Érdekességek

A műjégpályák fejlődése

Forrás: hklszaklap.hu - lapszám: 2011/május

1905-ig, a Hűtéstechnikai Mérnökök Amerikai Társasága, az AShRaE első konferenciájának időpontjáig a műjégpálya-ipar már számos alapvető tervezési irányelvet határozott meg, melyek napjainkban is megtalálhatók a többcélú sport- és szórakoztató létesítmények műszaki megoldásaiban. Akkorra már majdnem 30 év múlt el 1876 óta, amikor az első mechanikusan hűtött jégpályát megnyitotta Prof. John Gamgee a Charing Crossban, Londonban.

A Charles Dickens által alapított All the Year Around hetilap 1876. márciusi kiadványában az alábbiakat írta az első mesterséges jégpályáról: „Rézcsöveket fektettek le, és ezeken keresztül glicerin és víz keverékét keringtették, miután az éter által az visszahűtésre került.” Ha a kedves olvasó meglátogat most néhány modern korcsolyapályát, mindmáig megtalálhatjuk ezt a másodlagos (közvetítő) hűtőközeges megoldást, melyet a padlózatba ágyazott fém- vagy műanyagcsöveken keresztül keringtetnek.

Különböző hűtőfelület-megoldások

1880-tól számos jégpálya épült Európában is. 1891-ben a Linde Ice Maschine Co. épített egy jégpályát Németországban, Frankfurtban, ahol sós vizet keringtetett a padlózaton elhelyezett sekély tálcában lefektetett csőtekervényekben, amelynek hatására a tálcába töltött vékony vízréteg átfagyott. Thomas L. Rankin 1893. novemberi chicagói szabadalma lett az előfutára napjaink modern jégpályáinak, melynek alapelve a fémreszelékkel kevert vagy furatokkal ellátott aszfaltba, vagy más megfelelő cementbe ágyazott hűtőcsövek, melyek megfelelő hidegvezetővé tették ahhoz az alapzatot, hogy a vékony rétegben rápermetezett víz jégbevonatot képezhessen rajta. Körülbelül 1918-ig nem volt állandó alapozású, többcélú jégpálya. A legtöbb létesítménynél szintezett, simított alapokra fektetett deszkázatra helyezték a csőkötegeket, amit utána homokkal fedtek be. Napjainkban az egész éves, állandó jégpályáknál is alkalmazzák ezt a homokkal fedett csőtekervényes megoldást, előnyben részesítve azt a betonnal szemben, alapvetően költségtakarékossági szempontokból, illetve a hűtőcsövekhez való könnyebb hozzáférhetőség érdekében, ami a karbantartási költségekre is jótékony hatással van. Miután a Chicago Arena 1917-ben megépült, nyilvánvalóvá vált, ha a pályaalapzat betonból készül, akkor a létesítmény számos különböző célra használható az év egészében.

Az első próbálkozások 1917-ben történtek annak eldöntésére, hogy egy beton padlózatot lehetséges-e úgy hűteni, hogy egyenletes jégréteget lehessen képezni annak tetején. D.H.Scott számos próbálkozást vezényelt le az Elysium korcsolyapályán Clevelandben. Scott volt a feltalálója annak a jégellenőrző rendszernek, melyet akkor számos jégpályán alkalmaztak. A rendszer a padlózatba ágyazott elektromos ellenállás-hőmérőket használt. Az ő betonkutatásai jelentették a osztrák Edward Engelmann munkájának folytatását, aki 1908 körül létesített egy állandó jégpályát Bécsben. Engelmann 1913-ban tartott egy előadást a Harmadik Washingtoni és Chicagói Hűtéstechnikai Kongresszuson a terveiről, kivitelezési elképzeléseiről, amelyben hangsúlyozta a szabadon elmozduló szerkezet fontosságát, mely szükség szerint összehúzódhat, amint a hőmérséklet alacsonyabb. Miután Scott tökéletesítette próbálkozásait, lebetonozták az Elysium padlózatát Clevelandben. Legnagyobb valószínűséggel ez volt az első tartós, öntött beton padlózatú jégpálya az Egyesült Államokban.

Több további ilyen technológiával készült pálya követte az elsőt Philadelphiában és Milwaukee arénáiban. A Milwaukee Winter Gardenben lévő pálya betonlemezét terrazzo burkolattal látták el. Első alkalommal alkalmaztak egy hőcserélőt a sós víz felmelegítésére, hogy felgyorsítsák a jég eltávolítását a padlózat fűtésével. Azonban a padlózat hamarosan megrepedezett mindkét létesítményben, mert sem a hőtágulásra, sem az összehúzódásra való ellenállóságra nem méretezték azokat. A következő betonpadlós jégpályát a Madison Square Gardenben, acélforgácsra ágyazva, dilatációs illesztésekkel, kb. másfél méterenként szakaszokra osztva készítették el. A padlózatot terazzo-val fedték, és minden dilatációs résbe sárgaréz szalagot fektettek. A padlózati hibákkal foglalkozó kutatások oda vezettek, hogy az 1930-as években megállapították, hogy a fémforgács használata érdemben nem javítja a hővezetést, és inkább a beton porózusságához vezet, a sárgaréz alkalmazása pedig az idomoknál megnöveli az acélcsövek korróziójának lehetőségét. 1929-ben egy újfajta elgondolás, majd szabadalom született, mely M. R. Carpenter nevéhez fűződik, aki az ASHRAE egyik alapító tagja volt. A padlózat öntött monolit betonlemez volt dilatációs hézagok nélkül. Az első megvalósítása egy ilyen technológiával épített pályának egy 80x208 lábas jégpálya volt New York államban, Ryeban, az úgynevezett Ice Casinóban, amely egy sósvíz-keringtetésű pálya volt, két Frick típusú szinkronmotorral hajtott kompresszorral.

Annak lehetősége, hogy megbízható, repedésmentes betonpadlózatot tudnak készíteni, arénák ezreinek létesítéséhez vezetett, melyek így már többcélú alkalmazást, felhasználást tettek lehetővé. Például 1990 óta minden NBA létesítményben található jégpálya, melyet kosárlabda-mérkőzés esetén egy szigetelőlemez-rendszerrel lefednek. Az 1930-as évektől a töretlen fejlődés, fejlesztés a jégpályagépészet területén viszonylag lelassult. Mint azt az előzőkből is megállapíthatjuk, számos hasonlóság található a mai modern jégpályák és az 1876-os londoni között. A jégpályák többségénél mindmáig kalcium-klorid (hagyományos konyhasó) és víz oldata kering homok- vagy betonpadlózatba ágyazott csöveken keresztül. Mostanság a kromátok, mint a sós víz eddigi korróziógátlóinak leváltása, és a hőcserélő-technológiában történt változások miatt, az etilén- és propilénglikolok egyre elterjedtebbé válnak. Egyre több új vegyszert, folyadékot mutatnak be, melyek szivárgás esetén minimális környezeti terhelést ígérnek, és csökkentik a szükséges szivattyúteljesítményt, ezek kálium-formátot, kálium-acetátot és egyéb más különböző, szabadalmaztatott keverékeket tartalmaznak. Direkt expanziós vagy folyadék-visszakeringtetéses padlózatok, ahol a hűtőközeg a beágyazott csőtekervényen keresztül áramlik, időről időre egyre népszerűbbé váltak a hűtőberendezések egyre növekvő hatékonysága következtében.

Ezáltal a padlócsövezés már a hűtési kör részét képezi, és tárgya minden alkalmazható, alkalmazandó biztonsági és környezetvédelmi előírásnak. Direkt elpárologtatós, ammónia jégpályák teljesen elfogadottak voltak Kanadában is, egészen az 1970-es évekig, amikor a biztonsági intézmények az ammónia használatát csak a kültéri jégpályáknál való alkalmazásoknál tették lehetővé. Végül, ha nem is az összes, de a legtöbbjük át lett állítva glikolos vagy sós vizes üzemű pályává. A jégpályák szintén készültek R22-es, direkt elpárologtatós, betonba ágyazott acél- vagy rézcsövekkel, de az egyedi keringtetési, elosztási módjuk kritikus volt a jövőbeni sikerük szempontjából, és a kis átmérőjű, vékonyfalú csövek igazolták is sajnos a korrózióval és szivárgással szembeni érzékenységüket. A törekvések az egyes hűtőkörök hűtőközeg-töltetének csökkentésére egyre kevésbé támogatták az ilyen megoldásokat. Egy leginkább időszerű fejlesztés, vagy talán egy sok évvel azelőtti elképzelés megismétlése volt a cseppfolyós szén-dioxid alkalmazása, átkeringtetve azt, mint elpárologó, másodlagos közvetítőközeget a jégpálya csővezeték-hálózatán. Ezt a megoldást sikeresen alkalmazták számos európai kivitelezésnél, csak a csövezésnek kellett a kb. 3,1 mPa üzemi nyomásnak megfelelnie. Ezek a CO2 padlózatok kaszkád ammóniahűtési rendszerekkel üzemeltek, melyek környezetbarát telepítést tettek lehetővé. Annak ellenére, hogy megfelelt mindennemű hűtéstechnikai, környezetvédelmi stb. előírásnak, a magas nyomású csövezés járulékos költségei gátat szabtak ezen megoldás széleskörű elterjedésének.

Csövezés és hűtőközeg

A csövezési rendszer a tipikus jégpályáknál nem nagyon változott az idők folyamán, a csövek 1 vagy 1 1/4 coll átmérőjűek 3 1/2 – 4 1/2 tengelytávolsággal. Közelebbi elhelyezést csak nagyobb hőterhelések esetén alkalmaznak, minthogy ilyenek találhatók az NHL (Nemzeti Hoki Liga) létesítményeiben. Acél csövezés még mindig megszokott ezen pályáknál, melyek a jobb hőátbocsátást is hivatottak szolgálni. A padlórendszereknél talán a legnagyobb változást a polietilén cső megjelenése jelentette 1950-ben. Clifford A. Meadows torontói mérnök forradalmasította a műanyagcsövek használatát az időszakos, átmeneti, felszedhető jégpályáknál, és 1957-ben mind Amerikában, mind Kanadában egyaránt szabadalmaztatta a felfedezését. Feljegyzések szerint az első ilyen műanyagcsöves technológiával készült jégpálya a 1953 májusában épült a detroiti Chandler Parkban, majd azt négy másik detroiti kültéri jégpálya követte.

Az első beltéri műanyagcsöves pálya 1953 végén épült a Hamilton Arénában, Ontarióban, Kanadában. Egy kivonat Meadowstól, a Canadian Plastic Magazine 1953. novemberi kiadásából: „Nem lenne praktikus betonlemezeket lefektetni például egy rögbi- vagy baseballpályán, vagy ha a beton magas költségei állítanak minket nehéz döntés elé, akkor a Meadows-féle felszedhető pálya nyújtja a leggyorsabb és legkézenfekvőbb megoldást.” A pálya lefektethető ősszel, vízzel elárasztva s azt megfagyasztva, majd tavasszal felszedhető, és berakható a raktárba a következő őszig. A területek nyári használhatósága akadálytalan, a pálya hordozhatóságának köszönhetően nincs útban, így telepíthető az összes játszótérre, teniszpályára, akár egy üres medencébe is. Az óvatosabbak, cégek, beruházók eleinte ódzkodtak az anyag élettartama és a hőátbo-csátási karakterisztikája miatt, amikor azt bemutatták, de számos létesítmény – az első jégpályák közül néhány még 40 év után is – mindmáig üzemel. Az elmozdulás a hegesztett acélcsövek irányából a műanyagok felé jelentősen csökkentette a kivitelezési költségeket, nem beszélve a korrózió elleni teljes védelemről, amely gyakran előidézte az acélcsöves rendszerek halálát. A műanyagcsöves rendszerek hátulütője volt az osztó-gyűjtők csatlakozásainál lévő csőcsatlakozók szükségessége. Tipikusan az osztók, de számtalan esetben a gyűjtők is a pálya végein lévő árkokban voltak elhelyezve, hogy így a csatlakozások könnyebben hozzáférhetők maradjanak. Az utóbbi években ezeket már egyre inkább besüllyesztették az alapzatba, mert a csőszorítós, roppantógyűrűs megoldások egyre kevesebb törődést, minimális karbantartást igényeltek. Az osztó-gyűjtő árkok kiküszöbölése költségcsökkenéshez vezetett, mind az építésnél, karbantartásnál, illetve azáltal, hogy szükségtelenné tette a kiemelhető fém, fa vagy beton kezelőaknákat, fedlapokat.

Sajátos műanyag csövezésű padlózatokat is fejlesztettek, ahol a csőtekervényeket szőnyegként, gyorsan letekerhetővé, kifektethetővé tették, és a beépített osztó-gyűjtők csatlakoztatása után készre is volt szerelve a padlózat, már csak vízzel kellett elárasztani. Ezek a kis átmérőjű (jellemzően 1/4 collos) csövezések, 3/4 collos osztásközzel bizonyítottan népszerűvé váltak a kisebb hordozható, felszedhető jégpályáknál. A pályák, melyeknél glikolt vagy sós vizet alkalmaztak, egy hőcserélőt igényeltek, mely hűtötte ezt a hűtőfolyadékot. A korábbi pályáknál gyakran alkalmazták a sós vizes tartályba merített csőspirált (néha hasonlított egy nagy hatásfokú csőköteges hőcserélőhöz), ezek a rendszerek néhány helyen egészen az 1950-es évekig népszerűek maradtak, annak ellenére, hogy az 1920-as évektől egyre több pályánál alkalmazták már a bordázott csöves hűtőket. Az 1928-ban Detroitban épített Olympia Skating Arena-nál két, egyenként kb. 1 m átmérőjű, 5,5 m hosszú elárasztásos ammóniahűtőt alkalmaztak, egyenként 10 sósvizes ággal. Egy 6x4,2x3 m méretű, lábas sósvíztartály volt elhelyezve a széksorok alatt, hogy kisegítsék a hűtőket a nagyobb terhelés esetén. A sósvíztartályok gyakori hűtéskapacitási kiegészítői voltak a hűtőknek, melyekben előhűtötték a folyadékot a nagyobb rendezvények előtt. Ahogy a hűtőberendezések hatásfoka növekedett, és ezt a megnövekedett teljesítményt már egyre megbízhatóbban nyújtották, ezek a kiegészítő sósvíztartályok idővel elkezdtek eltűnni a rendszerekből. A bordázott csöves hűtők idővel, a tervezési és fejlesztési megoldások előrehaladtával fizikálisan, befoglaló méreteiket tekintve egyre kisebbé váltak, 1 1/4 collos külső átmérővel, 13 járatú csövezéssel, míg napjainkban 3/4 collos külső átmérővel, 16 járatú csövezéssel készülnek hűtők. A hőcserélő felületet növelő megoldások szintén hozzájárultak a hűtőméretek további csökkenéséhez.

Egyre több új keletű fejlesztés

A teljesen, illetve félig hegesztett bordás-lemezes hőcserélők 1990-es években történt megjelenése után, melyek hamarosan a hűtéstechnikában is alkalmazásra kerültek, a jégpálya-alkalmazásoknál is gyorsan elterjedtek. Ezek a hűtők számos előnnyel rendelkeztek, a kisebb hűtőközeg-töltetigény és a bővíthetőség lehetősége a környezetvédelmi és gazdaságossági szempontokat egyaránt szolgálták. Nem beszélve a karbantartáskori szétszedhetőség előnyeiről, illetve a jelentősen csekélyebb méretekről, összehasonlítva egy azonos kapacitású bordás-csőköteges megoldással. Egyetlen hátránya volt a direkt sós vizes alkalmazások esetében, hogy magas költségekkel járó titániumlemezeket kellett alkalmazni, emiatt az új létesítményeknél, a költséghatékonyság érdekében általában glikolt használnak másodlagos hűtőközegként, acéllemezes hőcserélő alkalmazásával. A jégpályaépítés területén alkalmazott kompresszortechnológia is lépést tartott az elérhető fejlesztésekkel.

A nagy furatú és löketű, alacsony fordulatszámú, vízszintes vagy függőleges tengelyelrendezésű kompresszorokat egyre kisebb, nagy fordulatszámú dugattyús kompresszorokkal helyettesítették az 1960-as években. Az utóbbi években a fejlődés következtében az irányvonal elmozdult a nagy felületű, egész éves, több független pályás létesítmények irányába, ahol a hűtési kapacitás biztosításához nagyobb csavarkompresszoros rendszereket alkalmaznak. A magasabb hatásfok miatt kisebb csavarkompresszorok kerültek forgalomba, melyek már az arénák zárt gépészeti helyiségeiben is alkalmazhatók voltak. A tervezőknek tekintettel kellett lenniük a megfelelő kompresszorok kiválasztásánál, méretezésénél a téli és nyári üzemnél egyaránt széles skálán mozgó, változó terhelési igényekre. Az elmúlt 20 év során ugyanakkor a jégpálya-ellenőrző rendszerek is gyökeres változásokon mentek keresztül.

Az Ice and Refrigeration szaklap 1927. októberi kiadásában M. R. Carpenter hosszasan taglalta az üzemeltető mérnökök azon törekvéseit, hogy megtalálják az optimális hűtőberendezést, hűtési kapacitást a szinte folyamatosan változó hűtési igényre, amit például csukott vagy nyitott ajtók, a szélirány, külső hőmérséklet, a relatív páratartalom változása, és a legfontosabb tényező, maguk a pályán tartózkodó korcsolyázók nagyban befolyásolnak. Ezt a hőmérsékletbefolyásoló tényezőt, amely a korcsolyázók számának és egész érdekes módon nemének is függvénye, nem nagyon hangsúlyozták, mióta a miniszoknya divatba jött. Bár a Scott-féle jégellenőrző rendszer állítólag minden fontos információval ellátta az üzemeltetőt, amire szüksége volt a hűtőberendezés manuális beállításához, azonban az 1980-as évekig mégis a legelterjedtebb, egyszerű szabályozási megoldás egy termosztát volt, ami érzékelte vagy a visszatérő ági sósvíz-, vagy a felületi hőmérsékletet. A PLC, DDC, illetve számítógépes vezérlések megjelenése relatív alacsony költségek mellett automatizálta a hűtőberendezéseket, általában tekintélyes anyagi megtérülés mellett, az alacsonyabb fogyasztási és egyéb üzemeltetési költségekből adódóan. Nagy pontosságú jégfelület-hőmérsékletszabályozás mostanság már megvalósítható a pálya köré elhelyezett infravörös, felületi hőmérsékletet mérő kamerák segítségével, melyek vezérlő jeleket küldenek a központi egységek számára.

Következtetések

Napjainkban még mindig építenek kicsi, egycélú közösségi jégpályákat, melyek csak a téli hónapokban üzemelnek, de egyre inkább többcélú, nagy létesítmények épülnek, amelyek két vagy akár több jégpályával rendelkeznek, például gimnáziumok, uszodák, konferencia-központok stb. Ezen épületeknél egyre inkább egy központi gépészeti rendszerbe integrálják a hűtőberendezéseket, hogy viszszanyerjék, majd egyéb, például fűtési célokra hasznosítsák a jéggyártáskor képződött hőt. Néhány esetben a többcélú sportarénáknál a légkondicionálási feladatokat csúcsidőn kívüli időszakban a jégpálya kompresszorai látják el, más esetekben a hűtéskor keletkezett, kidobott hőt az épület hőszivattyús rendszerével hasznosítják. A fejlett épületfelügyeleti rendszerek áttekintik az épület teljes pillanatnyi hűtési, fűtési, fagyasztási igényét, majd hozzáadnak, illetve elvonnak terheléseket az adott területi igény függvényében, és folyamatos tájékoztatást adnak a pillanatnyi energiaköltségekről. Egy másik aktuális trend, legalábbis a hidegebb éghajlatú tájakon az úgynevezett korcsolyautak természetes környezetben való kiépítése élményszerzési célzattal. Számos ilyen épült Kanadában és Európa északi országaiban egyaránt, legtöbbször egy nagyobb létesítmény részeként, így a hűtési kapacitások megoszthatók a téli időszakban. A jégpálya fagyasztásának elvi alapjai csaknem 130 évvel ezelőtt kerültek lefektetésre.

Napjainkban már találhatunk jégpályákat a bevásárlóközpontokban, cirkálóhajókon és felhőkarcolók emeletén egyaránt. A fejlődés a jégpályatervezés és -kivitelezés terén napjainkban is folyamatos, melynek eredményeként alacsony költségek mellett üzemelő, energiahatékony létesítmények vonzzák a nézők és a résztvevők millióit évente. A természetes jégpályák, a kül- és beltériek egyaránt, alapvetően a korcsolyázóklubok által és azok számára lettek kifejlesztve. Az első korcsolyaklubot Edinburghban, Skóciában alapították 1642-ben. Ezt számos másik követte. A korcsolyaklubok arra ösztökélték a feltalálókat, hogy megpróbáljanak mesterséges jégfelületet létrehozni. A Punch magazin egy 1843-as kiadása Londonban, egy Baker Street közeli jégpálya meglátogatásáról közölt cikket, ahol a jég valójában nem fagyott víz, hanem vegyszerek, disznózsír, valamint olvadt kén keverékéből készült „latyak” volt, amely igazából szörnyen bűzlött. Egy másik kísérlet Manchesterben volt, ahol támogatókra is szükség volt ahhoz, hogy az egyenetlen, érdes felületen, melyet egészen sűrű vízköd is borított, korcsolyázni lehessen. 1876-ban a Chelsea jégpálya sikere számos más további próbálkozásra is buzdított. A sokkal nagyobb Southport Glaciarium, mely 164 x 64 láb (1 láb = 0,3047 m) méretű volt, megnyitására 1879-ben került sor, és utána 10 évig üzemelt. Ezt követően szinte azonnal megugrott a jégpályák száma más országokban, és számos jégpályát nyitottak meg Angliában is. Az 1880-as években hirtelen népszerűvé vált jéghoki kétségtelenül hozzájárult a közönség azon igényéhez, hogy számos további korcsolyapályát létesítsenek, de határozottan sok nézeteltérés, vita származott abból, hogy a hoki, mint sport, valójában hol is született. A hoki szülőhelyeként az 1800-as évek közepén a kanadai Halifax-Dartmoutht, 1875-ben a különböző publikációk Montrealt, míg 1888-ban Kingstont emlegették.

Az Egyesült Államokban az első mechanikusan hűtött jégpálya építése Thomas L. Rankin nevéhez fűződik. 1879-ben Rankin épített, majd sokáig működtetett egy kb. 560 négyzetméteres jégpályát a Madison Square Gardenben, New York-ban. A megnyitó gálán 1879. február 12. éjszakáján több száz maszkokba, fantasztikus ruhákba öltözött korcsolyázó, illetve nézők tömege töltötte meg zsúfolásig az arénát. A számos színes gázégő fénye, díszes lampionok és a különböző színárnyalatokban villódzó kalcium-lámpák kísérték a Gilmor's Serenade Band muzsikáját, hozzájárulva a kellemes, felfokozott ünnepi hangulat megteremtéséhez, egyedivé téve ezzel is a rendezvényt. Az Empire és New York korcsolyaklubok több mint 100 tagjának nyilatkozatát tartották nyilván, akik anyagilag is támogatták hűségük és hálájuk jeleként Mr. Rankint, hogy megvalósította az első nagy kiterjedésű, mesterséges jégpályát, amit ember valaha is alkotott, és fenntartotta annak működését fagypont feletti környezeti hőmérsékleten is.

Vissza a cikkekhez