Возврат на главную страницу

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

  Актуальность темы:
       Вторая половина девяностых годов в Украине была отмечена интенсивным строительством систем подогрева футбольных полей на стадионах республиканского и областного значения, а в последние годы такие системы появились во многих других населенных пунктах и на тренировочных базах футбольных клубов.

       Необходимость строительства систем подогрева продиктована насущной потребностью повышения качества футбольных полей в холодные осенне-весенние периоды года, характерные для большинства регионов нашей страны. Кроме того, появились поля с искусственным покрытием газонов, которые в основном используются в тренировочных целях или для массового футбола. На этих полях системы подогрева особенно нужны, т. к. только они могут круглый год обеспечивать такое состояние газона, при котором возможно проводить нормальный игровой процесс. Кроме того, большинство полей оборудовано системами автоматизированного полива и дренажными устройствами, что обеспечивает комплексное решение по подготовке газонов для игр или тренировок.

  Цель и задачи исследования:
       Объектом исследования является открытое спортивное плоскостное сооружение. Цель работы - выбор оптимального шага между нагревательными элементами.

  Научная новизна:
       В результате проведенных исследований составлена математическая модель и на её основе рассчитан оптимальный шаг между двумя нагревательными элементами для создания нормального температурного поля.

       На рис. 1 показана схема футбольного стадиона, оборудованного системами жидкостного подогрева газона и автоматизированного полива. Система подогрева состоит из теплового пункта и трубопроводов подогрева (коллекторов и трубопроводов из полиэтилена), закладываемых под газон футбольного поля. В качестве рабочего теплоносителя принимается водный раствор этиленгликоля, концентрация которого задается от 30 до 42 %, в зависимости от месторасположения стадиона. В системе жидкостного подогрева размещение труб под газоном определяется видом газона (натуральный или искусственный) и условиями их прокладки. Глубина заложения под газон и расстояние между трубами рассчитывается по конструктивным схемам и характеристикам слоев поля.

     1–тепловой пункт; 2–насосная автоматизированного полива; 3–газон футбольного поля;
     4–коллекторы системы подогрева; 5–полиэтиленовые трубы подогрева; 6–трубы полива;
     7–разбрызгиватели воды.

Рисунок 1- Схема футбольного стадиона, оборудованного системами жидкостного подогрева газона и автоматизированного полива.

             На рис. 2 показано размещение труб подогрева под газоном для натурального поля и поля с искусственным покрытием. Прокладка труб подогрева на действующем натуральном футбольном поле производится путем прорезки луговины и их протяжки специальным самоходным устройством.

       Поле с искусственным покрытием обычно строится заново на отведенной площадке и предусматривает укладку специальных слоев из щебня и песка, в которых прокладываются дренажные устройства и трубы подогрева. Эластичность такого поля за счет травы и засыпки находится на уровне натурального поля, а система подогрева может обеспечивать такое состояние круглогодично. На натуральном поле система подогрева лишь продлевает сезон: осенью система подогрева включается при среднесуточной температуре ниже 2 °C и работает до -10 °C, а весной включается за 2–3 недели до начала футбольного сезона и обеспечивает оттаивание и сушку газона, и создание благоприятных условий для роста травы. Зимой система подогрева на натуральных полях отключается и газону предоставляется биологический отдых.

а – натуральное поле: 1 – трава; 2 – заменяемый газон; 3 – трубы подогрева; 4 – грунт;5 – дренаж; а = 150–250 мм; h = 180–230 мм;                                              

б – поле с искусственным покрытием: 1 – искусственная трава;   2 – засыпка песком и резиновой крошкой;3- щебень с расклинцовкой; 4 – трубы подогрева; 5 – песок; 6 – щебень; 7 – дренаж;8 – грунт; h1 ~ 30 мм; h2 ~ 150 мм; а = 150–200 мм

Рисунок 2- Размещение труб подогрева под газоном для натурального поля и поля с искусственным покрытием

       
На рис. 3 приведена принципиальная схема теплового пункта и системы подогрева. Первичный теплоноситель из тепловых сетей (автономного теплоисточника) проходит через пластинчатый теплообменник и нагревает водный раствор этиленгликоля. Система автоматического регулирования обеспечивает требуемый нагрев по сигналам датчиков в грунте газона. На поверхности газона обеспечивается примерно 0 °C, у труб подогрева на натуральном поле 15–20 °C, на поле с искусственным покрытием 25–35 °C.

1 – пластинчатый теплообменник;2 – трехходовой клапан с электроприводом;3 – коллекторы;
4 –трубопроводы подогрева;5 – блок автоматического управления: 5.1 – электронный регулятор;
5.2 – датчик температуры наружного воздуха; 5.3 – датчик температуры грунта; 5.4 – датчики температуры воды; 5.5 – датчики температуры раствора этиленгликоля;6 – сдвоенный насос (рабочий и резервный);             7 – расширительный мембранный бак;8 – предохранительный клапан;
9 – насос для заполнения системы подогрева раствором этиленгликоля;10 – обратный клапан.

Рисунок 3- Принципиальная схема теплового пункта и системы подогрева.

 

       Подача рабочего теплоносителя в коллекторы выполняется таким образом, чтобы обеспечивалось его попутное движение (рис. 4). Это достигается тем, что дополнительно прокладывается транзитная труба подающего коллектора, которая одновременно обеспечивает прогрев крайней зоны поля.
Подача рабочего теплоносителя в коллекторы выполняется таким образом, чтобы обеспечивалось его попутное движение (рис. 4). Это достигается тем, что дополнительно прокладывается транзитная труба подающего коллектора, которая одновременно обеспечивает прогрев крайней зоны поля.

       а – коллекторы расположены с одного из торцов поля; б – коллекторы расположены вдоль длинной стороны поля; 1 – коллекторы с попутным движением теплоносителя; 2 – тепловой пункт; 3 – петли труб подогрева; 4 – газон футбольного поля.

Рисунок 4- Подача рабочего теплоносителя в коллекторы.

       Размещение коллекторов системы подогрева на поле имеет важное значение для обеспечения равномерного прогрева всей площади газона при минимальных затратах на устройство такой системы.
Подача рабочего теплоносителя в коллекторы выполняется таким образом, чтобы обеспечивалось его попутное движение (рис. 5). Это достигается тем, что дополнительно прокладывается транзитная труба подающего коллектора, которая одновременно обеспечивает прогрев крайней зоны поля.
Подача раствора производится насосом из передвижной цистерны и выполняется таким образом, чтобы обеспечить устойчивое вытеснение воздуха из труб подогрева через штуцер у теплообменника в тепловом пункте. Заполнение ведется в течение двух суток импульсной подачей раствора. Контрольные проверки подачи производятся после каждой 1/5 заполняемого объема. Общим контролем является заполнение всего расчетного объема рабочего контура. После этого включается рабочий насос и проверяется циркуляция в контуре. Периодически он отключается и производится выпуск воздуха, вытесняемого из системы. В рабочем режиме работы системы подогрева производится автоматическое регулирование температуры рабочего теплоносителя посредством прибора ECL Comfort 200 (c пластиковой картой Р 30), который управляет тарельчатым двухходовым клапаном VF-2 с электроприводом (фирмы «Данфосс»). При повышении температуры грунта больше заданной величины (определяется расчетом и при наладке) клапан начинает закрываться, сокращая подачу первичного теплоносителя (из тепловых сетей или автономной котельной). Настройка, установка параметров регулирования производится в соответствии с инструкцией фирмы «Данфосс» к регулятору.

Экологическая безопасность при эксплуатации системы жидкостного подогрева с использованием водного раствора этиленгликоля достигается тем, что при возникновении аварийной утечки насос подачи рабочего теплоносителя автоматически останавливается. Такая утечка обнаруживается падением давления в рабочем контуре за счет срабатывания реле давления и размыкания контактов магнитного пускателя рабочего насоса. Для предотвращения выливания раствора этиленгликоля в грунт включается аварийный насос, перекачивающий этот раствор в аварийные баки, установленные в тепловом пункте или на площадке рядом с ним. После устранения аварии раствор из баков перекачивается этим же насосом в систему подогрева.
Система жидкостного подогрева футбольных полей имеет существенные преимущества перед другими системами (например, электроподогревом), т. к. температура рабочего теплоносителя небольшая, что создает наиболее благоприятные температурные условия для корневой системы натуральных полей, а для любого газона она позволяет обеспечить заданную температуру и ее точную регулировку в зависимости от наружных условий.
В ходе работы предполагается построить математическую модель на основе методов конечных элементов

1.      Алиев Ф.Г. "Микроклимат спортивных сооружений"  - М.: Стройиздат,1986 -296с.

2.      Соколов Е.Я "Теплофикация и тепловые сети", учебник для вузов.−5-е изд., перераб. − М.: Энергоиздат,1982.− 360 с.

3.    Абрамашвили Г. Г. " Устойчивые газоны для спорта и отдыха" - М.: Стройиздат,1970 .

4.    Хромец Д.Ю.  "Теплотехнические основы проектирования открытых спортивных сооружений с продлённым сезоном эксплуатации".Дис. на соиск. учен. степени кандидат тех. Наук. – 1980.

5.    Чудновский А.Ф.  "Теплофизика почв" – М.: Наука,1976