐射加热器是不可行的，因此需要通过空气系统来实现乘员的舒适性。国家冰球联盟的球场标准是保持空气温度60华氏度，露点32华氏度。

在球馆中，温度控制将通过球馆除湿装置来完成，该装置的参考温度在冰点感应，理想情况下位于回风入口附近。碗状空气系统的设计应将冰球比赛期间的温度蠕变限制在5华氏度以内，为了保证第三阶段的冰质量，露点最高可达40华氏度。

如果比赛结束时参考温度超过65华氏度，则应考虑在下一场比赛前对碗进行预冷。赛前预冷至55华氏度将有助于确保第三阶段后期的冰质量。

降低传热系数

体育场碗状空气系统的设计师需要考虑空气分配模式，以达到最佳效率和冰的质量。由对流换热方程可知，换热系数(h_c)是冰上空气速度的一个因素。防止不必要的空气流动将有助于最大限度地减少传热系数和减少对冰装置的负荷。

采用球馆碗式配风系统时，出风口不应置于冰面之上;所有的出口都应放置在座位区上方。出风口设计应考虑出风口的速度和抛出量。如果放置在座位区上方的出风口可能会将空气吹到冰面上，则应将出风口移离冰面更远，或增加定向能力以将空气吹离冰面。

设计人员还应考虑建筑屋面结构结露的可能性;可能需要将一部分送风向上导向结构。图2提供了一个典型的竞技场出风口示例。

在冰场的四个角落，回流的空气较少，这促使气流向下并远离冰面。设计师还可以通过将空气向下和穿过座位区来降低出风口的空气速度。

除湿防冷凝

对流换热方程的最后一个因素是溜冰场内的湿度。这在对流传热方程中表示为冰和空气中水的摩尔分数(X_一个- X_我)．方程的这一部分解释了与周围空气在冰面上凝结的水蒸气有关的热传递。在能源效率和冰的质量方面，冷凝是头号敌人。

水的相变代表了一个显著的热负荷，可以通过暖通空调系统的设计最小化。如前所述，溜冰场内的环境应保持在32华氏度至40华氏度之间的露点。即使周围空气的露点为40华氏度，冰面的局部露点也会更低;凝结不应该是一个因素。

当露点较高时，空气中的水蒸气会被吸引到寒冷的冰面上，在冰面上凝结，或在略高于冰面的空气中凝结，从而在冰面上形成雾。保持这些低露点的最有效的方法是通过主动干燥剂除湿系统。

溜冰场除湿系统的设计人员必须对溜冰场内的所有湿气来源进行全面核算，以确保有足够的除湿能力。这些来源包括渗透到建筑围护结构，居住负荷，从冰重铺的水蒸气，从不受控制的区域渗透和室外空气通风。

在很少观众的小型娱乐设施中，大部分的水分负荷将与渗透、通风和覆冰有关。一般情况下，这可以用小型、包装干燥剂除湿机处理。这些包装的除湿机配备有活性干燥剂轮和用于空间加热和干燥剂再生的燃气热。

根据溜冰场的大小，来自冰面的冷却效果足以覆盖空间的冷却要求;除湿装置中可能不需要冷却盘管。如前所述，冰面上的气流分布应尽量减少，因此除湿机应放置在溜冰场的角落，气流分布应沿溜冰场的长边分布，并远离冰面。

在观众人数较多的场馆，除湿负荷的大部分与观众排出的水分和观众所需的室外空气流通有关。竞技场除湿系统通常包括一个或多个大型除湿机，带有主动除湿轮，用于再生的燃气加热和用于空气温度控制的加热/冷却盘管。

应考虑焓能回收轮，取决于观众的数量和所需的通风空气。它们不仅对室外空气提供了合理的能量回收，而且还可以去除室外空气中一些进入的水分，减少干燥剂轮所需的工作量。

每个座位上都有观众的冰球比赛数量只占整个场馆使用量的一小部分，因此设计师应该考虑使用需求控制通风序列，以减少在低入座练习和赛事期间提供的室外空气量。有效的需求控制通风策略将显著降低与除湿系统相关的能源成本，并提高冰的质量。

室内溜冰场是能源密集型建筑;当运营商寻找降低能源成本的方法时，他们通常关注的是制冷系统，这可能会无意中损害冰的质量。然而，通常情况下，一个设计糟糕的暖通空调系统是罪魁祸首，使冰厂比必要的工作更努力。

高性能、节能的溜冰场来自于周到的制冷和暖通空调系统设计。

Kyle Wilson, PE, LEED AP BD+C, img公司体育和娱乐领域的市场领导者。他负责设计体育场馆和其他建筑类型，在设计溜冰场制冷系统、建筑暖通空调系统、建筑管理系统和溜冰场和冰场的管道系统方面具有专长。