что такое синтетический лед на катке
9 мая 2014. Чем отличается искусственный лед от настоящего
В вопросе искусственного катка, оказывается, существует некоторая путаница в терминах, обозначающих тип используемого льда. Это может быть искуственный лед, представляющий собой все-таки воду, хоть и специально очищенную и замороженную холодильной установкой. И это может быть синтетический лед, который также часто называют искусственным, как раз и создавая путаницу: такой лед в воде уже не нуждается.
Искусственный лед
Для создания искусственного льда используются холодильные установки, соединенные со сложными системами охлаждающих трубок, находящихся в основании катка.
Открытые городские катки с искусственным льдом позволяют кататься и в довольно теплую погоду: на разных катках указывают верхнюю температуру работы в диапазоне +7..+9 градусов.
Одним из самых грандиозных катков с искусственным льдом является высокогорный каток Медео в Казахстане, работающий по 8 месяцев в году: толщина ледового покрытия составляет аж 2,3 метра, а для искуственного замораживания льда задействовано 170 километров охлаждающих трубок!
Синтетический лед
Это, по сути, лед из полиэтилена, обозначаемого аббревиатурой СВМПЭ: сверхвысокомолекулярный полиэтилен.
Синтетический лед продается в виде прямоугольных листов толщиной 1-2 сантиметра и размеров порядка 2×4 метра, которые укладываются на максимально ровное твердое основание и плотно стыкуются друг с другом. Срок службы таких панелей составляет около 10 лет: по пять лет на каждую сторону.
Надо сказать, что изобретение это не новое и впервые было опробовано для катания еще в 1960-х.
Для улучшения скольжения по синтетическому льду на его поверхности используют специальные смазки. Существуют также «самосмазывающиеся» варианты с интегрированной прямо в материал льда смазкой
И хоть синтетический лед на данный момент все же уступает в качестве катания «водному» льду, ряд коммерческих преимуществ делает его популярным материалом для создания катка:
Искусственный лед на современных аренах
Ледяной покров уже на протяжении долгих лет используется в качестве игровой площадки для такого популярного вида спорта, как хоккей, а также для других дисциплин, которые актуальны во время проведения зимних олимпийских соревнований, – фигурного катания, керлинга, шорт-трека.
История
Искусственный лед стали применять на катках еще в 70-е годы XIX века. Образцом для массового строительства катков в европейских и североамериканских государствах стала лондонская арена. Тогда основная конструкция состояла из бетонного основания, на котором располагались трубки, наполненные холодоносителем. Лед здесь образовывался после подачи и заморозки воды, налитой на трубки. В начале ХХ века в Кливленде состоялась презентация первого ледового поля, особенностью которого было использование бетонной конструкции с расположенным внутри трубопроводом. Изначально в холодильных системах для катков применялся хладагент на основе сернистого ангидрида. Через некоторое время разработчики холодильного оборудования стали использовать в качестве холодоносителя аммиак.
Технологический прогресс стал причиной серьезных изменений в создании холодильных установок, однако все производители до сих пор руководствуются принципами, на основании которых были построены первые конструкции.
Отличие систем образования льда
Современное ледовое покрытие образуется благодаря матам – наборам трубок с постоянно циркулирующей охлаждающей жидкостью. В результате лед появляется за счет промежуточного антифриза, а не хладагента, содержащегося в холодильной установке. Катки старого образца замерзали благодаря воде и глицерину, которые превращались в однородную смесь. В данное время роль антифриза могут выполнять:
Раньше для изготовления трубок охладительной системы использовалась медь, а сейчас расходным материалом является сталь или пластик. Такие трубки расположены в песчаном или бетонном основании.
Основание ледовой арены в разрезе
Качество покрытия
Чтобы спортсмены могли максимально использовать свои функциональные возможности, качество ледового покрытия должно находиться на высочайшем уровне. Раньше это было невозможно, так как катание на открытом воздушном пространстве осуществлялось под воздействием изменчивой температуры, что негативно влияло на качество льда. Со временем исследователи вывели оптимальные условия для катания:
В закрытых ледовых комплексах, на лед негативно воздействуют воздушные массы, проникающие в помещение во время теплой погоды. Также высокую теплоотдачу обеспечивают источники света и наблюдающая за событиями аудитория. Помимо этого, от зрителей исходит влага, из-за которой нарушается зеркало льда. Чтобы обеспечить высокое качество ледовой поверхности и комфортные условия на трибунах, современные спортивные площадки оснащаются сложными системами кондиционирования. Качественные характеристики ледового покрытия зависят и от жесткости воды. Последняя должна в минимальном количестве содержать растворенные соли. С этой целью вода подвергается смягчению и деионизации.
Подробнее о температурах
При подготовке ледовой арены следует обеспечить такой температурный режим, который наилучшим образом подходит для проведения мероприятия. К примеру, фигурное катание проводится при температуре льда в пределах 2-3 градусов Цельсия со знаком минус. Повышенная мягкость льда способствует лучшему сцеплению коньков с поверхностью. Также это необходимо для уменьшения разрушения ледяного покрова.
Подогрев и заморозка
Использование системы подогрева грунта в спортивных сооружениях является необходимым, так как из-за высокой холодопроизводительности снижается температура бетонного основания. В итоге это может стать причиной замерзания грунта, изменчивое состояние которого негативно влияет на фундамент. В случае всесезонного использования ледового катка, ниже его основания размещают трубки на расстоянии 0,3-0,6 метра. Благодаря отопительной системе температура грунта постоянно составляет около 3 градусов Цельсия.
Поверх грунта устанавливается теплоизоляция. Ее компоненты стыкуются и между ними пропадают щели. На следующем этапе осуществляется монтаж трубных матов. Основой для укладки трубок является арматурная сетка. В некоторых случаях сетку заменяют песчаным слоем. После этого конструкцию бетонируют. Для производства трубок системы подогрева используют термостойкие полимеры. Подобные трубки отличаются тонкими стенками и монтируются на расстоянии около 10 сантиметров.
Подключение системы охлаждения
Чтобы привести хоккейную арену в полную готовность, необходимо 30-60 кубических метров воды. Замораживание происходит поэтапно, с целью образования многослойного льда. Образование первых слоев происходит в результате распыления воды. Следующей процедурой является окрашивание поверхности в белый цвет, чтобы хоккеистам было легче обнаружить шайбу во время игры. После этого требуется образование еще одного слоя льда и нанесение разметки. На завершающей стадии появляется главный ледяной покров.
Устранение дефектов поверхности
Разрушение ледового пространства происходит под воздействием лезвий коньков. Для выравнивания поверхности применяются ресурфейсеры – специальные комбайны, которые корректируют лед в свободное от катания время.
Данный процесс заключается в следующем:
Калькуляция энергозатрат
Самой трудоемкой процедурой в образовании ледовой поверхности является подготовка льда. Компания Johnson Controls опубликовала информацию, что на подготовку льда уходит 57 процентов энергетических затрат, на обеспечение трибун электричеством – 14 процентов, на освещение катка – 9 процентов, на осушение и вентиляцию – 12 процентов, на дополнительное освещение – 8 процентов. По этой причине разработчики ледовых арен делают основной акцент на энергетическую эффективность. К примеру, во время последней Олимпиады в Сочи Большая ледовая арена была оборудована 3-мя высокоэффективными холодильными установками YORK, которые изготовила корпорация Johnson Controls. Мощность такого оборудования составляет 529 киловатт. Также оно имеет электрический двигатель, отдача которого равна 400 киловаттам. Что касается холодильного коэффициента компрессора, он равен 1,32.
Чтобы грунт не промерзал, под бетонную плиту устанавливают трубки, толщина которых составляет 37 сантиметров. В трубках находится пропиленгликоль.
Система кондиционирования воздуха сочинской арены состоит из 4-х холодильных машин YORK, мощность охлаждения которых составляет 2,3 тысячи киловатт, в то время как мощность электродвигателя равна 516 киловаттам. Холодильный коэффициент нагнетателя равен 4,45.
Конденсация холодильного оборудования позволяет утилизировать тепло, благодаря которому удовлетворяются технологические потребности сооружения (таяние льда, вентиляция, горячее водоснабжение).
На основе материалов из журналов «ON», «Мир Климата»
Что такое синтетический лед на катке
Синтетический каток (синтетический лёд) — специальная поверхность, которая имитирует лед на катке. Поверхность складывается из специальных термоплит или термопанелей, синтезированных на основе полиолефина – полимерного материала, обладающего пониженным трением, износостойкостью, что делает ее пригодной для фигурного катания, хоккея на льду, игры в керлинг.
Синтетический лед, как правило, складывается из панелей, закрепленных планками встык либо особым вырезом вида «пила», «ласточкин хвост» и т.п. Важно, чтобы синтетический каток располагался на идеально ровной, гладкой и устойчивой поверхности, например, на асфальте, деревянном полу, грунте, специальных помостах.
Синтетический лед часто именуют искусственным, что приводит к недоразумению, потому что искусственный каток в основном создается изо льда, генерируемого холодильными установками в процессе заморозки воды на катке.
Происхождение
Синтетический каток на основе полимерных технологий практикуется как альтернативный вариант натуральному льду из замерзшей воды вот уже более четырех десятилетий. Первенство в применении пластмассы для катания на коньках принадлежит фирме DuPont. Первый подобный каток был построен в 60-е годы прошлого века из полиформальдегида, изобретенного десятилетием ранее.
Особенности полимерных панелей
На сегодняшний день полимерные панели некоторых марок производятся из пластика по технологиям середины прошлого века. Но не стоит забывать, что синтетические катки обладают некоторыми отличительными характеристиками. Чтобы скользить было удобно, необходимо применение особой смазки, изготавливаемой из этиленгликоля либо силиконовых соединений. Поэтому сравнивая катание на натуральном ледовом покрытии и на синтетическом катке, не стоит забывать, что последний представляет собой лишь имитацию льда. Смазка постепенно покрывается грязью, пылью.
Еще одна сложность, вызванная применением синтетических панелей для катков, в том, каким образом они между собой крепятся. Если используется метод крепления стык-встык, то через некоторое время швы могут разойтись, что приведет к образованию канавок, где лезвия легко могут застревать. Применение планок в качестве соединительного элемента понижает вероятность расползания конструкции. Один из надежных способов крпеления является применения вырезов вида «пила», «ласточкин хвост».
Новейшие технологии
Прогресс не стоит на месте: за последние десятилетия инновации позволили повысить характеристики полимерных соединений, уменьшив разницу между синтетическим льдом и настоящим. Особые синтетические соединения в совокупности с высококачественными смазками, которые при высыхании поглощаются поверхностью синтетических панелей, позволяют катку оставаться чистым и комфортным для скольжения.
Улучшены свойства полимерных панелей, ответственные за влагостойкость и устойчивость к коррозии, температурным колебаниям, ультрафиолету. Усовершенствованы способы инсталляции и крепления, что препятствует разъезжанию швов. В совокупности катание на синтетическом катке становится более комфортным и безопасным.
Уход за синтетическими катками становится проще, так как все больше используются биодеградируемые смазки, которые легко разлагаются под воздействием обыкновенной воды. Это замечательная альтернатива смазочным соединениям на основе силикона или этиленгликоля, значительно сокращающая время чистки и уборки.
Синтетический лед имеет жесткость на 10-15% выше, чем у настоящего льда, а это комфортно для новичков и детей, для проведения тренировок, отработки элементов в керлинге или хоккее.
Синтетические катки набирают вполне заслуженную популярность во многих странах, это вызвано их меньшей стоимостью сравнении с настоящим льдом, а также тем, что средств на поддержание и уход катка практически не требуется. В таких странах, как США и Канада, известных своими достижениями в хоккее и фигурном катании, есть сеть хоккейных клубов и школ, применяющих синтетический лед, основываясь на его низкой стоимости.
Синтетический каток не требует особых условий эксплуатации, прост в установке, может быть установлен в крытом помещении и на открытом воздухе, что делает его популярным для установки практически в любой климатической зоне, на пляжах, в парках, в торгово-развлекательных центрах, цирке и т.п.
Применение синтетического льда служит хорошей имитацией натурального льда, особенно в ситуациях, когда у организаторов нет финансовой, технической или иной возможности установить каток из обычного льда.
Каток против природы
Проблемы глобального потепления и дефицита воды на Земле заставили общество задуматься об экологичности ледовых катков. Ресурсные затраты на их открытие и последующее обслуживание пытаются решать в том числе Международный олимпийский комитет и Международная федерация хоккея на льду. Одно из предложенных решений — синтетический лед. Однако и этот вариант для окружающей среды оказался небезвредным.
Фото: istock.com
История ледовых катков
Как отмечает издание Inhabitat, сведения об основании первого конькобежного клуба зафиксированы в Эдинбурге (Шотландия) в 1642 году. Распространение этого вида спорта вдохновило изобретателей на создание искусственных ледяных поверхностей: так каток перестал зависеть от погоды. В 1843 году журнал Pinch рассказал о первом катке с искусственным льдом, сделанным «не из замерзшей воды, а из смеси химических веществ, включая свиное сало и расплавленную серу, которая пахла отвратительно». В 1880-х годах популярным стал хоккей, что увеличило спрос на строительство катков.
Химия льда
Для производства льда и содержания катков нужно специальное оборудование, оно потребляет большое количество энергии и производит охлаждающие вещества — хладагенты, которые вызывают загрязнение окружающей среды. По последним подсчетам Агентства по охране окружающей среды США (EPA), углеродный след Национальной хоккейной лиги США и Канады составил 530 тыс. т парниковых газов, что соответствует годовой эмиссии от 110 тыс. автомобилей.
Основные хладагенты, производимые ледовым оборудованием, включают хлорфторуглероды (ХФУ), гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), гидрофторуглероды (ГФУ), углеводороды, аммиак и диоксид углерода. ХФУ и ГХФУ — это синтетические газы, вызывающие разрушение озонового слоя. ГФУ усиливают парниковый эффект, углекислый газ способствует глобальному потеплению, а пропан и изобутан провоцируют образование смога. В качестве основного хладагента может выступать аммиак, вдыхание которого вызывает необратимое повреждение дыхательных путей. Часто вещество используют в растворе: для повышения охлаждающих свойств в жидкость добавляют соль, которая может загрязнять окружающую среду. Как отмечает научное издание Wondergy, в современные катки вместо соли добавляют этиленгликоль — токсичный антифриз, утечка которого отравляет живые организмы, их среду обитания и экосистемы.
Информацию об этом подтвердила Plus-one.ru магистр химического факультета ННГУ им. Лобачевского, победитель XXI Всероссийской конференции молодых ученых-химиков Сакина Зейналова, напомнив, что этиленгликоль относится к третьему классу опасности.
«На данный момент есть альтернатива этиленгликолю, его более безвредный гомолог — пропиленгликоль. Однако его использование до сих пор не носит массовый характер. По поводу всевозможных хладагентов: есть данные о том, что при утечке, неправильной эксплуатации и прочих условиях они могут наносить серьезный ущерб окружающей среде и становиться дополнительным источником вредных испарений. На данный момент активно внедряются более безопасные и экологичные хладагенты, например R410A, R134А», — рассказала эксперт.
По мере развития технологии производства катков от многих хладагентов поэтапно отказываются из-за условий Монреальского протокола. Документ ратифицирован большинством стран ООН и предлагает снятие с производства химических веществ, разрушающих озоновый слой. Уже сегодня многие катки используют системы охлаждения на основе диоксида углерода в качестве основного хладагента. Углекислый газ — более безопасная альтернатива по сравнению с ГФУ и другими фторсодержащими газами, но он провоцирует глобальное потепление.
Это еще не весь список вредных выбросов. EPA также предупреждает о высоких содержаниях в воздухе на катках диоксида азота и твердых частиц (PM), которые попадают в атмосферу вместе с выхлопными газами от работающих ледяных комбайнов. В исследовании Фонда защиты окружающей среды (EDF) говорится, что почти 40 % обследованных катков во всем мире могут превышать рекомендованное Всемирной организацией здравоохранения значение воздействия диоксида азота в воздухе помещений в течение 1 часа. Катки в США превышают это значение на 55 %, в Канаде — на 46 %. Высокие уровни диоксида азота могут вызвать респираторные проблемы в виде кашля, боли в груди и отека легких. В свою очередь, угарный газ может привести к головным болям, тошноте и снижению работоспособности. «При уровне содержания угарного газа, обычно обнаруживаемом на катках в помещении, учащенное дыхание от катания на коньках или хоккея может привести к неблагоприятным последствиям для здоровья», — предупреждает EDF.
Однако Сакина Зейналова считает, что негативное воздействие катков на экологическую обстановку и здоровье человека сильно преувеличено. Химик обращает внимание, что в 2019 году в России было зарегистрировано чуть больше 600 крытых катков, тогда как автомобильных заправок насчитывается около 26,6 тыс.
«Испарения от машин и автомобильных заправок наносят куда больший урон окружающей среде, если мыслить глобально. Даже от ферм по выращиванию животных выделяется намного больше СО, СO2 и СН4. Но если абстрагироваться и рассматривать только катки (в основном крытые), то стоит признать, что имеющиеся исследования действительно указывают на повышенные содержания оксидов углерода и азота в воздухе в помещении крытых катков. Негативные эффекты от таких повышенных концентраций описаны верно», — резюмирует Сакина Зейналова.
Синтетический лед: экологичная альтернатива?
Существенными преимуществами синтетического льда является то, что для его производства и обслуживания не нужна вода и электроэнергия. Такие катки можно использовать 7 дней в неделю, 24 часа в сутки без необходимости повторной обработки поверхности. Важным преимуществом синтетического покрытия считается то, что оно не выделяет СO2 в атмосферу. Однако синтетический лед состоит в основном из полиэтилена высокой плотности, то есть из пластика. Это означает, что альтернативное покрытие угрожает окружающей среде загрязнением микропластиком, который образуется, когда коньки разрушают поверхность такого катка. Эту проблему, по мнению Сакины Зейналовой, решить проще, чем пытаться улавливать газы и испарения от катков с хладагентами.
«Лично мне, как ученому, специализирующемуся на полимерах, очень нравится идея с заменой обычного льда на пластины из полиэтилена высокой плотности. Он прочен, прост в эксплуатации и не выделяет вредных газов при аналогичных температурах использования. Кроме того, это экономически выгоднее и не требует использования водных ресурсов», — считает Зейналова.
Синтетический лед
Пазл синтетического льда
Наверняка многие из вас слышали или видели такое понятие как «синтетический лёд». Например, в объявлении об открытии бросковой зоны — бросковая зона с синтетическим льдом.
Небольшая бросковая зона
Что же это такой за лёд и что на нем можно делать?
Попробуем разобраться. Для начала давайте определим, что же такое этот самый синтетический лёд. Синтетический лёд — это аналог обычному льду, на котором можно кататься на коньках. Состоит, как правило, каток из синтетического льда из множества панелей, сделанных из высокомолекулярного полиэтилена или полиэтилена низкого давления.
Давайте выделим особенности каждой технологии:
С развитием спроса на синтетический лёд производители пытаются свести этот самый коэффициент трения к минимуму, но, несмотря на это в России в основном используют полиэтилен низкого давления.
Сборка синтетического льда
В чем преимущество синтетического льда и где его используют?
Основные преимущества синтетического льда это, конечно же, мобильность, простота установки, недорогое обслуживание и нетребовательность к помещению, в котором будет установлен такой лёд. Что бы собрать каток из синтетического льда нужна ровная твердая поверхность, это может быть бетон, асфальт или даже гравий, а далее нужно просто вставлять панели друг в друга (на каждой из них есть специальные пазы). На этом, в принципе, установка синтетического льда заканчивается. Можно поставить на лёд ворота, или оборудовать свой каток бортами — все зависит от того, как вы собираетесь использовать лёд. Применять такой каток можно для занятий хоккеем, фигурным катанием и кёрлингом. Если говорить о том, что ваш каток будет сделан из высокомолекулярного полиэтилена, то ощущения от катания на коньках будут близки к реальным, а значит, у вас есть возможность отработать основные элементы катания. Для хоккеистов есть также отличная возможность поработать над техникой рук и владением шайбой, бросками — для этого не потребуется каких-то специальных шайб, по синтетическому льду отлично скользит обычная хоккейная шайба. Именно поэтому синтетический лёд устанавливают в бросковых зонах.
Тренировка хоккеистов на синтетическом льду.
Практика применения синтетического льда в Канаде.
На самом деле, синтетический лёд, который не требует дополнительной обработки пока все еще редкость, но производители пластикового льда уже изобрели подобный вариант, и, возможно, в скором времени такой лёд уде будет доступен каждому.
Практика применения пластикового льда уже давно существует в Канаде — синтетический лёд используется для полноценных тренировок юношеских команд, более того, на таких катках проводились полноценные игры. Опыт канадцев стали активно перенимать американцы, и даже европейцы. Кроме того, тренировки в таком формате оценили и одобрили игроки НХЛ, а исследования показали, что эффективность выше при совмещении тренировок на синтетическом и искусственном льду, нежели только на искусственном.
Вывод: синтетический лёд отличная альтернатива искусственному льду, особенно в летнее время, или когда нет возможности проводить тренировки на искусственном льду. Но надо понимать, что за таким катком все равно нужен уход, и самое главное — это подобрать качественные синтетические панели, чтобы избежать таких проблем как щели в креплениях, вздутие и т.п. Из-за коэффициента трения не стоит забывать, что коньки придётся точить чаще. Занимающемуся на таком льду желательно иметь коньки со съемными лезвиями, пару лезвий для обычного катка, пару лезвия для синтетического катка.