Jäähallien kuivaamisen insinöörimenetelmät: kondensaation estäminen ja energiatehokkuuden parantaminen

Kirjoittaja: Mycondin tekninen osasto

Jäähallit kohtaavat kriittisen insinööriongelman – kosteuden kondensoitumisen kylmän jääpinnan päälle. Kun -3°C…-7°C:n lämpöinen jääpinta on kosketuksessa halli-ilmaan, jonka lämpötila on +10°C…+15°C, syntyy merkittävä lämpötilaero, joka johtaa voimakkaaseen vesihöyryn kondensoitumiseen. Tämän seurauksia ovat jään yläpuolella leijuva sumu ja heikentynyt näkyvyys, kasvava kuormitus kylmäjärjestelmälle, metallirakenteiden korroosio sekä jääpinnan laadun heikkeneminen.

Tyypillinen suunnitteluvirhe on kosteustaseen virheellinen arviointi. Insinöörit mitoittavat usein vain ilmanvaihdon ottamatta huomioon, että ulkoilman ollessa kosteaa tuloilmavirran lisääminen yksinään pahentaa tilannetta. Ratkaisu vaatii kokonaisvaltaisen lähestymistavan, jossa käytetään ilmankuivaimia ja järjestelmät integroidaan oikein.

Kondensaation fysiikka jäähallissa: psykrometriset olosuhteet

Kosteuden siirtyminen kylmälle pinnalle tapahtuu diffuusion ja konvektion mekanismeilla. Prosessin ymmärtäminen edellyttää psykrometristä analyysia. Esimerkiksi, jos halli-ilman lämpötila on +12°C ja suhteellinen kosteus 60 %, kastepiste on noin +4°C. Koska tämä lämpötila on selvästi jään lämpötilaa (-5°C) korkeampi, kondensaatio jääpinnalla on väistämätöntä.

Kondensaatiomekanismi käsittää kaksi lämmönluovutusvaihetta: ensin vesihöyry lauhtuu jään pinnalle luovuttaen noin 2500 kJ/kg lauhtumislämpöä, jonka jälkeen kondensaatti jäätyy luovuttaen 335 kJ/kg jähmettymislämpöä. Yhteensä noin 2835 kJ jokaista kosteuskiloa kohden muodostaa lisäkuorman kylmäjärjestelmälle pelkän jään lämpötilan ylläpidon lisäksi.

Näkyvä seuraus kondensaatiosta on sumun muodostuminen, kun jään yläpuolinen ilma jäähtyy kastepisteensä alapuolelle. Kosteus tiivistyy pieniksi pisaroiksi, jotka pysyvät leijuvassa tilassa. Mitä korkeampi ilman suhteellinen kosteus on, sitä voimakkaampaa sumunmuodostus on.

Määrällinen arviointi osoittaa, että kun halli-ilman kosteussisältö on 6 g/kg ja lämpötila +12°C, kastepiste on +4°C. Ero jään lämpötilaan (-5°C) on 9°C, mikä johtaa voimakkaaseen kondensaatioon. Kun kosteussisältö on 4 g/kg, kastepiste laskee -2°C:een, ero on vain 3°C ja kondensaatio on vähäistä. Nämä ovat insinööritason suuntaa-antavia arvoja, jotka riippuvat tarkemmista olosuhteista.

Kondensaatio aiheuttaa sumun lisäksi myös metallirakenteiden korroosiota sekä heikentää jään laatua epätasaisuuksien kautta, kun kondensaatti jäätyy. Tämä vaikeuttaa jäänhoitokoneen työtä ja heikentää luistelumukavuutta.

Kosteuden lähteet jäähallissa: määrällinen analyysi

Jäähallien tehokas kuivaus edellyttää kaikkien kosteudenlähteiden huomioimista. Tarkastellaan keskeisiä lähteitä:

Katsojien kosteustuotto: aikuinen katsoja levossa tuottaa noin 50 g/h kosteutta hengityksen ja ihon kautta. 1000 katsojan hallissa tämä on karkeasti 50 kg/h. Tapahtuman keston ollessa 2–3 tuntia kokonaiskertymä voi olla 100–150 kg. Nämä ovat suuntaa-antavia arvoja mitoitukseen.

Jäänhoitokoneen kosteustuotto: jään valamiseen ja hiontaan käytetään noin +60°C:n vettä. Kun kuumaa vettä levitetään kylmälle pinnalle, osa haihtuu nopeasti. 300 litran valussa voi haihtua 5–10 % tilavuudesta, eli 15–30 kg yhtä ajoa kohti. Jäänhoitokone käy tyypillisesti 2–3 kertaa päivässä, lisäten 30–90 kg kosteutta vuorokaudessa.

Ulkoilman infiltraatio: jäänhoitokoneen portit ja urheilijoiden kulkuaukot avataan ajoittain. Kun 12 m²:n kokoinen ovi on auki 2–3 minuuttia talviolosuhteissa (ulkoilma -5°C, RH 80 %, kosteussisältö noin 2 g/kg), sisään tulee kylmää ilmaa pienellä kosteussisällöllä. Kesällä (ulkoilma +25°C, RH 70 %, kosteussisältö noin 14 g/kg) jokainen ovenavaus tuo sisään 30–50 m³ kosteaa ilmaa, mikä vastaa 0,4–0,7 kg kosteutta per avaus.

Aputilojen kosteustuotto: pukuhuoneet suihkuineen ovat merkittävä kosteudenlähde. Yksi suihku tuottaa jopa 200 g/min. Jos ilmanvaihto on riittämätön, kosteus virtaa hallitilaan. Kun 20 pelaajaa käyttää suihkuja 15 minuuttia, kosteutta vapautuu jopa 60 kg.

Kokonaiskosteustuoton laskentamenetelmä on kaikkien lähteiden summaaminen: katsojat, jäänhoitokone, infiltraatio ja suihkut. Tyypillisessä 1000 katsojan hallissa jääkiekko-ottelun aikana suuntaa-antava kokonaiskuorma on 50 kg/h (katsojat) + 10 kg/h (jäänhoitokone, keskiarvoistettuna) + 5 kg/h (infiltraatio) + 15 kg/h (suihkut, keskiarvoistettuna) = yhteensä 80 kg/h. Arvo on ohjeellinen ja tarkentuu kohdekohtaisesti.

Psykrometrinen tasapaino: tavoiteltu ilmankosteussisältö

Jäähallin ilman tavoiteltu kosteussisältö määritetään ehdolla: ilman kastepisteen on oltava vähintään 2–3°C jään pintalämpötilaa alempi kondensaation luotettavan estämisen varmistamiseksi.

Algoritmi tavoitekosteussisällön määrittämiseen:

1. Määritä jään pintalämpötila (tyypillisesti -3°C…-7°C lajista riippuen: jääkiekko noin -5°C, pikaluistelu jopa -7°C, taitoluistelu noin -4°C).
2. Aseta turvamarginaali: kastepisteen tulee olla 2–3°C jään lämpötilaa alempi. Jos jään lämpötila on -5°C, kastepisteen tavoite on -7°C…-8°C.
3. Käytä psykrometristä diagrammia halli-ilman lämpötilalle (esim. +12°C) ja kastepisteelle -8°C määrittääksesi tavoitekosteussisällön (noin 3,5 g/kg).
4. Vertaa nykyiseen kosteussisältöön. Jos nykyinen arvo on 6 g/kg, tulee poistaa 2,5 g kosteutta jokaista halli-ilman kilogrammaa kohden.

Kosteustase kuvataan yhtälöllä: kosteuden tulo (kokonaiskosteustuotot) on yhtä suuri kuin kosteuden poisto (kuivaimen kapasiteetti plus ilmanvaihdon poistama kosteus). Tasapainoehto: poiston tulee olla vähintään yhtä suuri kuin tulo.

Ilmanvaihdon rooli kosteustaseessa riippuu vuodenajasta. Jos ulkoilman kosteussisältö on sisäilmaa alhaisempi, tuloilma auttaa poistamaan kosteutta. Esimerkiksi talvella (ulkoilma -10°C, RH 80 %, kosteussisältö noin 1,5 g/kg; sisäilma +12°C, 6 g/kg) jokainen m³/h tuloa poistaa erotuksen (6–1,5)×1,2/1000 = 0,0054 kg/h kosteutta. Kesällä (ulkoilma +25°C, RH 70 %, 14 g/kg) tuloilman lisääminen päinvastoin lisää kosteutta. Tällöin tarvitaan ilman sisäkiertoa kuivaimen läpi.

Kuivaimen tarvittavan kapasiteetin mitoitusmenetelmä

Laskenta sisältää useita vaiheita:

Ensimmäinen vaihe: kosteudenpoiston vajeen määrittäminen. Jos kokonaiskosteustuotot ovat 80 kg/h ja ilmanvaihto poistaa 20 kg/h talviolosuhteissa alhaisen ulkoilmakosteuden ansiosta, vaje on 60 kg/h. Tämä vaje on kuivaimen katettava.

Toinen vaihe: käyttötilan huomiointi. Jos kuivain toimii ympäri vuorokauden, tarvittava kapasiteetti on vaje. Jos se toimii vain tapahtumien aikana (esim. 8 h/vrk) ja kosteustuotot painottuvat tähän jaksoon, kapasiteetin tulee kattaa vaje kyseisinä tunteina. Jos kosteutta kertyy pitkin päivää (jäänhoitokone, infiltraatio) ja kuivaimen käyntiaika on rajallinen, kapasiteettia tai käyntiaikaa on kasvatettava. Esimerkiksi jos vuorokautinen kosteuskertymä on 500 kg/vrk ja kuivain käy 16 h, minimitarve on 500/16 = 31 kg/h.

Kolmas vaihe: kapasiteettivara. Kuivaimen ei tule toimia jatkuvasti äärirajoilla. Tyypillinen kapasiteettivara on 20–30 % laskennallisesta kapasiteetista odottamattomien kuormitusten (suuret yleisötapahtumat, kosteat kesäpäivät, korkea infiltraatio) varalle. Jos laskennallinen kapasiteetti on 60 kg/h, suositeltu asennettu kapasiteetti on 60×1,25 = 75 kg/h.

Neljäs vaihe: kapasiteetin jako. Suurissa halleissa on järkevää käyttää useampaa kuivainta yhden suuren sijasta. Tämä parantaa ilman jakautumista, tuo varautumista yhden laitteen vikatilanteisiin ja mahdollistaa portaistetun kapasiteetin säädön kuormituksen mukaan.

Tarkastellaan numeerista esimerkkiä: hallissa on 2000 m² jäätä, tilavuus 15000 m³, 1000 katsojaa. Tapahtuman aikaiset kokonaiskosteustuotot – 80 kg/h. Talvinen ilmanvaihto poistaa 20 kg/h, joten vaje on 60 kg/h. Tapahtuma kestää 3 h ja kuivain käy 12 h/vrk (ennen, aikana ja jälkeen). Vuorokautinen kosteuskertymä: 80×3 (tapahtuma) + 15×21 (jäänhoito ja infiltraatio muuna aikana) = 555 kg/vrk. Tarvittava kapasiteetti: 555/12 = 46 kg/h. 25 % kapasiteettivaralla: 46×1,25 = 58 kg/h. Suositus on asentaa kaksi 30 kg/h kuivainta tai kolme 20 kg/h kuivainta joustavuuden ja varautumisen varmistamiseksi.

Ilmanvaihdon, lämmityksen ja kuivauksen yhteistoiminta

Ilmanvaihto ja kuivaus eivät ole vaihtoehtoisia vaan toisiaan täydentäviä järjestelmiä. Ilmanvaihto varmistaa katsojille tarvittavan raikkaan ilman (noin 20–30 m³/h per henkilö), kun taas kuivain hallitsee ilmankosteutta.

Järjestelmien yhteistoiminnan algoritmi:

• Jos ulkoilman kosteussisältö on alempi kuin sisäilman tavoitekosteussisältö, tuloilman lisääminen auttaa poistamaan kosteutta. Tulo voidaan nostaa hygieniamäärien tasolle tai jopa hieman yli.
• Jos ulkoilman kosteussisältö on sisäilman kanssa samaa luokkaa tai suurempi, tulo rajoitetaan hygieniaminimiin ja pääasiallinen kosteudenpoisto tehdään kuivaimella sisäkiertotilassa.
• Jos ulkoilman kosteussisältö on erittäin korkea (kosteat kesäpäivät), tuloilma vähennetään hygieniaminimiin ja kuivaimen kapasiteettia tai käyntiaikaa lisätään.

Ilman sisäkierto kuivaimen läpi on olennainen osa järjestelmää. Kuivain toimii sisäkiertona: se ottaa ilmaa hallin ylävyöhykkeeltä, jossa ilma on lämpimämpää ja kosteampaa katsojien ja jään haihtumisen vuoksi, kuivaa sen, lämmittää sitä lauhtumislämpönsä avulla ja palauttaa halliin. Tyypillinen sisäkierron ilmamäärä on 1–2 hallitilavuutta tunnissa tehokkaan sekoittumisen ja kuivauksen saavuttamiseksi.

Kuivaimen lämmön kompensointi vaatii huomiota. Kondenssikuivain luovuttaa kosteuden lauhtumislämpöä (noin 2500 kJ/kg poistettua kosteutta) sekä kompressorin hukkalämpöä. Jos kuivain poistaa 60 kg/h kosteutta, lämpöteho on 60×2500/3600 ≈ 42 kW. Tämä lämpö jää halliin ja voi nostaa sen lämpötilaa. Jos hallin lämpötila ei saa ylittää +15°C, kuivaimen toimintaa on koordinoitava lämmityksen tai jäähdytyksen kanssa: vähennettävä lämmitystä tai lisättävä jäähdytystehoa kompensoimaan kuivaimen lämpöä.

Optimaalisen ilmanvaihdon ja kuivauksen suhteen määrittäminen edellyttää kuukausikohtaista laskentaa alueen ilmastodatan keskimääräisillä ulkoilman kosteussisällöillä. Näiden perusteella laaditaan kuvaaja, jossa X-akselilla on kuukausi ja Y-akselilla ilmanvaihdon poistaman kosteuden osuus kokonaispoistosta. Talvikuukausina osuus voi olla 30–50 % (ilmanvaihto auttaa merkittävästi), kesällä 0–10 % (ilmanvaihdosta on vain vähäistä apua).

Kondensaation estämisen energiatehokkuus ja kylmätehon säästö

Kun kosteus kondensoituu jään pinnalle, se luovuttaa lauhtumislämpöä (2500 kJ/kg) ja sen jälkeen jähmettymislämpöä (335 kJ/kg). Yhteensä 2835 kJ jokaista kosteuskiloa kohden kuormittaa kylmäjärjestelmää. Tämä lämpö on poistettava kylmäkoneella jään lämpötilan ylläpitämiseksi.

Lisäkuorman määrällinen arvio: jos halliin tulee 80 kg/h kosteutta ja kaikki kondensoituu jäälle, lisälämpökuorma on 80×2835/3600 = 63 kW. Kylmäjärjestelmällä, jonka EER/COP on noin 2,7 (tyypillinen jäähallissa), tämä merkitsee lisäsähkönkulutusta 63/2,7 ≈ 23 kW. Kymmenessä tunnissa päivässä tämä on 230 kWh lisäsähköä vuorokaudessa, eli noin 7000 kWh kuukaudessa.

Säästö kondensaation estämisellä: jos asennetaan kuivain, joka poistaa 60 kg/h kosteutta ennen kuin se pääsee jäälle, vain 20 kg/h kondensoituu. Lisäkuorma kylmäjärjestelmälle pienenee 20×2835/3600 = 16 kW:iin ja sähkönkulutus noin 6 kW:iin. Säästö on 23–6 = 17 kW eli 170 kWh päivässä.

Kuivaimen kulutuksen ja kylmänsäästön tasapaino: kondenssikuivain kuluttaa sähköä kompressorille. Tyypillinen ominaiskulutus on noin 0,6–0,8 kW per 1 kg/h kapasiteettia. 60 kg/h kuivaimen kulutus on noin 40 kW. Säästö kylmäjärjestelmässä on 17 kW. Näennäisesti energiatasapaino on negatiivinen, mutta on huomioitava, että kuivaimen lämpö (noin 42 kW kapasiteetilla 60 kg/h) osin korvaa hallin lämmitystä tai pienentää lämmitysjärjestelmän kuormaa.

Kokonais­säästön arviointimenetelmä huomioi kolme tekijää:

1. Kylmäjärjestelmän sähkönkulutuksen pieneneminen.
2. Halin lämmitystarpeen väheneminen (kuivaimen luovuttama lämpö).
3. Vaipan lämpöhäviöiden pieneneminen suhteellisen kosteuden laskiessa (kondensaation väheneminen rakenteissa).

Yksityiskohtainen energiatasapaino on tehtävä hankekohtaisesti kaikki tekijät huomioiden. Suuntaa-antavasti kokonais­säästö voi olla 20–40 % kuivaimen kulutuksesta, riippuen ilmasto-olosuhteista ja käyttötilasta.

Lisähyödyt kondensaation estämisestä:

• Metallirakenteiden pidempi käyttöikä (korroosion väheneminen).
• Parempi jään laatu (ei epätasaisuuksia kondensaatin jäätymisestä).
• Parempi näkyvyys urheilijoille ja katsojille (ei sumua).

Tyypilliset suunnitteluvirheet kosteudenhallintajärjestelmissä

Jäähallien kuivausjärjestelmiä suunniteltaessa esiintyy usein seuraavia virheitä:

Virhe 1: Katsojien kosteustuoton aliarviointi suurissa tapahtumissa. Suunnittelussa käytetään usein hallin keskimääräistä täyttöastetta (50–60 %) eikä huomioida huippukuormia täysissä tapahtumissa. Seuraus: kuivain ei selviä huipuista, sumua muodostuu ja näkyvyys heikkenee.

Virhe 2: Kesäkauden infiltraation sivuuttaminen. Laskelmat tehdään talviolosuhteilla, jolloin ulkoilma on kuivaa, eikä tarkastella kesätilannetta korkealla ulkoilman kosteussisällöllä. Seuraus: kesällä ovien avaaminen tuo runsaasti kosteaa ilmaa, eikä kuivain ehdi käsitellä sitä.

Virhe 3: Ilmanvaihdon ja kuivauksen koordinoinnin puute. Järjestelmät suunnittelevat eri toimijat tai eri aikoina ilman yhteensovittamista. Ilmanvaihto käy maksimilla ympäri vuoden, tuoden kesällä kosteaa ulkoilmaa, mikä kasvattaa kuivaimen kuormaa tai tekee kosteudenhallinnan mahdottomaksi. Seuraus: molempien järjestelmien tehottomuus, korkea energiankulutus, riittämätön kuivaus.

Virhe 4: Automaattisen kosteudenohjauksen ja järjestelmäintegraation puute. Kuivainta ja ilmanvaihtoa ohjataan manuaalisesti tai erillisillä ajastimilla ilman kosteussensorien takaisinkytkentää. Seuraus: epäoptimaalinen käyttö, ylimääräinen energiankulutus tai riittämätön kuivaus olosuhteiden muuttuessa.

Virhe 5: Riittämätön kapasiteettivara kuivaimessa. Kuivain valitaan täsmälleen laskennalliselle kuormalle ilman varaa. Kun kuorma kasvaa tai olosuhteet heikkenevät, kuivain toimii äärirajoilla eikä selviä. Seuraus: ajoittainen sumu ja kondensaatio.

Virhe 6: Kuivaimen ilmanoton ja -puhalluksen väärä sijoittelu. Ilmanotto on sijoitettu hallin alavyöhykkeelle jään lähelle, missä ilma on kylmää ja kuivempaa, ja puhallus samaan vyöhykkeeseen. Seuraus: lyhyt oikokierto, kuivain käsittelee jo kylmää ja kuivaa rajakerroksen ilmaa vaikuttamatta lämpimään, kosteaan yläilmaan.

Virhe 7: Jäänhoitokoneen kosteustuoton sivuuttaminen. Suunnittelussa ei huomioida kuuman veden voimakasta haihtumista jään valussa tai sen vaikutusta ajatellaan vähäiseksi. Seuraus: jäänhoidon jälkeen ilmankosteus nousee jyrkästi, sumu muodostuu ja voi säilyä 30–60 minuuttia ennen vähittäistä kuivumista.

Vakiomenetelmien soveltuvuuden rajat: milloin kaivataan menetelmän korjausta

Jäähallien vakiotapa vaatii tarkistuksia seuraavissa ääriolosuhteissa:

Erittäin matalat jään lämpötilat (pikaluistelu). Pikaluistelussa jään lämpötila voi olla -10°C tai alempi maksimaalisen kovuuden varmistamiseksi. Tällöin jään ja kastepisteen välinen ero kasvaa ja kondensaatio voimistuu. Vakiomitoitus voi aliarvioida kuivaustarpeen. Korjaus: lisää laskennallista kapasiteettia 30–50 % tai laske tavoitekosteussisältöä tasolle 2,5–3 g/kg tyypillisen 3,5–4 g/kg sijaan.

Hallirakenteet, joissa on avoin katto tai laaja lasipinta-ala. Vanhat tai poikkeavat rakennukset voivat sisältää paljon kylmiä pintoja jään lisäksi, joille myös tiivistyy kosteutta: eristämätön katto, suuret ikkunat kylmänä kautena. Vakiomenetelmä huomioi vain jään. Korjaus: laske lisäkondensaatio muille kylmille pinnoille vastaavalla menetelmällä ja lisää se kosteustaseeseen.

Monikäyttöhallit muuntokäytöllä. Jos halli toimii sekä jäähallina että konsertti-/urheilusalina (jää peitetään), kosteusolosuhteet muuttuvat rajusti. Ilman jäätä kylmää pintaa ei ole ja kuivaustarve pienenee tai poistuu. Vakio­kapasiteettinen kuivain on tehoton. Korjaus: varaa portaistettu tai portaaton kapasiteetin säätö sekä mahdollisuus kytkeä kuivain kokonaan pois, kun jäätä ei ole.

Vanhat rakennukset, joissa on suuri ilmavuoto. Vanhat rakennukset voivat vuotaa paljon epätiiviiden vaippojen, ikkunoiden ja ovien vuoksi. Laskennallinen infiltraatio voi olla pahasti alakanttiin. Korjaus: tee rakennuksen tiiveystutkimus ja korjaa infiltraatiolaskelmaa. Usein kannattaa ensin parantaa tiiveyttä ja vasta sitten valita kuivain.

Alueet, joilla on erittäin kostea ilmasto. Trooppisilla tai subtrooppisilla alueilla ulkoilman kosteussisältö voi olla 18–22 g/kg kesällä. Jo vähäinenkin infiltraatio tai tulo tuo valtavasti kosteutta; ilmanvaihto ei auta poistossa, vaan tarvitaan täysi sisäkierto kuivaimen läpi. Vakiomenetelmä voi aliarvioida ongelman laajuuden. Korjaus: minimoi ulkoilman tulo hygieniaminimiin, varaa lisäkapasiteettia kuivaimelle ja harkitse adsorptioilmankuivaimia (tehokkaampia korkeissa lämpötiloissa).

Normien asettamat rajoitukset sisäilman kosteudelle. Joillakin alueilla tai normeissa voidaan vaatia vähimmäissuhteellista kosteutta katsojien mukavuudelle, esimerkiksi vähintään 30–35 %. Kun halli-ilma on +12°C ja RH 30 %, kosteussisältö on noin 2,5 g/kg ja kastepiste noin -10°C. Jos jää on -5°C, 5°C:n turvamarginaali riittää. Jos normi edellyttää 40 % RH, kosteussisältö nousee 3,5 g/kg:aan, kastepiste -4°C ja marginaali vain 1°C – kondensaatio on mahdollinen. Korjaus: neuvottele normeista poikkeamisesta jäähallikäytössä tai nosta halli-ilman lämpötilaa marginaalin kasvattamiseksi.

Usein kysytyt kysymykset (UKK)

Voiko kuivaimen korvata lisäämällä ilmanvaihtoa?

Se riippuu ulkoilman kosteussisällöstä. Jos ulkoilma on tavoitesisäilmaa kuivempaa (tyypillisesti talvella: ulkoilma 1–2 g/kg, sisäilman tavoite 3,5–4 g/kg), tuloilman lisääminen auttaa poistamaan kosteutta. Tarvittavat ilmavirrat voivat kuitenkin olla hyvin suuria.

Numeerinen esimerkki: tulee poistaa 60 kg/h kosteutta. Jos ulkoilma on 1,5 g/kg ja sisäilma 6 g/kg, ero on 4,5 g/kg. Poistoon tarvittava tuloilmavirta on 60/(4,5/1000)/1,2 = 11111 m³/h. Hallissa, jonka tilavuus on 15000 m³, tämä vastaa ilmanvaihtuvuutta 11111/15000 = 0,74 h⁻¹ – melko paljon. Lisäksi tuloilma on lämmitettävä -10°C:sta +12°C:een, mikä vaatii noin 82 kW lämpötehoa – kallista.

Kesällä, kun ulkoilman kosteussisältö on sisäilmaa korkeampi, tuloilman lisääminen pahentaa tilannetta. Siksi kuivain on välttämätön osa järjestelmää.

Mikä on jäähallin optimaalinen suhteellinen kosteus?

Kysymys on muotoiltu väärin. Optimoitava suure ei ole suhteellinen kosteus, vaan kosteussisältö. Suhteellinen kosteus riippuu lämpötilasta eikä yksin määritä kondensaatiota. Kondensaation kannalta ratkaiseva suure on kastepiste.

Optimoinnin algoritmi: jään lämpötila esimerkiksi -5°C; kastepisteen tulee olla vähintään 2–3°C alempi, eli -7°C…-8°C; halli-ilman lämpötila esimerkiksi +12°C. Psykrometrisestä diagrammista +12°C:lle ja kastepisteelle -8°C saadaan kosteussisältö noin 3,5 g/kg. Tällöin suhteellinen kosteus on noin 33 %.

Jos halli-ilman lämpötila nostetaan +15°C:een samalla 3,5 g/kg kosteussisällöllä, suhteellinen kosteus laskee noin 28 %:iin, mutta kastepiste pysyy -8°C:ssa – kondensaation eston ehto täyttyy. Siksi optimaalinen parametri on 3–4 g/kg kosteussisältö, ei suhteellinen kosteus.

Kuinka kauan hallin kuivaaminen kestää suuren tapahtuman jälkeen?

Se riippuu kertyneestä ylimääräisestä kosteudesta, kuivaimen kapasiteetista ja hallin tilavuudesta. Menetelmä: laske ylimääräinen kosteussisältö ja ilmamassa, joka on käsiteltävä.

Numeerinen esimerkki: hallin tilavuus 15000 m³, ilman tiheys 1,2 kg/m³, ilman massa 18000 kg. Tapahtuman jälkeen kosteussisältö nousi tavoitetasosta 3,5 g/kg arvoon 6 g/kg, ylimäärä on 2,5 g/kg. Ylimääräinen kosteuden massa halli-ilmassa: 18000×2,5/1000 = 45 kg.

Jos kuivaimen kapasiteetti on 60 kg/h ja se toimii pelkästään kosteuden poistoon (ei uutta kosteuden tuloa), kuivausaika on 45/60 = 0,75 h eli 45 minuuttia. Käytännössä kuivain kierrättää ilmaa ja sekoittuminen vie aikaa. Jos sisäkierron ilmamäärä on 1 hallitilavuus/h, tehokas sekoittuminen ja kuivaus voivat vaatia 1,5–2 tuntia.

Vaikuttaako jäälaji (jääkiekko, taitoluistelu, curling) kuivaimen valintaan?

Kyllä, mutta välillisesti jään lämpötilan kautta. Jääkiekko vaatii kovan jään noin -5°C, taitoluistelu pehmeämmän jään noin -3…-4°C ja curling hyvin erityisen pinnan nystyröineen noin -5…-7°C.

Matalampi jään lämpötila kasvattaa eroa kastepisteeseen, voimistaa kondensaatiota ja edellyttää alhaisempaa tavoitekosteussisältöä. Curlingissa, kun jää on -6°C, kastepisteen tavoite on noin -9°C, mikä vastaa noin 3 g/kg kosteussisältöä +12°C halli-ilmassa. Taitoluistelussa jään ollessa -3°C kastepisteen tavoite on -6°C ja kosteussisältö noin 4 g/kg.

Niinpä curling vaatii suuremman kuivauskapasiteetin tai pienemmät kosteustuotot kuin taitoluistelu muutoin samoissa oloissa.

Miten kattokorkeus vaikuttaa ilman kuivaukseen?

Kattokorkeus vaikuttaa kahdella tavalla. Toisaalta suurempi tilavuus merkitsee suurempaa ilmamassaa ja siten enemmän kosteutta samalla kosteussisällöllä. Tämä vaatii suurempaa kuivainkapasiteettia hallin alkuperäiseen kuivaamiseen.

Toisaalta korkea katto edistää luonnollista kerrostumista – lämmin kostea ilma nousee ylös ja kylmä kuiva ilma laskeutuu jäälle, mikä vähentää kondensaatiota suoraan jään pinnalla. Jos katto on kuitenkin huonosti eristetty, siihen voi tiivistyä kosteutta, joka sitten tippuu jäälle tai urheilijoiden päälle.

Optimaalinen ratkaisu korkeissa tiloissa on kuivain, joka ottaa ilman hallin ylävyöhykkeeltä (kosteinta ilmaa) ja puhaltaa kuivatun ilman keskivyöhykkeelle tehokkaan sekoittumisen saavuttamiseksi. Samalla katon hyvä lämmöneristys on välttämätön kondensaation estämiseksi.

Johtopäätökset

Kosteudenhallinta jäähalleissa on kriittinen insinööritehtävä, jota ei voi ratkaista pelkällä ilmanvaihdolla ulkoilman kosteussisällön kausivaihtelun vuoksi. Avainparametreja ovat kosteussisältö ja kastepiste – ei suhteellinen kosteus. Kastepisteen tulee olla vähintään 2–3°C jään lämpötilaa alempi kondensaation luotettavan eston varmistamiseksi.

Kuivaimen valinnan menetelmä perustuu kosteustaseeseen. On laskettava kaikki kosteudenlähteet (katsojat, jäänhoitokone, infiltraatio, suihkut), määritettävä ilmanvaihdon osuus poistossa vuodenajasta riippuen ja katettava vaje kuivaimella, jossa on 20–30 % kapasiteettivara.

Kuivain ja ilmanvaihto on sovitettava yhteen – ne eivät kilpaile keskenään. Talvella ilmanvaihto auttaa kosteuden poistossa, kesällä pääkuorma on kuivaimella sisäkiertotilassa. Kuivaimen luovuttama lämpö korvaa osin hallin lämmitystä ja kondensaation estäminen pienentää kylmäjärjestelmän kuormaa. Yksityiskohtainen energiatasapaino voi osoittaa 20–40 %:n kokonais­säästön kuivaimen kulutukseen nähden.

Tyypilliset suunnitteluvirheet – huippukuormien aliarviointi, kesäinfiltraation sivuuttaminen ja järjestelmien koordinoinnin puute – johtavat sumuun, rakenteiden korroosioon ja korkeaan energiankulutukseen. Vakiomenetelmiä on korjattava ääritilanteissa: erittäin matalat jään lämpötilat, vanhat vuotavat rakennukset, kostea ilmasto.

Suunnittelijoille suositellaan kattavaa kosteustaselaskentaa kaikille vuodenajoille ja käyttötiloille, kapasiteettivaran huomioimista, ilmanvaihdon ja kuivaimen automaattista yhteisohjausta kosteussensoreiden perusteella sekä energiatehokkuuden kokonaisvaltaista tarkastelua (jäähdytys + lämmitys + kuivaus).

Kaikki artikkelissa esitetyt lukuarvot ovat suuntaa-antavia ja riippuvat hankekohtaisista olosuhteista.