-
Kunsteisbahn
-
Die Erfindung betrifft eine Kunsteisbahn mit Leitungen für ein Kühlsystem
für die Eisdecke und mit einer Speichereinrichtung. Die Wärmebelastung einer Kunsteisbahn
wechselt insbesondere bei Freiluftanagen je nach Sonnenstand, Wolkenbedeckung, Außenlufttemperatur,
Luftfeuchtigkeit, Windanfall und Belastung durch die das Eis frequentierenden Benutzer
im Jahres-, Monats- und Tagesverlauf. Bezogen auf mitteleuropäische Verhältnisse
werden
Kälteanlagen für Kunsteisbahnen mit Freiluftbetrieb über die Wintermonate Oktober
bis März auf eine Maschinenleistung von 200 - 350 WE/qmhOC ausgelegt. Die auftretenden
Wärme-Maximalbelastungen können im laufenden Betrieb dieser Eisbahnen insbesondere
über die Mittagszeiten eines Tages höher liegen als der im Hinblick auf die Investitionskosten
der Kälteanlage möglichst niedrig gehaltene Auslegungswert. In dieser Zeit muß deshalb
ein gewisses Antauen der Eis oberfläche in Kauf genommen werden. Die um die Mittagszeit
auftretende Maximalbelastung ist auch insofern problematisch, als zu dieser Zeit
das elektrische Stromversorgungsnetz stark beansprucht ist und sich die Stromtarife
nach dieser Beanspruchung richten.
-
Um auf die Spitzenbelastungen besser reagieren zu können, sind Speichereinrichtungen
bekannt geworden, bei denen in einem Behälter außerhalb des Eis felde ein Wärmeträger
während der Nachtstunden mit- billigem Nachtstrom abgekühlt wird. Die Speicherfähigkeit
des Wärmeträgers beinhaltet bei diesem Verfahren lediglich das Wärmeaufnahmevermögen
durch Temperaturänderung und ist somit stark begrenzt (Wärmeaufnahmevermögen = Wärmeträgergewicht
x spezifische Wärme x Temperaturänderung). Damit der Wert "Temperaturänderung" möglichst
groß gehalten werden kann, ist es bei diesem bekannten Verfahren notwendig, den
Wärmeträger möglichst tief abzukühlen.
-
Hierbei entstehen betriebswirtschaftliche Nachteile, nämlich hoher
Energieaufwand, hohes Druckgefälle, geringer Wirkungsgrad, herabgesetzte Lebensdauer
der Kältemaschinen und große Abstrahlungsverluste der Speichereinrichtung.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kunsteisbahn mit einer
Speichereinrichtung zu schaffen, die geringere Investitionen erfordert und sich
insbesondere betriebswirtschaftlich günstig betreiben läßt.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Speichereinrichtung
aus einem unterhalb der Eisdecke angeordneten Gefrierspeicher besteht, der mit der
Eis decke wärmeleitenden Kontakt hat und ein Speichermedium aufweist, das bei einer
Temperatur unterhalb OOC seinen Aggregatzustand ändert. Das Speichermedium kann
aus einer Lösung (z.B. Gefriersole) oder einem Stoff bestehen. Durch die Änderung
des Aggregatzustandes werden größere Energien aufgenommen bzw. abgegeben. Dem Gefrierspicher
ist ein Kühlsystem zugeordnet, das gleichzeitig das Kühlsystem für die Eisdecke
sein kann.
-
Bei der Uberführung des Speichermediums vom flüssigen bzw. plastischen
in den festen Aggregatzustand wird ihm "Gefrierwärme" entzogen. Bei Bedarf kann
dann der Gefrierspeicher von der Eisdecke Wärme entsprechend der dem Speichevzuvor
entzogenen Gefrierwärme aufnehmen.
-
Bei einer Freiluft-Kunsteisbahn wird so bei auftretendem Außenfrost
dem Gefrierspeicher kostenlos Wärme entzogen, bei wieder ansteigender Außenwärmebelastung
ist der Speicher dann in der Lage, die ihm zuvor kostenlos entzogene Wärmemenge
vom Kunsteis abzunehmen. Durch die Abstimmung der Gefrierspeichertemperatur auf
Nutzungsbelange kann die Kältemaschinenleistung der kältetechnischen Einrichtung
der Kunsteisbahn auf eine Betriebszeit von 20 bis 24 Stunden je Tag ausgerichtet
werden. Zur Aufladung des Speichers (Wärmeentzug) können billige Nachtstromtarife
ausgenutztwerden. Die kältetechnische Einrichtung selbst kann reduziert werden,
wenn die Kälteleistung über den gesamten Tagesverlauf hinweg entsprechend verteilt
werden kann, so daß sich wegen der kleineren Kältemaschinenanlage die Investitionen
verringern.
-
In besonders einfacher Weise kann der Gefrierspeicher der Eisdecke
als Auflager dienen und von dieser durch eine Trennwand getrennt sein. Zweckmäßig
sind auf dem Boden einer Wanne Leitungen für das Kühl- bzw. Kältemittel ausgelegt
und mit dem den Gefrierspeicher bildenden Speichermedium umgossen. Die Wanne kann
zuvor mit einer elastischen Folie ausgeschlagen werden, auch die Trennwand besteht
vorzugsweise aus einer elastischen Folie, insbesondere aus Kunststoff.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Gefrierspeicher
aus einzelnen Elementen, die unter der Eisdecke verteilt angeordnet sind. Die Elemente
können stationär fest in der Anlage eingebaut sein, sie können aber auch als frei
bewegliche, auf einem Untergrund auflegbare Baueinheiten ausgebildet sein. Das Element
kann von mindestens einer Leitung für ein Kühlmittel durchsetzt sein, die Leitungen
des Kühlsystems und Räume für das Speichermedium können einander umgeben, bei einer
Ausführungsform umgibt der Raum für das Speichermedium die Leitung des Kühlsystems
konzentrisch mit Abstand, gegebenenfalls ist der Raum mit Dehnungsfalten versehen.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die Leitungen des Kühlsystems für die Eisdecke
und die Elemente abwechselnd nebeneinander angeordnet.
-
Ist die Kunsteisbahn keine ebene Fläche, sondern eine schräge Eispiste
(Rodelbahn, Bobbahn od.dgl.), so können zweckmäßigerweise die Gefrierspeicherelemente
Wandungen aus elastischem Material aufweisen. Dabei enthalten diese Elemente Leitungen
für das Kühl- oder Kältemittel und daneben Räume für das Speichermedium. Diese Ausbildung
eignet sich aber auch bei ebenen Eisbahnen, insbesondere wenn die Elemente als freibewegliche
Baueinheiten für eine Saison ausgelegt und danach wieder weggenommen werden (Belegung
von Tennisplätzen, Rollschuhbahnen
u.dgl.). Die Räume mit dem
Speichermedium können auch von einem Kühl- oder Kältemittel des Kühlsystems umflossen
sein, die Wandungen der Räume und der Durchflußkanäle können dabei aus elastischem
Material oder aus steifem Material bestehen, die Anordnung kann auch stationär getroffen
sein.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,
Einzelheiten sind anhand der Zeichnung, die beispielsweise Ausführungsformen darstellt
,näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil einer Kunsteisbahn
in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil einer Kunsteisbahn
in einer zweiten Aus führungs form, Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil einer
Kunsteisbahn in einer dritten Ausführungsform, Fig. 4 bis 7 Schnitte durch Gefrierspeicherelemente
in verschiedenen Ausbildungen.
-
Die Erhaltung von Kunsteis im laufenden Betrieb setzt voraus, daß
nach seiner ErzeugungWärmebelastungen (Strahlung, Wind, Feuchtigkeit, Einflüsse
durch Benutzungsfrequenz usw.) laufend abgeführt werden. Dies
wird
durch kältetechnische Einrichtungen bewirkt, die in der Regel ein Leitungssystem
beinhalten, durch das ein Kühl- bzw. Kältemittel hindurchgefthrt wird. Die Leitungen
oder sogenannten Bahnrohre können sich direkt in einer Eisdecke befinden, sie können
auf einem ebenen Untergrund aufliegen oder in einem wasserundurchlässigen oder wasserdurchlässigen
Belag eingebettet sein. Die Wärme aufnahme kann durch ein Kältemittel geschehen,
das z.B. in einem Verdampfersystem der Bahnberohrung zirkuliert. Die einzelnen Anlagenteile
sind so ausgelegt, daß das Kältemittel bei der Wärmeaufnahme seine Temperatur nicht
ändert. Neben diesem direkten Verfahren kennt man das indirekte Verfahren, bei dem
ein Kühlmittel, in der Regel eine Sole, durch die Bahnberohrung gepumpt wird. Bei
der Wärmeaufnahme ändert sich die Temperatur der Sole.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein Boden 1 einer Wanne 2
mit einer elastischen Folie 3 ausgelegt, darauf sind im Abstand voneinander Leitungen
4 für ein Kühl- bzw. Kältemittel ausgelegt (Bahnberohrung). Die Leitungen 4 werden
mit einem Speichermedium 5, insbesondere einer Gefriersole, umgossen, die schichtenweise
festgefroren wird. Auf die sich bildende ebene Fläche wird eine weitere elastische
Folie 6 als Trennwand 7 aufgelegt, das darauf aufgegossene Wasser wird dann zur
Eisdecke 8 gefroren. Die Trennwand 7 verhindert
eine Vermischung
des Wassers der Eisdecke 8 mit dem Speichermedium 5, das einen Gefrierspeicher 9
abgibt. Während des Betriebs wird das Speichermedium 5 nur so weit erweichen, daß
noch eine ausreichende Tragfähigkeit für die Eisdecke 8 gegeben ist. Die Leistung
des Kühlsystems und die Einstellung der Gefriertemperatur des Speichermediums 5
sind entsprechend aufeinander abgestimmt. Anstatt einer Wanne 2 kann natürlich ebensogut
eine ebene Fläche verwendet werden, die zur Abgrenzung mit einem Rand versehen wird,
an dem die elastische Folie 3 hochgezogen wird.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Leitungen 4 des Kühlsystems
für die Eis decke 8 in einem wasserundurchlässigen Belag 11, z.B. einer Betonplatte,
eingebettet.
-
Sie können wieder ein Kühl- oder Kältemittel 10 führen, so daß die
Wärmeaufnahme auf dem Wege des direkten oder indirekten Verfahrens erfolgt. Im Belag
11 unterhalb der Eisdecke 8 ist weiterhin der Gefrierspeicher 9 untergebracht, der
in diesem Falle in einzelne Elemente 12 aufgeteilt ist. Die Elemente 12 sind jeweils
zwischen zwei Leitungen 4 (Bahnberohrung) angeordnet. Sie bestehen aus Rohren, Kammern
oder Räumen 13, die das Speichermedium 5 aufnehmen, dessen Gefrierpunkt z.B. bei
minus 100C liegt.
-
Bei der getroffenen Anordnung sind die Leitungen 4 des Kühlsystems
für die Eisdecke 8 gleichzeitig Leitungen für das Kühlsystem des Gefrierspeichers
9. Das bedeutet, daß das Kühl- oder Kältemittel 10 in den Leitungen 4 Wärme sowohl
der Eisdecke 8 als auch dem Speichermedium 5 entzieht. Das Speichermedium 5 wird
dabei vom plastischen bzw. flüssigen in den festen Aggregatzustand übergeführt.
Wenn dann bei maximaler Wärmebelastung die Leistung des Kühl- oder Kältemittels
10 nicht mehr ausreicht, um die Eisdecke 8 zu stabilisieren, tritt unterstützend
der Gefrierspeicher 9 in Aktion, indem durch ihn der Eisdecke 8 Wärme in Höhe der
Schmelzwärme des Speichermediums 5 entzogen wird, das feste Speichermedium 5 verflüssigt
sich also wieder. Reicht die Leistung des Kühl- oder Kältemittels 10 in den Leitungen
4 wieder aus, weil die Wärmebelastung geringer geworden ist, wird auch dem Speichermedium
5 wieder Wärme entzogen. Der Gefrierspeicher 9 dient also insoweit der Deckung der
Spitzenbelastung, die Kälteleistung wird vorzugsweise über den gesamten Tagesrhythmus
hinweg verteilt, so daß günstige Stromtarife ausgenutzt werden können und die Kälteanlage
kleiner ausgelegt werden kann.
-
Wenn z.B. bei Freiluftanlagen die Außentemperatur entsprechend absinkt,
wird dem Speichermedium 5 von außen her durch die Eisdecke 8 und den Belag 11 hindurch
Wärme entzogen: das Speichermedium 5 gefriert hierbei "kostenlos",
die
gespeicherte "Umweltkälte" kann dann tagsüber bei hoher Wärmebelastung ausgenutzt
werden.
-
Während bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die Leitungen 4 und der
Gefrierspeicher 9 fest verlegt sind, es sich also um eine stationäre Anlage handelt,
hat man bei der Ausführungsform nach Fig. 3 eine demontable Lösung.
-
Auf einem Untergrund 14, der wasserdurchlässig sein kann (z.B. Tennisplatz
od.dgl.), ist der Gefrierspeicher 9 in Form der einzelnen Elemente 12 aufgelegt.
-
Die Elemente 12 können von einer Leitung 4 durchgesetzt werden, die
wieder der Durchleitung eines Kühl- oder Kältemittels 10 dienen, wobei die Leitungen
4 zum Kühlsystem für die Eisdecke 8 gehören können oder aber Teil eines eigenen
Kühlsystems für den Gefrierspeicher 9 sind. Im letzteren Falle sind dann weitere
Leitungen für das Kühlsystem für die Eisdecke 8 verlegt, die nicht näher dargestellt
sind. In den Elementen 12 ist die Leitung 4 vom Speichermedium 5 umgeben. Zwischen
den Elementen 12 sind Füllelemente 15 angeordnet, die zusammen mit den Elementen
12 eine ebene Fläche für die Auflage der Eisdecke 8 bilden und die je nach Bedarf
unterschiedlich ausgebildet sein können. Sie können hohl sein, Leitungen 4 des Kühlsystems
für die Eisdecke 1 aufnehmen oder auch Elemente des Gefrierspeichers 9
ohne
Leitungen 4 darstellen. Die Wirkungsweise entspricht wieder der bei der Ausführung
nach Fig. 2 geschilderten.
-
Die Elemente 12 des Gefrierspeichers 9 können sehr unterschiedliche
Gestalt haben. Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist die als Rohr ausgebildete Leitung
4 für das Kühl- oder Kältemittel 10 konzentrisch im Abstand von einer Wandung 16
bis auf eine Dehnungsfalte 17 umgeben.
-
Im Raum 13 zwischen der Leitung 4 und der Wandung 16 ist das Speichermedium
5 untergebracht.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 hat man ein Element 12 eines Gefrierspeichers
9, das verschiedene Räume 13 aufweist, in denen das Speichermedium 5 eingeschlossen
ist. Diese Räume 13 werden vom Kühl- oder Kältemittel 10 gemäß den angegebenen Pfeilen
18 umflossen. Die Räume 13 und die Kanäle für das Kühl- oder Kältemittel 10 können
Wandungen aus steifen oder elastischen Materialien haben.
-
Die Fig. 6 und 7 geben Teile von Elementen 12 des Gefrierspeichers
9 wieder, deren Wandungen aus einem elastischen Material, z.B. Kunststoff, Gummi,
textilem Stoff od.dgl., bestehen, so daß sie sich insbesondere auch für unebene
Eispisten verwenden lassen. Neben
Räumen 13 mit dem Speichermedium
5 sind Leitungen 4 mit dem Kühl- bzw. Kältemittel 10 angeordnet, die Leitungen 4
stehen in der Regel miteinander in Verbindung, die Räume 13 können ebenfalls miteinander
verbunden sein. Während die Wandungen der Leitungen 4 und der Räume 6 bei der Ausführungsform
nach Fig. 6 einstückig (in Art einer Luftmatratze) ausgebildet sind, bilden wie
Leitungen 4 für das Kühl- bzw.
-
Kältemittel 10 und die Räume 13 für das Speichermedium 5 eigene Kanäle,die
mit Außenwänden 19,20 verbunden und damit positioniert sind. In einfacher Weise
kann zur Bildung der Kanäle eine Zick-Zack-Bahn zwischen die Außenwände 19,20 gebracht
und mit ihren Faltkanten dort befestigt sein. Die Wandungen können beispielsweise
aus Kunststoff-Folien oder wasserundurchlässigem textilem Stoff od.dgl. bestehen.