Снеговая пушка принцип. Ледяные скульптуры, Ледовые фигуры, Ледяные городки в зимнее время года
На первый взгляд, кажется, что "сделать" снег очень просто, лишь бы были вода да мороз. Давайте проведем простой эксперимент. В зимнее время года возьмем флакон с пульверизатором и наполним его холодной водой. Затем выйдем на улицу в студеный мороз, чтобы температура была не менее минус 20°С, и начнем разбрызгивать воду.
Каков же будет результат? У нас получатся настоящие снежинки? Нет, вода кристаллизуется и превратится в маленькие льдинки.
Производить искусственный снег начали еще более 50 лет назад. Первые экспериментальные установки были созданы в 50-60-х годах прошлого столетия в странах, где зимние виды спорта пользовались большой популярностью.
Управлять стихией всегда хотелось человеку и сегодня это возможно.
Способ производства снега путем распыления воды под давлением при естественном холоде
Этот способ производства снега является наиболее известным и широко распространенным. Применяется он на открытых площадках при отрицательных температурах атмосферного воздуха (ниже – 1,5 º С).
Данный способ снегообразования состоит в организации взаимодействия легких (до 100 мкм) капель распыленной воды со скоростным воздушным потоком, который способен транспортировать капли воды в пространстве окружающей среды на расстояние до 50 метров. Для формирования воздушного потока используется мощный осевой вентилятор, поэтому такой снегогенератор называется вентиляторным . Существуют также безвентиляторные снегогенераторы, в которых замораживание капель воды осуществляется за счет их выброса под давлением подаваемой воды с высоты до 12 м и введением в поток центров кристаллизации. Процесс снегообразования может быть организован также путем подачи воды в скоростной воздушный поток, образующийся при сверхзвуковом расширении сжатого воздуха в профилированном сопловом насадке снегогенератора.
Вентиляторный снегогенератор (снежная пушка).
Снежная пушка представляет собой сборно-сварную конструкцию, в состав которой входят агрегаты и органы управления пневматических систем низкого и повышенного давления, агрегаты гидравлической системы, силовые несущие элементы, электрическая система.
Принцип снегообразования, используемый в конструкции пушек серии ESG –ХХХ состоит в организации взаимодействия легких (до 100 мкм) капель распыленной воды со скоростным воздушным потоком, который способен транспортировать капли воды в пространстве окружающей среды на расстояние до 50 метров. При отрицательных температурах окружающей среды (ниже -1,5 0 С) водяные капли охлаждаются до температуры начала кристаллизации. При наличии в двухфазном потоке центров кристаллизации, происходит быстрый рост кристаллов льда, которые на завершающей стадии полёта приобретают форму снежной крупы.
Центры кристаллизации вырабатываются специальной системой пушки и подаются в скоростной воздушный поток одновременно с распыленной водой.
Вентилятор обычно устанавливается на силовой поворотной раме, которая позволяет изменять направление воздушного потока вентилятора в горизонтальной и вертикальной плоскостях. На выходной части вентилятора устанавливается кольцевой водяной многофорсуночный коллектор.
На нем устанавливаются водяные и снегообразующие форсунки. Часть форсунок включаются в работу одновременно с подачей воды в коллектор. Остальные включаются или выключаются по мере необходимости для управления качеством вырабатываемого снега. Водяной коллектор связан с воздушным кольцевым коллектором, через который подается сжатый воздух к снегообразующим форсункам. Компрессор с электроприводом и шкаф управления изделием размещаются на поворотной силовой раме.
Вода к форсуночным блокам водяного коллектора подается от внешнего источника через гибкий рукав и щелевой фильтр.
Снежные пушки производятся компанией «Экосистема» в России. Возможны поставки импортного оборудования.
Безвентиляторный снегогенератор (снежное ружье) .
Снегогенератор представляет собой сборно-сварную конструкцию, в состав которой входят пневматическая и гидравлическая линии. Принцип снегообразования, используемый в конструкции состоит в организации взаимодействия мелких (диаметром до 50 мкм) капель распыленной воды со скоростным воздушным потоком, который способен транспортировать капли воды в пространстве окружающей среды на расстояние около 10 метров. При отрицательных температурах окружающей среды (ниже -1,5 0 С) водяные капли охлаждаются до температуры начала кристаллизации. При наличии в двухфазном потоке центров кристаллизации, происходит быстрый рост кристаллов льда, которые на завершающей стадии полёта приобретают форму снежной крупы.
Центры кристаллизации образуются в снегогенераторе за счет изменения газодинамических параметров сжатого воздуха при его расширении в профилированном выходном насадке и подаются в скоростной водо-воздушный поток при работе системы.
Устройство крепления корпуса позволяет изменять направление выходного двухфазного потока от 0 0 до 45 0 ввертикальной плоскости. Рабочее положение корпуса фиксируется цепной растяжкой треноги. В выходной части корпуса установлен форсуночный моноблок.
Корпус снегогенератора соединяется посредством гибкого рукава через подводящий штуцер с источником воды. Сжатый воздух к снегогенератору подается от внешнего источника через гибкий шланг и штуцер по линии, укомплектованной обратным клапаном.
Снежные ружья производятся компанией «Экосистема» в России.
Производство снега из чешуек льда, полученных при искусственном холоде.
Основное отличие данного способа заключается в том, что он позволяет получать снег не только при отрицательных атмосферных температурах, но и при положительных (до +35°С) за счёт использования холода, вырабатываемого холодильной машиной льдогенератора . Это так называемая “Всепогодная снежная пушка ”, которая используется в регионах, где преобладают нулевые или плюсовые температуры. Основные операции, применяемые в этом способе, заключаются в следующем: производство чешуйчатого льда с помощью льдогенератора , измельчение частиц льда валками или фрезами, смешивание измельченных частиц льда с холодным воздухом и пневматическая транспортировка полученного снега по трубам длиной до 100 м к месту его использования.
Компания «Экосистема» является официальным партнером производителя такого оборудования - немецкой фирмы Schnee - und Eistechnik GmbH.
Вентиляторные снегогенераторы (снежные пушки) предназначены для использования на открытом воздухе при отрицательных температурах. В состав снегогенератора входят:
Основание в различных вариантах исполнения (сани, колесное шасси, станина и др.)
Компрессор
Вентилятор
Система подачи воды
Форсуночный блок (коллектор)
Блок управления (ручной или система ESGC-AUTO)
Номенклатура поставляемых вентиляторных снегогенераторов (снежных пушек) производства компании "Экосистема" и их основные технические характеристики и стоимость
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* - максимальная производительность снегогенератора достигается при температуре -15 градусов Цельсия. При температуре -4 градуса Цельсия, производительность снежной пушки составляет не более 20-30% от максимальной.
** - необходимое для работы снегогенератора давление и расход воды можно получить при помощи стационарной или мобильной насосной станции .
*** - в стандартную комплектацию входит: снегогенератор ручного управления, электрический кабель - 20 м, рукав подачи воды - 20 м, комплект ЗИП, фара освещения.
Возможна замена стандартного воздушного компрессора на усовершенствованный масляный или безмасляный компрессор верии Snow (за дополнительную плату).
Снежная пушка ESG-310 в работе
Поставка снегогенараторов осуществляется со склада или под заказ. Пуско-наладка, ввод в эксплуатацию, гарантийное и сервисное обслуживание производится специалистами нашей компании. Срок поставки оборудования от 4 до 12 недель в зависимости от комплектации и производительности.
Автоматизированная система контроля и управления ESGC
Все модели серии ESG-2XX, ESG-3ХХ могут быть укомплектованы автоматизированной системой контроля и управления ESGC, разработанной компанией "Экосистема". Система автоматизированного управления и контроля снежной пушки представляет из себя аппаратно-программный комплекс, в который входят:
ESGC-AUTO - система контролирует параметры окружающей среды (температура окружающего воздуха,относительная влажность воздуха, температура подаваемой воды и др.), позволяет осуществить запуск снежной пушки "одной кнопкой", автоматически меняет режимы работы снежной пушки в зависимости от изменения параметров окружающей среды, осуществляет предупреждение или останавливает работу снежной пушки при невозможности получения качественного снега или в случае аварийной ситуации. Система также позволяет управлять снежной пушкой в ручном режиме с индикацией текущих параметров окружающей среды. Возможно подключение системы к внешнему контроллеру посредством интерфейса RS-485 по протоколу MODBUS.
ESGC-COM - система представляет из себя головной контроллер и автоматизированное рабочее место оператора, которая контролирует параметры окружающей среды (в том числе направление и силу ветра), а также параметры работы каждой снежной пушки, оснащенной системой EGSC-AUTO. Система позволяет полностью одновременно контролировать функционирование всех снежных пушек, насосных станций, постов питания, а также программировать их работу исходя из задач качественного оснежения объекта. Подключение головного контроллера, а также контролируемых устройств производится посредством интерфейса RS-485 (витая пара), обеспечивающим длину шины до 1200 метров без повторителей. Обмен данными производится по индустриальному протоколу MODBUS, что дает возможность подключения и контроля устройств и сооружений сторонних производителей.
Оборудование комплексов оснежения
Снегогенераторы являются частью системы искусственного снегообразования, поэтому для эффективного искусственного оснежения объекта, необходим целый ряд инженерных сооружений и устройств, который включает в себя:
Водозаборное сооружение;
Систему фильтрации;
Систему охлаждения воды (при необходимости)
Стационарные или мобильные насосные станции ;
Арматуру, посты питания, трубопроводы;
Систему контроля и управления;
Рукава высокого давления;
Снегогенераторы;
Компания "Экосистема" производит установку комплексов оснежения под ключ. Нашими специалистами выполняется расчет, проектирование, производство, и пуско-наладка комплекса оснежения как на основе собственного оборудования, так на основе оборудования других производителей. Комплексы оснежения позволяют получать равномерный стабильный снежный покров поверхности при малом количестве или отсутствии естественного снега в зимний период, тем самым продлевая горнолыжный сезон на 1-3 месяца. Практика показывает, что окупаемость затрат на систему оснежения горнолыжного склона ограничивается одним сезоном.
Снежная пушка ESG-360 в работе
Наша компания предлагает услуги по нанесению снежного покрова на объекте Заказчика: доставка, установка и обслуживание специального оборудования - снежных пушек, снежных ружей производительностью от 3 до 120 куб. метров снега в час.
Как сделать искусственный снег?
Когда читатель этой статьи узнает, что ее авторы живут и работают в Центральной Швеции - около 500 км к северу от Стокгольма, что примерно соответствует широте Кандалакши - у него может возникнуть законное недоумение. "На Северный полюс - и со своим снегом?" - спросит он, памятуя о знакомой с детства Снежной королеве. Кому недостаточно зимой метрового слоя снега?
Ответ на вопрос прост: "смотря кому и смотря для чего...". Если вы с утра откапываете свою машину после ночного снегопада - третьего за неделю, - то и пяти сантиметров снега будет более чем достаточно! А представьте, что вы прождали до января, чтобы опробовать своё новое горнолыжное снаряжение. И наконец-то собрались выбраться на любимую гору… И как раз в это время ударили морозы, а потом столбик термометра продержался ниже минус 25оС до середины апреля, после чего снег ударными темпами стаял за неделю… Что вы скажете в этом случае?!
Неудивительно поэтому, что находятся люди, которые согласны платить за то, что обычно падает с неба "задаром". Как, соответственно, существуют и те, кто этот искусственный снег производит. Многие горнолыжные курорты, в том числе в России и Швеции, благодаря использованию специальных "оснеживающих" систем продлевают горнолыжный сезон аж на четыре месяца (на два - в начале зимы и на два - весной). К тому же нужно заметить, что в это время погода наиболее мягкая и благоприятная, то есть идеально подходящая для прекрасного семейного отдыха…
СТО ИМЁН ДЛЯ СНЕГА.
Говорят, в языках Северной Скандинавии существует сотня слов, обозначающих снег, что вовсе не удивительно. Ибо этого "добра" зимой здесь бывает предостаточно, да и сама структура снега очень переменчива и зависима от температуры и влажности воздуха. Любители лыж хорошо знают, что снег может быть "жёстким", "мягким", сырым и т. д. Иногда лыжи бегут "сами", а буквально на следующий день нужно прикладывать усилия даже для того, чтобы съехать под горку.
На современных лыжных соревнованиях судьбу медалей иногда решают десятые доли секунды. А в горнолыжном спорте счёт идёт уже на сотые и тысячные! И вот после того, как мы год, а то и два с нетерпением ждем международных соревнований, загодя покупаем билеты и заказываем гостиницу, организаторы в последний момент вдруг все отменяют. Поскольку Небо не "послало" в нужное место столь необходимого снега, который вместо этого опять весь выпал около вашего гаража...
Согласно данным, полученным участниками Шведского регионального проекта моделирования климата (SWECLIM), к 2010 году среднегодовая температура в Швеции повысится на 3,8оC. По расчетам, потепление в Северной Европе будет более значительным, чем в остальных регионах, что может принести любителям зимних видов спорта большие разочарования. Ожидаемое также увеличение годовой нормы осадков произойдёт, скорее всего, за счёт летних и в особенности осенних дождей. Вместе с ростом среднезимних температур это приведёт к уменьшению снежного покрова и более позднему открытию лыжного сезона. Причем проблемы со снегом характерны не только для Скандинавии. Например, на горнолыжных курортах Восточной Сибири открытие лыжного сезона в 2003 году состоялось лишь в канун Нового года, а зимой 1998-99 годах - только 3 января!
Таким образом, "искусственный" снег в лыжном спорте олицетворяет стабильность и качество. Снегогенераторные системы используются тогда, когда необходим контроль над ситуацией: чтобы снег лежал там, где нужно, тогда, когда нужно, и такой, какой нужен. Следует отметить, что применение снегогенераторных систем выходит за спортивные рамки. "Искусственный" снег может использоваться при проверке противообледенительных систем самолётов, при тестировании зимних автопокрышек и даже для защиты молодых лесопосадок от морозов.
СДЕЛАТЬ СНЕГ - ЛЕГКО?
Большинство уверено, что "сделать" снег проще простого - были бы вода и мороз. Но это лишь кажущаяся простота. Мы предлагаем тем, кто живёт в холодном климате, простой и безопасный эксперимент. Возьмите распылитель воды, который обычно используется для увлажнения комнатных растений или при глажении белья. Наполните его холодной водой из водопроводного крана, выйдите на улицу в холодный (холоднее, чем минус 10°С) день и начните разбрызгивать воду повыше в воздух. Как вы думаете, что у вас получится? Большие и пушистые снежинки? Ничего подобного - маленькие блестящие… льдинки.
Почему же зимой с неба падают именно снежинки? "Секрет их производства", спрятанный высоко в облаках, заключается в постепенном нарастании микрокристаллов льда на так называемый начальный "центр конденсации" при определенных условиях. Если условия будут неподходящие, вместо снежинок выпадут твёрдые ледяные шарики (летний град) или то, что в России называется "крупа", то есть сравнительно плотный, гранулированный снег, характерный для поздней осени.
Что же необходимо для успешного "снегоделания"? Очевидно, вода определенной температуры, "разбрызганная" определённым образом, холодный воздух… Еще - какое-то природное "волшебство" или, по крайней мере, сложное техническое оборудование. И только тогда мы со всей уверенностью сможем возвестить: да будет Снег! И он - будет!
ЗАГЛЯНЕМ В ДУЛО "СНЕЖНОЙ ПУШКИ".
А теперь - для тех любознательных, кто не убоится некоторых технических подробностей. Снегогенераторные аппараты, использующиеся в наше время, можно поделить на два основных типа: вентиляторные (обычно называемые "снежными пушками") и мачтовые. В России наиболее распространены генераторы первого типа. Главным узлом этих устройств, как следует из названия, является вентилятор большой мощности, создающий непрерывный поток воздуха, в который затем впрыскиваются капельки воды.
Смесь, изверженная генератором, должна провести некоторое время в воздухе, прежде чем в виде хорошо сформировавшегося снега упадёт на землю. Поэтому "снежной пушке" сложно набрасывать снег "прямо под ноги", поскольку наилучший снег получается на расстоянии примерно 10-20 м от установки. Это проще делать с помощью специальных снежных мачт, которые к тому же дешевле вентиляторных пушек.
Все современные снегогенераторы снабжаются системами автоматики разной сложности (от систем защиты от перегрузок до систем полного контроля за управлением).
ДЕЛАТЬ СНЕГ - ЭТО ИСКУССТВО.
Современная система оснеживания не ограничивается только генераторами снега, расставленными вдоль горнолыжного склона или лыжни. Очевидно, что необходимо еще проложить трубы для подвода воды и электрокабель. Трубы при этом не должны промерзать даже в самый сильный мороз, поэтому они обычно вкапываются в землю (в Сибири и Центральной Швеции - на глубину не менее 50-70 см). Через определённые интервалы нужно организовать "точки подключения" снегогенераторов, включающие электрический разъём и устройства подачи воды ("гидрант").
Не нужно забывать, что даже "простой" горнолыжный склон может иметь длину более километра и перепад высот в 400-500 м. На подобном склоне потребуется расположить около десяти "точек подключения", а у подножия - водяной насос высокого давления (до 40 атмосфер) высокой производительности. Чтобы набросать достаточное количество (обычно 10-20 см) "искусственного" снега на километровый склон, 4-5 "снежных пушек", каждая из которых потребляющая до 500 л воды в минуту (что соответствует примерно одной средней ванне воды за 15 секунд), должны работать непрерывно в течение 5-7 суток. В целом производительность современных снегогенераторов потрясающа - они способны производить до 100 м3 снега в час! "Снежные пушки" с гидравлическим поворотным устройством способны покрывать снегом до 1000 м2 поверхности каждая.
Оснеживание беговой лыжни отнюдь не проще. Тут, конечно, нет таких перепадов высот, как на горнолыжных склонах или трамплинах, зато длина трасс исчисляется уже десятками километров. Прокладывание столь длинных трубопроводов достаточно дорого. Именно поэтому одним из распространённых решений является установка "снежных пушек" и цистерн с водой на самоходное шасси, колёсное или гусеничное. В этом случае оснеживание любой площади - только вопрос времени.
Как проверить, насколько хорош свежеизготовленный снег? Устроить проверку "качества" продукта? Специалисты говорят, что снег для горнолыжного склона должен иметь плотность от 400 до 500 кг на м3, то есть быть в 2-2.5 раза легче льда или воды.
Измерение плотности сводится к измерению веса кусочка "снежного пирога" определённого размера, аккуратно вырезанного со склона. Есть, правда, способ проще. Внимательные лыжники могли заметить, что специалисты по оснеживанию (главные "снегоделы") обычно одеты в чёрные куртки из особого материала. Это не просто униформа, а своего рода "инструмент" для проверки качества снега. Для этого "снегодел" подходит к работающей "пушке" и подставляет руку под снежный поток на расстоянии около 15 м от выходного среза. Через 15-20 с (точные цифры - производственный секрет!) специалист отходит в сторону и стряхивает снег с рукава, болтая рукой. После чего проверяет, что же налипло на ткань. Если весь снег стряхнулся, он слишком сухой. Если весь остался - слишком влажный. Нужное качество лежит где-то посередине. И как раз здесь-то и начинается искусство "снегоделания".
РЕЦЕПТ ХОРОШЕГО СНЕГА.
У современных снегогенераторов есть достаточное число "степеней свободы" для подстройки и обеспечения хорошего качества снега при любой, достаточно низкой, температуре воздуха. А что делать, если внешние условия (температура воздуха, влажность) быстро меняются? Понятно, что в таком случае необходимо постоянно корректировать "настройку" генератора, чтобы качество производимого снега не снижалось. К счастью, благодаря автоматизации оператору не требуется бегать вверх-вниз по склону, чтобы перенастроить систему. Причём автоматическая настройка может осуществляться как на уровне отдельного снегогенератора, так и на уровне всей системы оснеживания в целом. Сложные системы автоматики, которые включают в себя микропроцессоры и стационарные компьютеры, а также "погодные станции" могут работать без особого вмешательства человека неделями и месяцами.
Если использовать ресторанную аналогию, рецепт хорошего "снегоделания" с использованием автоматизированной системы скорее напоминает инструкцию по эксплуатации какой-нибудь современной хлебопечки: "заложить муку, дрожжи, залить воду, нажать кнопку и ждать звонка - готово!" Конечно же ни один уважающий себя шеф-повар не позволит себе ничего подобного: всё будет сделано традиционно, в "ручном режиме", с поправкой на "нюх и на взгляд". Так же и хороший "снегодел", у которого за плечами долгие годы работы, будет регулировать систему с учетом множества только ему ведомых факторов: было ли сегодня "гало" вокруг солнца, как вчера хрустел снег, какого цвета был закат, и Бог знает чего ещё... Однако как хорошего повара, так и умелого "снегодела" найти нелегко, да и платить им надо астрономические суммы. Компьютерная автоматика обходится дешевле, с ней легче управляться, и она не спорит, если приходится работать сверхурочно.
Кстати, на международных соревнованиях, где тусуются "сливки" спортивного бомонда, снег готовят как раз не уникальные специалисты. Современные спортивные состязания требуют, по возможности, стандартного инвентаря и стандартных условий проведения, чтобы обеспечить равноправие для всех участников. Поэтому всё чаще устроители соревнований обращаются к автоматизированным системам оснеживания даже при достаточном количестве природного снега, стандартизировать который весьма сложно.
В северной Европе за период 1990-2100 гг. предполагаются значительные изменения климата, обусловленные повышением среднезимних температур (А) и годовой нормы осадков (Б).
Производству "искусственного" снега уже более 50 лет. Первые экспериментальные установки начали создаваться в 1950-60-х г.г. в странах, где горнолыжный спорт пользовался высокой популярностью. Патенты на способы создания искуственного снега были поданы в 1968 г.
В вентиляторных снежных "пушках" мощный вентиллятор (4) создаёт непрерывный поток воздуха, который движется через основные (1) и нуклеационные (2) кольца с форсунками. В первые кольца под давлением подаётся вода, во вторые - водно-воздушная смесь.
Через форсунки основных колец в воздушный поток впрыскиваются мельчайшие водяные капли. Форсунки "нуклеационного" кольца создают центры конденсции, необходимые для образования и роста снега.
Между вентилятором и кольцами находятся пластинки-лопасти (3), прикрепленные изнутри к кожуху генератора. Они способствуют лучшему перемешиванию компонентов смеси вода-воздух.
Во многих снежных пушках используется несколько основных колец, каждое - с отдельным водяным вентилем. Благодаря этому можно регулировать производительность снегогенератора. Основные узлы заключены в металлический кожух (6) с защитной сеткой (5) на входе системы.
В снегогенераторе также имеются устройства подачи электроэнергии (7), воды под высоким давлением (9) и сжатого воздуха(8).
"Вентилляторные" снежные пушки могут устанавливаться и на самоходном гусеничном шасси.
В снежных "пушках" кожух снегогенератора (D), система автоматизации (A) и компрессор (C) монтируются либо на колёсном шасси, либо на прочной "ноге" (T). Вода подаётся по шлангу со специальным разъёмом для быстрого подключения (W). Управляющие сигналы (CS) подаются от центральной компьютерной системы через отдельный "сигнальный кабель" или по радио
У снежной "мачты" генерирующие снег элементы подняты над землёй на высоту до 10 м. Благодаря этому вся распыленная вода успевает полностью конденсироваться в виде снега, пока последний под своим весом падает на землю.
Работа по подготовке снежного склона или лыжни не ограничивается только производством снега. После генерации снег должен "отлежаться" несколько дней ("созреть", как созревает молодое вино). После этого наступает очередь специальных снежных машин (так называемые пистмашины или ретраки), которые разравнивают снег, уплотняют и размягчают его поверхность.
В заключение мы хотим пожелать читателям хорошего снега - на настоящие и все будущие лыжные сезоны! Мы также хотим пожелать тем, кто ещё не приобщился к горнолыжной "забаве", хоть раз попробовать. Ведь сегодняшние возможности для горнолыжных энтузиастов всех возрастов и любой квалификации просто неисчерпаемы!
Помимо очевидной пользы для здоровья - поскольку вы проводите время на чистом воздухе, борясь с последствиями гиподинамии, - занятия лыжным спортом доставляют огромное удовольствие! Ну, а когда вы снова окажетесь на своем любимом склоне, вы сможете со знанием дела рассказать друзьям о том, сколько усилий и знаний скрывается стоять за кажущимся таким простым и привычным "идеальным" снегом.
Авторы:
КОПТЮГ Андрей Валентинович - кандидат физико-математических наук, выпускник Новосибирского государственного университета. Доцент факультета информационных технологий Университета Центральной Швеции (г. Эстерзунд).
АНАНЬЕВ Леонид Григорьевич - директор шведско-российской компании СвеРусс Консульт (SveRuss Konsul) (Швеция, г. Эстерзунд)
ОСТРЕМ Йохан - MSc in Engineering, директор компании АРЕКО Сноусистем (ARECO Snowsystem)(Швеция, г. Эстерзунд).
Статья печатается в сокращении.
Ответ на вопрос прост: "смотря кому и смотря для чего...". Если вы с утра откапываете свою машину после ночного снегопада - третьего за неделю, - то и пяти сантиметров снега будет более чем достаточно! А представьте, что вы прождали до января, чтобы опробовать своё новое горнолыжное снаряжение. И наконец-то собрались выбраться на любимую гору… И как раз в это время ударили морозы, а потом столбик термометра продержался ниже минус 25оС до середины апреля, после чего снег ударными темпами стаял за неделю… Что вы скажете в этом случае?!
Неудивительно поэтому, что находятся люди, которые согласны платить за то, что обычно падает с неба "задаром". Как, соответственно, существуют и те, кто этот искусственный снег производит. Многие горнолыжные курорты, в том числе в России и Швеции, благодаря использованию специальных "оснеживающих" систем продлевают горнолыжный сезон аж на четыре месяца (на два - в начале зимы и на два - весной). К тому же нужно заметить, что в это время погода наиболее мягкая и благоприятная, то есть идеально подходящая для прекрасного семейного отдыха…
СТО ИМЁН ДЛЯ СНЕГА
Говорят, в языках Северной Скандинавии существует сотня слов, обозначающих снег, что вовсе не удивительно. Ибо этого "добра" зимой здесь бывает предостаточно, да и сама структура снега очень переменчива и зависима от температуры и влажности воздуха. Любители лыж хорошо знают, что снег может быть "жёстким", "мягким", сырым и т. д. Иногда лыжи бегут "сами", а буквально на следующий день нужно прикладывать усилия даже для того, чтобы съехать под горку.
На современных лыжных соревнованиях судьбу медалей иногда решают десятые доли секунды. А в горнолыжном спорте счёт идёт уже на сотые и тысячные! И вот после того, как мы год, а то и два с нетерпением ждем международных соревнований, загодя покупаем билеты и заказываем гостиницу, организаторы в последний момент вдруг все отменяют. Поскольку Небо не "послало" в нужное место столь необходимого снега, который вместо этого опять весь выпал около вашего гаража...
Согласно данным, полученным участниками Шведского регионального проекта моделирования климата (SWECLIM), к 2010 году среднегодовая температура в Швеции повысится на 3,8оC. По расчетам, потепление в Северной Европе будет более значительным, чем в остальных регионах, что может принести любителям зимних видов спорта большие разочарования. Ожидаемое также увеличение годовой нормы осадков произойдёт, скорее всего, за счёт летних и в особенности осенних дождей. Вместе с ростом среднезимних температур это приведёт к уменьшению снежного покрова и более позднему открытию лыжного сезона. Причем проблемы со снегом характерны не только для Скандинавии. Например, на горнолыжных курортах Восточной Сибири открытие лыжного сезона в 2003 году состоялось лишь в канун Нового года, а зимой 1998-99 годах - только 3 января!
Таким образом, "искусственный" снег в лыжном спорте олицетворяет стабильность и качество. Снегогенераторные системы используются тогда, когда необходим контроль над ситуацией: чтобы снег лежал там, где нужно, тогда, когда нужно, и такой, какой нужен. Следует отметить, что применение снегогенераторных систем выходит за спортивные рамки. "Искусственный" снег может использоваться при проверке противообледенительных систем самолётов, при тестировании зимних автопокрышек и даже для защиты молодых лесопосадок от морозов.
СДЕЛАТЬ СНЕГ - ЛЕГКО?
Большинство уверено, что "сделать" снег проще простого - были бы вода и мороз. Но это лишь кажущаяся простота. Мы предлагаем тем, кто живёт в холодном климате, простой и безопасный эксперимент. Возьмите распылитель воды, который обычно используется для увлажнения комнатных растений или при глажении белья. Наполните его холодной водой из водопроводного крана, выйдите на улицу в холодный (холоднее, чем минус 10°С) день и начните разбрызгивать воду повыше в воздух. Как вы думаете, что у вас получится? Большие и пушистые снежинки? Ничего подобного - маленькие блестящие… льдинки.
Почему же зимой с неба падают именно снежинки? "Секрет их производства", спрятанный высоко в облаках, заключается в постепенном нарастании микрокристаллов льда на так называемый начальный "центр конденсации" при определенных условиях. Если условия будут неподходящие, вместо снежинок выпадут твёрдые ледяные шарики (летний град) или то, что в России называется "крупа", то есть сравнительно плотный, гранулированный снег, характерный для поздней осени.
Что же необходимо для успешного "снегоделания"? Очевидно, вода определенной температуры, "разбрызганная" определённым образом, холодный воздух… Еще - какое-то природное "волшебство" или, по крайней мере, сложное техническое оборудование. И только тогда мы со всей уверенностью сможем возвестить: да будет Снег! И он - будет!
ЗАГЛЯНЕМ В ДУЛО "СНЕЖНОЙ ПУШКИ"
А теперь - для тех любознательных, кто не убоится некоторых технических подробностей. Снегогенераторные аппараты, использующиеся в наше время, можно поделить на два основных типа: вентиляторные (обычно называемые "снежными пушками") и мачтовые. В России наиболее распространены генераторы первого типа. Главным узлом этих устройств, как следует из названия, является вентилятор большой мощности, создающий непрерывный поток воздуха, в который затем впрыскиваются капельки воды.
Смесь, изверженная генератором, должна провести некоторое время в воздухе, прежде чем в виде хорошо сформировавшегося снега упадёт на землю. Поэтому "снежной пушке" сложно набрасывать снег "прямо под ноги", поскольку наилучший снег получается на расстоянии примерно 10-20 м от установки. Это проще делать с помощью специальных снежных мачт, которые к тому же дешевле вентиляторных пушек.
Все современные снегогенераторы снабжаются системами автоматики разной сложности (от систем защиты от перегрузок до систем полного контроля за управлением).
ДЕЛАТЬ СНЕГ - ЭТО ИСКУССТВО!
Современная система оснеживания не ограничивается только генераторами снега, расставленными вдоль горнолыжного склона или лыжни. Очевидно, что необходимо еще проложить трубы для подвода воды и электрокабель. Трубы при этом не должны промерзать даже в самый сильный мороз, поэтому они обычно вкапываются в землю (в Сибири и Центральной Швеции - на глубину не менее 50-70 см). Через определённые интервалы нужно организовать "точки подключения" снегогенераторов, включающие электрический разъём и устройства подачи воды ("гидрант").
Не нужно забывать, что даже "простой" горнолыжный склон может иметь длину более километра и перепад высот в 400-500 м. На подобном склоне потребуется расположить около десяти "точек подключения", а у подножия - водяной насос высокого давления (до 40 атмосфер) высокой производительности. Чтобы набросать достаточное количество (обычно 10-20 см) "искусственного" снега на километровый склон, 4-5 "снежных пушек", каждая из которых потребляющая до 500 л воды в минуту (что соответствует примерно одной средней ванне воды за 15 секунд), должны работать непрерывно в течение 5-7 суток. В целом производительность современных снегогенераторов потрясающа - они способны производить до 100 м3 снега в час! "Снежные пушки" с гидравлическим поворотным устройством способны покрывать снегом до 1000 м2 поверхности каждая.
Оснеживание беговой лыжни отнюдь не проще. Тут, конечно, нет таких перепадов высот, как на горнолыжных склонах или трамплинах, зато длина трасс исчисляется уже десятками километров. Прокладывание столь длинных трубопроводов достаточно дорого. Именно поэтому одним из распространённых решений является установка "снежных пушек" и цистерн с водой на самоходное шасси, колёсное или гусеничное. В этом случае оснеживание любой площади - только вопрос времени.
Как проверить, насколько хорош свежеизготовленный снег? Устроить проверку "качества" продукта? Специалисты говорят, что снег для горнолыжного склона должен иметь плотность от 400 до 500 кг на м3, то есть быть в 2-2.5 раза легче льда или воды.
Измерение плотности сводится к измерению веса кусочка "снежного пирога" определённого размера, аккуратно вырезанного со склона. Есть, правда, способ проще. Внимательные лыжники могли заметить, что специалисты по оснеживанию (главные "снегоделы") обычно одеты в чёрные куртки из особого материала. Это не просто униформа, а своего рода "инструмент" для проверки качества снега. Для этого "снегодел" подходит к работающей "пушке" и подставляет руку под снежный поток на расстоянии около 15 м от выходного среза. Через 15-20 с (точные цифры - производственный секрет!) специалист отходит в сторону и стряхивает снег с рукава, болтая рукой. После чего проверяет, что же налипло на ткань. Если весь снег стряхнулся, он слишком сухой. Если весь остался - слишком влажный. Нужное качество лежит где-то посередине. И как раз здесь-то и начинается искусство "снегоделания".
РЕЦЕПТ ХОРОШЕГО СНЕГА
У современных снегогенераторов есть достаточное число "степеней свободы" для подстройки и обеспечения хорошего качества снега при любой, достаточно низкой, температуре воздуха. А что делать, если внешние условия (температура воздуха, влажность) быстро меняются? Понятно, что в таком случае необходимо постоянно корректировать "настройку" генератора, чтобы качество производимого снега не снижалось. К счастью, благодаря автоматизации оператору не требуется бегать вверх-вниз по склону, чтобы перенастроить систему. Причём автоматическая настройка может осуществляться как на уровне отдельного снегогенератора, так и на уровне всей системы оснеживания в целом. Сложные системы автоматики, которые включают в себя микропроцессоры и стационарные компьютеры, а также "погодные станции" могут работать без особого вмешательства человека неделями и месяцами.
Если использовать ресторанную аналогию, рецепт хорошего "снегоделания" с использованием автоматизированной системы скорее напоминает инструкцию по эксплуатации какой-нибудь современной хлебопечки: "заложить муку, дрожжи, залить воду, нажать кнопку и ждать звонка - готово!" Конечно же ни один уважающий себя шеф-повар не позволит себе ничего подобного: всё будет сделано традиционно, в "ручном режиме", с поправкой на "нюх и на взгляд". Так же и хороший "снегодел", у которого за плечами долгие годы работы, будет регулировать систему с учетом множества только ему ведомых факторов: было ли сегодня "гало" вокруг солнца, как вчера хрустел снег, какого цвета был закат, и Бог знает чего ещё... Однако как хорошего повара, так и умелого "снегодела" найти нелегко, да и платить им надо астрономические суммы. Компьютерная автоматика обходится дешевле, с ней легче управляться, и она не спорит, если приходится работать сверхурочно.
Кстати, на международных соревнованиях, где тусуются "сливки" спортивного бомонда, снег готовят как раз не уникальные специалисты. Современные спортивные состязания требуют, по возможности, стандартного инвентаря и стандартных условий проведения, чтобы обеспечить равноправие для всех участников. Поэтому всё чаще устроители соревнований обращаются к автоматизированным системам оснеживания даже при достаточном количестве природного снега, стандартизировать который весьма сложно.
В северной Европе за период 1990-2100 гг. предполагаются значительные изменения климата, обусловленные повышением среднезимних температур (А) и годовой нормы осадков (Б).
Производству "искусственного" снега уже более 50 лет. Первые экспериментальные установки начали создаваться в 1950-60-х г.г. в странах, где горнолыжный спорт пользовался высокой популярностью. Патенты на способы создания искуственного снега были поданы в 1968 г.
В вентиляторных снежных "пушках" мощный вентиллятор (4) создаёт непрерывный поток воздуха, который движется через основные (1) и нуклеационные (2) кольца с форсунками. В первые кольца под давлением подаётся вода, во вторые - водно-воздушная смесь.
Через форсунки основных колец в воздушный поток впрыскиваются мельчайшие водяные капли. Форсунки "нуклеационного" кольца создают центры конденсции, необходимые для образования и роста снега.
Между вентилятором и кольцами находятся пластинки-лопасти (3), прикрепленные изнутри к кожуху генератора. Они способствуют лучшему перемешиванию компонентов смеси вода-воздух.
Во многих снежных пушках используется несколько основных колец, каждое - с отдельным водяным вентилем. Благодаря этому можно регулировать производительность снегогенератора. Основные узлы заключены в металлический кожух (6) с защитной сеткой (5) на входе системы.
В снегогенераторе также имеются устройства подачи электроэнергии (7), воды под высоким давлением (9) и сжатого воздуха(8).
Вентилляторные снежные пушки могут устанавливаться и на самоходном гусеничном шасси
В снежных "пушках" кожух снегогенератора (D), система автоматизации (A) и компрессор (C) монтируются либо на колёсном шасси, либо на прочной "ноге" (T). Вода подаётся по шлангу со специальным разъёмом для быстрого подключения (W). Управляющие сигналы (CS) подаются от центральной компьютерной системы через отдельный "сигнальный кабель" или по радио
У снежной "мачты" генерирующие снег элементы подняты над землёй на высоту до 10 м. Благодаря этому вся распыленная вода успевает полностью конденсироваться в виде снега, пока последний под своим весом падает на землю.
Работа по подготовке снежного склона или лыжни не ограничивается только производством снега. После генерации снег должен "отлежаться" несколько дней ("созреть", как созревает молодое вино). После этого наступает очередь специальных снежных машин (так называемые пистмашины или ретраки), которые разравнивают снег, уплотняют и размягчают его поверхность.
В заключение мы хотим пожелать читателям хорошего снега - на настоящие и все будущие лыжные сезоны! Мы также хотим пожелать тем, кто ещё не приобщился к горнолыжной "забаве", хоть раз попробовать. Ведь сегодняшние возможности для горнолыжных энтузиастов всех возрастов и любой квалификации просто неисчерпаемы!
Помимо очевидной пользы для здоровья - поскольку вы проводите время на чистом воздухе, борясь с последствиями гиподинамии, - занятия лыжным спортом доставляют огромное удовольствие! Ну, а когда вы снова окажетесь на своем любимом склоне, вы сможете со знанием дела рассказать друзьям о том, сколько усилий и знаний скрывается стоять за кажущимся таким простым и привычным "идеальным" снегом.
Авторы:
КОПТЮГ Андрей Валентинович - кандидат физико-математических наук, выпускник Новосибирского государственного университета. Доцент факультета информационных технологий Университета Центральной Швеции (г. Эстерзунд)
АНАНЬЕВ Леонид Григорьевич - директор шведско-российской компании СвеРусс Консульт (SveRuss Konsul) (Швеция, г. Эстерзунд)
ОСТРЕМ Йохан - MSc in Engineering, директор компании АРЕКО Сноусистем (ARECO Snowsystem)(Швеция, г. Эстерзунд)
Статья печатается в сокращении.
В последние годы в Европе даже зимой довольно тепло. «Нет снега» - в горах это уже не анекдот, а суровая правда жизни. Из-за этого переносятся старты, отменяются сборы, откладываются тренировки. Причем «нет снега» вовсе не всегда означает, что его действительно нет совсем. Просто он лежит не там, где надо, или не покрывает трассу целиком, или даже покрывает, но для катания непригоден - слишком сырой… Бывает, что турниры по горнолыжным дисциплинам проводят в городском парке или на площади, где вообще никогда не выпадает столько снега, сколько для этого нужно, да и гор никогда не было: вместо склонов сооружается искусственная трасса высотой в несколько этажей, а снег на ней может лежать самый настоящий - просто неместный.
У нас был подобный опыт: везли снег из Сибири, 4000 километров на машинах, - рассказывает «РР» президент спортивной дирекции «Новая лига» Екатерина Селяметова. - Мы договаривались с руководством местных горнолыжных трасс, они охотно шли навстречу. Снег в этом случае прессуется, чтобы не таял, складывается в специальные полиэтиленовые емкости - big bags - и на грузовой машине доставляется до места.
В прошлом году «Новая лига» в несколько приемов возила в Москву снег, понадобившийся организаторам этапа Кубка мира по фристайлу. Турнир должен был пройти в центре города, в парке Горького, погода выдалась очень холодная - минус пятнадцать, но совершенно сухая. Организаторы на это не рассчитывали, снежных пушек не поставили, а участники уже съехались со всего мира. В воздухе не было ни снежинки, и привезенная из Сибири в последний день перед турниром снежная посылка пришлась как нельзя кстати. Спортсмены и тренеры сами тащили мешки на вершину искусственной трассы - на высоту восьмиэтажного дома.
Водный залп
Вообще натуральный снег куда меньше подходит для проведения профессиональных соревнований - на них обычно используется только искусственный. Просто потому, что его гораздо легче загнать в нужные рамки качества, чтобы обеспечить всем спортсменам идеальное скольжение.
Искусственный не значит синтетический. Ничего общего с искрящимся полиэтиленом, сугробами, лежащими вокруг новогодних елок в квартирах. Искусственный - значит сотворенный не природой, а техникой. Но в остальном этот снег ничем не отличается от настоящего.
Речь идет о так называемых снежных пушках - самом распространенном средстве исправления недочетов погоды. Сегодня такие пушки (официально они называются снегогенераторы) стоят на всех горнолыжных курортах.
Принцип их работы со стороны кажется не очень сложным, однако один такой генератор обслуживает огромная дорогостоящая система. В нее входит не только сама пушка (мачтовая, в виде высокой палки, или вентиляторная, как большая турбина), но также приспособления для забора воды, фильтры, на хороших курортах даже бактерицидные, насос высокого давления, трубы для подвода воды к каждой пушке и электрокабель. При этом трубы обычно закапывают в землю, чтобы не замерзали.
Снег делается из воды, подающейся под давлением, - объяснили «РР» в компании Is-SpoRt, занимающейся производством и торговлей оборудованием для горнолыжных склонов. - В системе есть два вида форсунок, механических распылителей. Один - нуклеаторы: здесь вода, поданная насосом высокого давления, смешивается со сжатым охлажденным воздухом от компрессора, и получается «зародыш снежинки». Второй - обычные водные форсунки, через которые под большим давлением просто распыляется вода.
Частицы воды, смешавшись с воздухом в нуклеаторе, с силой выбрасываются из крошечных отверстий - при резком расширении воздух охлаждается и замораживает воду. Заодно к «зародышу» приклеиваются мельчайшие капли обычной воды из другой форсунки. Все это вентилятор пушки гонит прочь, вода замерзает, падая на землю снегом. Чем дальше вода улетит от генератора, чем больше времени у нее будет, тем лучше получится снег. Вот и все. Никакой химии.
В итоге банальное распыление воды превращается в настоящую науку. Проверить ее мудреность легко, стоит только попробовать в морозную ночь распылить воду из пульверизатора. Даже если она успеет замерзнуть, снега не будет - будет лед. А все потому, что для получения идеальной снежинки нужно учитывать температуру воздуха, воды, влажность и необходимое давление.
Нужно четко соблюдать много условий, - рассказывает Екатерина Селяметова. - Если нужен большой объем снега, то необходимое условие - температура воздуха минус пять и ниже, а температура воды, которая заливается в снеговые пушки, должна быть не выше плюс трех. Если нужен не очень большой объем или в запасе много времени на подготовку, то можно применять пушки, создающие ледовую крошку, - ее можно использовать даже при высоких плюсовых температурах: до плюс тридцати. Однако есть нюанс: ледовая крошка не подходит для профессиональных соревнований. Ее можно использовать как подложку под снег или для любительского катания.
Качество снега определяется его плотностью. Если для туристических трасс подходящая плотность - от 380 до 420 килограммов на кубический метр, то для скоростного спуска снега должно быть 500 килограммов на кубометр. Плотность его зависит от структуры снежинки: чем она менее пушистая, тем он плотнее. Все это сейчас можно контролировать на снегогенераторе, автоматически выставляя качество снега. Например, заказал «качество снега № 5» - и техника сама сделает все, чтобы на выходе была определенная плотность. Погодная станция определит температуру воздуха и влажность, а потом необходимую температуру воды и нужное давление. Гипотетически сейчас все это можно сделать без участия человека, но ведь и нажимать на кнопку надо не бездумно.
К сожалению, нажатием кнопки ничего не решить, и человек, отвечающий за качество снега, должен быть обязательно, - уверяет Селяметова. - Его называют snowman. Его задача - полностью изучить конкретную трассу, вникнуть в ее особенности, просчитать, какие проблемы, в том числе погодные, могут возникнуть, и быть готовым к их оперативному решению. А качество снега проверяется руками.
Оснежить склон - удовольствие недешевое: 1 км трассы хорошему европейскому курорту обходится в 1 млн евро. Цена зависит от времени, за которое надо добиться результата: чем его больше, тем дешевле. Поэтому наши курорты предпочитают растягивать процесс недели на две, тогда как за рубежом укладываются в пару дней - до изменения погодных условий. Ведь искусственный снег нужно беречь от прямых солнечных лучей и дождя, причем особенно страшен именно дождь.
И все же, несмотря на все сложности, искусственный снег пользуется бешеной популярностью. Установка такой системы позволяет продлить туристический сезон на несколько месяцев и почти всегда провести нужные старты. А если что-то накрылось, можно привезти снег издалека. Единственное условие - для всего этого все же желательна минусовая температура. Так что провести сноуборд-контест посреди Сахары пока не получится. А вот в центре города зимой или даже весной - уже без проблем.
