軍校體育訓(xùn)練場館LED照明應(yīng)用研究

吳文龍，于德新，許才雄

(中國人民解放軍海軍潛艇學(xué)院,山東 青島 266199)

引言

綠色發(fā)展是中國特色體育發(fā)展新實(shí)踐的方向。在新發(fā)展理念的指引下，體育場館要按照節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的要求，實(shí)現(xiàn)反復(fù)利用、綜合利用、持久利用的目標(biāo)。當(dāng)前軍校體育訓(xùn)練場館照明中使用金屬鹵化物燈的情況較多。金鹵燈具有顯色性較好、壽命較長、性能較穩(wěn)定等特點(diǎn)，但是也存在啟動(dòng)時(shí)間較長、維護(hù)保養(yǎng)成本較高、智能控制較難等問題。隨著LED光源技術(shù)的進(jìn)步，LED照明應(yīng)用越來越廣泛。LED光源具有抗震性能好、開關(guān)時(shí)間短、發(fā)光效率高、使用壽命長、便于智能控制等特性[1]，在電氣特性上相較金鹵燈更具有優(yōu)勢。在軍校體育訓(xùn)練場館照明中應(yīng)用LED燈替代金鹵燈完全可行。

1 軍校體育訓(xùn)練場館的照明要求

軍校體育訓(xùn)練場館屬于國家體育場館的大范疇，其照明要求應(yīng)當(dāng)符合國家通行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，此外，軍校體育訓(xùn)練場館與其他院校體育場館或社會(huì)商業(yè)化場館的運(yùn)行保障存在明顯不同，應(yīng)當(dāng)考慮由此帶來的差異化要求。

1.1 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求

《體育場館照明設(shè)計(jì)及檢測標(biāo)準(zhǔn)》及《體育照明使用要求及檢驗(yàn)方法》是體育場館照明的主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范依據(jù)。按場館使用功能及電視轉(zhuǎn)播要求，照明分為健身業(yè)余訓(xùn)練、業(yè)余比賽專業(yè)訓(xùn)練、專業(yè)比賽等不同級(jí)別，分級(jí)情況[2]如表1所示。

表1 體育場館照明分級(jí)Table 1 The stadium lighting classification

在照明分級(jí)的基礎(chǔ)上，按照運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的不同，各分項(xiàng)體育場館均有對(duì)應(yīng)的照明標(biāo)準(zhǔn)，以游泳館為例，場地照明標(biāo)準(zhǔn)[2-4]如表2所示。

表2 游泳館場地照明標(biāo)準(zhǔn)值Table 2 The standard value of natatorium lighting

表2中包含水平照度Eh、垂直照度Ev(區(qū)分主輔攝像機(jī)方向Evmai、Evaux)、照度均勻度U(區(qū)分最小照度與最大照度之比U1和最小照度與平均照度之比U2)、顯色指數(shù)(Ra、R9)、相關(guān)色溫Tcp等多個(gè)指標(biāo)。隨著照明等級(jí)的提高，照度及均勻度等指標(biāo)相應(yīng)提高，對(duì)于無電視轉(zhuǎn)播的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)照明，水平照度最為關(guān)鍵，而對(duì)于有電視轉(zhuǎn)播的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)照明，垂直照度及顯色指數(shù)更為重要。

1.2 軍校體育訓(xùn)練使用特點(diǎn)

由于軍校培訓(xùn)任務(wù)的特殊性，院校體育訓(xùn)練場館功能定位以保障相關(guān)教學(xué)訓(xùn)練考核為中心工作，兼顧保障內(nèi)部教職員工學(xué)員健身鍛煉及業(yè)余賽會(huì)，體育訓(xùn)練場館常年不間斷運(yùn)行，一般不對(duì)外單位及外來人員開放，每日開放時(shí)段相對(duì)集中，一般無電視轉(zhuǎn)播需求。根據(jù)上述使用特點(diǎn)，參照Ⅰ、Ⅱ級(jí)體育場館照明等級(jí)，結(jié)合各分項(xiàng)體育場館保障的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，可以得到軍校體育訓(xùn)練場館的照明標(biāo)準(zhǔn)以滿足日常照明要求，如表3所示。

表3 軍校體育訓(xùn)練場館照明標(biāo)準(zhǔn)值Table 3 The standard value of military academy sports training venues lighting

表3中包含水平照度及均勻度、顯色指數(shù)、相關(guān)色溫、眩光指數(shù)等指標(biāo)，日常教學(xué)訓(xùn)練及健身鍛煉應(yīng)滿足Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，重要考核及業(yè)余賽會(huì)應(yīng)滿足Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2 典型軍校體育訓(xùn)練場館照明改造

體育訓(xùn)練場館照明燈具的布置應(yīng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的特點(diǎn)和場地的特征確定。軍校室外體育訓(xùn)練場地多采用兩側(cè)布燈、四角布燈，混合布燈較為少見；體育訓(xùn)練館多采用頂部布燈、兩側(cè)布燈，混合布燈較為少見。以某院校為例，網(wǎng)球籃球場地采用兩側(cè)布燈，燈具與燈桿結(jié)合，以簇狀集中形式布置在場地兩側(cè)，如圖1所示。田徑場采用四角布燈，燈具以集中形式與燈桿結(jié)合布置在場地四角，如圖2所示。乒乓球館采用頂部布燈，燈具布置在場地上方，光束垂直于場地平面，如圖3所示?；@球羽毛球館采用兩側(cè)布燈，燈具布置在場地兩側(cè)，光束非垂直于場地平面，如圖4所示。

圖1 兩側(cè)布燈的室外球場Fig.1 The outdoor court with lighting on both sides

圖2 四角布燈的田徑場Fig.2 The athletic field with quadrangular lighting

圖3 頂部布燈的乒乓球館Fig.3 The table tennis hall with lighting on the top

圖4 兩側(cè)布燈的籃球羽毛球館Fig.4 The basketball and badminton hall with lighting on both sides

2.1 田徑場照明替代改造

某田徑場建成于2015年，為標(biāo)準(zhǔn)半圓式400 m塑膠跑道田徑場，內(nèi)含105 m×68 m標(biāo)準(zhǔn)足球場，是院區(qū)內(nèi)軍事體育相關(guān)教學(xué)訓(xùn)練考核及教職員工健身鍛煉開展的保障場地。該場地四角布燈照明包含4組20 m塔式高桿燈，原每組各安裝12盞1 000 W的金鹵燈。2018年底至2019年初，金鹵燈陸續(xù)達(dá)到使用壽命上限，損壞數(shù)量較多，已無法滿足夜間教學(xué)訓(xùn)練考核要求。替代改造如圖5所示，將全部金鹵燈更換為400 W LED燈(標(biāo)稱色溫為5 700 K，平均壽命為40 000 h)，在原燈位更換LED燈，加入照明亮度控制，改進(jìn)定時(shí)調(diào)控方式實(shí)現(xiàn)集控。

圖5 田徑場照明改造Fig.5 The athletic field lighting altering

2.2 籃球羽毛球館照明替代改造

某體育訓(xùn)練館建成于2015年，其中籃球羽毛球館使用面積為1 750 m2，建筑高度為20 m，內(nèi)含1個(gè)28 m×15 m的標(biāo)準(zhǔn)籃球場、4個(gè)13.4 m×6.1 m的標(biāo)準(zhǔn)羽毛球場，館內(nèi)兩側(cè)設(shè)有看臺(tái)，是校隊(duì)相關(guān)訓(xùn)練比賽及院內(nèi)教職員工健身鍛煉開展的保障場地。該場館兩側(cè)布燈照明原包含120盞400 W金鹵燈，分別安置在場館上方兩側(cè)馬道。2018年底至2019上半年，金鹵燈陸續(xù)達(dá)到使用壽命上限近半數(shù)損壞，已無法滿足日常訓(xùn)練使用要求。替代改造如圖6所示，將60盞金鹵燈更換為240 W LED燈(標(biāo)稱色溫為6 500 K，平均壽命為40 000 h)，在原燈位更換LED燈。

圖6 籃球羽毛球館照明改造Fig.6 The basketball and badminton hall lighting altering

3 照明效果實(shí)測及分析

針對(duì)軍校體育訓(xùn)練場館的照明要求，采用中心點(diǎn)法[2，5]重點(diǎn)對(duì)照明替代改造后的場館水平照度及照度均勻度進(jìn)行檢測。將測量區(qū)域劃分成矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格宜為正方形，測點(diǎn)應(yīng)布置在每個(gè)網(wǎng)格的中心點(diǎn)上，參考高度取1 m，如圖7所示，其中“o”為測點(diǎn)(下同)。

圖7 中心點(diǎn)法測量照度示意圖Fig.7 The schematic diagram of illuminance measurement with the central point method

3.1 田徑場燈光替代效果實(shí)測及分析

田徑場照度測量網(wǎng)格點(diǎn)按圖8確定，場地測量區(qū)域尺寸為181 m×102 m，涵蓋了田賽及徑賽區(qū)域(或球場+跑道區(qū)域)，測量網(wǎng)格為10 m×10 m，根據(jù)“在照明裝置軸線對(duì)稱或完全對(duì)稱布置的場地可只測1/2場地”[2]，可對(duì)紅色框線內(nèi)區(qū)域測量網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行測量，以適當(dāng)減少工作量。

圖8 田徑場照度測量網(wǎng)格點(diǎn)布置圖Fig.8 The layout diagram of athletic field illuminance measurement grid points

如圖9所示，經(jīng)實(shí)測計(jì)算并結(jié)合軍校體育訓(xùn)練場館的照明標(biāo)準(zhǔn)，田徑場日常教學(xué)訓(xùn)練及健身鍛煉照明模式下最小水平照度為82 lx，最大水平照度為345 lx，平均水平照度為207 lx，水平照度均勻度U2為0.4，滿足Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；重要考核及業(yè)余賽會(huì)照明模式下最小水平照度為175 lx，最大水平照度為575 lx，平均水平照度為345 lx，水平照度均勻度U2為0.51，滿足Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖9 田徑場實(shí)測情況Fig.9 The Athletic field measuring situation

在滿足Ⅱ級(jí)照明標(biāo)準(zhǔn)的前提下，以田徑場年均每天4 h燈光保障、電費(fèi)價(jià)格為0.6元/kWh為例，分析替代改造前后經(jīng)濟(jì)性差異。

表4 田徑場照明改造前后情況Table 4 The situation before and after of athletic field lighting altering

3.2 籃球羽毛球館燈光替代效果實(shí)測及分析

以館內(nèi)籃球場為例，照度測量網(wǎng)格點(diǎn)按圖10確定，場地測量區(qū)域尺寸為28 m×15 m，測量網(wǎng)格為2 m×2 m，對(duì)1/2場地區(qū)域測量網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行測量。

圖10 籃球場照度測量網(wǎng)格點(diǎn)布置圖Fig.10 The layout diagram of basketball court illuminance measurement grid points

如圖11所示，經(jīng)實(shí)測計(jì)算并結(jié)合軍校體育訓(xùn)練場館的照明標(biāo)準(zhǔn)，籃球場照明替代改造后重要考核及業(yè)余賽會(huì)照明模式下最小水平照度為460 lx，最大水平照度為1 150 lx，平均水平照度為702 lx，水平照度均勻度U1為0.4、U2為0.65，滿足Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖11 籃球場實(shí)測情況Fig.11 The basketball court measuring situation

在滿足Ⅱ級(jí)照明標(biāo)準(zhǔn)的前提下，以籃球場年均每天5 h燈光保障、電費(fèi)價(jià)格0.6元/kWh為例，如表5所示。60盞LED燈年均可節(jié)約用電量17 520 kWh、節(jié)省電費(fèi)10 512元，若考慮后續(xù)60盞金鹵燈陸續(xù)到壽更換，替代改造的節(jié)能效果將更為顯著。計(jì)算得出靜態(tài)投資回收期為1.88年。

表5 籃球場照明改造前后情況Table 5 The situation before and after of basketball court lighting altering

4 結(jié)語

通過對(duì)典型軍校體育訓(xùn)練場館照明的改造，驗(yàn)證了LED燈可以替代金鹵燈滿足日常教學(xué)訓(xùn)練考核賽會(huì)照明要求。在滿足相同照度指標(biāo)的前提下，基本保留原照明配電系統(tǒng)，只在原燈位更換LED燈，同一場館內(nèi)的LED燈比金鹵燈節(jié)能40%～60%，與文獻(xiàn)[6，7]中的節(jié)能率一致；若后續(xù)采用整體設(shè)計(jì)，LED照明系統(tǒng)安裝功率可減少70%～80%[8]，節(jié)能優(yōu)勢將更為明顯。由于LED燈屬于固態(tài)光源，結(jié)構(gòu)緊湊、壽命較長、智能控制便捷，應(yīng)用于軍校體育訓(xùn)練場館照明可顯著節(jié)約運(yùn)行維護(hù)成本，更易營造不同使用場景的光環(huán)境，為軍校體育訓(xùn)練場館照明的運(yùn)行、管理和維護(hù)的創(chuàng)新提供了更多可能性，具有廣闊的應(yīng)用前景。