院校體訓場館LED 燈替代金鹵燈的應用研究

吳文龍，高建亭，張科迪

（海軍潛艇學院教研保障中心，山東 青島 266199）

1 金鹵燈與LED 燈的特性差異

金鹵燈是在高壓汞燈基礎上添加各種金屬鹵化物制成的光源，采用交流電源工作，在汞和稀有金屬的鹵化物混合蒸氣中產(chǎn)生電弧放電發(fā)光。LED 燈利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，采用直流電源工作。當兩端施加正向電壓時，半導體中的載流子發(fā)生復合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光。LED 燈與金鹵燈的主要特性差異[1]如表1 所示。可以看出，LED 燈相較金鹵燈在電氣特性上具有優(yōu)勢，具備替代應用的可行性。

2 院校體訓場館的照明要求

院校體訓場館屬于國家體育場館的大范疇，其照明要求應當符合國家通行的行業(yè)標準。除此之外，院校體訓場館與地方院校或社會商業(yè)化場館的運行保障存在明顯不同，應當考慮上述因素帶來的差異化要求。

2.1 符合行業(yè)標準規(guī)范

《體育場館照明設計及檢測標準》及《體育照明使用要求及檢驗方法》是體育場館照明的主要標準規(guī)范依據(jù)。按場館使用功能和電視轉播要求，照明分為健身業(yè)余訓練、業(yè)余比賽專業(yè)訓練以及專業(yè)比賽等不同級別。分級情況[2]如表2 所示。

在照明分級的基礎上，按照運動項目的不同，各分項體育場館均有對應的照明標準，其中包含水平照度Eh、垂直照度Ev、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）以及相關色溫Tcp等多個指標。隨著照明等級的提高，照度及均勻度等指標相應提高。對于無電視轉播的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級照明，水平照度最為關鍵；而對于有電視轉播的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級照明，垂直照度和顯色指數(shù)更重要。

2.2 適應院校使用特點

由于院校培訓任務的特殊性，院校體訓場館功能定位以保障相關教學訓練考核為中心工作，兼顧保障內部教職員工學員健身鍛煉和業(yè)余賽會。體訓場館常年不間斷運行，一般不對外單位及外來人員開放，每日開放時段相對集中，一般無電視轉播需求。根據(jù)上述使用特點，參照Ⅰ、Ⅱ級體育場館照明等級，結合各分項體育場館保障的運動項目，可以得到院校體訓場館的照明標準以滿足日常照明要求，如表3 所示。

表3 中包含水平照度、均勻度、顯色指數(shù)、相關色溫以及眩光指數(shù)等指標。日常教學訓練和健身鍛煉應滿足Ⅰ級標準，重要考核和業(yè)余賽會應滿足Ⅱ級標準。

3 體訓場館照明現(xiàn)狀及替代改造

體訓場館照明燈具的布置應根據(jù)運動項目的特點和場地的特征確定。院校室外體訓場地多采用兩側布燈、四角布燈，混合布燈較為少見；體訓館多采用頂部布燈、兩側布燈，混合布燈較為少見。

3.1 田徑場照明替代改造

某田徑場為標準半圓式400 m 塑膠跑道田徑場，內含105 m×68 m 標準足球場，是院區(qū)內軍事體育相關教學訓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)達到使用壽命上限，損壞數(shù)量較多，已無法滿足夜間教學訓練考核要求。將全部金鹵燈更換為400 W LED 燈，在原燈位更換LED 燈，加入照明亮度控制，改進定時調整方式實現(xiàn)集控。

表1 金鹵燈與LED 燈特性比較

表2 體育場館照明分級

表3 院校體訓場館照明標準值

3.2 籃球羽毛球館照明替代改造

某體訓館中籃球羽毛球館使用面積為1 750 m2，建筑高度為20 m，內含1 個28 m×15 m 的標準籃球場和4個13.4 m×6.1 m的標準羽毛球場。館內兩側設有看臺，是校隊相關訓練比賽和院內教職員工健身鍛煉開展的保障場地。該場館兩側布燈照明原包含120 盞400 W金鹵燈，分別安置在場館上方兩側馬道。2018年底至2019 上半年，金鹵燈陸續(xù)達到使用壽命上限近半數(shù)損壞，已無法滿足日常訓練使用要求。因此，將60 盞金鹵燈更換為240 W LED 燈，在原燈位更換LED 燈。

4 效果實測及分析

以館內籃球場為例，采用中心點法[3-4]重點對照明替代改造后的場館水平照度和照度均勻度進行檢測。將測量區(qū)域（28 m×15 m）劃分成正方形網(wǎng)格（2 m×2 m），測點布置在每個網(wǎng)格的中心點上，參考高度取1 m，照度測量網(wǎng)格點按圖1 確定，其中“o”為測點。根據(jù)“在照明裝置軸線對稱或完全對稱布置的場地可只測1/2 場地”[2]的原則，對1/2 場地區(qū)域測量網(wǎng)格點進行測量。

圖1 籃球場照度測量網(wǎng)格點布置圖

如圖2 所示，經(jīng)實測計算，結合院校體訓場館的照明標準，籃球場照明替代改造后重要考核和業(yè)余賽會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級標準。

圖2 實測情況

在滿足Ⅱ級照明標準的前提下，以籃球場年均每天5 h 燈光保障、電費價格0.6 元/kW·h 為例，改造前后的情況如表4 所示。

價格方面，隨著技術的日趨成熟，滿足同等照明效果的LED 燈已比金鹵燈形成優(yōu)勢。節(jié)能方面，60盞LED 燈年均可節(jié)約用電量17 520 kW·h，節(jié)省電費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)能效果將更顯著。耐用方面，金鹵燈標稱的使用壽命一般為10 000 h，而LED 燈在50 000 h 以上，且金鹵燈每半年應有例行檢修日，LED 燈維護檢修要求相較更低，替代改造更有利于后期設備運維。

表4 籃球場照明改造前后情況

5 結 論

通過對典型院校體訓場館照明的替代改造試點應用，驗證了LED 燈可以替代金鹵燈滿足日常教學訓練考核賽會照明要求。在滿足相同照度指標的前提下，基本保留原照明配電系統(tǒng)，只在原燈位更換LED 燈，同一場館內的LED 燈比金鹵燈節(jié)能40%～60%。若后續(xù)LED 照明系統(tǒng)采用整體統(tǒng)一設計，節(jié)能優(yōu)勢還將更明顯。由于LED 燈屬于結構緊湊的固態(tài)光源，平均壽命遠超金鹵燈，可顯著節(jié)約使用維護成本。此外，LED燈作為半導體器件，可與信息技術進行深度融合，具有廣闊的應用前景，因此應積極推廣使用，推動院校體訓場館照明運行、管理和維護的改革創(chuàng)新。