體育建筑照明節(jié)能關鍵點分析

王建華

(中科院建筑設計研究院有限公司，北京 100190)

體育建筑照明節(jié)能關鍵點分析

王建華

(中科院建筑設計研究院有限公司，北京 100190)

通過對體育建筑照明節(jié)能的關鍵點進行分析，提出包括執(zhí)行建筑照明設計標準、推進半導體照明、結合物聯(lián)網(wǎng)升級為智慧照明等一系列節(jié)能策略，并在可再生能源利用方面，提出體育建筑在有條件的情況下充分利用太陽能能源的倡議。

體育建筑 照明節(jié)能 智慧照明 太陽能光伏

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，體育運動已成為人們生活的重要組成部分，體育場館的建設也越來越多，體育建筑節(jié)能的需求日益彰顯。不論是國家級還是市(縣)級體育建筑，亦或是校園體育建筑，均擔負著公益性功能，其建設當貫徹“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念，充分發(fā)揮公共機構的示范引領作用。

而在如今能源緊缺的大環(huán)境下，在建筑電氣的設計中如何有效做到綠色節(jié)能是當今設計師應著重思考的問題，因此，本文著重分析體育建筑的照明節(jié)能關鍵措施，以起到拋磚引玉的作用，為相關設計提供一些參考。

1 綠色節(jié)能為目標

為深入推進節(jié)能工作，國家發(fā)展與改革委員會制定了《公共機構節(jié)約能源資源“十三五”規(guī)劃》，明確提出要開展綠色建筑行動，推動博物館、科技館、體育館等建筑新建項目全面執(zhí)行工程建設節(jié)能強制性標準和綠色建筑標準，鼓勵建設超低能耗綠色建筑，創(chuàng)造高效、節(jié)能、舒適的建筑空間和城市空間。

其中，體育建筑損耗量大，常被用作可持續(xù)建筑的反面典型。在體育建筑的建設中，突出使用功能的同時還要體現(xiàn)地域特征和時代風貌，并盡力做到節(jié)能、環(huán)保、低碳。這就意味著項目在規(guī)劃、設計、施工和運營階段就要在節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)各方面都要做到極致，以著力提供功能適用、經(jīng)濟合理、安全可靠、技術先進、環(huán)境協(xié)調(diào)的建筑產(chǎn)品。

但在我國綠色建筑標識評定中卻普遍存在一些問題，如相關專業(yè)的配合不夠和諧，造成相關技術不匹配；有技術堆砌傾向，采用主動節(jié)能措施運用較多，被動節(jié)能技術較少。因此，確立以綠色建筑為目標和以多專業(yè)協(xié)同規(guī)劃設計為打造綠色建筑的前提，可避免因項目前期考慮不足導致后期被動改造造成成本增大。

2 新標準引導照明節(jié)能

照明系統(tǒng)是體育建筑電氣設計的一大核心系統(tǒng)，也是較大的電能消耗單元之一。而照明系統(tǒng)的節(jié)能，是在滿足不同運動項目和觀眾觀看要求以及多功能照明要求的前提下，盡可能少地消耗能源。體育建筑尤其體育場館的照明設計，首要原則是執(zhí)行適當且合理的建筑照明節(jié)能標準。標準是建筑照明節(jié)能的引領者。

確定合適的照明需求，應選擇適當?shù)恼斩葮藴手岛驼彰鞣绞?，嚴格控制照明功率密度值。不僅要根據(jù)國家規(guī)范和使用要求為體育建筑分級，體育建筑內(nèi)的場館還應根據(jù)使用功能和是否有電視轉(zhuǎn)播要求進行使用功能的分級(詳見表1)。過高或過低的定位分級都不利于建筑照明的節(jié)能。

表1 體育場館使用功能分級

不同的運動項目和使用功能等級，要求的照度標準不同且差別很大，具體分級詳見表2。

表2 體育場館水平照度(單位：lx)

全面執(zhí)行GB 50034-2013《建筑照明設計標準》以來，建筑照明節(jié)能有了很大成效。其中照明功率密度LPD值起著至關重要的作用，標準中有更加嚴格的要求。與2004版相比，2013版很多場所照度水平?jīng)]有變化，但LPD的現(xiàn)行值和目標值均有明顯降低，體育照明也相應降低，需滿足JGJ 354-2014《體育建筑電氣設計規(guī)范》的相關要求，該規(guī)范第19.3.1條規(guī)定了乙級及以上等級的體育建筑，其場地照明單位的照明功率密度值宜符合表3的規(guī)定。

表3 場地照明單位照度功率密度值

另外，體育建筑內(nèi)場館照明不僅關注場地水平照度、照度均勻度、色溫、顯色指數(shù)、眩光等參數(shù)，Ⅳ級及以上等級滿足電視轉(zhuǎn)播的照明技術要求，對照度均勻度、垂直照度及立體感、光源的顯色性及色溫等指標均有特定的要求。 體育建筑的照明設計，要綜合考慮體育建筑等級分級、不同使用功能分級、不同運動項目的照度要求、不同場地的單位功率密度限值，因此必須要選擇好對應的標準，控制場地照明燈具的數(shù)量，避免不必要的投資，節(jié)省運行成本，從而節(jié)省能源。

3 新光源支撐照明節(jié)能

采用高效的照明光源是照明節(jié)能的主要手段。LED推進了照明產(chǎn)品的更新?lián)Q代和照明行業(yè)的發(fā)展，隨著大功率LED產(chǎn)品技術的成熟，LED體育照明也被越來越多的體育場館采用?，F(xiàn)階段常用的節(jié)能光源及各光源的技術參數(shù)比較詳見表4。

表4為2015年的數(shù)據(jù)，引入了光源的綜合能效來評價，綜合了光效與壽命兩個指標。對于光效較高、壽命較短的光源，更換光源也將造成生產(chǎn)、運輸和銷售全過程的能源浪費，所以引入光源的綜合能效來評價。

表4 節(jié)能光源技術參數(shù)對比

從綜合能效看，高頻無極燈與LED同為綠色電光源的新秀，但光效有待提高，且有電磁干擾。而且，高頻無極燈常規(guī)用到的最大功率是165W，超過這個功率對泡體和電源的要求很高，價格也相應偏高，不容易做到，這樣的設計結構無法實現(xiàn)向大功率、超大功率燈具的發(fā)展。

表4中綜合能效最高的低頻無極燈是低電壓放電感應發(fā)光面光源，適合大功率功能照明，如工廠照明和體育場館照明，基本無電磁干擾，就成本來說，隨著大批量生產(chǎn)，價格將與傳統(tǒng)光源持平甚至可能更低，從而為推廣應用創(chuàng)造條件。

LED的內(nèi)在特征決定了它是可代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源的最理想的光源：體積小、耗電量低、使用壽命長、高亮度且極為環(huán)保；LED光源是半導體技術電子產(chǎn)品，具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點，充分體現(xiàn)照明領域節(jié)能化、智能化、智慧化的照明發(fā)展趨勢。雖然在LED照明應用中仍然面臨著一些急需解決的問題,如散熱技術和生產(chǎn)過程能耗極高的問題，但隨著核心技術領域的突破，推廣應用前景廣闊。

“十三五”期間，我國節(jié)能需求迫切，半導體照明是我國實現(xiàn)綠色發(fā)展目標的現(xiàn)實選擇。半導體照明與其他技術的融合，不斷催生出新的應用，是多學科多領域交叉融合的完美體現(xiàn)。北京市綠色照明實施工程的重要任務之一是推進LED前沿重大技術攻關，推動LED技術、信息技術與重大科技創(chuàng)新進行融合發(fā)展。

與任何光源相比，天然光的利用都是無限環(huán)保的，需要注意的是，正式比賽不允許采用天然光照明。但是可以在體育場館屋頂采用導光管采光系統(tǒng)，通過系統(tǒng)對自然光的處理，讓運動員們不易出現(xiàn)視覺疲勞，同時也減少了用于白天照明的能源消耗。

4 新技術推進智慧照明

體育館照明設計重點是場地照明。要滿足各種體育項目比賽的要求，要利于運動員技術水平的發(fā)揮、觀眾席上各方位的觀看效果及裁判員的正確評判等。對有多功能使用要求的體育館，除上述要求外，還要滿足專業(yè)及業(yè)余訓練、文娛演出、集會活動等各種使用要求。因此，場地照明是一項功能性強、技術性高、難度較大的設計。

要求照明節(jié)能，是要滿足對照明質(zhì)量和視覺環(huán)境條件的更高要求，不能靠降低照明標準來實現(xiàn)節(jié)能，而是要通過運用現(xiàn)代技術手段提高照明設計方法和水平，采取方便靈活的照明控制措施是減少能耗的有效方法，以最大限度地減少無謂的消耗。

體育場館內(nèi)場地照明應設置多種亮燈模式，根據(jù)需要靈活地實現(xiàn)各種比賽要求，應按照比賽要求來分級控制，大型場館更要求做到單燈控制。觀眾席也應該實現(xiàn)多種不同的燈光場景。最好的解決辦法是采用智能照明控制系統(tǒng)來優(yōu)化照明系統(tǒng)的運行模式，通過其靈活組合來創(chuàng)造出不同的印象和效果，滿足不同的燈光效果需要，進而最大限度地節(jié)約能源。

結合當今的物聯(lián)網(wǎng)技術，可以形成一個基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧照明生態(tài)體系，采用物聯(lián)網(wǎng)技術的傳感模塊，將模塊嵌入在燈具里，在實現(xiàn)極致節(jié)能的同時提升用戶照明體驗，使其既能“思考”又能“判斷”，并且還可另外設定其他應用，例如可設定隨時可調(diào)的亮燈模式等。智能照明結合物聯(lián)網(wǎng)技術，升級到智慧照明技術，體現(xiàn)當今照明技術最新進展，特點鮮明，往后將有更大的突破。

5 可再生能源利用

在建筑物上，太陽能的光伏發(fā)電系統(tǒng)比起水能、生物質(zhì)能、風能等其他可再生能源，是最為方便可行的。體量巨大的體育建筑，通常采用玻璃幕墻和鋼結構屋頂，空間高大、外表面積大，具備建立太陽能光伏發(fā)電的客觀條件。在太陽能資源豐富的地區(qū)，體育建筑與光伏發(fā)電技術相結合，社會效益十分巨大。因此只要有可能，最好建設太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。我國太陽能利用技術發(fā)展迅速，但因涉及多專業(yè)的綜合，在體育建筑的應用還不廣泛。

某著名的國家級體育場項目，采用了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，但在考慮太陽能電池板安裝位置時，經(jīng)過了與各專業(yè)的多輪方案比選分析，最后確定采用投資比較適中、不影響建筑美觀、安裝在安檢廳屋面的方式，發(fā)電功率較小，用于把電能儲存在蓄電池里夜里消費。

但最好的方案是采用即發(fā)即用的形式，白天的發(fā)電量全部被建筑物當下的用電負荷平衡掉。因此，建設項目能否采用這些新能源技術需要綜合各種因素，需要各建設方及各專業(yè)協(xié)同統(tǒng)籌考慮才能實現(xiàn)。

隨著太陽能技術的提高和成本的不斷下降，將有越來越多的體育建筑配備光伏系統(tǒng)。一些建筑的光伏系統(tǒng)所收集的太陽能甚至要比本身日常使用的電力還要多。雖然利用新能源技術性已不是主要問題，但在經(jīng)濟性和專業(yè)協(xié)作性方面仍存在問題。未來新能源技術和可再生能源的應用一定會有很大的發(fā)展。

6 結束語

以上是筆者對體育建筑照明節(jié)能關鍵點的思考和分析，也提出了體育建筑在有條件的情況下充分利用太陽能的倡議。優(yōu)化的體育建筑照明設計與前瞻性的優(yōu)越技術相結合，為建筑物創(chuàng)造良好照明環(huán)境的同時將促進電能的合理利用。由于篇幅有限，僅是初步探索，有待深入研究和完善，歡迎同行們批評指正或進行研究討論。

[1] 王璞.淺淅綠色建筑與節(jié)能建筑[J].建筑工程技術與設計,2015 (20).

[2] 田啟明.新計算時代下的節(jié)能管理研究[J].建筑電氣,2014(12):24-27.

[3] 胥正祥.體育場(館)照明設計(二)[J].智能建筑與城市信息,2004(3):26-32.

[5] 李聯(lián)寧.物聯(lián)網(wǎng)安全導論[M].北京：清華大學出版社,2013.

[6] 王建華.某金融中心綠色建筑電氣節(jié)能技術研究[J].智能建筑電氣技術,2016,10(4):66-71.

[7] 崔清新.公共機構節(jié)約能源資源“十三五”規(guī)劃[J].工程建設標準化,2016(7):24-24.

Analysis on Key Points of Energy Saving for Sports Building Lighting

Wang Jianhua

Through analyzing the key points of the sports building energy-saving lighting, a series of energy-saving strategy are put forward, which including the implementation of proposed architectural lighting design standards, promoting the semiconductor lighting, upgrading for smart lighting combined with networking, and in the use of renewable energy, there is a proposal that the suggestion of using solar energy fully under the condition of sports buildings.

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