Необходимость строительства систем подогрева продиктована насущной потребностью повышения качества футбольных полей в холодные осенневесенние периоды года, характерные для большинства регионов нашей страны. Кроме того, появились поля с искусственным покрытием газонов, которые в основном используются в тренировочных целях или для массового футбола. На этих полях системы подогрева особенно нужны, т. к. только они могут круглый год обеспечивать такое состояние газона, при котором возможно проводить нормальный игровой цикл.

Научноинженерный центр «Инвент» разработал более трех десятков проектов систем жидкостного низкотемпературного подогрева газонов с травяным и искусственным покрытием газонов для регионов с различными климатическими условиями (Москва, СанктПетербург, Смоленск, Череповец, Ярославль, Ижевск, Саратов, Волгоград, Ростов, Новокузнецк, Екатеринбург, Омск, Томск и др.), а фирма «Интраст» воплотила в жизнь эти проекты, провела наладочные работы и производит сервисное обслуживание. Кроме того, большинство полей оборудовано системами автоматизированного полива и дренажными устройствами, что обеспечивает комплексное решение по подготовке газонов для игр или тренировок.

На 1 показана схема футбольного стадиона, оборудованного системами жидкостного подогрева газона и автоматизированного полива. Система подогрева состоит из теплового пункта и трубопроводов подогрева (коллекторов и трубопроводов из полиэтилена), закладываемых под газон футбольного поля. В качестве рабочего теплоносителя принимается водный раствор этиленгликоля, концентрация которого задается от 30 до 42 %, в зависимости от месторасположения стадиона.

В системе жидкостного подогрева размещение труб под газоном определяется видом газона (натуральный или искусственный) и условиями их прокладки. Глубина заложения под газон и расстояние м. трубами рассчитывается по конструктивным схемам и характеристикам слоев поля.

На 2 показано размещение труб подогрева под газоном для натурального поля и поля с искусственным покрытием.

Прокладка труб подогрева на действующем натуральном футбольном поле производится путем прорезки луговины и их протяжки специальным самоходным устройством.

Время такой прокладки составляет 4–7 дней (вместе с установкой коллекторов в траншее). Данная технология не нарушает целостности газона и не прерывает календарь футбольных игр. На фото 2 показана прокладка труб подогрева самоходным агрегатом на футбольном поле г. Химки.

Поле с искусственным покрытием обычно строится заново на отведенной площадке и предусматривает укладку специальных слоев из щебня и песка, в которых прокладываются дренажные устройства и трубы подогрева. Эластичность такого поля за счет травы и засыпки находится на уровне натурального поля, а система подогрева может обеспечивать такое состояние круглогодично. На натуральном поле система подогрева лишь продлевает сезон: осенью система подогрева включается при среднесуточной температуре ниже 2 °C и работает до 10 °C, а весной включается за 2–3 недели до начала футбольного сезона и обеспечивает оттаивание и сушку газона и создание благоприятных условий для роста травы. Зимой система подогрева на натуральных полях отключается и газону предоставляется биологический отдых.

Эффективность системы жидкостного подогрева подтверждает фото 1, сделанное на стадионе «Локомотив» в Саратове при отрицательной температуре наружного воздуха.

Расчет количества теплоты для поддержания заданного температурного режима на поверхности газона (0–2 °C) определяется по формуле:

Q = a•F•(totH),

где a – k теплоотдачи от поверхности газона в окружающую среду;

F – площадь подогреваемого газона;

to – температура на поверхности газона;

tH – расчетная наружная температура.

Кроме того, требуется учитывать потери теплоты вглубь поля, которые составляют 15–20 % от расчетной потребности.

Значения температуры на границе слоев определяются по формуле:

t = to + Q/F•d/l,

где d – толщина слоя;

l – эффективная теплопроводность.

Фактические расчеты значительно сложнее, т. к. k теплоотдачи зависит от скорости и направления ветра, высоты травы и других факторов, а k теплопроводности – от влажностного состояния слоев, качества дренажа, толщины слоя снега и льда и т. п.

Приготовление рабочего теплоносителя производится в тепловом пункте, который подключается к тепловым сетям или автономному теплоисточнику (водогрейным газовым котлам или электрокотлам).

На 3 приведена принципиальная схема теплового пункта и системы подогрева. Первичный теплоноситель из тепловых сетей (автономного теплоисточника) проходит через пластинчатый теплообменник и нагревает водный раствор этиленгликоля. Система автоматического регулирования обеспечивает требуемый нагрев по сигналам датчиков в грунте газона. На поверхности газона обеспечивается примерно 0 °C, у труб подогрева на натуральном поле 15–20 °C, на поле с искусственным покрытием 25–35 °C.

В том случае, когда тепловые сети работают по открытой схеме, в тепловом пункте требуется установка дополнительного контура с теплообменником и насосом ( , что вызвано необходимостью защиты системы теплоснабжения от возможного попадания этиленгликоля в воду тепловых сетей. Дополнительный (промежуточный) контур снабжается пробоотборниками, за счет которых достигается непрерывный контроль за состоянием оборудования и его герметичностью.

Размещение коллекторов системы подогрева на поле имеет важное значение для обеспечения равномерного прогрева всей площади газона при минимальных затратах на устройство такой системы.

Подача рабочего теплоносителя в коллекторы выполняется чтобы обеспечивалось его попутное движение ( . Это достигается тем, что дополнительно прокладывается транзитная труба подающего коллектора, которая одновременно обеспечивает прогрев крайней зоны поля.

Коллекторы могут быть расположены с одного из торцов поля ( 5а) или вдоль его длинной стороны ( 5б). Учитывая, что стандартное поле имеет размеры 70 х 110 м, к коллекторам, проложенным вдоль длинной стороны, можно подключить петли труб подогрева общей длиной каждой не более 140 м, в то время как от торца длина петли возрастает до 220 м. Обеспечивая заданный перепад температур рабочего теплоносителя и требуемую поверхность нагрева труб, короткие петли потребуется прокладывать меньшего диаметра и чаще, чем при длинных петлях. Кроме того, перерасход труб на коллекторы, устройство длинной траншеи и затрудненность при совмещении с дренажной системой, предопределяет выбор размещения коллекторов с одного из торцов поля.

На фото 3 представлены коллекторы и подключенные к ним трубы подогрева в цикле их монтажа.

Система подогрева заполняется раствором этиленгликоля при наружной температуре не ниже 5 °C. Подача раствора производится насосом из передвижной цистерны и выполняется чтобы обеспечить устойчивое вытеснение воздуха из труб подогрева через штуцер у теплообменника в тепловом пункте. Заполнение ведется в течение двух суток импульсной подачей раствора. Контрольные проверки подачи производятся после каждой 1/5 заполняемого объема. Общим контролем является заполнение всего расчетного объема

рабочего контура. далее включается рабочий насос и проверяется циркуляция в контуре. Периодически он отключается и производится выпуск воздуха, вытесняемого из системы.

В рабочем режиме работы системы подогрева производится автоматическое регулирование температуры рабочего теплоносителя посредством прибора ECL Comfort 200 (c пластиковой картой Р 3 , который управляет тарельчатым двухходовым клапаном VF2 с электроприводом (фирмы «Данфосс»). При повышении температуры грунта больше заданной величины (определяется расчетом и при наладке) клапан начинает закрываться, сокращая подачу первичного теплоносителя (из тепловых сетей или автономной котельной). Настройка, установка параметров регулирования производится в соответствии с инструкцией фирмы «Данфосс» к регулятору.

В табл. 1 приведены технические данные по некоторым системам подогрева, которые отражают зависимость тепловой нагрузки и расхода материалов от местоположения подогреваемого газона.

Искусственное покрытие газонов в основном делается на тренировочных полях. Данные по системам подогрева таких полей приведены в табл. 2.

Экологическая безопасность при эксплуатации системы жидкостного подогрева с использованием водного раствора этиленгликоля достигается тем, что при возникновении аварийной утечки насос подачи рабочего теплоносителя автоматически останавливается. Такая утечка обнаруживается падением давления в рабочем контуре за счет срабатывания реле давления и размыкания контактов магнитного пускателя рабочего насоса. Для предотвращения выливания раствора этиленгликоля в грунт включается аварийный насос, перекачивающий этот раствор в аварийные баки, установленные в тепловом пункте или на площадке рядом с ним. После устранения аварии раствор из баков перекачивается этим же насосом в систему подогрева.

Система жидкостного подогрева футбольных полей имеет существенные преимущества перед другими системами (например, электроподогревом), т. к. температура рабочего теплоносителя небольшая, что создает наиболее благоприятные температурные условия для корневой системы натуральных полей, а для любого газона она позволяет обеспечить заданную температуру и ее точную регулировку в зависимости от наружных условий.