棗莊市體育場混光照明設(shè)計

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　摘要：文章介紹了體育場照明設(shè)計的原則及方法，以實例闡述光源選擇、布燈方案、燈具選擇、照度計算、節(jié)能等方面問題，并提出了自己對中小體育場照明設(shè)計的一些見解。

　　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

　　棗莊市體育場總占地面積為18699m2.中間是足球場，場地尺寸為100m×68m2；周圍是8條跑道，每條寬1.2m，合計總寬9.6m，跑道長400m.該體育場可舉行田徑、足球等比賽，是一個綜合性體育場，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，但顯色性差。體育比賽場地照明的質(zhì)量是評價體育場的主要指標(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。因此在設(shè)計前，筆者收集了有關(guān)體育場地照明設(shè)計中一些成功經(jīng)驗和教訓(xùn)的資料，認(rèn)為體育場宜采用混光照明方式。

　　隨著高強氣體放電燈迅速發(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。單燈混光不是簡單的組合，而是根據(jù)光源的發(fā)展趨勢，借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，在雙燈混光照明的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。雙燈混光照明已廣泛用于各種場所，并取得了較好效果，但在使用中還存在著許多的缺點：

　?。?）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)一種光源損壞時而另外一種光源還在運行，若維護(hù)、更換不及時，就會使顯色指數(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半球空間中所占的光通量的百分比值分類的國際照明委員會（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，由反射器來實現(xiàn)控光和調(diào)整光強分布?；旃鉄艟叻瓷淦鞯男螤疃喾N多樣，通常有旋轉(zhuǎn)對稱反射器、柱面反射器、不對稱反射器、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)備費用；（4）減少電耗，節(jié)省電能，降低電費。

　　大中型體育場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)約能源和降低運行費用。

　　2.布燈方案與燈具選擇

　　體育場具有廣大的空間和寬闊的場地，可以進(jìn)行很多的運動項目比賽，因此需要大面積的照明設(shè)施。其目的是使運動員能夠愉快地進(jìn)行比賽，在觀眾與運動員之間創(chuàng)造明朗愉快的視覺環(huán)境。這就要求體育場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，綜合體育場照明多采用照明桿塔及兩邊光帶式，常見的有四種布置形式。

　　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地照明，如圖1所示。每個桿塔上設(shè)有多個不同角度投射的投光器，四個桿塔上的光通都投向整個場地的各個部分，并且光通重疊后能得到較高的照度，同時還可減少陰影，增加垂直照度。為了限制眩光，規(guī)定由投光器中心投向運動場地縱向軸線處的垂線與場地平面構(gòu)成的角度不得低于27°。這種方案比較優(yōu)越，運動員及觀眾見到光源數(shù)量較少，因此眩光亦少。

　　2.2照明桿塔兩側(cè)對稱直線布置方案

　　即沿場地縱向的兩側(cè)裝設(shè)照明桿塔，每邊各設(shè)3個～4個桿塔，如圖2所示。其優(yōu)點是照度均勻，運動員觀看物體陰影也較弱；缺點是運動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，但對運動員和觀眾產(chǎn)生的眩光較為嚴(yán)重。

　　2.4體育場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上方檐口作直線布置數(shù)列投光器，布滿場地邊緣，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，是體育場照明發(fā)展的趨勢。

　　參照山東省人民體育場照明方案，認(rèn)為棗莊市體育場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，每個燈具內(nèi)安裝2盞1000W的高壓鈉燈，四塔總計24盞；其它四排均為3.5kW的鏑燈，共12盞，四塔總計48盞。

　　3.照度計算

　　水平照度計算、垂直面及傾斜面照度計算、Iαβ值的確定和瞄準(zhǔn)點的調(diào)整，在施工設(shè)計時則必須用逐點法計算，但逐點法計算比較繁瑣，須借助電子計算機(jī)運算。本設(shè)計根據(jù)體育場照度要求，用單位容量法求出所需燈盞數(shù)，然后利用自動光譜輻射光度計實測出所需參數(shù)。體育場地面積S＝120m×90m＝10800m2；《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》（JGJ／T16－92）中有關(guān)體育運動場照度標(biāo)準(zhǔn)：足球場地比賽照度為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

　　通過以上計算，場地照明所需功率為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，混光光源特性見表1，照明實測結(jié)果匯總見表2.足球場地水平平均照度為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現(xiàn)各種不同比賽項目所需要的開燈方案。通常用交流接觸器或無觸點的可控硅來實現(xiàn)燈光開關(guān)。用接觸器控制，技術(shù)比較簡單、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，但價格較高。本設(shè)計采用可控硅控制方案?在體育場南端控制室內(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、方便、靈活、可靠等優(yōu)點。整個控制系統(tǒng)可以根據(jù)體育比賽大型演出的不同要求，調(diào)節(jié)場內(nèi)照度，使燈光適應(yīng)各種場合的不同要求。可以通過計算機(jī)預(yù)選燈控方案，在微機(jī)控制下，一次操作就可實現(xiàn)整個的燈控過程。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)則是整個控制系統(tǒng)的核心部分。

　　在使用放電燈時，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。該體育場西區(qū)主席臺上空的鋼網(wǎng)架上設(shè)置了許多電源分線箱，相鄰燈的電源均來自于不同的電源分線箱，這樣光源的光通量波動深度可大大降低，能基本消除頻閃效應(yīng)。

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