国内外体育场地照明设计现状调查与分析

国内外体育场地照明设计现状调查与分析

1体育场馆相关数据的整理与分析2004年发布的《建筑光明设计标准》是建筑物光明设计中最重要、最基本的设计标准。在照明能力的密度限制上，照明设计对民用建筑和工业建筑的照明节能起着重要作用。绿色照明的实施和普及促进了照明科学研究和高效照明产品的普及。但是该标准没有涉及体育场馆场地照明的照明功率密度值,而体育场馆场地照明的标准高,单灯功率大,灯具数量多。从实际工程反馈的信息看,设计水平相差很大。以2006年足球世界杯赛场为例,同样是国际足联要求的比赛场地,即长68m、宽105m的足球场地,Hanover体育场场地照明用电约346kW即可达到主摄像机方向的垂直照度1500lx以上;而Hamburg体育场要用约575kW的场地照明用电实现1500lx以上的主摄像机方向的垂直照度。同为足球专业体育场,后者与前者场地照明用电量之比高达1.66。因此,从节约能源,减少投资,节省运行成本出发,应对体育场馆的场地照明功率密度进行限定。本文从实际工程调研出发,通过数据分析得出相关结论。笔者调研实际工程,采集相关数据并进行分析、处理,得出结论。本研究共采集了85座国内外体育场馆的相关数据,其中足球专用体育场16座,占18.82%;综合性体育场33座,占38.82%;综合性体育馆占21.18%;游泳馆和网球场各占约10.59%。2数据分析和计算公式调查中涉及如下要求和约定条件:a.单灯功率包括镇流器的额定功率,不同厂家、不同规格的镇流器功率不同;b.场地照明总功率=Σ(单灯功率×灯具数量);c.LPD值=场地照明总功率/场地面积PA(PA为主赛区、比赛场地面积);d.PA值为比赛场地周边划线部分(不包括缓冲区)的面积;e.平均垂直照度为主摄像机方向上的垂直照度;f.单位照度功率密度为折算成每m2场地面积,每100lx垂直照度的场地照明安装功率;g.平均值=各场馆的算术平均值;h.除峰平均值:除去离散较大的数据后,剩余部分的算术平均值。由于篇幅所限,相关术语请参阅参考文献1,本文不再赘述。2.1样地面积和垂直度本次调查了16座足球专用的体育场(见表1),其中国内体育场2座,国外世界杯场地14座。均为国际足联规定的标准足球场,即场地面积为:105×68=7140m2。这些场地的主摄像机方向上的垂直照度均在1500lx以上,满足国际足联顶级赛事的要求。从表1可以看出,各场馆场地照明功率密度相差较大,最小LPD值仅为47.29W/m2,最大147.9W/m2。2.2高尔夫球场地面积、功能分区本次调查了33座综合性体育场(见表2),体育场功能包括足球和田径。其中有奥运会主会场、足球世界杯场地、世界田径锦标赛场地、全运会场地等。场地面积符合国际田联和国际足联的场地要求,田径为400m标准赛道,半径36m,半圆式田径场,面积约16243m2,设计取值17000m2。足球场地同2.1节所述。从表2可以看出,各场馆场地照明功率密度相差很大,差值大于足球专用场地。最小LPD值仅为13.21W/m2,最大79.52W/m2,两者之比高达6.02倍。由于田径场地面积大,场地照明用电量大,节能潜力也较大,凸显场地照明功率密度限值的节能意义。2.3烟台大学多功能体育场馆的场地面积本次调查了18座综合性体育馆,体育馆是多功能的,可举办两项以上运动项目。其中有多座奥运会场馆。场地面积按其中最大者计算,见表3,综合性体育馆调查数据见表4。从表4可以看出,各场馆场地照明功率密度相差巨大。烟台大学多功能体育馆LPD值最小,仅为51.73W/m2;澳门威尼斯人体育馆由于要举行NBA比赛,其LPD值最大,为377.05W/m2,后者与前者之比高达7倍多。2.4场地照明功率密度本次调查了9座游泳馆(见表5),其中2座专用游泳馆,其余为游泳、跳水馆。游泳馆PA为1250m2,游泳、跳水馆PA为1975m2(设计取值2000m2)。如表5所示,游泳馆场地照明功率密度相差也较大,大同游泳馆LPD值最小,为80.11W/m2;天津水上中心游泳馆垂直照度超过2000lx,其LPD值最大,达到203.36W/m2,后者与前者之比超过2.5倍。2.5场地照明功率密度本次也调查了9座网球场(见表6),其中不乏举行过奥运会、国际网联ITF网球大师杯等顶级赛事的场地。表6网球馆场地照明功率密度相差也很大,尽管调查的样本数量有限,但也能说明照明设计有优化和提升的空间。上海旗忠村网球中心拥有5000座,曾于2007～2011年举办网球大师杯赛,其LPD不足62W/m2;而旗忠网球中心LPD值最大,超过400W/m2,后者与前者之比近6.5倍。3照明场地的密度研究3.1单位照明设计中的低时代电路照明的节能要点从上述各表可以看出,照明功率密度(LPD)是描述照明能耗的重要指标,是单位面积所耗照明用电量的多少。照明功率包括光源的功率、镇流器等附件的功率。这种表述方式为广大照明、电气从业人员所采用和接受。但是,从表中可以发现,不同主摄像机方向上的垂直照度对应的LPD是不同的,理论上,照度越高,LPD越大。以表1为例,从中可以看出,单独考量LPD没有意义,只有LPD与主摄像机方向上的垂直照度值共同作用下,场地照明的节能才有意义,也就是说,在保证照明质量的前提下,LPD才有意义。为此,笔者引入了单位照度功率密度的概念,从LPD和主摄像机方向上的垂直照度值两方面考量场地照明节能问题。也就是《体育照明设计手册》中的场地照明单位指标。单位照度功率密度是对照明功率密度的另一种描述,即单位面积、单位照度的照明安装功率,照明安装功率同样包括光源的功率、镇流器或变压器等附件功率。单位:W/(100lx·m2)。因此,表1～表6同时具有LPD值和单位照度功率密度值。3.2采用最佳折射方法确定当前和标度值的方案3.2.1设计水平离散计算将表1中单位照度功率密度转换成图1,从各数据分布情况看,天津泰达足球场和神户体育场数据离散严重,不足以表明正常场地照明设计水平,连同最小值一并去除,求得除峰平均值Lp=3.83。考虑到体育场配合的复杂性,建议将单位照度功率密度现行值和目标值定为1.35Lp=5.17和1.1Lp=4.21,即图中红线和绿线,现行值应严格限制高能耗的场地照明系统。3.2.2研究制定目标函数同理,将表2中单位照度功率密度转换成图2,从各数据分布情况看,南京奥林匹克体育场数据明显偏大,重庆南川区体育场数据明显偏小,不足以表明正常场地照明设计水平,去除这两个数值求得除峰平均值Lp=2.64。考虑到体育场配合的复杂性,建议将单位照度功率密度现行值和目标值定为1.35Lp=3.56和1.1Lp=2.90,即图中红线和绿线。同样,现行值应严格限制高能耗的场地照明系统。3.2.3改进后的门威尼斯人高尔夫球场参数计算图3是将表4中单位照度功率密度转换成的散点图,从中可以看出各体育馆单位照度功率密度数据分布情况。澳门威尼斯人体育馆由于要进行NBA比赛,其单位照度功率密度较大,偏离正常数据。除峰平均值Lp=10.94。考虑到体育馆的复杂性,建议将单位照度功率密度现行值和目标值定为1.35Lp=14.77和1.1Lp=12.03,即图中红线和绿线。如前一致,高能耗的场地照明系统应采用现行值加以严格限制。3.2.4n值的计算和相关的基图4是将表5中单位照度功率密度转换成的散点图,从中可以看出各游泳馆单位照度功率密度数据分布情况,图中数据相对集中,按常规各去掉一个最高值和一个最低值,求得除峰平均值Lp=7.30。考虑到游泳馆的复杂性,建议将单位照度功率密度现行值和目标值定为1.35Lp=9.90和1.1Lp=8.03,即图中红线和绿线。与前相同,现行值应严格限制高能耗的场地照明系统。3.2.5上海旗忠高尔夫球场中心数据分析图5是将表6中单位照度功率密度转换成的散点图,从中可以看出各网球场地单位照度功率密度数据分布情况,上海旗忠网球中心数据较离散,较其他场馆明显偏大,去除该离散点,同时按常规去掉一个最低值,求得除峰平均值Lp=13.33。考虑到网球场的复杂性,建议将现行值和目标值定为1.35Lp=18.00和1.1Lp=14.66,即图中红线和绿线。现行值的作用是严格限制高能耗的场地照明系统。4数据收集与管理综上所述,将调查的体育场馆单位照度功率密度数据汇总于表7。鉴于此,笔者提出了场地照明功率密度值要求,