枣庄市体育场混光照明设计

　　摘要：文章介绍了体育场照明设计的原则及方法，以实例阐述光源选择、布灯方案、灯具选择、照度计算、节能等方面问题，并提出了自己对中小体育场照明设计的一些见解。
　　关键词：混光照明　　单灯混光　　双灯混光　　发光效率　　显色指数　　均匀度　　眩光　　频闪
　　枣庄市体育场总占地面积为18699m2.中间是足球场，场地尺寸为100m×68m2；周围是8条跑道，每条宽1.2m，合计总宽9.6m，跑道长400m.该体育场可举行田径、足球等比赛，是一个综合性体育场，观众席15000位。
　　1.光源选择
　　建筑照明的电光源按发光原理分为两种基本类型：一类是热辐射光源，如白炽灯、卤钨灯；另一类是气体放电光源，如荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯等。热辐射光源显色性好，但光效低、寿命短；气体放电光源光效高、寿命长，但显色性差。体育比赛场地照明的质量是评价体育场的主要指标之一，
　　所以光源选择尤为重要，要求光效高、显色性好、色温舒适、寿命长。因此在设计前，笔者收集了有关体育场地照明设计中一些成功经验和教训的资料，认为体育场宜采用混光照明方式。
　　随着高强气体放电灯迅速发展，照明光源几经换代，先后出现了高压汞灯、高压钠灯、显色改进型高压钠灯、金属卤化物灯。尽管这些光源各具特色，但仍不能满足工程设计的广泛需要，因此出现了混光照明技术。混光照明方式有两种：一种为场所内混光，另一种为灯具内混光。灯具内混光又包括双灯混光和单灯混光。单灯混光照明就是将两种光源的管芯组装于同一玻壳内，使两种不同光源发出的光在玻壳内进行充分的混合，成为一种新型混光光源，配以合理的灯具，达到更佳的照明效果。单灯混光不是简单的组合，而是根据光源的发展趋势，借鉴国外先进技术，在双灯混光照明的基础上发展起来的。双灯混光照明已广泛用于各种场所，并取得了较好效果，但在使用中还存在着许多的缺点：
　　（1）两种光源混光不均匀；（2）两种光源要分别接入镇流器触发器，安装接线复杂；（3）两种光源平均寿命不同，当一种光源损坏时而另外一种光源还在运行，若维护、更换不及时，就会使显色指数、光效都降低，达不到真正的目的。单灯混光照明恰恰能克服和弥补以上的不足。
　　单灯混光按其配光形状进行分类的方法有两种，一种是按灯具在上下二个半球空间中所占的光通量的百分比值分类的国际照明委员会（IEC）系统分类法分为：直接型、半直接型、扩散型、半间接型、间接型；另一种按灯具安装距高比的数值进行分类：特狭照型、狭照型、中照型、广照型、特广照型。为了适应各种不同形状的光源和受照面的照明需要，由反射器来实现控光和调整光强分布。混光灯具反射器的形状多种多样，通常有旋转对称反射器、柱面反射器、不对称反射器、组合式反射器。
　　混光的主要目的与效果：
　　（1）提高发光效率，获得高照度；（2）改善光色和显色性，造成良好的照明效果和气氛，有利于电视摄像；（3）降低设备费用；（4）减少电耗，节省电能，降低电费。
　　大中型体育场混光照明尤以采用镝灯与高显色性高压钠灯（DDG＋NGG）混光光源为最多。这种混光光源光效高、寿命适中、显色指数大于80，红色光谱所占的成份提高到20％以上，颜色还原性好，照明的视觉效果极佳，满足了重要体育比赛及彩色电视转播要求；而且还可节省设备投资，节约能源和降低运行费用。
　　2.布灯方案与灯具选择
　　体育场具有广大的空间和宽阔的场地，可以进行很多的运动项目比赛，因此需要大面积的照明设施。其目的是使运动员能够愉快地进行比赛，在观众与运动员之间创造明朗愉快的视觉环境。这就要求体育场照明要有足够的照度，并且照度均匀；适宜的亮度，减少眩光；显色性要好，便于电视摄像。
　　目前，综合体育场照明多采用照明杆塔及两边光带式，常见的有四种布置形式。
　　2.1照明杆塔四角布置方案
　　照明杆塔高度一般为20m～50m，常用狭角形投光器，以获得距离较远的大面积照明及较高的照度，这种布置方式适用于足球场地照明，如图1所示。每个杆塔上设有多个不同角度投射的投光器，四个杆塔上的光通都投向整个场地的各个部分，并且光通重叠后能得到较高的照度，同时还可减少阴影，增加垂直照度。为了限制眩光，规定由投光器中心投向运动场地纵向轴线处的垂线与场地平面构成的角度不得低于27°。这种方案比较优越，运动员及观众见到光源数量较少，因此眩光亦少。
　　2.2照明杆塔两侧对称直线布置方案
　　即沿场地纵向的两侧装设照明杆塔，每边各设3个～4个杆塔，如图2所示。其优点是照度均匀，运动员观看物体阴影也较弱；缺点是运动员及观众看到的亮光源数目较多，眩光较大。此方案被认为是可取的，尤其是要求照度较高（300lx以上）时更为适用。
　　2.3照明杆塔一侧直线布置方案
　　照明杆塔在场地一侧直线布置，如图3所示。一侧直线布置方案应用于狭窄地段的照明，被照面宽度可达100m～150m.这种布置方式照度分布较好，但对运动员和观众产生的眩光较为严重。
　　2.4体育场两边马道式光带布置方案
　　如图4所示。照明光带沿观众席台上方檐口作直线布置数列投光器，布满场地边缘，只有球门区除外。马道式光带布置方案应用于宽阔地段的照明，这种布置方式照度分布较好，能够有效地降低眩光，是体育场照明发展的趋势。
　　参照山东省人民体育场照明方案，认为枣庄市体育场采用四灯塔照明方式较为理想。照明灯塔高度36m，每塔安装五排灯具，每排安装三套灯具，最低一排灯具距地面高度为27.8m.每塔中间一排三套灯具，每个灯具内安装2盏1000W的高压钠灯，四塔总计24盏；其它四排均为3.5kW的镝灯，共12盏，四塔总计48盏。
　　3.照度计算
　　水平照度计算、垂直面及倾斜面照度计算、Iαβ值的确定和瞄准点的调整，在施工设计时则必须用逐点法计算，但逐点法计算比较繁琐，须借助电子计算机运算。本设计根据体育场照度要求，用单位容量法求出所需灯盏数，然后利用自动光谱辐射光度计实测出所需参数。体育场地面积S＝120m×90m＝10800m2；《民用建筑电气设计规范》（JGJ／T16－92）中有关体育运动场照度标准：足球场地比赛照度为E＝500lx，若选用PL＝1000W金属卤化物灯，其光源综合系数m＝0.065.
　　足球场地所需单位容量为：
　　P＝mE＝0.065×500＝32.5W／m2所需灯盏数为N＝PS／PL＝32.5×10800／1000＝351盏
　　通过以上计算，场地照明所需功率为351kW?每勒克斯所消耗的电能为702W，用1000W金属卤化物灯351盏。显然耗电量大、灯具多、投资大，眩光也较大。为此采用四灯塔混合照明方式，混光光源特性见表1，照明实测结果汇总见表2.足球场地水平平均照度为537lx，跑道水平照度为346lx，一般显色指数为80?色温接近4000K.场地照明所需功率为P＝24×1＋48×3.5＝192kW，每勒克斯所消耗的电能从702W降到358W?照明效果良好?节能效果显著。
　　4.灯光控制及其它
　　灯光控制的任务是在既定的灯光布置下能实现各种不同比赛项目所需要的开灯方案。通常用交流接触器或无触点的可控硅来实现灯光开关。用接触器控制，技术比较简单、经济；可控硅技术比较先进、控制及调光比较灵活，但价格较高。本设计采用可控硅控制方案?在体育场南端控制室内安装先进的微机灯光控制系统。该系统采用最新电子控制技术，与以往的灯控设备比较，具有体积小、直观性强、方便、灵活、可靠等优点。整个控制系统可以根据体育比赛大型演出的不同要求，调节场内照度，使灯光适应各种场合的不同要求。可以通过计算机预选灯控方案，在微机控制下，一次操作就可实现整个的灯控过程。灯光控制系统由微机、单片机微机灯光控制器、电源控制柜、灯具四部分组成，微机则是整个控制系统的核心部分。
　　在使用放电灯时，为防止由于弧光不连续而产生的频闪效应，采用相邻灯由不同相电源供电。该体育场西区主席台上空的钢网架上设置了许多电源分线箱，相邻灯的电源均来自于不同的电源分线箱，这样光源的光通量波动深度可大大降低，能基本消除频闪效应。
　　根据需要，体育场局部照明可采用卤钨灯，看台下房间照明按普通照明处理。
　　参考文献
　　1.李恭慰。张绍钢等编著。《混光照明设计手册》中国建筑工业出版社，1990；10
　　2.韩风。张启东等编著。《建筑电气设计手册》中国建筑工业出版社，1991；7
　　3.陈晓明著。《南京龙江体育馆赛场照明设计》1999；4?