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摘 要：结合实践，针对人工室内冰场制冰系统设备选型、制冷系统运行及维护经验进行了分析。
关键词：人工冰场；制冰系统；设备
1 室内滑冰场制冰形式的选择及温度参数控制
1.1 人工冰场的制冰形式通常有盘管内直接流动制冷剂的蒸发式制冰（称作直接制冰）和采用载冷剂的间接式制冰。
采用直接制冰形式的冰场既将蒸发盘管预安装于冰层下方作为蒸发器。利用盘管内的制冷剂蒸发吸收热量进行制冰。其优势在于制冷剂在盘管内直接蒸发，换热效率高，但缺点是盘管内直接流动制冷剂，维护工作量大，一旦发生泄漏维护工作复杂且有可能污染环境，不利于环保节能。现在在建的人工冰场制冰系统通常选择以乙二醇做载冷剂的间接式制冰系统。
1.2 室内冰场的冰层厚度通常控制为30mm至50mm，冰温控制到-4℃至-8℃，根据冰场的性质进行调节。一般娱乐性冰场冰温可适当升高，有利于节能并降低冰场运行费用。竞技性冰场花样、冰壶场地冰温在-4℃至-6℃之间，短道速滑，大道速滑冰温控制在-6℃至-8℃之间，可根据当地室内场馆室温及湿度情况综合进行调节。场馆内室温温度通常控制在8℃～21℃。人工冰场制冷设计时，通常取冰层温度-4℃到-8℃，上下冰层温差取2℃，冰场制冰盘管内外温差取5℃，则制冰盘管内的载冷剂液体温度控制在-11℃至-15℃。为了保证在该工况内载冷剂不会冻结，载冷剂冰点温度要低于上述控制温度5℃，既载冷剂冰点温度要控制在-20℃。以乙二醇作为载冷剂为例，对应乙二醇浓度冰点曲线，选择浓度为40%的乙二醇溶液（对应冰点为-22℃）比较适合。
2 间接式制冰系统的设备选型参考
2.1 制冰机组的设备选型参考
人工场馆的冰场制冷量是依据场馆内的冰面面積与周围的环境热负荷综合计算的。冰场周围环境温度不多于22℃，同一时间上冰人数不多于150人的条件下，在东北、西北地区制冰机组的制冷量设计参照数据350-550w/m2，港澳及偏南部地区的制冷量参照数据500-700w/m2。
制冰机组制冷量不超过1000kw时，最好选用半封闭螺杆式低温压缩机的机型。这种螺杆压缩机与传统的旋转式、活塞式及离心式压缩机比较，具有占地小，制冷量大，运转平稳，工作噪音低等优点，尤其是某些进口机型采用了双螺杆和齿间油膜密封等新技术、极大的减少了螺杆齿间相互啮合的摩擦和能耗。同时螺杆压缩机具有能量调节装置结构简单，可靠性强的特点。因此螺杆机组制冷效率通常高于传统压缩机组。螺杆式冷水机组一般可分为风冷式和水冷式。其中水冷式制冷系统由于冷凝温度低，制冷系统吸排气压差较小，能耗低等性能，在人工冰场制冰领域应用范围十分广泛。
冰场制冰机组制冷剂一般可用R717或R22。无论选择R717还是R22都各有利弊。由于国内多次发生R717泄漏而导致的重大事故，许多人工冰场在设计时更倾向于采用R22作为制冷剂。但是随着《蒙特利尔保护臭氧层公约》的实施及我国冰场施工工艺及相关配套装置的技术进步，R717作为一种环保制冷剂必将逐步替代R22。载冷剂可选用40%浓度的涤纶级乙二醇溶液。
选用的制冰机组最好可以选用带高压排气热能回收器的制冷系统。热能回收器可以充当冷凝器冷却高温高压的制冷剂，既降低制冷系统排气压力和排气温度，提升冷却效率，改良制冷系统的工况条件，还可以回收多余的热能用于加热循环水， 供场地滑冰及生活用水。
人工冰场制冰系统应选择多制冰机组并联组合，保证每台独立机组可以单独工作运行。在人工冰场冻底冰阶段，冰场需要的负荷很大，让所有备用制冰机组满负荷运行，得到最大制冷量。在冰场冰层达到一定厚度后，维护阶段负荷需求量较少，只开部分机组即可满足冰场的运营。多台机组并联，可将部分机组做备用机组，降低能耗磨损，提高运营经济性。同时由于人工冰场运行周期较长，制冰系统需要连续工作，如果运行设备发生故障，可以启动备用机组，不影响室内冰场的冰面质量。
2.2 制冷盘管的选型参考
人工冰场冰层的换热盘管一般选用不锈钢管或耐低温的工程塑料管。不锈钢管成本比较高，施工安装工艺复杂，而耐低温的工程塑料管由于易于加工，降低施工难度施工效率高，现在得到了广泛的应用。应用耐低温工程塑料管的冰场制冷盘管通常有2种形式：
2.2.1 固定人工冰场通常应用HDPEl00硬管，HDPEl00硬管有直管或者卷管。人工冰场通常采用的管径规格是D25×2.3mm、D16×2mm。常见的汇集管径D160mm，其安装形式为同程式。这种方式使管内液体流量均匀，使上下冰层温度差较低。
2.2.2 人工移动冰场通常应用PERl00软管。PERl00软管白色或半透明状，可拆卸易储藏，可重复使用，适用于人工移动冰场。现在专业的制冰公司还可提供地毯式制冷盘管，适用于短期铺设的人工冰场。
人工冰场制冰盘管设计时，各管间距离应该等距且均称，使冰场各处的冰面冰温一致。设计还应该考虑到冻冰过程中产生的热胀冷缩对于换热盘管的效果，在设计施工阶段要有一定的措施尽量减少这种收缩变形对冰面的影响。
2.3 水泵、乙二醇泵的选型参考
人工室内冰场运营周期长，因此要求制冰设备与其辅助设备长时间连续运行。制冰系统的水泵与乙二醇泵都需要并联设置，要有备份设备，同时泵的选择要尽量考虑易维护，质量可靠的产品。
乙二醇泵的流量应尽可能考虑减少冰层上下温差，在通常的设计上是可采用增加乙二醇流量，降低乙二醇进出温差的方法。乙二醇的供回温度差经验值取2℃至3℃，扬程经验值可取38m。
乙二醇循环管路需要在各供回管路最上端安装手动或自动排气装置。保证制冰系统乙二醇管路内不含气体。
2.4 冷却塔的选型参考
人工冰场制冰系统的冷却塔选型，要考虑到冷却塔在不间断连续运行工况下，确保冷却塔运行的可靠性、安全性。主要选择要点如下：
2.4.1 冷却塔的换热容量一定要有充分的余量，必须考虑当地夏季最高气温的影响。
2.4.2 冷却塔风机的电机运转可靠性、性能及寿命必须有保证。冷却塔的风扇和电机常年工作在高湿度环境，润滑容易失效，因此平时的维护工作要有计划，电机轴承风扇轴承要有定期保养和维护。
2.5 自动控制系统的选型参考
我们国家目前已建的室内人工冰场多采用传统的控制方式，既手动控制或PLC自动控制。根据冰场现场采集的制冷盘管温度或载冷剂干管温度间接反映出冰面温度。而现代冰场已经逐渐向智能化、信息化发展，这就要求整个制冰自控系统能够更智能更准确的检测到整个冰面温度变化，保证冰场制冰系统的平衡和稳定运行。人工冰场的自动控制系统发展趋势可以分为以下几个部分：
2.5.1 温度检测系统：利用安装与冰场上空的红外线温度传感器检测冰面温度，控制冰场制冷设备的自动运行。
2.5.2 根据制冰系统温度参数的变化，实时在线保证制冷设备制冷量达到最佳制冷效果，并且是在更加节能工况条件下运行。
2.5.3 利用移动设备、固定设备对制冰系统运行进行远程监测或控制。
结束语
以上设备选型依据是通过多年的人工室内冰场制冷系统运行、维护经验总结而来。充分考虑了人工冰场投资与运行费用，尽量选择结构简单易维护的设备。在保证冰场制冷系统运行正常，冰面温度均匀硬度适中的情况下，能够满足绝大多数竞技冰场与娱乐性冰场的要求。
参考文献
[1]国家标准GB＼T19996.3-2006《天然材料体育场地使用要求及检验方法》第三部分“运动场地”.
[2]陆亚俊，马最良，庞志庆.制冷技术与应用[M].中国建筑工业出版社，1992年4月.
关键词：人工冰场；制冰系统；设备
1 室内滑冰场制冰形式的选择及温度参数控制
1.1 人工冰场的制冰形式通常有盘管内直接流动制冷剂的蒸发式制冰（称作直接制冰）和采用载冷剂的间接式制冰。
采用直接制冰形式的冰场既将蒸发盘管预安装于冰层下方作为蒸发器。利用盘管内的制冷剂蒸发吸收热量进行制冰。其优势在于制冷剂在盘管内直接蒸发，换热效率高，但缺点是盘管内直接流动制冷剂，维护工作量大，一旦发生泄漏维护工作复杂且有可能污染环境，不利于环保节能。现在在建的人工冰场制冰系统通常选择以乙二醇做载冷剂的间接式制冰系统。
1.2 室内冰场的冰层厚度通常控制为30mm至50mm，冰温控制到-4℃至-8℃，根据冰场的性质进行调节。一般娱乐性冰场冰温可适当升高，有利于节能并降低冰场运行费用。竞技性冰场花样、冰壶场地冰温在-4℃至-6℃之间，短道速滑，大道速滑冰温控制在-6℃至-8℃之间，可根据当地室内场馆室温及湿度情况综合进行调节。场馆内室温温度通常控制在8℃～21℃。人工冰场制冷设计时，通常取冰层温度-4℃到-8℃，上下冰层温差取2℃，冰场制冰盘管内外温差取5℃，则制冰盘管内的载冷剂液体温度控制在-11℃至-15℃。为了保证在该工况内载冷剂不会冻结，载冷剂冰点温度要低于上述控制温度5℃，既载冷剂冰点温度要控制在-20℃。以乙二醇作为载冷剂为例，对应乙二醇浓度冰点曲线，选择浓度为40%的乙二醇溶液（对应冰点为-22℃）比较适合。
2 间接式制冰系统的设备选型参考
2.1 制冰机组的设备选型参考
人工场馆的冰场制冷量是依据场馆内的冰面面積与周围的环境热负荷综合计算的。冰场周围环境温度不多于22℃，同一时间上冰人数不多于150人的条件下，在东北、西北地区制冰机组的制冷量设计参照数据350-550w/m2，港澳及偏南部地区的制冷量参照数据500-700w/m2。
制冰机组制冷量不超过1000kw时，最好选用半封闭螺杆式低温压缩机的机型。这种螺杆压缩机与传统的旋转式、活塞式及离心式压缩机比较，具有占地小，制冷量大，运转平稳，工作噪音低等优点，尤其是某些进口机型采用了双螺杆和齿间油膜密封等新技术、极大的减少了螺杆齿间相互啮合的摩擦和能耗。同时螺杆压缩机具有能量调节装置结构简单，可靠性强的特点。因此螺杆机组制冷效率通常高于传统压缩机组。螺杆式冷水机组一般可分为风冷式和水冷式。其中水冷式制冷系统由于冷凝温度低，制冷系统吸排气压差较小，能耗低等性能，在人工冰场制冰领域应用范围十分广泛。
冰场制冰机组制冷剂一般可用R717或R22。无论选择R717还是R22都各有利弊。由于国内多次发生R717泄漏而导致的重大事故，许多人工冰场在设计时更倾向于采用R22作为制冷剂。但是随着《蒙特利尔保护臭氧层公约》的实施及我国冰场施工工艺及相关配套装置的技术进步，R717作为一种环保制冷剂必将逐步替代R22。载冷剂可选用40%浓度的涤纶级乙二醇溶液。
选用的制冰机组最好可以选用带高压排气热能回收器的制冷系统。热能回收器可以充当冷凝器冷却高温高压的制冷剂，既降低制冷系统排气压力和排气温度，提升冷却效率，改良制冷系统的工况条件，还可以回收多余的热能用于加热循环水， 供场地滑冰及生活用水。
人工冰场制冰系统应选择多制冰机组并联组合，保证每台独立机组可以单独工作运行。在人工冰场冻底冰阶段，冰场需要的负荷很大，让所有备用制冰机组满负荷运行，得到最大制冷量。在冰场冰层达到一定厚度后，维护阶段负荷需求量较少，只开部分机组即可满足冰场的运营。多台机组并联，可将部分机组做备用机组，降低能耗磨损，提高运营经济性。同时由于人工冰场运行周期较长，制冰系统需要连续工作，如果运行设备发生故障，可以启动备用机组，不影响室内冰场的冰面质量。
2.2 制冷盘管的选型参考
人工冰场冰层的换热盘管一般选用不锈钢管或耐低温的工程塑料管。不锈钢管成本比较高，施工安装工艺复杂，而耐低温的工程塑料管由于易于加工，降低施工难度施工效率高，现在得到了广泛的应用。应用耐低温工程塑料管的冰场制冷盘管通常有2种形式：
2.2.1 固定人工冰场通常应用HDPEl00硬管，HDPEl00硬管有直管或者卷管。人工冰场通常采用的管径规格是D25×2.3mm、D16×2mm。常见的汇集管径D160mm，其安装形式为同程式。这种方式使管内液体流量均匀，使上下冰层温度差较低。
2.2.2 人工移动冰场通常应用PERl00软管。PERl00软管白色或半透明状，可拆卸易储藏，可重复使用，适用于人工移动冰场。现在专业的制冰公司还可提供地毯式制冷盘管，适用于短期铺设的人工冰场。
人工冰场制冰盘管设计时，各管间距离应该等距且均称，使冰场各处的冰面冰温一致。设计还应该考虑到冻冰过程中产生的热胀冷缩对于换热盘管的效果，在设计施工阶段要有一定的措施尽量减少这种收缩变形对冰面的影响。
2.3 水泵、乙二醇泵的选型参考
人工室内冰场运营周期长，因此要求制冰设备与其辅助设备长时间连续运行。制冰系统的水泵与乙二醇泵都需要并联设置，要有备份设备，同时泵的选择要尽量考虑易维护，质量可靠的产品。
乙二醇泵的流量应尽可能考虑减少冰层上下温差，在通常的设计上是可采用增加乙二醇流量，降低乙二醇进出温差的方法。乙二醇的供回温度差经验值取2℃至3℃，扬程经验值可取38m。
乙二醇循环管路需要在各供回管路最上端安装手动或自动排气装置。保证制冰系统乙二醇管路内不含气体。
2.4 冷却塔的选型参考
人工冰场制冰系统的冷却塔选型，要考虑到冷却塔在不间断连续运行工况下，确保冷却塔运行的可靠性、安全性。主要选择要点如下：
2.4.1 冷却塔的换热容量一定要有充分的余量，必须考虑当地夏季最高气温的影响。
2.4.2 冷却塔风机的电机运转可靠性、性能及寿命必须有保证。冷却塔的风扇和电机常年工作在高湿度环境，润滑容易失效，因此平时的维护工作要有计划，电机轴承风扇轴承要有定期保养和维护。
2.5 自动控制系统的选型参考
我们国家目前已建的室内人工冰场多采用传统的控制方式，既手动控制或PLC自动控制。根据冰场现场采集的制冷盘管温度或载冷剂干管温度间接反映出冰面温度。而现代冰场已经逐渐向智能化、信息化发展，这就要求整个制冰自控系统能够更智能更准确的检测到整个冰面温度变化，保证冰场制冰系统的平衡和稳定运行。人工冰场的自动控制系统发展趋势可以分为以下几个部分：
2.5.1 温度检测系统：利用安装与冰场上空的红外线温度传感器检测冰面温度，控制冰场制冷设备的自动运行。
2.5.2 根据制冰系统温度参数的变化，实时在线保证制冷设备制冷量达到最佳制冷效果，并且是在更加节能工况条件下运行。
2.5.3 利用移动设备、固定设备对制冰系统运行进行远程监测或控制。
结束语
以上设备选型依据是通过多年的人工室内冰场制冷系统运行、维护经验总结而来。充分考虑了人工冰场投资与运行费用，尽量选择结构简单易维护的设备。在保证冰场制冷系统运行正常，冰面温度均匀硬度适中的情况下，能够满足绝大多数竞技冰场与娱乐性冰场的要求。
参考文献
[1]国家标准GB＼T19996.3-2006《天然材料体育场地使用要求及检验方法》第三部分“运动场地”.
[2]陆亚俊，马最良，庞志庆.制冷技术与应用[M].中国建筑工业出版社，1992年4月.