Prevádzkovanie športových objektov si vyžaduje premyslené riešenia, ktoré znižujú energetickú náročnosť a náklady. Moderné technológie a udržateľné prístupy sú kľúčom k efektívnemu prevádzkovaniu športovej infraštruktúry. Napriek vyšším počiatočným nákladom prinášajú tieto riešenia nielen prevádzkové úspory, ale aj pridanú hodnotu vo forme ekologickej zodpovednosti a spoločenského pokroku. Budovanie infraštruktúry, ktorá kombinuje energetickú efektívnosť s udržateľným dizajnom, sa stáva nevyhnutnosťou v čoraz viac environmentálne orientovanom svete.
Úvod do chladenia ľadu
Chladenie ľadu na zimnom štadióne je komplexná téma, ktorá si vyžaduje zohľadnenie rôznych technológií a postupov. Na dosiahnutie kvalitného a stabilného ľadového povrchu je potrebné využiť efektívne metódy, ktoré zohľadňujú environmentálne, ekonomické a technické aspekty. Chladenie je proces, pri ktorom sa znižuje teplota vodného povrchu, aby sa dosiahla optimálna tvrdosť a kvalita ľadu. Tento proces môže byť ovplyvnený mnohými faktormi, vrátane vonkajších teplôt, vlhkosti a kvality používaných technológií.
Technológie chladenia
Existuje niekoľko hlavných technológií používaných na chladenie ľadových plôch v zimných štadiónoch, pričom každá má svoje výhody a nevýhody.
Chladenie pomocou amoniaku (R717)
Populárnym a účinným spôsobom chladenia sa ukázal systém využívajúci amoniak (chladivo R717), ktorý patrí k prírodným chladivám a má nulový potenciál poškodzovania ozónovej vrstvy (ODP) aj potenciál globálneho otepľovania (GWP). Amoniak sa začal vo veľkom používať predovšetkým v priemyselných chladiacich systémoch, vrátane hokejových hál, a pri výrobe ľadu na športoviskách je jeho používanie dominantné až dodnes. Okrem vysokej účinnosti v širokom teplotnom spektre je jeho výhodou nízka cena. Nevýhoda amoniaku spočíva v jeho toxicite, zápachu a určitej miere horľavosti. Je ľahší ako vzduch a pri jeho vdychovaní poškodzuje sliznicu, preto sa nepožíva v chladničkách a mrazničkách. Jeho aplikácia tak musí podliehať prísnym reguláciám a bezpečnostným kontrolám, obzvlášť pri jeho používaní v husto obývaných oblastiach.
Z týchto dôvodov sa na zimných štadiónoch uprednostňuje aplikácia nepriamych systémov chladenia, kde sa amoniak nedostáva priamo do haly, ale zostáva iba v priestoroch strojovne, kde sa chlad vyrába a je inou chladiacou zmesou prenášaný do potrubia pod ľadovou plochou. Nevýhodou tohto riešenia je nižšia energetická efektivita v porovnaní s priamym systémom chladenia, kde sa amoniak distribuuje aj pod ľadovú plochu. Obzvlášť nebezpečnou je prevádzka tohto systému pri starších realizáciách, kde sa používa veľké množstvo amoniaku o hmotnosti niekoľko ton. Moderné amoniakové systémy sa snažia minimalizovať toto riziko aj výrazným znížením množstva používaného amoniaku, ktoré sa dokáže pohybovať na úrovni niekoľko stoviek kilogramov.
Chladenie pomocou oxidu uhličitého (CO2, R744)
V priebehu nového tisícročia sa postupne dostáva k slovu opomínaný oxid uhličitý (CO2). Zásluhu má na tom aj švédsky inžinier Jörgen Rogstam, ktorý prispel k zásadnému technologickému vylepšeniu tohto systému a jeho úspešnej komercionalizácii. Medzinárodná hokejová federácia (IIHF) už v roku 2002 vyzývala, aby sa CO2 stal primárnym chladiacim systémom v hokejových halách. Na začiatku tisícročia však boli komponenty pre tento systém príliš drahé a systém nemal dostatočný chladiaci výkon.
Vďaka technologickému pokroku je dnes situácia iná a systém si získava čoraz väčšiu obľubu. CO2 systém má podobne ako amoniak nulový potenciál poškodzovania ozónovej vrstvy. Ako jedno z mála chladív má však aj ultranízky potenciál globálneho otepľovania (GWP rovný 1), vďaka čomu 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.
V porovnaní s amoniakom pracujú chladiace systémy na báze CO2 (chladivo R744) pri podstatne vyšších tlakoch, čo si vyžaduje príslušné technické vybavenie a zaškolený personál. Ich prvé verzie tiež neboli tak efektívne pri vyšších teplotách okolitého prostredia, avšak ich najnovšie verzie už vykazujú porovnateľnú mieru spoľahlivosti.
Chladenie pomocou freónu (CFC, HCFC, HFC)
V minulosti boli veľmi populárne a bežne sa používali systémy chladenia na báze chlor-fluorovaných uhľovodíkov (CFC) a hydrochlor-fluorovaných uhľovodíkov (HCFC), známe aj ako freóny. V 80. rokoch 20. storočia sa však zistilo, že sú hlavnou príčinou vzniku ozónových dier. K ich vysokému potenciálu poškodzovania ozónovej vrstvy (ODP) sa pridáva aj vysoký potenciál globálneho otepľovania (GWP). Postupne došlo k ich zákazu a nahradzovaniu inými, menej nebezpečnými látkami. Neskôr sa používali hydro-fluoro uhľovodíky (HFC), ktoré však boli v roku 2016 v rámci Kigalského dodatku k Montrealskému protokolu tiež vyradené z používania, keďže napriek nulovému ODP mali mimoriadne vysoký GWP.
Chladenie pomocou vody
V niektorých prípadoch sa využíva aj chladenie pomocou vody, ktoré je považované za šetrnejšie k životnému prostrediu. Tento prístup si však vyžaduje vyššie náklady na údržbu a môže byť menej efektívny v oblastiach s vysokými teplotami.
Princípy a techniky udržiavania kvality ľadu
Okrem technológií chladenia sú dôležité aj postupy udržiavania kvality ľadu. Pravidelná údržba, ako je zametanie a úprava povrchu, je nevyhnutná na zabezpečenie optimálnych podmienok pre športovcov.
Kontrola teploty
Monitorovanie teploty je kľúčové pre udržanie správnej kvality ľadu. Mnohé moderné štadióny používajú pokročilé senzory a automatizované systémy, ktoré zabezpečujú, že teplota zostáva v optimálnom rozmedzí. Technologická voda na výrobu a úpravu ľadu je upravovaná tak, aby spĺňala požiadavku na kvalitu hracej plochy bez prítomnosti pevných častíc a solí.
Údržba povrchu
Údržba povrchu ľadu zahŕňa pravidelné zametanie a opravy prasklín. Tým sa predchádza vzniku nerovností, ktoré by mohli ovplyvniť výkon športovcov. Moderný interiér zimného štadióna s vysoko kvalitnou ľadovou plochou vytvára ideálne podmienky pre športové podujatia na medzinárodnej úrovni.
Ekologické aspekty a udržateľnosť
V súčasnosti je čoraz dôležitejšie zohľadniť ekologické aspekty chladenia ľadu. Mnohé štadióny sa snažia implementovať technológie, ktoré minimalizujú ich ekologickú stopu.
Obnoviteľné zdroje energie a spätné využitie tepla
Niektoré zimné štadióny začínajú používať solárne panely alebo iné obnoviteľné zdroje energie na napájanie svojich chladiacich systémov. Tým sa znižuje závislosť od fosílnych palív a zlepšuje sa celková udržateľnosť prevádzky. Vďaka spätnému využitiu odpadového tepla, ktoré chladiaci systém produkuje, je možné výrazne zredukovať náklady na energie.
Štúdie ukazujú, že chladiaci systém na báze CO2 je lepšou alternatívou pre zimné štadióny z hľadiska spätného využitia tepla. Pri teplote 35 °C sa dá zo systému na báze amoniaku spätne spotrebovať do 20 % tepla, zatiaľ čo v prípade systému na báze CO2 je možné pri rovnakej teplote spätne využiť až 60 % tepla. Priamy CO2 systém chladenia je najefektívnejší s najnižšou spotrebou energie a má vyšší potenciál úspory energie vďaka spätnému využitiu odpadového tepla.
V Kanade bol nainštalovaný prvý 100 % CO2 chladiaci systém v hokejovej hale na svete. Vďaka vysokým prevádzkovým tlakom CO2 systému je možné odpadové teplo spätne využiť vo vysokoteplotnom vodnom okruhu (71 °C až 82 °C) na vykurovanie tribún, šatní, priestorov korčuliarskych hál a plavárne i ohrev teplej vody v celej budove.
Hostiteľom hokejových MS 2022 bolo fínske mesto Tampere, kde sa vybudovala nová aréna s udržateľným certifikátom, ku ktorému prispelo aj použitie chladiaceho systému na báze CO2. Vďaka spolupráci Slovenského olympijského a športového výboru s fínskym NOV sa podarilo získať informácie o dvoch typoch CO2 chladiacich systémov - priamom a nepriamom. Priamy systém je o niečo efektívnejší, ale drahší. Nepriamy systém sa dobre hodí aj na renovácie zimných štadiónov, keďže môže využiť už nainštalované chladiace potrubie.
Fanúšikovia hodnotia zimné štadióny cez Staffino
Uhlíková stopa
V Pekingu na ZOH 2022 inštalovali na niekoľkých športoviskách chladiaci systém fungujúci na báze CO2. Rýchlokorčuliarsky ovál, aréna pre krasokorčuľovanie a šortrek a niekoľko tréningových hál sú prvými v celej Číne, ktoré vyrábajú ľad týmto spôsobom. Tento spôsob výroby ľadu dokáže prispieť k redukcii uhlíkových emisií, ktoré za jeden rok vyprodukuje 3900 áut, čo predstavuje zníženie emisií uhlíka o 26 miliónov kilogramov ročne.
Zelená strecha a solárne panely na zimnom štadióne zabezpečujú nižšiu uhlíkovú stopu a šetrnú energetickú prevádzku. Pri návrhu nových objektov pre hokejovú akadémiu bol použitý inovatívny koncept bio-solárnej, energeticky aktívnej strechy, ktorá spája vegetačné prvky so solárnym fotovoltickým systémom. Táto strecha zadržiava dažďovú vodu, ochladzuje budovu, znižuje uhlíkovú stopu a vyrába až 90 % potrebnej elektrickej energie.
Ekonomické faktory
Investície do moderných technológií chladenia môžu byť vysoké, avšak dlhodobé úspory na energiách a údržbe môžu tieto náklady vykompenzovať. Je dôležité zvážiť celkovú životnosť systémov a ich efektívnosť.
Počiatočné náklady vs. dlhodobé úspory
Náklady na inštaláciu priameho CO2 chladiaceho systému sa pohybujú na úrovni 380 000 eur, zatiaľ čo nepriameho systému je 275 000 eur. Napriek vyšším počiatočným nákladom prinášajú tieto riešenia nielen prevádzkové úspory, ale aj pridanú hodnotu vo forme ekologickej zodpovednosti a spoločenského pokroku. Jeden zo zimných štadiónov vo švédskom mestečku Gimo nainštaloval chladiaci systém fungujúci na 100 % s využitím CO2 a vďaka spätnému využitiu odpadového tepla sa prevádzkovateľom podarilo zredukovať náklady na energie už v prvom roku prevádzky o 50 % až 60 %.
Prípadové štúdie a modernizácia
Modernizácia športovej haly a futbalového štadióna v Žiari nad Hronom priniesla nielen zlepšenie funkčnosti, ale aj výrazné energetické úspory. Zimný štadión v Žiari nad Hronom využíva fotovoltické fólie a odpadové teplo pre efektívnu prevádzku.
V belgickom Mechelene boli zaznamenané podobné skúsenosti. Zástupca prevádzkovateľa potvrdil, že sú prvým športoviskom v Beneluxe, ktoré ochladzuje ľad odstránením CO2 z atmosféry. Vzniknuté teplo potom rekuperujú na vykurovanie jedálne, tribúny a vody v sprchách, čím znížili spotrebu energií na polovicu.
V Bratislave sa pri obnove hokejovej arény na Tehelnom poli uprednostnilo chladenie na báze čpavku, ktoré je síce ekonomicky najvýhodnejšie, ale z hľadiska bezpečnosti je zastarané. Modernejšia technológia tzv. nepriameho chladenia je síce prevádzkovo drahšia, no s čpavkom narába iba v malom priestore strojovne. Dvojokruhovým chladením vybavil fínsky dodávateľ Sazka Arénu v Prahe a má ho aj Steel Aréna v Košiciach, ktoré využívajú nepriame chladenie médiom, ktoré ani v prípade úniku nespôsobí škody a neohrozí životy.
Budúcnosť chladenia ľadu
Zimné štadióny môžu prispieť k naplneniu uhlíkovo neutrálnych cieľov EÚ. V prípade, že by sa zimné štadióny na Slovensku podarilo budovať a modernizovať s chladiacimi systémami na báze CO2, vrátane spätného využitia odpadového tepla, tento krok by sa mohol považovať za zaujímavý prínos slovenského športu k dekarbonizácii. Tento relatívne malý počet športovísk by sa pri využití nového systému chladenia dokázal svojím dekarbonizačným potenciálom vyrovnať vysadeniu desiatok miliónov stromov a zároveň by systém na báze CO2 dokázal prispieť k zásadnému zefektívneniu ich energetickej prevádzky.