Естественный лед применяют в виде водоемного льда, намороженного льда; используют также получаемый путем механической переработки уплотненный снег, дробленый (крупно- и мелкокусковой) и гранулированный (снежный) лед.
Рыхлый снег (50-100 кг/м3) обычно уплотняют до насыпной массы 400-600 кг/м3. Плотность водоемного льда составляет 900-917, а намороженного льда - примерно 890-900 кг/м3.
Льдозаготовки проводятся с учетом метеорологических прогнозов и в соответствии с требованиями техники безопасности. На пользование снегом с данного участка, водоемным или намороженным льдом должно быть получено разрешение от местных санитарных органов. Необходимо соблюдение законов об охране земли и воды.
Снег собирать в бунт лучше в оттепель бульдозером с последующей трамбовкой гусеницами. Сухой снег надо обрызгивать водой. Снежный бунт (или снежное укрытие) промораживается, а затем его покрывают простейшей теплоизоляцией слоем не менее 50 см.
Водоемный лед после удаления с него снега в конце зимы при средних и крупных заготовках выпиливают механическими пилами в виде блоков массой 50-200 кг.
При заготовках водоемного льда используют специальные электропилы на санях различного типа и другие механизмы. На передвижных пилах могут быть поставлены бензиновые мотоциклетные двигатели соответствующей мощности.
Выемку из водоема выпиленных ледяных плит по 100-200 кг и их погрузку на автомашины иногда производят с помощью электролебедок. Наилучшие результаты дает, однако, применение трех- и пятитонных автопогрузчиков, вилочный захват которых позволяет поднимать из воды и грузить в автомашину ледяные плиты весом в несколько тонн. При наличии такого автопогрузчика загрузка четырехтонной автомашины льдом и выгрузка его на месте складирования занимают не более 5-10 мин.
При расположении водоема вблизи места складирования льда с успехом применяют для выемки и транспортировки льда электротранспортеры с бесконечными цепями, движущимися под желобами для подачи льда в хранилища. Выбирают из воды и транспортируют блоки льда при помощи имеющихся на цепях специальных крючьев.
Блоки водоемного льда автопогрузчиком можно укладывать с перевязкой швов для хранения на дренированной площадке в виде бунта, укрываемого теплоизоляцией.
В холодной и отчасти в переходной климатических зонах наиболее выгодна заготовка льда путем тонкослойного намораживания его в бунте на месте последующего хранения. На юге и западе переходной зоны намораживаемые льдобунты иногда дополняют льдом из водоемов.
Послойное намораживание льда заключается в периодическом набрызгивании распылителями воды слоями до 0,5 см на спланированную и дренированную песком или шлаком площадку.
При обычной скорости ветра около 1 м/с понижение температуры на каждый градус ниже 0° С дает возможность намораживать на горизонтальной поверхности льдобунта примерно 0,5 см льда в сутки.
Намораживание льда ускоряется для вертикальной поверхности более чем в 2 раза, для нее же при распылении воды и частичном льдообразовании в воздухе - более чем в 4 раза.
Для придания льдобунту в процессе намораживания формы усеченной пирамиды или сегмента в сечении растекание воды иногда ограничивают небольшими бортами из насыпной теплоизоляции (опилки), что после промораживания способствует уменьшению таяния льда летом.
Площади оснований и высоту льдобунтов можно корректировать в зависимости от температуры и скорости ветра. Льдобунты (большие) часто намораживают и без помощи бортов, при этом им придают в сечении форму сегмента.
Для намораживания льдобунтов на 100-500 м3, кроме брандспойтов, применяют съемные короткоструйные дождевальные установки (КДУ) сельскохозяйственного типа. Для льдобунтов на 500 м3 и более целесообразны стационарные брызгальные льдонамораживающие установки с подземной подачей воды к стоякам с форсунками. Как показывает широкий производственный опыт, эти установки облегчают труд, ускоряют и удешевляют намораживание льда на 20-30%.
Получившая распространение малая льдонамораживающая установка устроена следующим образом. По длинной оси площадки для бунта (ориентируемого в господствующем направлении ветра зимой) на глубине 0,3 м укладывают водопроводный коллектор длиной 6 м, диаметром 50 мм, на концах которого приварены отводы. Отводы располагаются в кирпичных колодцах с деревянными крышками и имеют в верхней части переходные муфты для соединения с составными стояками из двух труб диаметром 38 мм, длиной 2 м каждая. Нижняя (первая) труба внизу имеет наружную резьбу, а сверху приварной нипель, вторая труба - приварной нипель в верхней части и внутреннюю резьбу в нижней. По мере роста ледяного бунта трубки навинчивают одну на другую. Дефлекторные форсунки для разбрызгивания воды также последовательно навинчивают сверху на трубки стояков. К середине коллектора присоединяют магистральную трубу того же диаметра, что и коллектор. Часть ее, находящуюся за пределами площадки бунта, укладывают в земле на глубине 0,6 м и подводят к колодцу, расположенному в отапливаемом помещении.
Магистральную трубу посредством соединительных частей и водомера присоединяют к электронасосу с сеткой. В начальной части этой трубы, проходящей через колодец, имеется трехходовой пробковый кран, предназначенный для подачи воды, а также для спуска ее из системы во время перерывов в работе. Для контроля давления воды у насоса к магистральной трубе присоединен манометр.
Трехходовой кран и вентиль открывают и закрывают при помощи тяг, выведенных в верхнюю часть колодца. Для бунтов от 500 до 1000 м3 льда устраивают один коллектор и одну магистральную трубу, для бунтов больших размеров - два удлиненных коллектора и две магистральные трубы. При больших льдобунтах и в случае удаленности источника воды ее следует спускать только из стояков. В этом случае трубы за пределами бунта должны быть заглублены на 1,6 м (для Московской области).
Вода периодически подается в форсунки, которые разбрызгивают ее в виде дождя. Набрызгивают слой воды в 2 мм, что соответствует расходу 2 л на 1 м2 поверхности бунта. Для обеспечения необходимого давления и расхода воды применяют вихревой насос с электродвигателем.
Для пуска намораживающей установки открывают трехходовой кран и включают насос; задвижка (вентиль), расположенная до насоса, должна быть открыта, а задвижки (вентили), расположенные после насоса, закрыты. Продолжительность подачи воды определяют путем наблюдения за растеканием ее по площадке (льдобунту).
Как только вода дойдет до краев площадки, подачу ее прекращают. По мере роста ледяного бунта наращивают стояки, а подачу воды снижают, чтобы уменьшить намораживание льда по краям бунта и тем самым придать ему необходимую форму.
Подачу воды в начале намораживания регулируют по времени при полностью открытой подающей задвижке. В конце намораживания подающую задвижку частично прикрывают, благодаря чему уменьшается площадь орошения.
Прекращают орошение выключением электронасоса, трехходовой кран закрывают и вода сливается из системы.
В проектах более крупных типовых льдонамораживающих установок для льдобунтов от 1 до 30 тыс. м3, стояки располагают на расстоянии 10 м, принимают форсунки с диаметрами сечений 10 и 16 мм и расходом воды 1,4 л/с.
Эти установки могут быть автоматизированы посредством электродатчиков замерзания воды или датчиков температуры и реле времени.
Распыление воды (вместо разбрызгивания) в принципе позволяет осуществить не только интенсивное и непрерывное намораживание льда в бунтах, но и получение снега, например, при величине капель воды 30-50 мкм.
Некоторыми фирмами производятся снеговальные гидропульты с распылительными форсунками Гидропульты выдают до 25 м3/ч снега (240 кг/м3) на расстояние до 30 м при температуре атмосферы ниже 0°С.
По Кору и другим источникам, дальнеструйное тонкое распыление воды (3 м3/ч) воздухом (660 кг/ч) от ротационного компрессора с холодильником-дегидратором и маслоотделителем (давление перед распылительным соплом 0,7 МПа) позволяет получать снег на площади 1 га при околонулевой температуре и относительной влажности атмосферы меньше 70%. Процесс осуществляется в основном за счет охлаждения и замораживания микрокапель воды конвекцией и испарением и незначительно за счет расширения воздуха (2-3°С/МПа). Особо дальнеструйное (50-100 м) распыление воды в атмосферу непосредственно газовой турбиной (или турбовоздуходувкой с редуктором) возможно до капель диаметром 50-200 мкм. Подобные снегогенераторы обеспечивают получение до 850 м3/ч искусственного снега простейшей структуры.
Элементарный расчет действия малой снегообразующей форсунки при абсолютном давлении Р=0,8МПа и расходе воды 100 кг/ч, воздуха 20 кг/ч (Т=263К) показывает:
1) удельное охлаждение (эффект Джоуля-Томпсона) за счет дросселирования воздуха составляет 2,9°С/МПа, общее охлаждение равно 40 кДж/ч, что условно соответствует получению 0,12 кг снега в час;
2) при коэффициенте теплоотдачи к атмосфере (-20° С) от факела распыляемой воды 50 Вт/(м2 К) для превращения в снег 100 кг воды в час понадобится относительно небольшая поверхность факела 9,3 м2.
Описанные процессы получения искусственного снега за счет естественного холода при температуре ниже 0°С используют при устройстве лыжных трасс, но они могут найти применение и в холодильной технологии.
Для интенсификации процесса и увеличения съема льда с 1 м2 площади в южных районах льдозаготовок иногда прибегают к дополнительному намораживанию льда на градирнях, располагаемых на площадке для льдобунта или рядом с ней.
Трехъярусная льдоградирня представляет собой каркасное сооружение (например 7,5 м Х 7,5 м), в котором решетки каждого яруса (2 м) перекрещиваются с соседними. В верхней огражденной части льдоградирни расположены форсунки для разбрызгивания воды. Вода непрерывно подается к форсункам по трубопроводу из тепляка. В последнем имеется оборудование для подачи воды к форсункам, рециркуляции и спуска ее из системы в периоды съема льда, производимого, в частности, электромолотками. Значительно проще устройство одно- и двухъярусных льдоградирен.
Когда льдоградирню располагают над ледяным бунтом, то рециркуляцию воды не применяют. При температуре воздуха от -2 до -3° С градирня, орошаемая водой, в течение 3-4 сут заполняется ледяными сосульками на 50% объема.
Представляет интерес автоматизированная льдоградирня, в которой сосульки намораживаются при помощи форсунок на специальных трубчатых электронагревателях, служащих для последующего оттаивания льда.
Большие льдобунты укрывают при помощи машин торфом или древесными опилками слоем в среднем 50 см. С боков льдобунта теплоизоляцию выгодно укладывать еще зимой и промораживать. Теплоизоляцию целесообразно размещать с постепенным утолщением слоя к концу льдобунта и снова использовать при ее освобождении летом. Толщину укрытия льдобунтов можно уточнить по отношению стоимостей теплоизоляции и потерь льда от таяния.
Для больших льдобунтов, например в Московской области, вероятно в среднем намораживание 400 см льда и таяние 50 см льда (12%). Общие потери льда могут достигать 15% и более.
Естественный лед можно содержать и в хранилищах типа погребов, предназначенных для холодного посола рыбы («выхода») и огурцов (ферментационные ледники).