Op het moment van de eerste bijeenkomst van de American Society of Refrigerating Engineers (ASRE) in 1905 had de kunstijsindustrie al veel van de basisontwerpprincipes vastgesteld die te vinden zijn in de moderne sport- en entertainmentfaciliteiten. Tegen die tijd waren bijna 30 jaar verstreken sinds 1876, toen professor John Gamgee de eerste mechanisch gekoelde ijsbaan (The Glaciarium) opende in Chelsea, bij Charing Cross, Londen.

En het nummer van 18 maart 1876 van All the Year Around, een wekelijks tijdschrift opgericht door Charles Dickens, werd deze eerste ijsbaan als volgt beschreven: "Koperen leidingen werden geplaatst, en er liep een mengsel van glycerine en water doorheen nadat het was afgekoeld met ether."

Bezoek elke moderne schaatsbaan en je zult nog steeds een secundair koelmiddel vinden dat circuleert door buizen van staal of kunststof die in de vloer zijn ingebed.

De vroege jaren In 1564, meer dan 200 jaar voordat Professor Gamgee de eerste kunstijsbaan opende, vond de "Frost Fair" plaats op de rivier de Theems in Londen. Het evenement duurde van januari tot maart elk jaar dat de Theems bevroren was. De laatste "Frost Fair" vond plaats in 1814. Met de bouw van een nieuwe London Bridge in 1823 stroomt de Theems nu te snel om te bevriezen.

Toegewijde natuurlijke ijsbanen, zowel buiten als binnen, werden voor het eerst ontwikkeld door schaatsclubs. De eerste schaatsclub werd opgericht in Edinburgh, Schotland, in 1642. Veel anderen volgden. Schaatsclubs leidden uitvinders ertoe te proberen een kunstijsoppervlak te produceren.

Een editie uit 1843 van het tijdschrift Punch beschrijft een bezoek aan een ijsbaan in de buurt van Baker Street in Londen waar het ijs niet gemaakt was van bevroren water, maar van een hagel van chemicaliën waaronder varkensvet en gesmolten zwavel, wat verschrikkelijk stonk. Een andere poging in Manchester vereiste dat klanten over een ongelijk oppervlak schaatsten door een extreem dikke mist.

Het succes van de Chelsea-ijsbaan in 1876 leidde tot vele andere. De Southport Glaciarium, veel groter, 50 meter bij 20 meter, opende in 1879 en werkte 10 jaar lang. Vrijwel onmiddellijk verschenen er banen in andere landen en werden er veel meer in Groot-Brittannië geopend. De plotselinge populariteit van ijshockey in de jaren 1880 droeg ongetwijfeld bij aan de publieke vraag naar de bouw van veel ijsbanen, maar er bestaat enige controverse over waar de sport werd uitgevonden.

De geboorteplaats van hockey wordt genoemd in verschillende publicaties als Montreal in 1875; Kingston, ON, Canada, in 1888; en Halifax-Dartmouth, NS, Canada, in het midden van de 19e eeuw. De eerste mechanisch gekoelde ijsbaan in de VS werd gebouwd door Thomas L. Rankin. In 1879 installeerde Rankin een ijsbaan van 560 m2 in de Old Madison Square Garden in New York City. Bij een galacarnaval op de avond van 12 februari 1879 vulden honderden gemaskerde schaatsers, gekleed in fantastische kostuums, de arena, samen met duizenden toeschouwers. De lichten van ontelbare gasjets, honderden gekleurde lampen en de flitsen van verschillend gekleurde calciumlichten hielpen de muziek van Gilmore's Serenade Band de scène uniek te maken.

Meer dan 100 leden van Empire en New York Skating Clubs legden een verklaring af ter ere van de heer Rankin voor het creëren van dit, het eerste grote door de mens gemaakte ijsoppervlak dat op een temperatuur boven het vriespunt werd gehouden.

Verschillende soorten vloeren Vanaf 1880 werden veel ijsbanen in Europa gebouwd. In 1891 bouwde Linde Ice Machine Co. een ijsbaan in Frankfurt, Duitsland, met circulatie van pekel in de leidingen op de vloer geplaatst in een ondiepe bak gevuld met water dat vervolgens bevroor.

In november 1893 verkreeg Thomas L. Rankin uit Chicago een Amerikaans octrooi op de voorloper van de moderne ijsbanen van vandaag, met koelbuizen ingebed in een "compositie van geschikte asfalt of ander cement en lima- of metalen vijlsel of perforaties, enz., voldoende om de vloer tot een goede geleider te maken en de kou naar het oppervlak te brengen om een met water bespoten ijslaag te produceren."

Tot ongeveer 1918 had geen enkele baan een permanent, multifunctioneel vloeroppervlak. De meeste faciliteiten plaatsten de buizen bovenop houten balken op een geëgaliseerde ondergrond en de buizen werden bedekt met zand. Tegenwoordig gebruiken het hele jaar door geopende ijsbanen vaak nog steeds buizen bedekt met zand in plaats van betonnen vloeren vanwege de besparingen op kapitaalkosten, naast de extra toegankelijkheid tot de gekoelde buizen.

Nadat het Chicago Stadium in 1917 was gebouwd, werd duidelijk dat als de ijsbaanvloer van beton was, de faciliteit het hele jaar door voor veel doeleinden kon worden gebruikt.

De eerste experimenten werden uitgevoerd in 1917 om te bepalen of het mogelijk was om een betonnen vloer te koelen zodat er ijs op kon worden gevormd. D.H. Scott voerde veel experimenten uit in de Elysium-ijsbaan in Cleveland. Scott was de uitvinder van het Scott Ice Control System, dat door veel ijsbanen van die tijd werd gebruikt. Het systeem gebruikte in de vloer ingebedde elektrische weerstanden. Zijn concrete onderzoek bouwde voort op het werk van Edward Engelmann uit Wenen, Oostenrijk, die rond 1908 een permanente ijsvloer had geïnstalleerd in die stad.

Engelmann diende in 1913 een document in over zijn installatie tijdens het Derde Internationale Congres voor Koeling in Washington, D.C., en Chicago. Hierin benadrukte hij het belang van een zwevende plaat die kon krimpen naarmate de temperatuur van de plaat daalde. Nadat Scott zijn experimenten had voltooid, werd er een betonnen vloer gestort op de Elysium-ijsbaan in Cleveland, waarschijnlijk de eerste permanente betonnen vloer van een ijsbaan die in de Verenigde Staten werd gestort. Andere betonnen vloeren volgden in de arena's van Philadelphia en Milwaukee. De Winter Garden in Milwaukee had een terrazzofinish op de betonnen plaat.

Voor het eerst werd een warmtewisselaar geïnstalleerd om de pekel te verwarmen en zo het ijs sneller te verwijderen door de vloer te verwarmen. Beide vloeren ontwikkelden echter scheurproblemen omdat ze niet waren gebouwd om de uitzetting en inkrimping te weerstaan.

De volgende betonnen vloer die werd gebouwd, was in het Madison Square Garden, met ingebedde stalen snippers en uitzetvoegen op ongeveer 150 cm afstand. De vloer werd afgewerkt met terrazzo en messing strips werden geplaatst op elke uitzetvoeg. Latere onderzoeken naar vloerfouten in de jaren 1930 ontdekten dat het gebruik van stalen snippers de warmteoverdracht niet verbeterde en ook porositeit veroorzaakte in het beton en de mogelijkheid van messing in de snippers, wat de kans op corrosie van de stalen leidingen vergrootte.

In 1929 ontwierp en patenteerde M.R. Carpenter, een oprichter van ASRE, een nieuw type vloer. De vloer werd gegoten als een monolithische plaat zonder uitzetvoegen. De eerste installatie was een vloer van 25m × 65m in het Ice Casino in Playland Amusement Park in Rye, New York. Het was een pekelrecirculatiebaan die twee door synchrone motoren aangedreven Frick-compressoren gebruikte.

Het vermogen om een betrouwbare en scheurvrije betonnen vloer te bouwen leidde tot de constructie van duizenden stadions die voor meerdere doeleinden konden worden gebruikt. Bijvoorbeeld, sinds 1990 hebben alle nieuwe NBA-faciliteiten een ijsbaan die kan worden bedekt met een geïsoleerd plankensysteem wanneer er basketbal wordt gespeeld. Vooruitgang in de techniek van ijsbanen is relatief langzaam geweest sinds de jaren 1930.

Zoals eerder vermeld, zijn er veel overeenkomsten tussen moderne ijsbanen en de eerste ijsbaan in Londen die in 1876 werd gebouwd. De meeste schaatsbanen laten nog steeds een calciumchloride-pekeloplossing circuleren door leidingen in een zand- of betonnen vloer.

In de afgelopen jaren zijn door de geleidelijke verwijdering van chromaat als corrosie-inhibitor voor de pekel en veranderingen in de technologie van warmtewisselaars, geïnhibeerde ethyleen- of propyleenglycolen steeds gebruikelijker geworden. Nieuwe vloeistoffen zijn geïntroduceerd die beloven weinig milieu-impact te hebben in geval van lekkage en verminderd pompend vermogen; deze omvatten kaliumformiaat, kaliumacetaat en verschillende gepatenteerde verbindingen.

Pleinen met directe expansie of recirculatie van vloeistoffen, waarbij het koelmiddel door de leidingen in de vloer circuleert, zijn op sommige momenten populair geweest vanwege de hogere efficiëntie van het koelsysteem. De vloerleiding wordt echter onderdeel van het koelleidingsysteem en valt onder alle van toepassing zijnde veiligheids- en milieucodes. Directe expansie ammoniakbanen waren vrij gebruikelijk in Canada tot de jaren 1970, toen veiligheidszorgen hun gebruik beperkten tot alleen buitenbanen. Uiteindelijk werden de meeste, zo niet alle, omgezet in glycol- of pekelcirculatiebanen.

Banen zijn ook gebouwd met directe expansie R22 in koperen of stalen leidingen ingebed in beton, maar het juiste circuitsontwerp was essentieel voor succes, en dunwandige buizen met kleine diameter bleken vatbaar voor corrosie en lekkage. Met de verschuiving naar het minimaliseren van de koelbelasting in alle koelsystemen zijn er weinig prikkels om het koelmiddel rechtstreeks door de vloer te laten circuleren.

Een meer recente ontwikkeling, of misschien een herhaling van het werk van vele jaren geleden, is het gebruik van vloeibare koolstofdioxide (CO2) die circuleert als een vluchtige secundaire vloeistof door de pijpen van de baan. Dit is met succes toegepast in verschillende Europese faciliteiten, maar vereist vloerpijpsystemen die kunnen werken bij 450 psig. Deze CO2-vloeren werken met cascade-ammoniakkoelsystemen, wat resulteert in een milieuvriendelijke installatie. Opnieuw kunnen naleving van koelcodes en de extra kosten van hoge druk vloerleidingen het wijdverbreide gebruik van dit ontwerp beperken.

De systemen van leidingen en koelmiddel

De leidingen op de typische baan zijn niet veel veranderd door de jaren heen. De leidingen hebben doorgaans een diameter van 25 mm tot 30 mm en worden geplaatst op afstanden van 90 mm tot 115 mm.

In ruimtes met hogere warmtebelasting, zoals die in faciliteiten van de National Hockey League, worden kleinere ruimtes gebruikt. Stalen leidingen zijn nog steeds gangbaar op deze banen om een betere warmteoverdracht te bieden.

Misschien wel de grootste verandering in de vloersystemen was de introductie van polyethyleenleidingen in de jaren 1950. Clifford A. Meadows, een civiel ingenieur uit Toronto, was een pionier in het gebruik van plastic leidingen voor tijdelijke "take-up" banen en verkreeg Amerikaanse en Canadese patenten voor zijn uitvinding in 1957. De eerste kunstijsbaan met een plastic vloer werd gebouwd in Chandler Park in Detroit in mei 1953. Al snel volgden nog vier buitenbanen in Detroit.

De eerste overdekte baan met plastic leiding werd gebouwd in het Hamilton Arena in Ontario, Canada, eind 1953. Een uittreksel uit Meadows in Canadian Plastics Magazine, november 1953, zegt: "Waar is het niet praktisch om bijvoorbeeld een betonnen plaat te leggen? , op een rugbyveld of een honkbalveld, of wanneer de hoge kosten van beton in overweging moeten worden genomen, biedt de 'take-up'-baan van Meadows een onmiddellijk antwoord. De baan kan in de herfst worden geplaatst, worden ondergelopen en bevriezen in de winter, en in het voorjaar opnieuw worden geplaatst om tot de volgende herfst te worden opgeslagen. Het gebruik van het gebied in de zomer, als gevolg van de draagbaarheid van de baan, wordt niet verstoord. De 'take-up'-baan past bij allerlei soorten speelvelden, tennisbanen en kan zelfs worden geplaatst in een kinderzwembad of zwemtank.

Er waren ernstige zorgen over de warmteoverdrachtseigenschappen en de levensduur van dit materiaal toen het werd geïntroduceerd, maar sommige van de eerste banen met plastic leidingen blijven 40 jaar later nog steeds functioneren. De overstap van gelaste stalen leidingen naar plastic leidingen verminderde de bouwkosten aanzienlijk, en plastic was bestand tegen corrosie die vaak de levensduur van een stalen leidingvloer beëindigde. Het nadeel van plastic leidingen is de noodzaak om pijpbeugels te gebruiken voor de verbindingen aan het einde van de baan en bij bochten.

Over het algemeen werden de hoofden geïnstalleerd in een hoofdgroef aan één uiteinde van de baan, zodat de verbindingen toegankelijk bleven. Sommige banen bevatten ook een goot aan het einde van de terugbocht om dezelfde reden. In de afgelopen jaren worden de hoofden steeds meer begraven in de betonnen vloer omdat vastzittende verbindingen weinig onderhoud bleken te vereisen. Het verwijderen van de hoofdgroef bespaart op bouwkosten, onderhoud en elimineert de noodzaak van verwijderbare houten, stalen of betonnen groefafdekkingen.

Er zijn ook gepatenteerde systemen van plastic leidingen ontwikkeld voor vloeren, die zijn opgebouwd uit platen die snel kunnen worden uitgeklapt en de integrale koppen kunnen worden bevestigd om een afgewerkte vloer te vormen. Deze gebruiken kleine buizen (typisch 6 mm in diameter) op afstanden van 1,9 cm en zijn populair gebleken voor kleinere draagbare banen. Banen die glycol of pekel gebruiken, vereisen een warmtewisselaar om de vloeistof te koelen.

De eerste banen gebruikten vaak ondergedompelde leidingen in een pekelvat (soms aangeduid als een zeer efficiënte spoel); deze systemen bleven in de jaren 1950 populair in sommige gebieden, hoewel omhulsel- en buiskoelers werden gebruikt op banen in de jaren 1920.

De Olympia Skating Arena, gebouwd in Detroit in 1928, gebruikte twee ondergedompelde ammoniakoelers van 1 m diameter × 5,5 m lang, elk met 10 pekelpassen. Een pekelopslagtank werd onder de stoelen in de arena geplaatst om de koelers te ondersteunen bij zware belasting. Pekeltanks waren vrij gebruikelijk om de capaciteit van de koeler aan te vullen door de pekel voorafgaand aan een evenement onder de normale temperatuur te koelen.

Naarmate de capaciteit van de koelinstallatie toenam en de koelers betrouwbaar hun nominale capaciteiten leverden, begonnen pekeltanks te verdwijnen. Omhulsel- en buiskoelers werden fysiek kleiner naarmate ontwerpen vorderden.

Er wordt ook verbeterde oppervlakteleiding toegepast om de omvang van de koeler verder te verminderen.

Recente ontwikkelingen

De introductie van plaatkoelers en gelaste en semi-gelaste frames voor koelservice in de jaren 1990 heeft geleid tot hun gebruik op ijsbanen. Deze koelers hebben voordelen zoals een lage koelmiddellast en expansiecapaciteit. Bovendien kunnen ze worden gedemonteerd voor reiniging en zijn ze aanzienlijk kleiner dan ontwerpen met een vergelijkbare capaciteit van behuizing en buizen.

Bij toepassing op pekelsystemen moeten titaniumplaten worden gebruikt tegen een hogere kostprijs; daarom gebruiken de meeste nieuwe installaties die deze koelers gebruiken glycol als secundair koelmiddel en roestvrijstalen platen om de totale kosten te verlagen. De compressor technologie voor ijsbanen volgde het tempo van de beschikbare producten. Horizontale of verticale compressoren met een grote diameter en slaglengte en lage snelheden werden in de jaren 1960 vervangen door steeds kleinere alternatieve compressoren met hoge snelheden.

In de afgelopen jaren, met de verschuiving naar grote multifunctionele faciliteiten met vier of meer ijsoppervlakken die het hele jaar door functioneren, is de koelcapaciteit voldoende om grotere schroefcompressorsystemen te gebruiken. Naarmate kleinere en efficiëntere schroefcompressoren (30 pk en hoger) op de markt komen, worden deze ook gebruikt in de machinekamers van stadions.

Ontwerpers moeten ervoor zorgen dat compressoren worden geselecteerd om overeen te komen met belastingen die zowel in de winter als in de zomer variëren. De besturingssystemen voor ijsbanen hebben in de afgelopen 20 jaar ingrijpende veranderingen ondergaan.

In de editie van oktober 1927 van Ice and Refrigeration schreef M.R. Carpenter uitgebreid over de uitdagingen waarmee operationele ingenieurs worden geconfronteerd bij het proberen de koelinstallatie af te stemmen op de variërende belasting, afhankelijk van problemen "zoals het openen of sluiten van deuren, veranderingen in de windrichting, variatie in de buitentemperatuur, verandering van de relatieve vochtigheid, en, een van de meest positieve in zijn actie, de schaatsers zelf. Deze actie wordt in zekere mate gewijzigd door het aantal schaatsers en vooral door het geslacht; hoewel deze laatste oorzaak niet zo uitgesproken is sinds de mode van de korte rokken."

Hoewel het controlesysteem van Scott naar verluidt de exploitant alle benodigde informatie verschafte om de installatie handmatig aan te passen, was de meest gebruikelijke controle tot de jaren 1980 een thermostaat, die de retourtemperatuur van de pekel of de temperatuur van de vloer detecteerde.

De introductie van PLC, DDC en computergestuurde controles heeft de koelinstallatie geautomatiseerd tegen relatief lage kosten, meestal met aanzienlijke besparingen op energieverbruik. Nu kan nauwkeurige controle van de ijstemperatuur worden bereikt door de temperatuur van het ijsoppervlak te meten met infraroodcamera's gemonteerd op het ijs.

Conclusies

Tegenwoordig worden nog steeds kleine, speciaal gebouwde gemeenschapsstadions die alleen tijdens de wintermaanden opereren, gebouwd, maar gemeenschappen bouwen steeds meer grotere, multifunctionele faciliteiten met twee of meer ijsoppervlakken, sportscholen, zwembaden, vergaderzalen, enz. Deze faciliteiten lenen zich voor de integratie van de koelinstallatie in het mechanische systeem van het gebouw om de gegenereerde warmte van de ijsfabricageapparatuur te recyclen.

In sommige gevallen wordt de airconditioning van het gebouw buiten de piekuren behandeld door de koelcompressoren van de ijsbaan; in andere wordt de koelwarmte afgewezen in de warmtepompkringen van het gebouw.

Een master control systeem bewaakt de totale behoeften aan verwarming, koeling en koeling van de installatie en voegt of verwijdert belastingen volgens het gebruik en de uurlijkse energiekostengegevens.

Een andere recente trend, tenminste in koudere klimaten, is de bouw van gekoelde ijsbanen voor plezierig schaatsen in een natuurlijke omgeving. Verschillende van deze zijn gebouwd in Canada en Europa, vaak als onderdeel van een grotere faciliteit, zodat ze de koelcapaciteit in de winter kunnen delen.

De basisprincipes van het koelen van ijsbanen werden bijna 130 jaar geleden vastgesteld. Tegenwoordig zijn mobiele ijsbanen te vinden in winkelcentra, cruiseschepen en hoogbouw. Vooruitgang in het ontwerp van ijsbanen is constant geweest, wat heeft geresulteerd in de huidige kosteneffectieve en energiezuinige faciliteiten die elk jaar miljoenen deelnemers en toeschouwers aantrekken.