電磁感應(yīng)燈在室內(nèi)體育場(chǎng)館照明中的應(yīng)用

　 --韓國(guó)南山室內(nèi)網(wǎng)球場(chǎng)照明改造工程

　　1 前言

　　隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，各類體育賽事或體育運(yùn)動(dòng)越來越顯示出它們?cè)谌祟惿钪械闹匾匚缓妥饔谩Ｊ澜绺鲊?guó)現(xiàn)代化的體育場(chǎng)館不斷涌現(xiàn)，體育建筑的形體外觀越來越有藝術(shù)性，各種體育設(shè)施也越來越完備，而且對(duì)體育照明環(huán)境提出了嚴(yán)格的照度、理想的光色和均勻度等照明要求。體育場(chǎng)館燈光照明的質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)員、裁判員、觀眾都密切相關(guān),也直接影響到彩色電視轉(zhuǎn)播效果. 可以說, 燈光照明在體育運(yùn)動(dòng)這個(gè)領(lǐng)域中占據(jù)著極其重要的地位[1]。

　　為了迎接2008北京奧運(yùn)會(huì)的到來，我國(guó)照明科技領(lǐng)域的工作者進(jìn)行了體育場(chǎng)館照明的實(shí)踐和研討，并積累了一定的寶貴經(jīng)驗(yàn)。在保證照度要求，光色要求，經(jīng)濟(jì)節(jié)能等前提下，如何降低眩光對(duì)運(yùn)動(dòng)員、裁判員及觀眾所造成的視覺障礙問題始終是體育場(chǎng)館照明中最大的難題[2]。尤其是在室內(nèi)體育場(chǎng)館的照明設(shè)計(jì)中，由于空間限制，采用高強(qiáng)度氣體放電燈時(shí)常伴隨著嚴(yán)重的眩光問題，雖然可以通過在燈具前面加遮光片等多種方式來降低眩光，但隨之引起效率的下降[3]。在本文中，根據(jù)我們?cè)陧n國(guó)南山體育館室內(nèi)網(wǎng)球場(chǎng)的照明設(shè)計(jì)和實(shí)踐改造，比較了原應(yīng)用金屬鹵化燈與改造后應(yīng)用電磁感應(yīng)燈的照明水平及節(jié)能效果, 討論了長(zhǎng)壽命、高光效的電磁感應(yīng)燈應(yīng)用于室內(nèi)體育場(chǎng)館照明的可行性和優(yōu)越性.

　　2 室內(nèi)體育館的照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　體育照明包括廣泛的視覺作業(yè)，從對(duì)射擊場(chǎng)的細(xì)小目標(biāo)的辨別到擁擠嘈雜人群中快速運(yùn)動(dòng)物體的識(shí)別，因此國(guó)內(nèi)外對(duì)體育場(chǎng)館照明的推薦標(biāo)準(zhǔn)指出，衡量一個(gè)體育場(chǎng)館照明效果的好環(huán), 通?？梢詮恼斩取@色指數(shù)、色溫、眩光和頻閃等參數(shù)來加以評(píng)價(jià)。

　　2.1 照度

　　體育場(chǎng)館照明的質(zhì)量首先以水平照度的高低來衡量, 其實(shí)照明的光環(huán)境應(yīng)是照明各項(xiàng)指標(biāo)的綜合效果, 體育照明經(jīng)常是以快速運(yùn)動(dòng)著的人和物為對(duì)象的,因此還應(yīng)保證垂直照度與水平照度的比例, 以便有效地增加物體造型的立體感和提高識(shí)別運(yùn)動(dòng)物體的速度，并滿足電視轉(zhuǎn)播的需求。

　　我國(guó)體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地照明照度標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)中國(guó)國(guó)情和借鑒CIE及其他國(guó)家有關(guān)規(guī)定而制定的。表1摘錄了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》--GB133-90中關(guān)于體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地照度標(biāo)準(zhǔn)值[4]。

　　2.2 顯色指數(shù)

　　根據(jù)視覺科學(xué)的研究，高的顯色指數(shù)可以提高人眼對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的反應(yīng)能力,另外為了保證攝影攝像過程中的色彩還原性, 減少電視觀眾從屏幕上看到圖像的顏色失真，國(guó)內(nèi)外體育場(chǎng)館照明標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)光源和現(xiàn)場(chǎng)的顯色指數(shù)作了規(guī)定,如表2所示[5]. 高壓鈉燈顯色指數(shù)低,照在人或物上顏色偏黃,因此在正規(guī)的體育場(chǎng)館中很少單獨(dú)使用. 在一些重大國(guó)際比賽需要彩電轉(zhuǎn)播等場(chǎng)所,通常采用顯色性超過90的高顯色性金屬鹵化物燈。

　　2.3 色溫

　　顯色指數(shù)和色溫是評(píng)價(jià)顏色質(zhì)量的兩個(gè)不同指標(biāo)，從心理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，色溫過高會(huì)給人一種生硬、發(fā)冷的感覺, 色溫過低會(huì)給人一種昏暗沉悶發(fā)暖的感覺。因此顯色指數(shù)和色溫在體育場(chǎng)館照明中都是必須滿足的指標(biāo)。我國(guó)體育場(chǎng)館照明標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)色溫的規(guī)定見表3所示[5]。

　　2.4 眩光

　　眩光是由于在視野范圍內(nèi)出現(xiàn)高亮度或強(qiáng)烈的亮度對(duì)比形成的, 它可降低周圍物體的可見度, 也可引起不舒適感。眩光的產(chǎn)生與光源的選擇、燈具的亮度、安裝高度、布置方式、投射方向以及背景亮度等有關(guān)[6]。在體育場(chǎng)館照明中，應(yīng)考慮防止眩光對(duì)運(yùn)動(dòng)員、裁判員及觀眾所造成的視覺障礙問題。尤其是室內(nèi)體育館，由于高亮度、低空間的特點(diǎn)，對(duì)眩光控制的要求更高，需要達(dá)到眩光質(zhì)量等級(jí)2等以上，具體按燈具出光口的亮度限制最小遮光角，如表4所示[1]。由于室內(nèi)體育館中通常采用400W左右金屬鹵化物燈作為照明光源，其發(fā)光面積小，燈具表面亮度高，容易造成嚴(yán)重的眩光問題。

　　2.5 光的頻閃

　　在體育運(yùn)動(dòng)中有許多比賽對(duì)象(棒球、乒乓球、網(wǎng)球等)以高速運(yùn)動(dòng)的項(xiàng)目。在這些體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，由交流電(50Hz)點(diǎn)燃的氣體放電光源，在照明中會(huì)產(chǎn)生兩倍于電流頻率的周期頻閃現(xiàn)象，這將造成比賽時(shí)運(yùn)動(dòng)員的視覺障礙，甚至形成快速運(yùn)動(dòng)物體的"鬼影"。所以當(dāng)供電電源為三相時(shí)，常把照明光源分配在三相上，使相鄰的燈具發(fā)光在相位上互相重疊，但這仍很難徹底消除閃爍現(xiàn)象[7]。

　　3 韓國(guó)南山室內(nèi)網(wǎng)球場(chǎng)照明設(shè)計(jì)

　　室內(nèi)網(wǎng)球場(chǎng)照明設(shè)計(jì)必須考慮網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：運(yùn)行高度高，球速快，擊球時(shí)運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作幅度大，要求的空也較大。同時(shí)，在比賽中,需看清的對(duì)象不僅有網(wǎng)球，而且還有對(duì)方運(yùn)動(dòng)員、球網(wǎng)、場(chǎng)線等，尤其還應(yīng)考慮到在場(chǎng)地上方的一片空間內(nèi)也需達(dá)到足夠的亮度和均勻度[8]。

　　3.1 韓國(guó)南山室內(nèi)網(wǎng)球場(chǎng)介紹

　　韓國(guó)南山體育館始建于1972年，于漢城南山腳下，是一個(gè)專業(yè)的室內(nèi)網(wǎng)球場(chǎng)，它不對(duì)外開放，僅供一些政府高級(jí)官員如韓國(guó)前任總統(tǒng)及一些專業(yè)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員等使用。整個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)長(zhǎng)40米，寬20米，頂棚最高點(diǎn)為16米,兩側(cè)高12米,如圖1所示。該網(wǎng)球場(chǎng)原有的照明系統(tǒng)采用68套440W的金屬鹵化物燈，應(yīng)用滿天星式的布燈方式，我們于2004年底對(duì)其進(jìn)行了全面改造，采用66套200W的電磁感應(yīng)燈替換原有的金屬鹵化物燈，并沿用滿天星式的布燈方式，照明效果得到明顯改善，并有顯著的節(jié)能效果，獲得了韓國(guó)照明界和運(yùn)動(dòng)界人士的廣泛好評(píng)。

　　3.2 原照明系統(tǒng)(金屬鹵化物燈)

　　原照明系統(tǒng)采用68套440W的金屬鹵化物燈，光源參數(shù)見表5所示，配套整流器的功率是440W，功率因數(shù)為0.9。燈具外型及尺寸如圖2所示。

　　3.3 改造后的照明系統(tǒng)(電磁感應(yīng)燈)

　　采用66套HY型200W的電磁感應(yīng)燈替換原有的金屬鹵化物燈，電磁感應(yīng)燈的參數(shù)見表6所示，配套電子整流器后總的消耗功率為210.7W，功率因數(shù)為0.98。韓國(guó)照明技術(shù)研究所對(duì)所采用的電磁感應(yīng)燈專門設(shè)計(jì)了高反射效率的燈具，燈具配光曲線的半寬度角約為47度，所采用的燈具外型及尺寸如圖3所示，該研究年還負(fù)責(zé)了全部光電參數(shù)的測(cè)試工作。

　　3.4 照明效果及節(jié)能效果比較

　　改造后的韓國(guó)南山室內(nèi)網(wǎng)球場(chǎng)實(shí)際照明效果如圖4所示。由于電磁感應(yīng)燈發(fā)光面積大，燈具表面亮度不高而且均勻，既使人眼直接看著光源而不覺刺眼，這使得眩光問題得到了有效解決，而且整個(gè)頂棚亮度均勻，有利于網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)高空球的正確辨認(rèn)[9]。

　　我們用200W的HY型電磁感應(yīng)燈替換400W的金鹵燈后，地面平均照度從原有的420Lx 提高為580Lx，增幅達(dá)38%，其原因除了因?yàn)椴捎昧烁叻瓷渎什ｉT設(shè)計(jì)的燈具，同時(shí)也與HY型電磁感應(yīng)燈96 Lm/W的高光效和優(yōu)良的光通維持率有關(guān)。在照度提高的同時(shí)，電能消耗從原來的29.92 Kw/H降到13.9 Kw/H，節(jié)能效果達(dá)46%。改造前后的照明系統(tǒng)詳細(xì)比較如表7所示。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　電磁感應(yīng)燈作為一種新穎的高科技照明光源，具有高光效、長(zhǎng)壽命、高顯色性、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在不少照明領(lǐng)域里得到了推廣應(yīng)用，而在室內(nèi)體育場(chǎng)館，還是新的嘗試。通過韓國(guó)南山室內(nèi)網(wǎng)球場(chǎng)的工作實(shí)例，在與原有金屬鹵化物燈的全面效果比較的基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為電磁感應(yīng)燈在室內(nèi)體育場(chǎng)館照明應(yīng)用中有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　1) 壽命長(zhǎng)，免維護(hù)。這對(duì)于高天棚的室內(nèi)體育場(chǎng)館非常有價(jià)值，可以節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用。

　　2) 照明效果理想，頂棚亮度均勻，地面照度及均勻度也得到明顯提高。

　　3) 光源發(fā)光面積大，燈具表面亮度較低，有效降低了眩光。

　　4) 顯色指數(shù)超過80，可以達(dá)到彩色電視轉(zhuǎn)播要求，并有多種色溫可選擇。

　　5) 采用電子整流器，無頻閃，并可瞬間再啟動(dòng)。

　　6) 應(yīng)用集成電路控制，有良好的調(diào)光性能，可以根據(jù)不同的使用情況如訓(xùn)練或比賽而靈活地調(diào)整照度水平而不降低照度均勻度。

　　7) 高光效，配合專用燈具節(jié)能效果更加顯著。

　　綜上所述，電磁感應(yīng)燈應(yīng)用于室內(nèi)體育場(chǎng)館照

　　參考文獻(xiàn)：

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