棗莊市體育場(chǎng)混光照明設(shè)計(jì)

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　摘要：文章介紹了體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)的原則及方法，以實(shí)例闡述光源選擇、布燈方案、燈具選擇、照度計(jì)算、節(jié)能等方面問(wèn)題，并提出了自己對(duì)中小體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)的一些見(jiàn)解。

　　關(guān)鍵詞：混光照明　　單燈混光　　雙燈混光　　發(fā)光效率　　顯色指數(shù)　　均勻度　　眩光　　頻閃

　　棗莊市體育場(chǎng)總占地面積為18699m2.中間是足球場(chǎng)，場(chǎng)地尺寸為100m×68m2；周圍是8條跑道，每條寬1.2m，合計(jì)總寬9.6m，跑道長(zhǎng)400m.該體育場(chǎng)可舉行田徑、足球等比賽，是一個(gè)綜合性體育場(chǎng)，觀眾席15000位。

　　1.光源選擇

　　建筑照明的電光源按發(fā)光原理分為兩種基本類型：一類是熱輻射光源，如白熾燈、鹵鎢燈；另一類是氣體放電光源，如熒光燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈等。熱輻射光源顯色性好，但光效低、壽命短；氣體放電光源光效高、壽命長(zhǎng)，但顯色性差。體育比賽場(chǎng)地照明的質(zhì)量是評(píng)價(jià)體育場(chǎng)的主要指標(biāo)之一，

　　所以光源選擇尤為重要，要求光效高、顯色性好、色溫舒適、壽命長(zhǎng)。因此在設(shè)計(jì)前，筆者收集了有關(guān)體育場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)中一些成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的資料，認(rèn)為體育場(chǎng)宜采用混光照明方式。

　　隨著高強(qiáng)氣體放電燈迅速發(fā)展，照明光源幾經(jīng)換代，先后出現(xiàn)了高壓汞燈、高壓鈉燈、顯色改進(jìn)型高壓鈉燈、金屬鹵化物燈。盡管這些光源各具特色，但仍不能滿足工程設(shè)計(jì)的廣泛需要，因此出現(xiàn)了混光照明技術(shù)?；旃庹彰鞣绞接袃煞N：一種為場(chǎng)所內(nèi)混光，另一種為燈具內(nèi)混光。燈具內(nèi)混光又包括雙燈混光和單燈混光。單燈混光照明就是將兩種光源的管芯組裝于同一玻殼內(nèi)，使兩種不同光源發(fā)出的光在玻殼內(nèi)進(jìn)行充分的混合，成為一種新型混光光源，配以合理的燈具，達(dá)到更佳的照明效果。單燈混光不是簡(jiǎn)單的組合，而是根據(jù)光源的發(fā)展趨勢(shì)，借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，在雙燈混光照明的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。雙燈混光照明已廣泛用于各種場(chǎng)所，并取得了較好效果，但在使用中還存在著許多的缺點(diǎn)：

　　（1）兩種光源混光不均勻；（2）兩種光源要分別接入鎮(zhèn)流器觸發(fā)器，安裝接線復(fù)雜；（3）兩種光源平均壽命不同，當(dāng)一種光源損壞時(shí)而另外一種光源還在運(yùn)行，若維護(hù)、更換不及時(shí)，就會(huì)使顯色指數(shù)、光效都降低，達(dá)不到真正的目的。單燈混光照明恰恰能克服和彌補(bǔ)以上的不足。

　　單燈混光按其配光形狀進(jìn)行分類的方法有兩種，一種是按燈具在上下二個(gè)半球空間中所占的光通量的百分比值分類的國(guó)際照明委員會(huì)（IEC）系統(tǒng)分類法分為：直接型、半直接型、擴(kuò)散型、半間接型、間接型；另一種按燈具安裝距高比的數(shù)值進(jìn)行分類：特狹照型、狹照型、中照型、廣照型、特廣照型。為了適應(yīng)各種不同形狀的光源和受照面的照明需要，由反射器來(lái)實(shí)現(xiàn)控光和調(diào)整光強(qiáng)分布。混光燈具反射器的形狀多種多樣，通常有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器、柱面反射器、不對(duì)稱反射器、組合式反射器。

　　混光的主要目的與效果：

　?。?）提高發(fā)光效率，獲得高照度；（2）改善光色和顯色性，造成良好的照明效果和氣氛，有利于電視攝像；（3）降低設(shè)備費(fèi)用；（4）減少電耗，節(jié)省電能，降低電費(fèi)。

　　大中型體育場(chǎng)混光照明尤以采用鏑燈與高顯色性高壓鈉燈（DDG＋NGG）混光光源為最多。這種混光光源光效高、壽命適中、顯色指數(shù)大于80，紅色光譜所占的成份提高到20％以上，顏色還原性好，照明的視覺(jué)效果極佳，滿足了重要體育比賽及彩色電視轉(zhuǎn)播要求；而且還可節(jié)省設(shè)備投資，節(jié)約能源和降低運(yùn)行費(fèi)用。

　　2.布燈方案與燈具選擇

　　體育場(chǎng)具有廣大的空間和寬闊的場(chǎng)地，可以進(jìn)行很多的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目比賽，因此需要大面積的照明設(shè)施。其目的是使運(yùn)動(dòng)員能夠愉快地進(jìn)行比賽，在觀眾與運(yùn)動(dòng)員之間創(chuàng)造明朗愉快的視覺(jué)環(huán)境。這就要求體育場(chǎng)照明要有足夠的照度，并且照度均勻；適宜的亮度，減少眩光；顯色性要好，便于電視攝像。

　　目前，綜合體育場(chǎng)照明多采用照明桿塔及兩邊光帶式，常見(jiàn)的有四種布置形式。

　　2.1照明桿塔四角布置方案

　　照明桿塔高度一般為20m～50m，常用狹角形投光器，以獲得距離較遠(yuǎn)的大面積照明及較高的照度，這種布置方式適用于足球場(chǎng)地照明，如圖1所示。每個(gè)桿塔上設(shè)有多個(gè)不同角度投射的投光器，四個(gè)桿塔上的光通都投向整個(gè)場(chǎng)地的各個(gè)部分，并且光通重疊后能得到較高的照度，同時(shí)還可減少陰影，增加垂直照度。為了限制眩光，規(guī)定由投光器中心投向運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地縱向軸線處的垂線與場(chǎng)地平面構(gòu)成的角度不得低于27°。這種方案比較優(yōu)越，運(yùn)動(dòng)員及觀眾見(jiàn)到光源數(shù)量較少，因此眩光亦少。

　　2.2照明桿塔兩側(cè)對(duì)稱直線布置方案

　　即沿場(chǎng)地縱向的兩側(cè)裝設(shè)照明桿塔，每邊各設(shè)3個(gè)～4個(gè)桿塔，如圖2所示。其優(yōu)點(diǎn)是照度均勻，運(yùn)動(dòng)員觀看物體陰影也較弱；缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)員及觀眾看到的亮光源數(shù)目較多，眩光較大。此方案被認(rèn)為是可取的，尤其是要求照度較高（300lx以上）時(shí)更為適用。

　　2.3照明桿塔一側(cè)直線布置方案

　　照明桿塔在場(chǎng)地一側(cè)直線布置，如圖3所示。一側(cè)直線布置方案應(yīng)用于狹窄地段的照明，被照面寬度可達(dá)100m～150m.這種布置方式照度分布較好，但對(duì)運(yùn)動(dòng)員和觀眾產(chǎn)生的眩光較為嚴(yán)重。

　　2.4體育場(chǎng)兩邊馬道式光帶布置方案

　　如圖4所示。照明光帶沿觀眾席臺(tái)上方檐口作直線布置數(shù)列投光器，布滿場(chǎng)地邊緣，只有球門區(qū)除外。馬道式光帶布置方案應(yīng)用于寬闊地段的照明，這種布置方式照度分布較好，能夠有效地降低眩光，是體育場(chǎng)照明發(fā)展的趨勢(shì)。

　　參照山東省人民體育場(chǎng)照明方案，認(rèn)為棗莊市體育場(chǎng)采用四燈塔照明方式較為理想。照明燈塔高度36m，每塔安裝五排燈具，每排安裝三套燈具，最低一排燈具距地面高度為27.8m.每塔中間一排三套燈具，每個(gè)燈具內(nèi)安裝2盞1000W的高壓鈉燈，四塔總計(jì)24盞；其它四排均為3.5kW的鏑燈，共12盞，四塔總計(jì)48盞。

　　3.照度計(jì)算

　　水平照度計(jì)算、垂直面及傾斜面照度計(jì)算、Iαβ值的確定和瞄準(zhǔn)點(diǎn)的調(diào)整，在施工設(shè)計(jì)時(shí)則必須用逐點(diǎn)法計(jì)算，但逐點(diǎn)法計(jì)算比較繁瑣，須借助電子計(jì)算機(jī)運(yùn)算。本設(shè)計(jì)根據(jù)體育場(chǎng)照度要求，用單位容量法求出所需燈盞數(shù)，然后利用自動(dòng)光譜輻射光度計(jì)實(shí)測(cè)出所需參數(shù)。體育場(chǎng)地面積S＝120m×90m＝10800m2；《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ／T16－92）中有關(guān)體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)照度標(biāo)準(zhǔn)：足球場(chǎng)地比賽照度為E＝500lx，若選用PL＝1000W金屬鹵化物燈，其光源綜合系數(shù)m＝0.065.

　　足球場(chǎng)地所需單位容量為：

　　P＝mE＝0.065×500＝32.5W／m2所需燈盞數(shù)為N＝PS／PL＝32.5×10800／1000＝351盞

　　通過(guò)以上計(jì)算，場(chǎng)地照明所需功率為351kW?每勒克斯所消耗的電能為702W，用1000W金屬鹵化物燈351盞。顯然耗電量大、燈具多、投資大，眩光也較大。為此采用四燈塔混合照明方式，混光光源特性見(jiàn)表1，照明實(shí)測(cè)結(jié)果匯總見(jiàn)表2.足球場(chǎng)地水平平均照度為537lx，跑道水平照度為346lx，一般顯色指數(shù)為80?色溫接近4000K.場(chǎng)地照明所需功率為P＝24×1＋48×3.5＝192kW，每勒克斯所消耗的電能從702W降到358W?照明效果良好?節(jié)能效果顯著。

　　4.燈光控制及其它

　　燈光控制的任務(wù)是在既定的燈光布置下能實(shí)現(xiàn)各種不同比賽項(xiàng)目所需要的開(kāi)燈方案。通常用交流接觸器或無(wú)觸點(diǎn)的可控硅來(lái)實(shí)現(xiàn)燈光開(kāi)關(guān)。用接觸器控制，技術(shù)比較簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)；可控硅技術(shù)比較先進(jìn)、控制及調(diào)光比較靈活，但價(jià)格較高。本設(shè)計(jì)采用可控硅控制方案?在體育場(chǎng)南端控制室內(nèi)安裝先進(jìn)的微機(jī)燈光控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用最新電子控制技術(shù)，與以往的燈控設(shè)備比較，具有體積小、直觀性強(qiáng)、方便、靈活、可靠等優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)控制系統(tǒng)可以根據(jù)體育比賽大型演出的不同要求，調(diào)節(jié)場(chǎng)內(nèi)照度，使燈光適應(yīng)各種場(chǎng)合的不同要求。可以通過(guò)計(jì)算機(jī)預(yù)選燈控方案，在微機(jī)控制下，一次操作就可實(shí)現(xiàn)整個(gè)的燈控過(guò)程。燈光控制系統(tǒng)由微機(jī)、單片機(jī)微機(jī)燈光控制器、電源控制柜、燈具四部分組成，微機(jī)則是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分。

　　在使用放電燈時(shí)，為防止由于弧光不連續(xù)而產(chǎn)生的頻閃效應(yīng)，采用相鄰燈由不同相電源供電。該體育場(chǎng)西區(qū)主席臺(tái)上空的鋼網(wǎng)架上設(shè)置了許多電源分線箱，相鄰燈的電源均來(lái)自于不同的電源分線箱，這樣光源的光通量波動(dòng)深度可大大降低，能基本消除頻閃效應(yīng)。

　　根據(jù)需要，體育場(chǎng)局部照明可采用鹵鎢燈，看臺(tái)下房間照明按普通照明處理。