V júni 2019 Medzinárodný olympijský výbor (MOV) informoval o rozhodnutí čínskych organizátorov Zimných olympijských hier 2022 v Pekingu inštalovať na niekoľkých športoviskách chladiaci systém fungujúci na báze CO2. Rýchlokorčuliarsky ovál, aréna pre krasokorčuľovanie a short track, ako aj niekoľko tréningových hál, sú prvé v Číne, ktoré využívajú tento spôsob výroby ľadu. MOV uvádza, že tento prístup k výrobe ľadu môže prispieť k redukcii uhlíkových emisií v rozsahu, aký za jeden rok vyprodukuje 3900 automobilov. To znamená, že výroba ľadu v týchto športoviskách dokáže za rok znížiť emisie uhlíka o 26 miliónov kilogramov. Podľa vyjadrenia MOV by podobná ročná redukcia emisií bola ekvivalentná výsadbe 1,2 milióna stromov.
Dlhá cesta k ekologickému chladeniu
Hoci sa systém chladenia na báze CO2 javí ako revolučný, jeho história siaha až na začiatok 20. storočia, keď sa vyvíjal súbežne s inými metódami chladenia a výroby ľadu. Paradoxne, jeho vývoj bol neskôr zanedbaný v prospech systémov využívajúcich toxickejšie a nebezpečnejšie chladiace zmesi, predovšetkým tie na báze chlor-fluorovaných uhľovodíkov (CFC) a hydrochlor-fluorovaných uhľovodíkov (HCFC). Tieto látky, známe aj ako freóny, sa stali bežnými v chladničkách a mrazničkách.
V 80. rokoch 20. storočia sa však zistilo, že freóny sú hlavnou príčinou vzniku ozónových dier. Okrem vysokého potenciálu poškodzovania ozónovej vrstvy (ODP) mali aj vysoký potenciál globálneho otepľovania (GWP), ktorý u týchto chladív dosahoval rádovo tisíce, čo je niekoľko tisícnásobne viac ako v prípade CO2. Z týchto dôvodov boli postupne zakázané a nahradené menej nebezpečnými látkami. Najprv sa používali hydro-fluoro uhľovodíky (HFC), ktoré však boli v roku 2016 v rámci Kigalského dodatku k Montrealskému protokolu tiež vyradené z používania kvôli extrémne vysokému GWP (14 800), napriek nulovému ODP. Ich používanie nahrádzajú prírodné chladivá na báze uhľovodíkov (napr. etán, propán, etylén, propylén, izobután), ktoré majú nulový ODP a neporovnateľne nižší GWP (napr. 6 v prípade etánu).
Populárny amoniak má zásadné nevýhody
Efektívnym a spoľahlivým spôsobom chladenia sa osvedčil systém využívajúci amoniak (chladivo R717), ktorý patrí tiež k prírodným chladivám s nulovým ODP aj GWP. Amoniak sa začal vo veľkom používať predovšetkým v priemyselných chladiacich systémoch, vrátane hokejových hál, a dodnes dominuje pri výrobe ľadu na športoviskách. Jeho výhodami sú nízka cena a vysoká účinnosť v širokom teplotnom spektre. Amoniak však trpí zásadnými nevýhodami v podobe toxicity, zápachu a určitej miery horľavosti. Je ľahší ako vzduch a jeho vdychovanie poškodzuje sliznicu, preto sa nepoužíva v chladničkách a mrazničkách. Jeho aplikácia podlieha prísnym reguláciám a bezpečnostným kontrolám, obzvlášť v husto obývaných oblastiach, čo sťažuje prevádzku systémov s ním využívajúcich.
Na scénu sa dostal oxid uhličitý
Z týchto dôvodov sa hľadali ekologicky priaznivé a zároveň bezpečné alternatívy. K slovu sa postupne dostal opomínaný oxid uhličitý (CO2), ktorý má podobne ako amoniak nulový potenciál poškodzovania ozónovej vrstvy. Ako jedno z mála chladív má aj ultranízky potenciál globálneho otepľovania (GWP rovný 1), čím sa stal akceptovanou novou alternatívou. V porovnaní s amoniakom navyše nie je toxický ani horľavý a vykazuje minimálne riziko úniku. Pri použití s väčšinou materiálov tiež nespôsobuje koróziu.
Chladiace systémy na báze CO2 (chladivo R744) pracujú pri podstatne vyšších tlakoch, čo si vyžaduje špecifické technické vybavenie a zaškolený personál. Ich prvé verzie neboli tak efektívne pri vyšších teplotách okolia, avšak najnovšie verzie už tento nedostatok odstraňujú a vykazujú porovnateľnú spoľahlivosť.
Prečo hokejové haly postupne inklinujú k R744?
Hoci sú systémy využívajúce amoniak a CO2 v mnohých ohľadoch porovnateľné, zásadným argumentom pre prevádzkovateľov hokejových hál je energetická efektivita, ktorú možno dosiahnuť pri celkovej prevádzke zimného štadióna. Napríklad jeden zimný štadión vo Švédsku, ktorý nainštaloval chladiaci systém fungujúci na 100 % s využitím CO2, dokázal vďaka spätnému využitiu odpadového tepla znížiť spotrebu energie o 50 % až 60 %.
Porovnanie systémov na báze amoniaku a CO2 z hľadiska odpadového tepla ukazuje, že chladiaci systém na báze CO2 je lepšou alternatívou pre zimné štadióny, pokiaľ ide o spätné využitie tepla. Napríklad pri teplote 35 °C je možné zo systému na báze amoniaku spätne využiť len 20 % tepla, zatiaľ čo v prípade systému na báze CO2 je to až 60 %.
Tieto zistenia potvrdzuje aj štúdia Jörgena Rogstama z Kráľovského technologického inštitútu v Štokholme, podľa ktorej je priamy CO2 systém chladenia najefektívnejší s najnižšou spotrebou energie.
Priekopníkom je Kanada
Podobné zistenia pochádzajú aj z Kanady, kde bola v roku 2013 v Marcel Dutil Arena v Quebeku nainštalovaná prvá 100 % CO2 chladiaca jednotka v hokejovej hale na svete. Rozsiahla porovnávacia štúdia chladiacich systémov v hokejových halách v Quebeku v tom istom roku analyzovala 12 typických systémov dostupných na trhu.
V roku 2015 sa v Quebeku uskutočnila rekonštrukcia haly Dollard-des-Ormeaux Civic Center, ktorá tiež poukázala na výhody systému CO2 v porovnaní s amoniakom. Vďaka vysokým prevádzkovým tlakom a teplotám CO2 systému je možné odpadové teplo spätne využiť vo vysokoteplotnom vodnom okruhu (71 °C až 82 °C). CO2 môže tiež cirkulovať priamo v budove, na rozdiel od toxického amoniaku. Vysoký prevádzkový tlak CO2 systému tiež uľahčuje jeho distribúciu. Všetky tieto parametre umožnili spätné využitie zvyškového tepla na vykurovanie tribún, šatní hráčov, priestorov korčuliarskych hál a plavárne, ako aj na ohrev teplej vody v celej budove.
Hokejové MS 2022 na „zelenom“ ľade
V roku 2022 hostilo fínske mesto Tampere hokejové Majstrovstvá sveta. Nová aréna pre 15-tisíc divákov sa stala historicky prvým dejiskom šampionátu s udržateľným certifikátom, k čomu prispelo aj použitie chladiaceho systému na báze CO2. O jeho inštaláciu sa postarala fínska spoločnosť Suomen Tekojää Oy, ktorá má bohaté skúsenosti s chladiacimi systémami. Jednu z technológií inštalovala aj vo Wukesong aréne v Pekingu, ktorá bola dejiskom hokejového turnaja počas ZOH 2022.
Timo Mansikkaviita zo spoločnosti Suomen Tekojää Oy vysvetlil, že pri CO2 chladiacich systémoch je potrebné rozlišovať dva typy: priamy a nepriamy. Priamy systém distribuuje vysokotlakovú CO2 kvapalinu priamo do chladiaceho potrubia na ľadovej ploche. Nepriamy systém využíva CO2 na výrobu chladu, ale na jeho distribúciu sa používa iná zmes, napríklad glykol alebo soľný roztok. Priamy systém je síce o niečo efektívnejší, ale aj drahší. Nepriamy systém je vhodnejší pre renovácie zimných štadiónov, keďže môže využiť už existujúce chladiace potrubie. Náklady na inštaláciu priameho CO2 systému sa pohybujú okolo 380 000 eur, zatiaľ čo nepriameho systému okolo 275 000 eur.
Timo Mansikkaviita potvrdil, že moderné CO2 systémy dokážu dobre fungovať aj v teplých klimatických podmienkach a ich efektivita je porovnateľná so systémami na báze amoniaku, pričom vynikajú v spätnom využití odpadového tepla. Pri prechode zo starého systému na CO2 systém vyžaduje technológia priameho systému rovnaké množstvo priestoru, čím je relatívne ľahko vymeniteľná. Priestorové požiadavky nepriameho CO2 systému sú dokonca o polovicu menšie.
Zimné štadióny môžu prispieť k naplneniu uhlíkovo neutrálnych cieľov EÚ
Európska únia (EÚ) si stanovila cieľ znížiť svoje emisie do roku 2030 o 55 % a do roku 2050 dosiahnuť úplnú uhlíkovú neutralitu. Naplnenie tohto záväzku si vyžaduje realizáciu opatrení vo všetkých sektoroch hospodárstva, vrátane ekologickej a energeticky efektívnej výstavby a prevádzky budov, čo sa týka aj športovísk. Zimné štadióny majú technológiu, ktorá im umožňuje prispieť k týmto cieľom.
Na Slovensku by sa budovanie a modernizácia zimných štadiónov s chladiacimi systémami na báze CO2 a spätným využitím odpadového tepla mohla stať významným prínosom k dekarbonizácii. Príležitosťou na otestovanie tejto technológie na Slovensku je projekt športového centra v bratislavskom Ružinove, ktoré vznikne rekonštrukciou zimného štadióna V. Dzurillu. Jeho súčasťou má byť aj nový 50-metrový bazén, ktorého vykurovanie počíta s využitím odpadového tepla z výroby ľadu.
V Liptovskom Hrádku vyrástla minulý rok nová multifunkčná športová hala, ktorá využíva úsporné technológie vrátane využívania odpadového tepla vznikajúceho pri výrobe chladu. Inteligentné osvetlenie zabezpečujú LED svietidlá s DALI reguláciou a samozrejmosťou je plne automatizovaný systém riadenia chladenia, vykurovania a odvlhčovania. Hala je bezpečná, pretože systém chladenia nepotrebuje čpavok. Odpadové teplo vznikajúce pri výrobe ľadu sa využíva na topenie ľadu v snežnej jame, ohrev vody pre rolbu, ohrev úžitkovej vody alebo na podlahové a radiátorové vykurovanie.
Inteligentné LED svietidlá s nízkou spotrebou elektriny
V hale v Liptovskom Hrádku boli inštalované inteligentné svietidlá s nízkou spotrebou elektriny, nízkym tepelným vyžarovaním a dlhou životnosťou. Regulácia osvetlenia s možnosťou nastavenia konkrétnych svetelných scén a ovládanie prostredníctvom senzorov ďalej šetria energiu. Osvetlenie ľadovej plochy spĺňa požiadavky na intenzitu a rovnomernosť osvetlenia definované normami. DALI regulácia umožňuje rôzne scenáre osvetlenia podľa využitia štadióna, vrátane dynamických efektových scén.
Regulácia osvetlenia s možnosťou stmievania prináša úsporu približne 10 % oproti jednoduchej výmene konvenčného osvetlenia za LED svietidlá bez regulácie. Ponúka väčšiu variabilitu ako jednoduché zapínanie a vypínanie.
Chladenie ľadových plôch a jeho výzvy
Chladenie ľadových plôch je kľúčovým aspektom športov ako hokej, krasokorčuľovanie či curling. Efektívne chladenie je nevyhnutné pre dosiahnutie ideálnych podmienok. Používanie ekologických chladív, ako je CO2, prispieva k zníženiu negatívneho dopadu na životné prostredie. Okrem toho sa stále viac diskutuje o recyklácii a využívaní obnoviteľných zdrojov energie pri prevádzke chladiacich systémov.
Budúcnosť chladenia ľadových plôch
Budúcnosť chladenia ľadových plôch sa pravdepodobne zameria na:
- Inovácie v technológii: Nové materiály a technológie, ktoré zvyšujú efektivitu a účinnosť.
- Inteligentné systémy: Automatizácia a monitorovanie, ktoré optimalizujú proces chladenia.
- Udržateľnosť: Zameranie na ekologické a ekonomické prístupy v chladení.
Chladenie ľadových plôch je komplexný problém vyžadujúci zohľadnenie účinnosti, nákladov, ekologických aspektov a budúcich trendov. S rastúcim dôrazom na udržateľnosť a inováciu je dôležité sledovať nové technológie a metódy, ktoré môžu zlepšiť súčasnú prax.
Potreba riešiť situáciu so zmenou klímy je takmer celosvetovou témou číslo jedna. Každý rok pozorujeme výraznejšie zmeny a je zrejmé, že na zavádzanie riešení na stabilizáciu situácie už bolo neskoro. Odvetvie chladenia a vykurovania má rôzne možnosti, ako prispieť k zlepšeniu. Výrobcovia, projektanti, inštalatéri a koneční užívatelia chladiacej a tepelnej techniky majú jedinečnú príležitosť rozhodnúť sa prispieť k zlepšeniu klimatickej situácie, a to nielen pre súčasnú generáciu, ale najmä pre budúce.
Veľké výzvy predstavujú napríklad nákupné centrá, ktoré sú významnou súčasťou životného štýlu väčšiny populácie. Ide o obrovské priestory s rôznymi požiadavkami na vykurovanie a chladenie s veľkými výkonmi, ktoré sú nezanedbateľným spotrebičom primárnej energie. Keďže sa obchodné centrá snažia prilákať čo najširšie spektrum návštevníkov a poskytnúť čo najpestrejšie vyžitie, býva medzi ponúkanými možnosťami aj korčuľovanie. Ihrisko je umiestnené vo vnútornom priestore centra nad garážami a je prevádzkované celoročne. Celý priestor je oddelený od nákupnej časti sklom, čo ho zatraktívňuje, no na druhej strane zvyšuje nároky na energie. Investor sa rozhodol pre výmenu zdroja chladu, keďže jestvujúci zdroj bol už značne opotrebovaný. Cieľom rekonštrukcie bolo inštalovať dlhodobo udržateľný zdroj chladu s čo najnižším vplyvom na emisie CO2.
Strojovňa chladenia je inštalovaná pod klziskom v priestoroch podzemnej garáže, kde sa kladú vysoké nároky na bezpečnosť. Vzhľadom na tieto skutočnosti boli inštalované tri kusy tepelných čerpadiel Twineco® s extrémne nízkou náplňou chladiva R723. Priestor strojovne je vetraný a privádzaný vzduch sa predohrieva teplom z tepelných čerpadiel. Pre čo najefektívnejšie využívanie tepla boli použité vysoko efektívne piestové kompresory Goeldner. Teplo sa získava nielen z doskového kondenzátora, ale aj z hláv kompresorov a priamo z výtlaku kompresora. Na dosiahnutie čo najnižšej možnej náplne sa osadili tri nezávislé chladiace okruhy. Tieto okruhy, resp. tepelné čerpadlá pracujú na princípe priameho odparu chladiva R723 cez EEV ventil, ktorý nastrekuje chladivo do celozvareného doskového výparníka. Všetky tri tepelné čerpadlá sú pripojené na spoločný rozdeľovač a zberač tepla s centrálnymi obehovými čerpadlami. Priestor strojovne je monitorovaný snímačmi úniku tepla a teploty priestoru. Podľa nameranej koncentrácie úniku sa spúšťa vetranie strojovne. Vzhľadom na technické riešenie a vysoké kondenzačné teploty bolo zvolené chladivo R723, ktoré je v podstate totožné s chladivom R717. Termodynamické vlastnosti chladiva R723 však zabezpečujú vysokú účinnosť aj pri veľmi malých náplniach.
Koncept viacerých malých piestových kompresorov sa pre prevádzku, akou sú ľadové plochy, javí ako najefektívnejší. Dokáže presne pokryť variabilné potreby chladu počas dňa, ktoré sa menia v závislosti od vyťaženia plochy, úpravy ľadu na mokro alebo sucho.
Starý zdroj chladu predstavovala chladiaca jednotka s chladivom R404A so vzduchom chladeným kondenzátorom inštalovaným na streche a rúrkovým výparníkom pre chladenie nemrznúcej látky na báze glykolu. Staré chladenie obsahovalo približne 140 kg R404A.
Divákom na michalovskom hokejovom štadióne stále strpčuje počasie návštevu hokejových zápasov. Počas nich sú vinou stále teplého počasia zarosené plexisklá, no trpí aj kvalita ľadu. Tá je podľa všetkých aktérov katastrofálna a sťažoval sa na ňu po piatkovom zápase so Zvolenom aj tréner Dukly Ingema Peter Kúdelka, či HKM Zvolen Peter Oremus. Je pravdou, že kvalita ľadu bola pre oboch rovnaká a konečného víťaza duelu neovplyvnila. Na druhej strane, takéto podmienky majú Michalovčania počas celého týždňa a ovplyvňuje to aj ich tréningový proces. A možno zlý ľad ovplyvnil aj maródku v tíme, keďže na mäkkom ľade príde častejšie k zraneniu.
Dukla Ingema Michalovce vydala prostredníctvom oficiálnej stránky, či klubových sociálnych sietí poriadne ostrý príspevok, v ktorom útočí na správcu štadióna Petra Tirpáka. Ten je súčasne aj generálnym manažérom ďalšieho účastníka Tipos extraligy HC 19 Humenné. „Piatkový ďalší zápis delegáta stretnutia pána Bodáka na stav ľadovej plochy a zápis rozhodcov nám nedávajú inú možnosť ako reagovať. Na havarijný stav ľadu poukazovali rovnako hosťujúci hráči a tréner HKM Zvolen, ktorý to taktiež spomenul na pozápasovej tlačovke. Od augusta 2023 intenzívne poukazujeme na zlú kvalitu ľadu. Daný problém sa snažíme riešiť so správcom zimného štadióna pánom Petrom Tirpákom, ktorý je zároveň manažérom klubu HC 19 Humenné, od prvého tohtosezónneho tréningu na ľade. Vnímame to ako možnú sabotáž, alebo neschopnosť správcu štadióna, nakoľko nemáme vedomosť o podobnom probléme v klube, kde pôsobí. Žiaľ, na túto pozíciu dosah nemáme, no veríme, že kompetentný orgán vyvodí patričné opatrenia a dôsledky. Týmto by sme chceli vyzvať správcu štadióna pána Petra Tirpáka na predloženie prevádzkovej dokumentácie, na základe ktorej sa zabezpečuje príprava ľadovej plochy. Tvorenie hmly a zarosenie plexiskiel je následok počasia, s ktorým momentálne bojujú všetky štadióny bez vzduchotechniky. Kvalita ľadu je však zrejme ovplyvnená nezáujmom kompetentnej osoby, správcu zimného štadióna. Aj napriek tomu, že na nevyhovujúcu kvalitu na zimnom štadióne poukazujeme, nedochádza k žiadnej zmene. Na kvalitu ľadu, ktorý je na hranici regulárnosti, sme kompetentnými orgánmi upozorňovaní od začiatku sezóny, čoho výsledkom je včerajší ďalší zápis. Nejde len o športovú stránku, v prvom rade je pre nás najdôležitejšie zdravie našich hráčov a mládeže, ktorí ľadovú plochu využívajú každý deň. Príkladom je zranenie Patriksa Zabusovsa. Od prvého momentu odkedy do michalovského hokeja spoločnosť Ingema vstúpila prechádza náš domáci stánok zmenami. Každoročne sa ho snažíme zveľaďovať a posúvať na najvyššiu možnú úroveň. Niektoré veci však ovplyvniť nedokážeme. Ako organizácia sa usilujeme vytvárať pre hráčov a realizačný tím tie najlepšie možné podmienky na vykonávanie športovej činnosti. Je smutné, že pri vynaložení toľkého úsilia a financií potom všetko padá na havarijnom stave tej najdôležitejšej veci, ktorou je ľadová plocha. Len pre porovnanie, na štadiónoch s kvalitnou ľadovou plochou sa používa špeciálne upravovaná a filtrovaná voda s teplotou cca 50 stupňov. Chladenie sa reguluje podľa vonkajšej teploty a ide nepretržite 24 hodín. U nás sa používa neupravovaná voda priamo zo studne s teplotou okolo 20 stupňov a chladenie sa na noc vypína! Hráči, tréneri rovnako ako HK Dukla Michalovce - mládež sú z tejto situácie frustrovaní. Nečinnosť kompetentných a ich odpoveď, že máme čakať na chladnejšie počasie a tým sa situácia zlepší, nás dostáva do situácie, keď zvažujeme presunúť tréningový proces do Trebišova, kde je kvalita ľadu neporovnateľne lepšia. Je pravdou, že počasie momentálne nepraje kvalite zápasov na zimných štadiónoch okrem Steel arény a arény Ondreja Nepelu asi na celom Slovensku. Podobné problémy so zarosením plexiskla ako v Michalovciach hlásili trebárs aj v Spišskej Novej Vsi, no aj v samotnom Trebišove, kde „hrozia“ Michalovčania, že presunú tréningový proces. Ľadová plocha je ale v Michalovciach katastrofálnou. Zdá sa nám ale, že táto kauza je až príliš nasiaknutá vzťahmi na štadióne, ktorým nepomáha fakt, že správca štadióna pracuje u konkurencie. Keď by sa v tomto aspekte preukázala sabotáž, ako to spomína v stanovisku klub, bol by to určite väčší problém, ako je momentálne teplota vonku.“
O reakciu sme požiadali aj samotného správcu štadióna Petra Tirpáka, ktorý odpovedal, že reagovať bude až po porade s riaditeľom Technických a záhradníckych služieb mesta Michalovce. Reakcia michalovského klubu tak zrejme nebola poslednou. Najhoršie je, že na vzniknutú situáciu doplácajú hlavne hráči. Podľa informácií nie je trebišovský azyl iba hrozbou; v pondelok mali Michalovčania na štadióne v tomto meste trénovať.
Ľad predstavuje pevné skupenstvo vody. Mrznutie vody a topenie ľadu ovplyvňujú častice prítomné vo vode. Z obecného užívateľského pohľadu problémy súvisia s nukleáciou, tj. procesom tvorby zárodkov kryštálov v kvapaline. Ľadová plocha vyrobená z modifikovanej vody je na svojom povrchu chladnejšia, a to aj pri zachovaní štandardnej teploty betónovej platne a štandardnej hrúbky ľadovej plochy. Nižšia povrchová teplota ľadovej plochy spolu s rýchlejším tuhnutím vody sú výhodou pri úprave plochy počas prestávok medzi hokejovými tretinami, pred samostatnými nájazdmi alebo počas prevádzky v teplejších mesiacoch, kedy udržiava správnu kvalitu ľadu. V prípadoch, kedy je nižšia povrchová teplota ľadovej plochy prevádzkovo zbytočná, je z ekonomického hľadiska možné zvýšenie teploty betónu pod ňou, pretože sa ľadová plocha vyrobená a ošetrovaná modifikovanou vodou pomalšie otepľuje. Modifikovaná voda má vlastnosti, ktoré urýchľujú proces ochladzovania a tuhnutia. Rýchlejšie ochladzovanie vody má priaznivý vplyv na chladiace systémy určené na výrobu ľadu a mrazenie. Pod pojmom kvalitný ľad rozumieme odolnosť ľadu voči zvýšeným teplotám, teda jeho pomalšie topenie a odparovanie.