Условия параллельного проектирования и строительства МКСК “Минск-Арена”, сжатые сроки возведения поставили перед проектировщиками нелегкие задачи по оперативному решению сложных, во многих случаях неординарных проблем, в том числе и по инженерному оснащению.
В начальной стадии проектирования нужно было в первую очередь определиться с количеством, месторасположением и размерами основных технических помещений – тепловых пунктов, насосных и холодильных станций, вентиляционных камер, от чего зависели последующие объемно-планировочные решения сооружений. Дело осложнялось необходимостью объединения в один комплекс зданий различного назначения, наличием в каждом из них спортивно-зрелищных залов большого объема и вместимости: велодром – объем зала 167 000 м3, количество зрителей 2000 человек; конькобежный стадион – объем зала 285 000 м3, количество зрителей 3000 человек; центральная арена – объем зала 280 479 м3, количество зрителей 15 000 человек. Более того, требовалось оптимально решить задачу размещения холодильных станций в уникальной, не имеющей аналога в европейской практике проектирования ситуации, когда в одном комплексе находятся два самостоятельных сооружения с искусственными ледовыми полями больших размеров ледового покрытия: 11 072 м2 – на конькобежном стадионе и 1600 м2 – на центральной арене.
Вопрос заключался в том, предусматривать ли самостоятельные холодильные центры для обеспечения нужд холодоснабжения, технологии приготовления льда и потребностей систем кондиционирования воздуха в каждом здании. Сопоставив и проанализировав все определяющие факторы – расчетные потребности холода, возможные схемы холодоснабжения, ситуационное размещение зданий на площадке комплекса, было принято решение о создании двух центральных холодильных центров: для нужд льдоприготовления – в здании конькобежного стадиона, для нужд кондиционирования – в здании центральной арены.
Аргументами в пользу данного выбора послужили:
- экономия площадей, уменьшение материальных затрат на приобретение резервной холодильной машины;
- уменьшение потребления электроэнергии на выработку холода за счет дифференциации потребления и аккумуляции холода в баке-накопителе;
- более эффективная возможность использования и утилизации “бросового” тепла от работы компрессоров;
- более компактное и рациональное расположение конденсаторных блоков;
- более эффективное снабжение электроэнергией;
- преимущества в эксплуатации.
На размещение вентиляционных камер, требующих больших площадей, повлияла принятая схема воздухораспределения в спортивно-зрелищных залах комплекса; на решение внутренней ливневой канализации – конструктивные особенности покрытий зданий; на выбор типа отопительного прибора – назначение комплекса (при массовых скоплениях зрителей необходимы прочные приборы), конструктивная особенность стен (необходимость крепления приборов к полу).
Отопление
В каждом здании комплекса индивидуальная система водяного отопления присоединена к наружным теплосетям по независимой схеме через пластинчатый теплообменник. Индивидуальные тепловые пункты оснащены приборами учета и регулирования тепла, пластинчатыми теплообменниками для отопления и горячего водоснабжения, циркуляционными насосами, узлами подпитки, расширительными баками, предохранительной и запорной арматурой, КИП-автоматикой, соединенной с АСУ комплекса.
В спортивно-зрелищных залах предусмотрено воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией. При этом нагрев воздуха до температуры +5 °С осуществляется водяной системой отопления. Магистральные трубопроводы проложены в подвалах и выполнены из стальных труб, горизонтальные ветки отопления и стояки со скрытой прокладкой – из металлопластовых труб. В помещениях с большими площадями и массовым скоплением людей – вестибюлях, фойе – предусмотрен обогрев пола.
Вентиляция и кондиционирование воздуха
Для создания требуемых климатических условий необходимо было спроектировать и реализовать надежную и эффективную систему вентиляции как самих спортивно-зрелищных залов, так и имеющихся вспомогательных помещений. В связи с этим в каждом здании отдельные системы вентиляции предусмотрены для фойе, конференц-залов, тренировочных залов, раздевалок, тренерских и судейских комнат, помещений административного и медицинского назначения, общественного питания и пр. По заданию смежных инженерных специальностей выполнена специальная вентиляция, гарантирующая безаварийную работу инженерных систем. Учитывая уникальность строящихся сооружений (большие геометрические размеры залов, в которых размещается большое количество зрителей), кроме нормативных требований по обеспечению противопожарных мероприятий с МЧС Республики Беларусь согласованы специальные компенсирующие мероприятия, в т.ч. и по вентиляции: установка дополнительных противопожарных клапанов, огнезащита воздуховодов и др.
В спортивно-зрелищных залах выделены две зоны: зона действий (спортивные площадки, сцена) и зрительская. В каждой из них индивидуальное тепловлажностное состояние воздуха поддерживается самостоятельными системами вентиляции. Большое значение в создании тепловлажностного режима имеет организация способа воздухораздачи приточного воздуха – для каждого здания (с учетом конструктивно-планировочных решений) она индивидуальная.
На велодроме раздача воздуха на трек осуществляется вертикальными регулируемыми струями через инъекционные воздухораспределители, в зону зрителей – через сопловые распределители. В зависимости от температуры окружающего и приточного воздуха его количество на воздухораспределителе меняется.
Учитывая сложность ситуации, когда в залах больших геометрических размеров размещаются зоны разных температурно-влажностных состояний, оказывающих существенное влияние друг на друга, и принимая во внимание отсутствие опыта проектирования аналогичных объектов в РБ, заказчиком было решено комплексное проектирование систем обеспечения льда и воздуха для спортивно-зрелищных залов центральной арены и конькобежного стадиона поручить организации, успешно осуществившей проектирование аналогичных объектов. Тендер выиграла итальянская фирма BARON Termodinamica, которая участвовала в проектировании олимпийских объектов в Турине. Проектные работы выполнялись фирмой на подряде у РУП “Институт Белгоспроект”. Принятые решения согласовывались с учетом архитектурных и конструктивных особенностей здания в увязке со всеми инженерными коммуникациями.
Особенность кондиционирования заключается в способах раздачи воздуха, позволяющих разграничить зоны с различным, значительно отличающимся друг от друга по температуре и влажности состоянием воздушной среды: для зрителей он нагнетается из-под кресел, на ледовые поля – направленными ниспадающими регулируемыми струями с верхней зоны. Взаимное влияние зон друг на друга исключается условиями забора воздуха снизу на границе их раздела.
Выбранная схема кондиционирования позволяет поддерживать требуемые параметры воздуха в зонах льда и нахождения зрителей без дополнительных затрат на кондиционирование воздуха всего объема зала.
Параметры воздуха в зоне поля: при наличии льда температура 12–14 °С (в нерабочее время 5 °С), влажность 45–55%; при закрытой поверхности льда температура 18–22 °С, влажность 30–50%.
Параметры в зоне зрителей: температура 18–22 °С, влажность 30–50%.
В зависимости от вида проводимых мероприятий на спортивно-зрелищной площадке центральной арены существует возможность изменения температурных режимов и перевода системы кондиционирования на режимы тренировки и дежурный режим. Для борьбы с избыточным влагосодержанием воздуха предусмотрены вентиляционные установки с ротационными осушителями, работающими методом химической абсорбции влаги. Подача воздуха под кресла с низкими скоростями и незначительным температурным перепадом производится через отверстия из камер статического давления, сооружаемых под наклонными перекрытиями амфитеатров. В спортивно-зрительном зале центральной арены подача воздуха для зрителей нижнего яруса амфитеатра осуществляется от кондиционеров, установленных в подвале, верхнего яруса – от кондиционеров, установленных на отм. 29.500.
Количество воздуха, подаваемое на поле арены, – 53 000 м3/ч, для зрителей – 400 000 м3/ч.
Количество воздуха, подаваемое на поле конькобежного стадиона, – 400 000 м3/ч, для зрителей – 150 000 м3/ч.
Приточный воздух на лед центральной арены с высоты 30 м подают 32 диффузора с регулируемым направлением раздачи воздуха через сопло. Равномерное воздухораспределение по всей плоскости льда на конькобежном стадионе обеспечивают 162 диффузора с регулируемой геометрией воздушной струи, установленные на отм. 13.500.
Забор воздуха в спортивно-зрелищных залах центральной арены и конькобежного стадиона осуществляется с верхней и нижней зоны.
Математическое моделирование подтвердило правильность принятых решений по воздухораздаче. Анализ первых результатов компьютерного моделирования показал лишь необходимость корректировки воздухораспределения в зоне передвижных трибун. При их использовании в зале центральной арены для исключения влияния холодного поля приточный воздух под трибуны подается с регулируемой температурой. В зависимости от режима эксплуатации (с передвижными трибунами или без них) предусматривается изменение мест забора воздуха, удаляемого из нижней зоны.
Холодильные станции
Как уже отмечалось, в комплексе имеются два холодильных центра: один – для охлаждения воздуха в системах кондиционирования зданий арены и конькобежного стадиона, второй – для технологической системы приготовления льда на ледовых площадках арены и конькобежного стадиона.
Холодильная станция для систем кондиционирования суммарной холодильной мощностью 6,0 МВт размещена в здании арены и укомплектована 3 промышленными установками, оснащенными винтовыми компрессорами фирмы GEA-GRASSO. Благодаря ее работе происходит охлаждение циркулирующей воды в системе холодоснабжения кондиционеров до +5 °С.
Холодильная станция для технологической системы приготовления льда суммарной холодильной мощностью 4,3 МВт находится в здании конькобежного стадиона и укомплектована 4 промышленными установками (1 резервная), оснащенными винтовыми компрессорами той же фирмы. Она обеспечивает циркуляцию и охлаждение жидкости до –18 °С (40%-ная смесь воды и этиленгликоля) в контуре холодоснабжения ледовых полей.
Для облегчения технического обслуживания и обеспечения запасными деталями в обеих холодильных станциях выбраны холодильные компрессоры одного производителя и модели как для формирования льда, так и для кондиционирования воздуха. Хладагент, используемый в холодильных машинах, – фреон R-507. Машины поставлены в комплекте с сухими воздушными конденсаторами фирмы “Альфа-Ловаль” (по 2 на каждую холодильную установку, всего 14) и размещаются на открытой площадке над технологическим проездом между двумя холодильными центрами.
Все охлаждающие узлы оснащены теплообменниками для рекуперации тепла, используемого для обогрева грунта под ледовыми полями, таяния льда и снега в ямах сбора срезанного льда, подогрева воды в станции водоподготовки.
Электрические двигатели компрессоров работают на напряжении 10 000 В, что позволяет значительно уменьшить количество трансформаторов и сократить потери электроэнергии.
Требуемое качество воды, необходимое для приготовления льда, обеспечивается станцией водоподготовки, расположенной рядом с холодильной станцией для льда.
Конструкция технологических плит
ледовых полей
Технологическая плита лежит на базовом фундаменте. На его поверхности в слое бетона толщиной 80 мм разложены трубопроводы разогрева грунта, исключающего его промерзание под влиянием “холодной” технологической плиты. Над этим слоем расположены гидроизоляционный слой и слой теплоизоляции 120 мм, затем следует пакет скольжения с полиэтиленовыми смазанными листами и слой из нетканого материала, над которым выполняется армированная бетонная плита с замоноличенными в нее (с шагом 80 мм) охлаждающими трубами высокой плотности. Слой бетона над трубопроводами – 40 мм. Для исключения трещинообразования в бетон внесены добавки с особыми компонентами, регулирующими его усадку.
По наружному краю плиты расположены лотки из нержавеющей стали для сбора талой воды, которые одновременно служат для восприятия температурных удлинений плиты.
В конструкции плиты предусматривается размещение датчиков температуры и закладные детали для крепления бортов.
Система холодоснабжения ледовых полей
В системе холодоснабжения ледовых полей циркулирует 40%-ный раствор этиленгликоля. Для приготовления льда в холодильной станции предусмотрены 4 насосных узла, каждый из которых работает на самостоятельные циркуляционные контуры – поля арены, прямолинейных участков конькобежной дорожки, виражей конькобежной дорожки, центрального ядра конькобежного стадиона. Каждый контур имеет независимую регулировку температуры.
Контуры змеевиков перекрещивающихся потоков и шаг труб гарантируют высокую однородность распределения температуры льда и позволяют за короткое время изменять параметры температуры на его поверхности: при игре в хоккей от –6 до –8 °С; фигурном катании от –3 до –5 °С; шорт-треке до –6 °С; на конькобежных дорожках от –7 до –10 °С; в дежурном режиме –3 °С. Толщина льда в зависимости от вида спорта – 35–45 мм.