Олимпийские объекты в Сочи: как это работает

О. В. Казаков, технический директор в управляющей компании «МСМ Рус. Управление недвижимостью»

Для проведения XXII Зимних Олимпийских игр и XI Зимних Паралимпийских игр, а это 15 спортивных дисциплин, необходимо было задействовать одновременно несколько спортивных объектов. Было принято решение разместить их в непосредственной близости друг от друга. Для строительства плоскостных сооружений идеально подошла Имеретинская низменность, а в горном кластере разместили объекты лыжного и горнолыжного характера, включая санно-бобслейную трассу и экстрим-парк.

В Имеретинском кластере разместили объекты: ледовый дворец «Большой», ледовая арена «Шайба», тренировочная арена для хоккея (для соревнований по хоккею с шайбой и следж-хоккею); ледовый дворец «Айсберг», тренировочная арена (для соревнований по фигурному катанию и шорт-треку); «Адлер-Арена» (для соревнований по конькобежному спорту); керлинговый центр «Ледяной куб» (для соревнований по керлингу и керлингу на колясках); олимпийский стадион «Фишт» – для церемонии открытия и в дальнейшем для проведения чемпионатов по футболу.

Создание службы эксплуатации ледовых объектов

В 2007 года во исполнение Федерального закона № 238-ФЗ от 30 октября 2007 года образована Государственная корпорация по строительству олимпийских объектов и развитию города Сочи как горноклиматического курорта (ГК «Олимпстрой»). В 2009 году спортивные олимпийские объекты перешли в стадию строительства, ГК «Олимпстрой» начала подбирать специалистов для службы эксплуатации. На начальном этапе численность эксплуатационного штаба составляла всего человек десять на все олимпийские объекты.

Для того чтобы понимать, что такое служба эксплуатации и эксплуатационный надзор, необходимо провести сравнение. Если мы рассматриваем строительный надзор и строительный контроль, мы говорим о фактическом состоянии объекта, относительно запроектированных решений. Если же рассматривать эксплуатационный контроль, который, собственно, и был введен в 2009 году на объектах Олимпийского парка, мы говорим об удобстве функционального обслуживания объектов, о дополнительном контроле за монтажом инженерных систем с точки зрения службы эксплуатации и не только в части того, правильно или неправильно установлено оборудование, хотя это имеет очень большое значение. Прежде всего это контроль, направленный на возможность и удобство дальнейшего обслуживания. Например, можно разместить вентиляционную установку таким образом, что возникнут сложности с открыванием дверей для замены воздушных фильтров, обслуживания теплообменников и т.д. И именно эксплуатационный контроль позволяет исключить возникновение таких ситуаций на этапе монтажа. Служба эксплуатационного контроля подскажет на месте, как разместить оборудование и зачастую какое оборудование подобрать взамен (аналогичное) при такой необходимости. Были случаи, когда эксплуатация находила ошибки проектировщиков и своевременно вносила свои предложения. Большое количество корректировок проекта было сделано именно на этапе монтажа инженерных систем. Соответственно, проектная документация при переходе на стадию исполнительной корректируется по нововведениям.

Поскольку все спортивные олимпийские объекты сдавались неодновременно, это позволило службе эксплуатации поочередно контролировать запуск объектов и участвовать в пусконаладке.

На этапе первого тестового пуска была сформирована старт-группа, осуществлявшая запуск объекта. Запуск объекта – это комплекс мероприятий, от «холодного», недействующего объекта до запуска всех инженерных систем и вывода объекта на рабочий режим, включая и ледовое поле, и микроклимат, и освещение, и слаботочные системы управления, автоматизации и безопасности. Старт-группа последовательно переходила на олимпийские объекты, настраивая все инженерные системы и проводя первые соревнования. Затем объект передавали штату эксплуатации каждого объекта.

Эта практика продолжалась весь 2013 год, предшествовавший Олимпиаде.

Особенности подготовки льда

Группировка объектов проводилась по видам спорта. Рядом с дворцом «Айсберг» построили небольшое здание – тренировочную арену. В «Айсберге» находится одна ледовая площадка – для проведения соревнований. В тренировочной арене размещены две ледовые площадки для тренировок фигуристов и шорт-трекистов. То же самое было сделано и для хоккея, но поскольку этот вид спорта более масштабный по количеству соревнующихся команд, то к основному объекту для хоккея – дворцу «Большой», достроили еще одну соревновательную арену «Шайба». Внутри «Адлер-Арены» разместили ледовое кольцо для проведения тренировок и соревнований по конькобежному спорту. В керлинговом центре «Ледяной куб» разместили ледовую площадку для проведения тренировок или соревнований одновременно восьми команд, т. е. четыре керлинговые дорожки.

Все ледовые поля практически одинаковые, а для зрителя так вообще не имеют отличий. Казалось бы, и системы подготовки воды, и холодильное оборудование должны быть абсолютно одинаковыми, но, как говорится, «дьявол кроется в деталях», так и в случае с ледовыми площадками очень много отличий.

Движение конька по льду – процесс не совсем очевидный: когда спортсмен (либо обычный человек на катке) скользит по льду, его тело оказывает давление на тонкие лезвия коньков, в результате образовывается небольшая водяная пленка – тонкий слой воды на льду. Другими словами, катание на коньках происходит не столько по льду, сколько по воде. Когда человек прекращает оказывать давление на участок льда, водяная пленка практически мгновенно замерзает из-за низкой температуры окружающей среды или охлаждающих установок, которые необходимы для работы крытых катков.

Есть и другие нюансы, например фазовая диаграмма воды, отображающая равновесное состояние жидкой, твердой и газообразной фаз воды при определенных характеристиках температуры и давления.

Для каждого вида спорта подбирается соответствующая толщина и температура льда. Однако на разных спортивных объектах при прочих равных характеристиках лед получается не совсем одинаковым. Когда человек, например, едет на одной ноге и весь его вес переносится в одну точку, давление на очень маленькую поверхность становится максимальным. Когда лезвия затупляются, скольжение становится только лучше, хотя многие считают, что острое лезвие лучше прорезает лед. Итак, чем выше вес, тем большее давление создается на лед, тем большее количество воды образуется. Кроме того, в совокупности с весом на лед действует еще и ударная нагрузка спортсмена. В случае активных маневров тяжелые хоккеисты не только плавят лед, но и разрушают его резкими ударами коньков. В фигурном катании спортсмены более легкие выполняют плавные скольжения по льду с прыжками и фигурами вращения. Соответственно, чтобы удержать на льду фигуриста и предоставить ему качественную поверхность достаточно более мягкого и невысокого по толщине льда. Для хоккеистов лед готовится толще и жестче. Прежде всего это связано с технико-экономическими соображениями. Так, в хоккее на поле одновременно находятся и активно соревнуются 12 спортсменов, а также до 4 человек из судейской бригады. Ледовое поле задействуется на 100 % поверхности. Так вот, если сделать для хоккейной площадки лед толщиной 3 см, то спортсмены такой лед разобьют коньками до бетонной плиты очень быстро и его невозможно будет реставрировать в отведенные для этого промежутки времени. Менее холодный лед, т. е. более мягкий, также легко разрушится под сильными нагрузками множества хоккеистов, одновременно находящимися на игровом поле. Более холодный лед, т. е. более хрупкий, сильно уменьшит скольжение конька по льду, а также способен привести к соскальзыванию конька в бок, что приведет к травмам.

Если для фигуристов залить лед толщиной 5 см или более, то экономически это не имеет смысла, поскольку холодильным установкам придется работать с большей нагрузкой и более продолжительное время, в то время как фигуристы своим весом, числом спортсменов и задействованной поверхностью не способны испортить столько льда, поскольку нагрузки слабые и точечные. Наибольшее разрушение льда фигуристом происходит во время вращательных элементов – во льду образуются воронки. Но они достаточно легко и быстро восстанавливаются. В перерывах ремонтная бригада влажной ледяной крошкой заполняет образовавшиеся полости и шлифует лед. После чего ледозаливочные машины срезают старую рабочую поверхность льда и производят его ремонт/обновление заливкой воды.

Из перечисленного выше опытным путем получаем, что для хоккея лед готовится толщиной 5–7 см с температурой плиты –10…–13 °С, более холодный и толстый чем для фигурного катания с температурой плиты –7…–10 °С и толщиной 3–5 см.

Лед для шорт-трека, по своим характеристикам, ближе ко льду для фигурного катания, поскольку нет разрушительных ударных нагрузок на лед и все нагрузки скользящие. Соответственно, и толщину льда делать большой нет необходимости. Самое главное – выдержать температуру льда, при которой скольжение будет комфортным, т. е. не будет застреваний и проскальзываний коньков.

Специфика льда для керлинга состоит в том, что он не должен быть гладким, как бы это удивительно ни звучало. Напомню, что для остальных видов спорта поверхность идеально ровная и гладкая. Если лед будет гладким, то камень (спортивный снаряд из гранита весом 19,96 кг) не будет скользить, он «прилипнет» ко льду за счет силы трения, поскольку площадь контакта у него большая. Поэтому на поверхности льда с помощью специальных леек делается распыл, и поверхность льда превращается в шероховатую, но с гладкими застывшими (полусферами) капельками воды. Площадь контакта камня со льдом значительно уменьшается. Температура льда схожа с температурой льда для фигурного катания. Но на каждом объекте, при конкретных климатических условиях, температура подбирается опытным путем, чтобы капли, попадая на лед, мгновенно замерзали в виде полусферы. Если капля растекается – значит, температура высокая; если капля замерзает неровной кристаллической структурой – значит, температура слишком низкая, камень по такому льду не будет скользить, как по наждачной бумаге. Лед для керлинга наиболее тонкий, так как ударные нагрузки отсутствуют.

Подо льдом расположена бетонная площадка (монолитная плита), внутри которой расположен ряд независимых петель трубопроводов с холодоносителем (как правило, это раствор этиленгликоля, пропиленгликоля, муравьиная кислота и пр.). Самая холодная точка (поверхность) – это контакт бетонной плиты с водой. И на каждом мм толщины льда мы имеем увеличение температуры снизу вверх. То есть если на бетоне задается температура –10 °С, то на поверхности льда толщиной 5 мм мы можем получить температуру –5 °С. А если не компенсировать климатические теплопритоки, то можно на поверхности льда получить даже плюсовую температуру, т.е. воду!

Обеспечение микроклимата в пространстве чаши ледовой арены

Чаша ледовой арены включает в себя поверхность льда и трибуны. Поскольку для комфортного пребывания людей в зрительной зоне (на трибунах) поддерживается плюсовая температура, необходимо прийти к компромиссу между функциональностью ледовой поверхности и удобством (комфортом) зрителей. Для этого задействован большой набор инженерного оборудования. Часть оборудования занимается климатизацией зрительной зоны, другая – отвечает за климатизацию в области льда, и здесь нужно учитывать риски, связанные с влажностью приточного воздуха. Влажный воздух может спровоцировать образование тумана над ледовой ареной, который, выпадая на лед, может сделать его влажным, если лед недостаточно холодный. Если же лед достаточно холодный – капли конденсата, примерзнув к поверхности льда, создадут эффект наждачной бумаги. Обе системы климатизации (для зрителей и для ледовой арены) контролируют температуру и влажность приточного воздуха. Сочи находится в климатической зоне субтропиков, характеризуемой повышенной влажностью. Вдобавок к этому Олимпийский парк находится практически на береговой линии Черного моря. Так что основная проблема для всех климатических систем – борьба с повышенной влажностью воздуха.

На трибунах температура поддерживается в диапазоне +18…+22 °С и относительная влажность 50 %. По технологическому климату (воздуху, подаваемому на ледовую арену), по-хорошему, надо бы иметь температуру +5…+10 °С. Высокая влажность может привести к образованию тумана. Низкая влажность приведет к тому, что воздух будет забирать влагу изо льда. Поэтому, несмотря на существующие рекомендации, на этапе тестирования все – и температура, и влажность воздуха для каждого конкретного спортивного объекта, для каждой зоны, регулируется и подбирается опытным путем.

Еще один важный момент в создании микроклимата над ледовой поверхностью – это вопросы, связанные с воздухораспределением. Приточный воздух необходимо распределить равномерно по всей поверхности арены, при этом соблюдая заданные параметры подвижности воздуха в непосредственной близости ото льда. Для этого необходимо подавать подготовленный в центральных кондиционерах воздух с определенной высоты большим количеством воздухораспределителей. В качестве воздухораспределителей используются сопла, причем для каждого сопла сначала расчетным методом – по проекту, затем практическим – определяется угол его установки в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Таким образом приточный воздух равномерно распределяется по всей поверхности льда. Важно, чтобы через каждый воздухораспределитель (сопло) подавалось одинаковое количество воздуха с одинаковыми характеристиками. В противном случае поверхность льда окажется не одинаковой, а именно где-то лед будет плавиться от нагнетаемого воздуха, а где-то на лед будет выпадать, конденсироваться влага, превращая его в «наждачную бумагу».

До заливки льда каждый воздухораспределитель регулируется с помощью анемометра. Однако отрегулировать все с первого раза со 100%-ной точностью получается не всегда. Поэтому на этапе тестирования, когда лед залит, все эти моменты можно увидеть воочию. И в случае обнаружения отличающихся зон выясняют, какие сопла подают в эту зону приточный воздух, и регулируют их работу.

Для поддержания требуемых параметров воздуха на трибунах воздух готовится в нескольких центральных кондиционерах с регулируемой рециркуляцией/подмесом. Минимальный объем забора наружного воздуха и подачи его в зону зрителей рассчитывается в соответствии с санитарными нормами.

Для экономии энергии используется рекуперация тепловой энергии вытяжного воздуха для нагрева приточного воздуха.

Для контроля параметров микроклимата внутри ледового объекта устанавливаются датчики температуры, влажности и СО₂. С помощью этих датчиков, расположенных в зоне трибун, а также в зоне приточного и вытяжного воздуха, происходит регулирование воздухообмена.

Весь 2013 год проходили тестовые соревнования как местного масштаба, так и международного – этапы Кубка мира. При этом стояла задача – максимально нагрузить объекты как со спортивной точки зрения, так и по числу зрителей, чтобы испытать лед в самых жестких условиях эксплуатации.

И если говорить об этапе пусконаладки, то правильная пусконаладка делается в разные сезоны: в теплый и холодный периоды года; в период с максимальной влажностью наружного воздуха выполняется определенная доналадка. Кроме того мы имеем еще один параметр – теплопритоки от зрителей. Это еще один этап донастройки всего инженерного оборудования. Поэтому была проделана большая работа для подготовки объектов к проведению Олимпийских игр при любых погодных условиях. Протокол настройки инженерного оборудования был разработан для всех возможных вариантов, что позволило провести Олимпийские игры на самом высоком уровне.

Сравнение особенностей эксплуатации систем холодоснабжения ледовых объектов Олимпийского парка читайте в продолжении статьи.

^* В. В. Панкратов, Н. В. Шилкин «Особенности климатизации ледовых арен (АВОК, № 8, 2009); «Системы кондиционирования воздуха Дворца зимнего спорта “Айсберг”» (АВОК, № 3, 2015); J. Rogstam «Эволюция систем охлаждения ледовых арен на СО2» (АВОК, № 4, 2017); Д. М. Денисихина, С. В. Русаков «Изменение параметров микроклимата в течение хоккейного матча в зале крытой ледовой арены» (АВОК, № 6, 2019).