华北理工大学 建筑工程学院 张振雯 张振迎 河北唐山 063210
摘要：目前，CO2在人工冰场制冷系统中的应用广泛。本文对NH3/CO2冰场制冷系统的负荷进行了计算分析，利用分项计算法计算了各项负荷，并进行了数值分析，对NH3/CO2冰场制冷系统的设计具有一定参考意义。
关键词：NH3/CO2冰场；制冷系统；负荷计算
2021年1月25日，习近平总书记发表重要讲话：中国力争2030年前实现二氧化碳达到峰值，2060年前实现碳中和。从节能减排，保护环境的角度出发，为制冷系统寻找到一种可持续发展的自然工质迫在眉睫。NH3和CO2构成的NH3/CO2间接制冷系统，在20世纪90年代投入运行后，在国外应用广泛。NH3/CO2间接制冷系统具有很多优势，CO2作为载冷剂，降低了泵的能耗，节约能源，且作为天然工质，应用前景广阔。
正确的负荷计算对于设备的选型以及节能措施有着重要意义，常用的人工冰场计算负荷方法有；指标估算法、图表计算法和分项计算法。文章以奥林匹克和国际冰球比赛场地为例，论证了冰场负荷计算，并进行了数据分析，对同类项目的计算具有一定参考意义。
1 设计概况及参数
冰场面积为1738m2，场地要求30×60m，拐角半径8.5m，采用CO2作为载冷剂的NH3/CO2间接制冷系统。冰层厚度40mm，初冻时间为48h，冰面温度-5℃，夏季室内空气温度22℃，相对湿度60%，冬季室外温度-10℃。
2冰场负荷计算
冰场负荷主要是由对流换热、辐射换热和热传导三部分组成，其中对流换热是由冰面和空气的温度差形成，辐射换热是由冰面和天花板等围护结构产生的，热传导主要是地下传热负荷。
2.1对流换热负荷
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式(1)中：
h——对流传热系数，取2.58
A——冰场面积
ta——空气温度，+22℃
tb——冰面温度，-5℃
2.2辐射负荷
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式(2)中：
εa——冰面发射率
εb——天花板发射率
2.3混凝土负荷
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式(3)中：
c——混凝土比热
m——混凝土质量
△t——传热温差
t——初冻时间
2.4冰的负荷
（1）32℃的水降为0℃的水：
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式(4)中：
c——水的比热
m——水的质量
△t——传热温差
（2）0℃的水降为0℃的冰：
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式(5)中：
r——冰的凝固潜热，r=335kJ/kg
（3）0℃的冰降为-5℃的冰：
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式(6)中：
c——冰的比热，c=2.1J/(kg·℃)
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2.5地面热负荷
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式(8)中：
K——地下层传热系数，K=0.255W/m2·k (如表1所示)
td——对数温差，td=20.974℃
tp——混凝土温度，tp=-6℃
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图1 人工冰场设计负荷
3 总结
通过以上计算分析发现，主要负荷来源为冰面与空气的对流传热负荷，冰面与围护结构之间的辐射负荷及冰的维持负荷。从设计和节能方面考虑，严格控制空气流速，围护结构采用低发射率的材料并且选择合适的保温材料，均可提高系统运行效率。
参考文献
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基金项目：河北省体育局体育科技研究项目（20203004）；?河北省省级科技计划资助项目（20474501D）；?河北省高等教育教学改革研究与实践项目（2018GJJG213）；华北理工大学教育教学改革研究与实践项目（L2051）