Amerikan jäähallien energiatehokkuus

Lämmön siirtymistä estämällä luodaan kovin, nopein ja energiatehokkain jää.

Lämpökuorman kontrollointi

Jokaisen jäähallin sydän ja sielu on itse jääkenttä. Kenttä vie noin 45% jäähallin koko energiankulutuksesta, joten energiaa pyritään säästämään yleensä erityisesti juuri kentän jäähdytyksestä. Säästötoimet eivät kuitenkaan usein tuota toivottua tulosta, koska jääkenttä saattaa saada suuremman rasituksen, kuin mitä tarvittaisiin esimerkiksi rakennusmateriaalin, uusien pinnoitteiden, yleisön tai valaistuksen takia.

Jos lämpökuorman vaikutusta ei ole laskettu kokonaisvaltaisesti, nousee kenttään kohdistuva rasite kohtuuttoman suureksi. Tehokas suunnittelu alkaa lämpökuorman kontrolloinnista jääkentän päällä.

Lämpökuorman voi jakaa kolmeen perusosaan: johtuvat kuormat, säteilevät kuormat ja kiertävät kuormat. Johtuviin kuormiin kuuluu maasta putkistoon, lattiapumppuihin ja jään pintaan tuleva lämpöenergia.

Säteileviin kuormiin kuuluvat valaistuksen hukkalämpö sekä kylmyyden hohkaaminen jäästä hallin rakenteisiin sekä ilmatilaan. Kiertäviin kuormiin taas kuuluvat ilman lämpö sekä ilmankosteus kaukalossa, jään pinnan lämpötila sekä ilman kiertonopeus jään pinnalla.

Sen lisäksi, että kiertävää lämpökuormaa lievennetään HVAC-järjestelmän avulla, on myös muut lämpökuormatyypit otettava huomioon jääkaukaloita suunniteltaessa. Näihin parannuksiin kuuluvat muun muassa low-e-ceiling-teknologia ja himmennettävät LED-valot, jotka vähentävät säteilevää lämpöä sekä pumppauksen vaihteleva nopeus ja lauhduttimen lämmönpalautus, jotka pienentävät johtuvaa lämpötaakkaa.

ASHRAE:n (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers

) RP-1289-tutkimusprojektin mukaan kiertävän lämpökuorman osuus voi olla jopa 28% koko jäähallin lämpökuormasta. Lämpökuormat ovat suoraan kytköksissä ilman lämpöön, suhteelliseen kosteuteen sekä ilman kiertonopeuteen jään pinnalla. Näiden kaikkien tekijöiden kontrolloiminen on tärkeää jään laadun ylläpitämiseksi ja kustannusten minimoimiseksi.

Newtonin jäähtymislaki määrittää kiertävälle lämmönsiirtymiselle jään pinnalla tason, missä jää luovuttaa lämpöä ympäröivälle ilmalle.

Newtonin lain komponenttien avulla jäähallin suunnittelija voi optimoida yhtälön kolme osaa, jotka ovat: lämpötilojen erotus, lämmönsiirron kerroin sekä vesihöyryn tiivistyminen.

Lämpötilojen erotuksen optimointi

Newtonin laki osoittaa, että minimoimalla lämpötilaero jään pinnan ja ilman välillä voidaan vähentää kiertävää lämmönsiirtymistä ja näin parantaa energiatehokkuutta. Tämä onnistuu joko nostamalla jään pinnan lämpötilaa tai laskemalla ilman lampöä jään yläpuolella.

Jääkiekkoon tarkoitettujen kenttien pinnan lämpötila on -7 celsiusasteen luokkaa, mutta taitoluistelussa ja virkistyskäytössä käytetään usein hieman korkeampia lämpötiloja.

Kun etsitään optimaalista ilman lämpötilaa, on mahdollisimman viileä ilma energiatehokkuuden kannalta paras, mutta ihmisten suhteen asia on toinen. Jääkiekkoilijat ja taitoluistelijat ovat jatkuvasti liikkeessä, joten kylmyys ei ole heille ongelma. Yleisö taas on katsomoissa paikallaan, joten kylmyys on puolestaan heille hyvin epämukavaa.

Pienemmissä halleissa voidaan lämmittää katsomoita infrapunalämmittimillä. Ne ovat loistava ratkaisu, koska niiden avulla on mahdollista tehdä yleisölle lämpimämmät olot ilman, että itse kenttä lämpenisi liikaa.

Infrapunalämmittimet on laitettava katsomoiden yläpuolelle osoittamaan poispäin jään pinnasta, jottei jään laatu kärsisi turhaan. Lisälämpöä tarvitaan myös varsinkin pienempien hallien kaukaloiden ilmankuivatuksessa, jottei ilma viilenisi liikaa. (Ilmakuivatusjärjestelmää käsitellään myöhemmin lisää tässä artikkelissa.)

Infrapunalämmittimet eivät taas oikein sovi suurempiin areenoihin, joissa katsomoiden lämmitys on hoidettava ilmanvaihtojärjestelmän avulla. NHL:n standardina on pitää katsomoiden lämpötila noin 15 celsiusasteen tasolla ja kastepiste nollassa asteessa.

Areenoilla lämpötilaa kontrolloidaan ilmankuivaimien avulla, ja viitteellinen lämpötaso mitataan usein jäästä paluuventtiilien luota. Ilmanvaihtojärjestelmät on syytä suunnitella rajoittamaan lämpötilan vaihtelu noin 3 celsiuksen tasolle, eikä kastepiste saa ylittää neljää ja puolta celsiusta, jotta jään laatu pysyy hyvänä vielä viimeisessäkin erässä.

Jos referenssilämpö ylittää 18 celsiusasteen tason pelin lopussa, on selvää, että ilmatila on viilennettävä paremmin ennen seuraavaa peliä. Ilman jäähdytys esimerkiksi 13 asteen tasolle auttaa jään laatua pysymään hyvänä pelin loppuun asti.

Lämmön siirtokertoimen alentaminen

Areenoiden ilmanvaihtoa suunniteltaessa on huomioitava ilmapatsaan liikkeet, jotta energian käyttö saataisiin optimoitua ja jään laatu ei kärsisi. Kiertävän lämmönsiirtymisen kaavassa lämmön siirtokerroin (h) on ilman kiertonopeuden kerroin jään pinnalla. Tarpeettoman ilman siirtymisen välttäminen auttaa minimoimaan lämmön siirtokerrointa ja vähentämään painetta jään päällä.

Areenoiden ilmanvaihtojärjestelmissä ei saa koskaan sijoittaa ilmanpoistoventtiileitä jään pinnan yläpuolelle: poistoventtiilit on laitettava katsomoiden ylle. Poistoventtiileitä suunniteltaessa on huomioitava nopeus, jolla ilma kulkee venttiilin läpi. Jos katsomon yläpuolella olevasta ulostuloventtiilistä voi kulkeutua ilmaa jään pintaan saakka, on venttiili siirrettävä kauemmas jään pinnasta tai se on suunnattava niin, ettei ilmaa kulkeudu jäälle asti.

Arkkitehdin on myös huomioitava mahdollinen vesihöyryn tiivistyminen hallin kattorakenteissa: osa tuloilmasta on suunnattava tarvittaessa ylös kohti kattoa.

Jään tasolla olevat ilmanottoaukot areenan nurkissa ohjaavat ilman liikkumaan alas ja poispäin jään pinnasta. Suunnittelija voi myös vähentää ilman nopeutta ulostuloventtiileihin ohjaamalla ilman alas ja ympäri katsomoa.

Veden tiivistymisen estäminen kuivattamalla ilmaa

Viimeinen tekijä kiertävän lämmönsiirtymisen laskukaavassa on ilmankosteus kaukalossa. Se esitetään kaavassa jään päällä sekä ilmassa olevan veden mooliosuuden nopeuden muutoksella (X a – X i). Tämä osa yhtälöä käsittää vesihöyryn, joka tiivistyy ympäröivästä ilmasta jään pintaan. Tiivistyvä vesihöyry on jään laadun sekä energiatehokkuuden vihollinen numero 1.

Veden faasimuutos on huomattava osa lämpötaakkaa, jonka voi minimoida HVAC-järjestelmän optimoinnilla. Kuten aiemmin on mainittu, ilman kastepisteen on oltava kaukalossa nollan sekä 4,5 celsiusasteen välillä. Vaikka kastepiste olisi 4,5 celsiuksen tasolla, on sen oltava jään pinnalla matalampi, ettei vettä tiivistyisi.

Korkeammilla kastepisteillä ilman vesihöyry tiivistyy kylmään jään pintaan tai ilmaan hieman jään pinnan yläpuolelle luoden sumua. Toimivin tapa ylläpitää näitä matalia kastepisteitä on aktiivinen ilmankuivatusjärjestelmä.

Jääkenttien kuivatusjärjestelmien suunnittelijoiden on tehtävä täysi selonteko kosteutta aiheuttavista tekijöistä kaukalosta, jotta kuivatusjärjestelmän kapasiteetti olisi riittävä. Näihin tekijöihin kuuluvat rakennuksen ilmastoimattomien osien läpi kulkeva kosteus, ihmisten hengitys, jään tasoituksesta tuleva vesihöyry, kontrolloimattomilta alueilta tuleva kosteus sekä ilmanvaihto ulkoa.

Pienemmissä areenoissa, joissa yleisömäärä ei ole iso, suurin osa kosteudesta tulee maan läpi, ilmanvaihdosta sekä jään kunnossapidosta. Yleisesti tähän soveltuu pieni ilmankuivain, jossa on aktiivinen kuivauspyörä sekä kaasulämpö ilmatilan lämmitykseen ja kuivausregenerointi.

Kentän koosta riippuen jään pinnasta tuleva viileys saattaa riittää pitämään hallin ilmatilan riittävän viileänä, jolloin erillistä viilennyslaitetta ei ehkä tarvita ilmankuivatusjärjestelmään. Kuten jo mainitsin edellä, ilman liikkuminen jään pinnan päällä on minimoitava, minkä takia kuivauslaite on syytä sijoittaa kaukalon kulmaan ja se on suunnattava osoittamaan kentän pidemmän päädyn mukaisesti poispäin jään pinnasta.

Suuremmilla areenoilla, joissa yleisömäärä on huomattava suurin osa kosteudesta tulee katsojista sekä ulkoa tulevasta vaihtoilmasta, jota yleisö tarvitsee. Isojen areenoiden ilmankuivausjärjestelmät koostuvat yleensä yhdestä tai useammasta suuresta kuivauslaitteesta, joissa on kuivauspyörät, kaasulämmitteinen regenerointi sekä lämmitys- ja viilennyskelat ilman lämpötilan säätelyyn.

Pyörivät lämmönsiirtimet ovat usein hyödyksi yleisön määrästä ja vaihtoilman tarpeesta riippuen. Ne eivät ainoastaan tarjoa energiansäästöjä ulkoilmasta, vaan ne voivat myös poistaa ulkoa tulevasta ilmasta kosteutta hoitaen osan kuivauspyörän työstä.

Jääkiekko-ottelut, joissa jokainen katsomon paikka on käytössä edustavat vain pientä osaa areenan kaikesta käytöstä, joten hallia suunniteltaessa on otettava huomioon käyttöasteen vaikutus ilmanvaihtoon, jottei ulkoilmaa tulisi sisään liikaa kun ihmismäärä on pienempi harjoitusten tai pelin aikaan. Ilmanvaihdon sopeuttaminen yleisömäärään vähentää huomattavasti kuivauslaitteiden energiakuluja, sekä parantaa jään laatua.

Jäähallit ovat energiaintensiivisiä rakennuksia: pyrittäessä leikkaamaan energiakustannuksia säästöjä tehdään usein jääkentän jäähdytysjärjestelmästä, mikä saattaa pahimmillaan olla haitaksi jään laadulle. Usein kuitenkin huonosti suunniteltu HVAC-järjestelmä voi olla suurin energiarosvo, jonka takia jään jäähdytyslaitteiden on pyörittävä kovemmalla teholla kuin olisi tarpeen.

Jäähallien energiatehokkuuden optimointiin tarvitaan niin toimivaa jään jäähdytystä kuin tarkkaa HVAC-järjestelmän suunnittelua.

Lähde: PHCP Pros