國(guó)內(nèi)外體育場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)現(xiàn)狀調(diào)查與分析

1體育場(chǎng)館相關(guān)數(shù)據(jù)的整理與分析2004年發(fā)布的《建筑光明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》是建筑物光明設(shè)計(jì)中最重要、最基本的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在照明能力的密度限制上，照明設(shè)計(jì)對(duì)民用建筑和工業(yè)建筑的照明節(jié)能起著重要作用。綠色照明的實(shí)施和普及促進(jìn)了照明科學(xué)研究和高效照明產(chǎn)品的普及。但是該標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有涉及體育場(chǎng)館場(chǎng)地照明的照明功率密度值,而體育場(chǎng)館場(chǎng)地照明的標(biāo)準(zhǔn)高,單燈功率大,燈具數(shù)量多。從實(shí)際工程反饋的信息看,設(shè)計(jì)水平相差很大。以2006年足球世界杯賽場(chǎng)為例,同樣是國(guó)際足聯(lián)要求的比賽場(chǎng)地,即長(zhǎng)68m、寬105m的足球場(chǎng)地,Hanover體育場(chǎng)場(chǎng)地照明用電約346kW即可達(dá)到主攝像機(jī)方向的垂直照度1500lx以上;而Hamburg體育場(chǎng)要用約575kW的場(chǎng)地照明用電實(shí)現(xiàn)1500lx以上的主攝像機(jī)方向的垂直照度。同為足球?qū)I(yè)體育場(chǎng),后者與前者場(chǎng)地照明用電量之比高達(dá)1.66。因此,從節(jié)約能源,減少投資,節(jié)省運(yùn)行成本出發(fā),應(yīng)對(duì)體育場(chǎng)館的場(chǎng)地照明功率密度進(jìn)行限定。本文從實(shí)際工程調(diào)研出發(fā),通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出相關(guān)結(jié)論。筆者調(diào)研實(shí)際工程,采集相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析、處理,得出結(jié)論。本研究共采集了85座國(guó)內(nèi)外體育場(chǎng)館的相關(guān)數(shù)據(jù),其中足球?qū)Ｓ皿w育場(chǎng)16座,占18.82%;綜合性體育場(chǎng)33座,占38.82%;綜合性體育館占21.18%;游泳館和網(wǎng)球場(chǎng)各占約10.59%。2數(shù)據(jù)分析和計(jì)算公式調(diào)查中涉及如下要求和約定條件:a.單燈功率包括鎮(zhèn)流器的額定功率,不同廠家、不同規(guī)格的鎮(zhèn)流器功率不同;b.場(chǎng)地照明總功率=Σ(單燈功率×燈具數(shù)量);c.LPD值=場(chǎng)地照明總功率/場(chǎng)地面積PA(PA為主賽區(qū)、比賽場(chǎng)地面積);d.PA值為比賽場(chǎng)地周邊劃線部分(不包括緩沖區(qū))的面積;e.平均垂直照度為主攝像機(jī)方向上的垂直照度;f.單位照度功率密度為折算成每m2場(chǎng)地面積,每100lx垂直照度的場(chǎng)地照明安裝功率;g.平均值=各場(chǎng)館的算術(shù)平均值;h.除峰平均值:除去離散較大的數(shù)據(jù)后,剩余部分的算術(shù)平均值。由于篇幅所限,相關(guān)術(shù)語(yǔ)請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)1,本文不再贅述。2.1樣地面積和垂直度本次調(diào)查了16座足球?qū)Ｓ玫捏w育場(chǎng)(見(jiàn)表1),其中國(guó)內(nèi)體育場(chǎng)2座,國(guó)外世界杯場(chǎng)地14座。均為國(guó)際足聯(lián)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng),即場(chǎng)地面積為:105×68=7140m2。這些場(chǎng)地的主攝像機(jī)方向上的垂直照度均在1500lx以上,滿(mǎn)足國(guó)際足聯(lián)頂級(jí)賽事的要求。從表1可以看出,各場(chǎng)館場(chǎng)地照明功率密度相差較大,最小LPD值僅為47.29W/m2,最大147.9W/m2。2.2高爾夫球場(chǎng)地面積、功能分區(qū)本次調(diào)查了33座綜合性體育場(chǎng)(見(jiàn)表2),體育場(chǎng)功能包括足球和田徑。其中有奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場(chǎng)、足球世界杯場(chǎng)地、世界田徑錦標(biāo)賽場(chǎng)地、全運(yùn)會(huì)場(chǎng)地等。場(chǎng)地面積符合國(guó)際田聯(lián)和國(guó)際足聯(lián)的場(chǎng)地要求,田徑為400m標(biāo)準(zhǔn)賽道,半徑36m,半圓式田徑場(chǎng),面積約16243m2,設(shè)計(jì)取值17000m2。足球場(chǎng)地同2.1節(jié)所述。從表2可以看出,各場(chǎng)館場(chǎng)地照明功率密度相差很大,差值大于足球?qū)Ｓ脠?chǎng)地。最小LPD值僅為13.21W/m2,最大79.52W/m2,兩者之比高達(dá)6.02倍。由于田徑場(chǎng)地面積大,場(chǎng)地照明用電量大,節(jié)能潛力也較大,凸顯場(chǎng)地照明功率密度限值的節(jié)能意義。2.3煙臺(tái)大學(xué)多功能體育場(chǎng)館的場(chǎng)地面積本次調(diào)查了18座綜合性體育館,體育館是多功能的,可舉辦兩項(xiàng)以上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。其中有多座奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館。場(chǎng)地面積按其中最大者計(jì)算,見(jiàn)表3,綜合性體育館調(diào)查數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。從表4可以看出,各場(chǎng)館場(chǎng)地照明功率密度相差巨大。煙臺(tái)大學(xué)多功能體育館LPD值最小,僅為51.73W/m2;澳門(mén)威尼斯人體育館由于要舉行NBA比賽,其LPD值最大,為377.05W/m2,后者與前者之比高達(dá)7倍多。2.4場(chǎng)地照明功率密度本次調(diào)查了9座游泳館(見(jiàn)表5),其中2座專(zhuān)用游泳館,其余為游泳、跳水館。游泳館PA為1250m2,游泳、跳水館PA為1975m2(設(shè)計(jì)取值2000m2)。如表5所示,游泳館場(chǎng)地照明功率密度相差也較大,大同游泳館LPD值最小,為80.11W/m2;天津水上中心游泳館垂直照度超過(guò)2000lx,其LPD值最大,達(dá)到203.36W/m2,后者與前者之比超過(guò)2.5倍。2.5場(chǎng)地照明功率密度本次也調(diào)查了9座網(wǎng)球場(chǎng)(見(jiàn)表6),其中不乏舉行過(guò)奧運(yùn)會(huì)、國(guó)際網(wǎng)聯(lián)ITF網(wǎng)球大師杯等頂級(jí)賽事的場(chǎng)地。表6網(wǎng)球館場(chǎng)地照明功率密度相差也很大,盡管調(diào)查的樣本數(shù)量有限,但也能說(shuō)明照明設(shè)計(jì)有優(yōu)化和提升的空間。上海旗忠村網(wǎng)球中心擁有5000座,曾于2007～2011年舉辦網(wǎng)球大師杯賽,其LPD不足62W/m2;而旗忠網(wǎng)球中心LPD值最大,超過(guò)400W/m2,后者與前者之比近6.5倍。3照明場(chǎng)地的密度研究3.1單位照明設(shè)計(jì)中的低時(shí)代電路照明的節(jié)能要點(diǎn)從上述各表可以看出,照明功率密度(LPD)是描述照明能耗的重要指標(biāo),是單位面積所耗照明用電量的多少。照明功率包括光源的功率、鎮(zhèn)流器等附件的功率。這種表述方式為廣大照明、電氣從業(yè)人員所采用和接受。但是,從表中可以發(fā)現(xiàn),不同主攝像機(jī)方向上的垂直照度對(duì)應(yīng)的LPD是不同的,理論上,照度越高,LPD越大。以表1為例,從中可以看出,單獨(dú)考量LPD沒(méi)有意義,只有LPD與主攝像機(jī)方向上的垂直照度值共同作用下,場(chǎng)地照明的節(jié)能才有意義,也就是說(shuō),在保證照明質(zhì)量的前提下,LPD才有意義。為此,筆者引入了單位照度功率密度的概念,從LPD和主攝像機(jī)方向上的垂直照度值兩方面考量場(chǎng)地照明節(jié)能問(wèn)題。也就是《體育照明設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的場(chǎng)地照明單位指標(biāo)。單位照度功率密度是對(duì)照明功率密度的另一種描述,即單位面積、單位照度的照明安裝功率,照明安裝功率同樣包括光源的功率、鎮(zhèn)流器或變壓器等附件功率。單位:W/(100lx·m2)。因此,表1～表6同時(shí)具有LPD值和單位照度功率密度值。3.2采用最佳折射方法確定當(dāng)前和標(biāo)度值的方案3.2.1設(shè)計(jì)水平離散計(jì)算將表1中單位照度功率密度轉(zhuǎn)換成圖1,從各數(shù)據(jù)分布情況看,天津泰達(dá)足球場(chǎng)和神戶(hù)體育場(chǎng)數(shù)據(jù)離散嚴(yán)重,不足以表明正常場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)水平,連同最小值一并去除,求得除峰平均值Lp=3.83?？紤]到體育場(chǎng)配合的復(fù)雜性,建議將單位照度功率密度現(xiàn)行值和目標(biāo)值定為1.35Lp=5.17和1.1Lp=4.21,即圖中紅線和綠線,現(xiàn)行值應(yīng)嚴(yán)格限制高能耗的場(chǎng)地照明系統(tǒng)。3.2.2研究制定目標(biāo)函數(shù)同理,將表2中單位照度功率密度轉(zhuǎn)換成圖2,從各數(shù)據(jù)分布情況看,南京奧林匹克體育場(chǎng)數(shù)據(jù)明顯偏大,重慶南川區(qū)體育場(chǎng)數(shù)據(jù)明顯偏小,不足以表明正常場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)水平,去除這兩個(gè)數(shù)值求得除峰平均值Lp=2.64?？紤]到體育場(chǎng)配合的復(fù)雜性,建議將單位照度功率密度現(xiàn)行值和目標(biāo)值定為1.35Lp=3.56和1.1Lp=2.90,即圖中紅線和綠線。同樣,現(xiàn)行值應(yīng)嚴(yán)格限制高能耗的場(chǎng)地照明系統(tǒng)。3.2.3改進(jìn)后的門(mén)威尼斯人高爾夫球場(chǎng)參數(shù)計(jì)算圖3是將表4中單位照度功率密度轉(zhuǎn)換成的散點(diǎn)圖,從中可以看出各體育館單位照度功率密度數(shù)據(jù)分布情況。澳門(mén)威尼斯人體育館由于要進(jìn)行NBA比賽,其單位照度功率密度較大,偏離正常數(shù)據(jù)。除峰平均值Lp=10.94。考慮到體育館的復(fù)雜性,建議將單位照度功率密度現(xiàn)行值和目標(biāo)值定為1.35Lp=14.77和1.1Lp=12.03,即圖中紅線和綠線。如前一致,高能耗的場(chǎng)地照明系統(tǒng)應(yīng)采用現(xiàn)行值加以嚴(yán)格限制。3.2.4n值的計(jì)算和相關(guān)的基圖4是將表5中單位照度功率密度轉(zhuǎn)換成的散點(diǎn)圖,從中可以看出各游泳館單位照度功率密度數(shù)據(jù)分布情況,圖中數(shù)據(jù)相對(duì)集中,按常規(guī)各去掉一個(gè)最高值和一個(gè)最低值,求得除峰平均值Lp=7.30?？紤]到游泳館的復(fù)雜性,建議將單位照度功率密度現(xiàn)行值和目標(biāo)值定為1.35Lp=9.90和1.1Lp=8.03,即圖中紅線和綠線。與前相同,現(xiàn)行值應(yīng)嚴(yán)格限制高能耗的場(chǎng)地照明系統(tǒng)。3.2.5上海旗忠高爾夫球場(chǎng)中心數(shù)據(jù)分析圖5是將表6中單位照度功率密度轉(zhuǎn)換成的散點(diǎn)圖,從中可以看出各網(wǎng)球場(chǎng)地單位照度功率密度數(shù)據(jù)分布情況,上海旗忠網(wǎng)球中心數(shù)據(jù)較離散,較其他場(chǎng)館明顯偏大,去除該離散點(diǎn),同時(shí)按常規(guī)去掉一個(gè)最低值,求得除峰平均值Lp=13.33?？紤]到網(wǎng)球場(chǎng)的復(fù)雜性,建議將現(xiàn)行值和目標(biāo)值定為1.35Lp=18.00和1.1Lp=14.66,即圖中紅線和綠線?，F(xiàn)行值的作用是嚴(yán)格限制高能耗的場(chǎng)地照明系統(tǒng)。4數(shù)據(jù)收集與管理綜上所述,將調(diào)查的體育場(chǎng)館單位照度功率密度數(shù)據(jù)匯總于表7。鑒于此,筆者提出了場(chǎng)地照明功率密度值要求,