國內外體育場地照明設計現(xiàn)狀調查與分析

國內外體育場地照明設計現(xiàn)狀調查與分析

1體育場館相關數(shù)據(jù)的整理與分析2004年發(fā)布的《建筑光明設計標準》是建筑物光明設計中最重要、最基本的設計標準。在照明能力的密度限制上，照明設計對民用建筑和工業(yè)建筑的照明節(jié)能起著重要作用。綠色照明的實施和普及促進了照明科學研究和高效照明產品的普及。但是該標準沒有涉及體育場館場地照明的照明功率密度值,而體育場館場地照明的標準高,單燈功率大,燈具數(shù)量多。從實際工程反饋的信息看,設計水平相差很大。以2006年足球世界杯賽場為例,同樣是國際足聯(lián)要求的比賽場地,即長68m、寬105m的足球場地,Hanover體育場場地照明用電約346kW即可達到主攝像機方向的垂直照度1500lx以上;而Hamburg體育場要用約575kW的場地照明用電實現(xiàn)1500lx以上的主攝像機方向的垂直照度。同為足球專業(yè)體育場,后者與前者場地照明用電量之比高達1.66。因此,從節(jié)約能源,減少投資,節(jié)省運行成本出發(fā),應對體育場館的場地照明功率密度進行限定。本文從實際工程調研出發(fā),通過數(shù)據(jù)分析得出相關結論。筆者調研實際工程,采集相關數(shù)據(jù)并進行分析、處理,得出結論。本研究共采集了85座國內外體育場館的相關數(shù)據(jù),其中足球專用體育場16座,占18.82%;綜合性體育場33座,占38.82%;綜合性體育館占21.18%;游泳館和網(wǎng)球場各占約10.59%。2數(shù)據(jù)分析和計算公式調查中涉及如下要求和約定條件:a.單燈功率包括鎮(zhèn)流器的額定功率,不同廠家、不同規(guī)格的鎮(zhèn)流器功率不同;b.場地照明總功率=Σ(單燈功率×燈具數(shù)量);c.LPD值=場地照明總功率/場地面積PA(PA為主賽區(qū)、比賽場地面積);d.PA值為比賽場地周邊劃線部分(不包括緩沖區(qū))的面積;e.平均垂直照度為主攝像機方向上的垂直照度;f.單位照度功率密度為折算成每m2場地面積,每100lx垂直照度的場地照明安裝功率;g.平均值=各場館的算術平均值;h.除峰平均值:除去離散較大的數(shù)據(jù)后,剩余部分的算術平均值。由于篇幅所限,相關術語請參閱參考文獻1,本文不再贅述。2.1樣地面積和垂直度本次調查了16座足球專用的體育場(見表1),其中國內體育場2座,國外世界杯場地14座。均為國際足聯(lián)規(guī)定的標準足球場,即場地面積為:105×68=7140m2。這些場地的主攝像機方向上的垂直照度均在1500lx以上,滿足國際足聯(lián)頂級賽事的要求。從表1可以看出,各場館場地照明功率密度相差較大,最小LPD值僅為47.29W/m2,最大147.9W/m2。2.2高爾夫球場地面積、功能分區(qū)本次調查了33座綜合性體育場(見表2),體育場功能包括足球和田徑。其中有奧運會主會場、足球世界杯場地、世界田徑錦標賽場地、全運會場地等。場地面積符合國際田聯(lián)和國際足聯(lián)的場地要求,田徑為400m標準賽道,半徑36m,半圓式田徑場,面積約16243m2,設計取值17000m2。足球場地同2.1節(jié)所述。從表2可以看出,各場館場地照明功率密度相差很大,差值大于足球專用場地。最小LPD值僅為13.21W/m2,最大79.52W/m2,兩者之比高達6.02倍。由于田徑場地面積大,場地照明用電量大,節(jié)能潛力也較大,凸顯場地照明功率密度限值的節(jié)能意義。2.3煙臺大學多功能體育場館的場地面積本次調查了18座綜合性體育館,體育館是多功能的,可舉辦兩項以上運動項目。其中有多座奧運會場館。場地面積按其中最大者計算,見表3,綜合性體育館調查數(shù)據(jù)見表4。從表4可以看出,各場館場地照明功率密度相差巨大。煙臺大學多功能體育館LPD值最小,僅為51.73W/m2;澳門威尼斯人體育館由于要舉行NBA比賽,其LPD值最大,為377.05W/m2,后者與前者之比高達7倍多。2.4場地照明功率密度本次調查了9座游泳館(見表5),其中2座專用游泳館,其余為游泳、跳水館。游泳館PA為1250m2,游泳、跳水館PA為1975m2(設計取值2000m2)。如表5所示,游泳館場地照明功率密度相差也較大,大同游泳館LPD值最小,為80.11W/m2;天津水上中心游泳館垂直照度超過2000lx,其LPD值最大,達到203.36W/m2,后者與前者之比超過2.5倍。2.5場地照明功率密度本次也調查了9座網(wǎng)球場(見表6),其中不乏舉行過奧運會、國際網(wǎng)聯(lián)ITF網(wǎng)球大師杯等頂級賽事的場地。表6網(wǎng)球館場地照明功率密度相差也很大,盡管調查的樣本數(shù)量有限,但也能說明照明設計有優(yōu)化和提升的空間。上海旗忠村網(wǎng)球中心擁有5000座,曾于2007～2011年舉辦網(wǎng)球大師杯賽,其LPD不足62W/m2;而旗忠網(wǎng)球中心LPD值最大,超過400W/m2,后者與前者之比近6.5倍。3照明場地的密度研究3.1單位照明設計中的低時代電路照明的節(jié)能要點從上述各表可以看出,照明功率密度(LPD)是描述照明能耗的重要指標,是單位面積所耗照明用電量的多少。照明功率包括光源的功率、鎮(zhèn)流器等附件的功率。這種表述方式為廣大照明、電氣從業(yè)人員所采用和接受。但是,從表中可以發(fā)現(xiàn),不同主攝像機方向上的垂直照度對應的LPD是不同的,理論上,照度越高,LPD越大。以表1為例,從中可以看出,單獨考量LPD沒有意義,只有LPD與主攝像機方向上的垂直照度值共同作用下,場地照明的節(jié)能才有意義,也就是說,在保證照明質量的前提下,LPD才有意義。為此,筆者引入了單位照度功率密度的概念,從LPD和主攝像機方向上的垂直照度值兩方面考量場地照明節(jié)能問題。也就是《體育照明設計手冊》中的場地照明單位指標。單位照度功率密度是對照明功率密度的另一種描述,即單位面積、單位照度的照明安裝功率,照明安裝功率同樣包括光源的功率、鎮(zhèn)流器或變壓器等附件功率。單位:W/(100lx·m2)。因此,表1～表6同時具有LPD值和單位照度功率密度值。3.2采用最佳折射方法確定當前和標度值的方案3.2.1設計水平離散計算將表1中單位照度功率密度轉換成圖1,從各數(shù)據(jù)分布情況看,天津泰達足球場和神戶體育場數(shù)據(jù)離散嚴重,不足以表明正常場地照明設計水平,連同最小值一并去除,求得除峰平均值Lp=3.83?？紤]到體育場配合的復雜性,建議將單位照度功率密度現(xiàn)行值和目標值定為1.35Lp=5.17和1.1Lp=4.21,即圖中紅線和綠線,現(xiàn)行值應嚴格限制高能耗的場地照明系統(tǒng)。3.2.2研究制定目標函數(shù)同理,將表2中單位照度功率密度轉換成圖2,從各數(shù)據(jù)分布情況看,南京奧林匹克體育場數(shù)據(jù)明顯偏大,重慶南川區(qū)體育場數(shù)據(jù)明顯偏小,不足以表明正常場地照明設計水平,去除這兩個數(shù)值求得除峰平均值Lp=2.64?？紤]到體育場配合的復雜性,建議將單位照度功率密度現(xiàn)行值和目標值定為1.35Lp=3.56和1.1Lp=2.90,即圖中紅線和綠線。同樣,現(xiàn)行值應嚴格限制高能耗的場地照明系統(tǒng)。3.2.3改進后的門威尼斯人高爾夫球場參數(shù)計算圖3是將表4中單位照度功率密度轉換成的散點圖,從中可以看出各體育館單位照度功率密度數(shù)據(jù)分布情況。澳門威尼斯人體育館由于要進行NBA比賽,其單位照度功率密度較大,偏離正常數(shù)據(jù)。除峰平均值Lp=10.94?？紤]到體育館的復雜性,建議將單位照度功率密度現(xiàn)行值和目標值定為1.35Lp=14.77和1.1Lp=12.03,即圖中紅線和綠線。如前一致,高能耗的場地照明系統(tǒng)應采用現(xiàn)行值加以嚴格限制。3.2.4n值的計算和相關的基圖4是將表5中單位照度功率密度轉換成的散點圖,從中可以看出各游泳館單位照度功率密度數(shù)據(jù)分布情況,圖中數(shù)據(jù)相對集中,按常規(guī)各去掉一個最高值和一個最低值,求得除峰平均值Lp=7.30?？紤]到游泳館的復雜性,建議將單位照度功率密度現(xiàn)行值和目標值定為1.35Lp=9.90和1.1Lp=8.03,即圖中紅線和綠線。與前相同,現(xiàn)行值應嚴格限制高能耗的場地照明系統(tǒng)。3.2.5上海旗忠高爾夫球場中心數(shù)據(jù)分析圖5是將表6中單位照度功率密度轉換成的散點圖,從中可以看出各網(wǎng)球場地單位照度功率密度數(shù)據(jù)分布情況,上海旗忠網(wǎng)球中心數(shù)據(jù)較離散,較其他場館明顯偏大,去除該離散點,同時按常規(guī)去掉一個最低值,求得除峰平均值Lp=13.33?？紤]到網(wǎng)球場的復雜性,建議將現(xiàn)行值和目標值定為1.35Lp=18.00和1.1Lp=14.66,即圖中紅線和綠線?，F(xiàn)行值的作用是嚴格限制高能耗的場地照明系統(tǒng)。4數(shù)據(jù)收集與管理綜上所述,將調查的體育場館單位照度功率密度數(shù)據(jù)匯總于表7。鑒于此,筆者提出了場地照明功率密度值要求,