電磁感應(yīng)燈在室內(nèi)體育場館照明中的應(yīng)用

　 --韓國南山室內(nèi)網(wǎng)球場照明改造工程

　　1 前言

　　隨著社會的不斷發(fā)展，各類體育賽事或體育運動越來越顯示出它們在人類生活中的重要地位和作用。世界各國現(xiàn)代化的體育場館不斷涌現(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，而且對體育照明環(huán)境提出了嚴格的照度、理想的光色和均勻度等照明要求。體育場館燈光照明的質(zhì)量與運動員、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, 燈光照明在體育運動這個領(lǐng)域中占據(jù)著極其重要的地位[1]。

　　為了迎接2008北京奧運會的到來，我國照明科技領(lǐng)域的工作者進行了體育場館照明的實踐和研討，并積累了一定的寶貴經(jīng)驗。在保證照度要求，光色要求，經(jīng)濟節(jié)能等前提下，如何降低眩光對運動員、裁判員及觀眾所造成的視覺障礙問題始終是體育場館照明中最大的難題[2]。尤其是在室內(nèi)體育場館的照明設(shè)計中，由于空間限制，采用高強度氣體放電燈時常伴隨著嚴重的眩光問題，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)我們在韓國南山體育館室內(nèi)網(wǎng)球場的照明設(shè)計和實踐改造，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, 討論了長壽命、高光效的電磁感應(yīng)燈應(yīng)用于室內(nèi)體育場館照明的可行性和優(yōu)越性.

　　2 室內(nèi)體育館的照明設(shè)計要點

　　體育照明包括廣泛的視覺作業(yè)，從對射擊場的細小目標(biāo)的辨別到擁擠嘈雜人群中快速運動物體的識別，因此國內(nèi)外對體育場館照明的推薦標(biāo)準指出，衡量一個體育場館照明效果的好環(huán), 通?？梢詮恼斩?、顯色指數(shù)、色溫、眩光和頻閃等參數(shù)來加以評價。

　　2.1 照度

　　體育場館照明的質(zhì)量首先以水平照度的高低來衡量, 其實照明的光環(huán)境應(yīng)是照明各項指標(biāo)的綜合效果, 體育照明經(jīng)常是以快速運動著的人和物為對象的,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別運動物體的速度，并滿足電視轉(zhuǎn)播的需求。

　　我國體育運動場地照明照度標(biāo)準是根據(jù)中國國情和借鑒CIE及其他國家有關(guān)規(guī)定而制定的。表1摘錄了國家標(biāo)準《民用建筑照明設(shè)計標(biāo)準》--GB133-90中關(guān)于體育運動場地照度標(biāo)準值[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)可以提高人眼對運動物體的反應(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，國內(nèi)外體育場館照明標(biāo)準均對光源和現(xiàn)場的顯色指數(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)的體育場館中很少單獨使用. 在一些重大國際比賽需要彩電轉(zhuǎn)播等場所,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)和色溫是評價顏色質(zhì)量的兩個不同指標(biāo)，從心理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，色溫過高會給人一種生硬、發(fā)冷的感覺, 色溫過低會給人一種昏暗沉悶發(fā)暖的感覺。因此顯色指數(shù)和色溫在體育場館照明中都是必須滿足的指標(biāo)。我國體育場館照明標(biāo)準中對色溫的規(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)高亮度或強烈的亮度對比形成的, 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]。在體育場館照明中，應(yīng)考慮防止眩光對運動員、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，對眩光控制的要求更高，需要達到眩光質(zhì)量等級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，容易造成嚴重的眩光問題。

　　2.5 光的頻閃

　　在體育運動中有許多比賽對象(棒球、乒乓球、網(wǎng)球等)以高速運動的項目。在這些體育運動項目中，由交流電(50Hz)點燃的氣體放電光源，在照明中會產(chǎn)生兩倍于電流頻率的周期頻閃現(xiàn)象，這將造成比賽時運動員的視覺障礙，甚至形成快速運動物體的"鬼影"。所以當(dāng)供電電源為三相時，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 韓國南山室內(nèi)網(wǎng)球場照明設(shè)計

　　室內(nèi)網(wǎng)球場照明設(shè)計必須考慮網(wǎng)球運動的特點：運行高度高，球速快，擊球時運動員動作幅度大，要求的空也較大。同時，在比賽中,需看清的對象不僅有網(wǎng)球，而且還有對方運動員、球網(wǎng)、場線等，尤其還應(yīng)考慮到在場地上方的一片空間內(nèi)也需達到足夠的亮度和均勻度[8]。

　　3.1 韓國南山室內(nèi)網(wǎng)球場介紹

　　韓國南山體育館始建于1972年，于漢城南山腳下，是一個專業(yè)的室內(nèi)網(wǎng)球場，它不對外開放，僅供一些政府高級官員如韓國前任總統(tǒng)及一些專業(yè)網(wǎng)球運動員等使用。整個網(wǎng)球場長40米，寬20米，頂棚最高點為16米,兩側(cè)高12米,如圖1所示。該網(wǎng)球場原有的照明系統(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年底對其進行了全面改造，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，獲得了韓國照明界和運動界人士的廣泛好評。

　　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。韓國照明技術(shù)研究所對所采用的電磁感應(yīng)燈專門設(shè)計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，該研究年還負責(zé)了全部光電參數(shù)的測試工作。

　　3.4 照明效果及節(jié)能效果比較

　　改造后的韓國南山室內(nèi)網(wǎng)球場實際照明效果如圖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，而且整個頂棚亮度均勻，有利于網(wǎng)球運動時對高空球的正確辨認[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38%，其原因除了因為采用了高反射率并專門設(shè)計的燈具，同時也與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，電能消耗從原來的29.92 Kw/H降到13.9 Kw/H，節(jié)能效果達46%。改造前后的照明系統(tǒng)詳細比較如表7所示。

　　4 結(jié)束語

　　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、長壽命、高顯色性、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，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)體育場館，還是新的嘗試。通過韓國南山室內(nèi)網(wǎng)球場的工作實例，在與原有金屬鹵化物燈的全面效果比較的基礎(chǔ)上，我們認為電磁感應(yīng)燈在室內(nèi)體育場館照明應(yīng)用中有如下優(yōu)點：

　　1) 壽命長，免維護。這對于高天棚的室內(nèi)體育場館非常有價值，可以節(jié)約大量維護費用。

　　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。

　　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)體育場館照

　　參考文獻：

　　[1] 國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心采光照明工程檢測部[J]. 第八屆全國運動會體育場館照明綜述. 照明工程學(xué)報 1998, 01

　　[2] 李恭蔚. 體育建筑照明設(shè)計手冊[M]. 北京: 原子能出版社, 1993

　　[3] 肖輝, 俞麗華. 體育照明設(shè)計[J]. 光源與照明, 2001, 04 :3-6

　　[4] 龐蘊凡等. 民用建筑照明設(shè)計標(biāo)準[M]. 北京: 中國計劃出版社, 1991

　　[5] 周太明 皇甫炳炎，周莉等. 電氣照明設(shè)計[M]. 上海: 復(fù)旦大學(xué)出版社,2001.

　　[6] 北京照明學(xué)會照明設(shè)計專業(yè)委員會. 照明設(shè)計手冊[M]. 北京: 中國電力出版社, 1998

　　[7] 張紹綱. 體育照明裝置的光度規(guī)定和測量指南[J]. 照明工程學(xué)報. 1995, 01

　　[8] CIE Publication No. 42 (TC4.4). Lighting for Tennis. 1978

　　[9] 陳大華,劉九昌,徐慶輝,等譯. 光源與照明[M]. 上海：復(fù)旦大學(xué)出版社,