體育場館照明中大功率LED燈的應用

管 越

南京市建筑設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210000

0 引言

我國現代建筑照明系統正逐漸向高效、節能的方向發展，對燈具提出了更高的要求，不僅要滿足建筑對照明的需求，還必須節約能源。在此背景下，體育場館需要對照明系統進行優化、完善。

1 體育場館照明功能定位

對于照明設計，按照國家相關部門關于體育競賽場館的建設指標，必須保證體育場館的照明均勻度、水平照度、光源色溫、垂直照度、顯色性等多個指標達到要求，考量相關指標并進行判斷。其中，水平照度是體育場館照明設計中極為重要的指標，需要引起重視。在體育場館照明設計中，應按照指標要求確定設計的主體內容，根據體育場館的使用功能定位不同，對其照明設置與照明等級劃分也會有所差異[1-2]。在照明設計中必須確定體育場館的功能需求，掌握體育場館實際用途以及運動項目對照明的使用要求，在此基礎上進行照明設計，由此確保照明設計的各項參數均能滿足場館體育活動運動需要。

以下以國家奧林匹克體育中心（以下簡稱奧體中心）為例分析體育場館照明功能。奧體中心是一所多功能的綜合性體育場館，內部包含諸多運動區，場館總建筑面積超過30 000 m2，擁有多達38 000個觀眾席位。從功能層面來講，體育場館是田徑、足球等賽事的開展場地，同時需要在體育場館內轉播體育比賽，因而需結合體育場館照明方面給出的要求，按照體育場館的等級劃分與檢測標準，按照4級標準進行設計以達到足球比賽對照明的要求，按照5級照明設計等級標準，使場館照度滿足田徑比賽對燈光的要求。

在體育中心設置方面應該按照《體育場館照明設計及檢測標準》（JGJ 153—2016）進行分級設置，照明設計需要分析體育場館是否包含電視轉播，如需具有電視轉播的功能，則TV轉播國家比賽需要按照4級等級進行照明設計，TV轉播國際比賽與重大國家比賽需要進行5級等級設計照明，HDTV轉播國際比賽或重大國家比賽需要按照5級設計標準對燈光照明進行設計。對于沒有電視轉播的體育場館，在燈具照明上，業余訓練健身需要按照1級燈光照明等級進行設計，專業訓練與業余比賽按照2級燈光照明等級進行設計，三級比賽按照3級燈光照明等級進行設計。

我國很多城市的體育場館建筑使用金屬鹵化物燈具，雖然此類燈具會在使用中消耗大量的能量，但還是很多設計人員的首選。原因是LED燈具存在光衰問題，且散熱表現較差。這也是我國早期市場中LED燈具難以在城市體育場館照明領域得到全面推廣的原因。目前，我國LED技術水平正不斷提升，以往燈具存在的光衰、眩光與散熱等問題相繼得到解決，同時已在部分體育場館中應用，如網球、籃球等專業體育館[3]。

2 大功率LED燈具在體育場館的應用案例

文章以某體育場館為例，分析改造工程中關于燈光方面的內容。該體育館是一座功能較多的綜合性場館。

2.1 體育場館改造前的照明情況

該體育場館在初期建設時，在照明設計上確定燈具為中心賽事照明常用的金屬鹵化物燈。考慮到體育館比賽活動對燈具照明的使用需求，對該體育館照明情況進行調研，可知其所選的燈具單燈功率為1 kW，共計使用88盞高壓鈉燈，而供電電源將電壓等級定在AC 380 V。隨著我國建設的發展，對照明的要求有了一定的變化，體育場館應根據目前照明技術的提升進行思考，選擇新型燈具產品。因此，替換場館內燈具不僅是對提高場館內水平照度的考慮，也是出于現實層面的考慮。目前AC 380 V供電電源電壓等級的燈具已經停產，故對場館內的燈具進行替換，選擇AC 220 V供電電源電壓等級的燈具。從場館照明需求層面出發，在體育館內安置金屬氯化物燈120盞，單燈功率為480 W，按照行列進行布設，一個單元有3盞燈，由一個開關統一進行控制。在燈具設計階段，均按照體育場館賽事活動對照明燈具功能使用提出要求，選擇燈具類型，確定燈具數量與單燈的功率。

體育場館進行照明設計，按照照明設計與檢測標準文件進行，根據體育場館的使用功能核對場館照明設計標準，按照功能分級設計照明方案內容，使用專業測量儀器對照明情況進行分析，發現體育場館使用的照明燈具其平均照度為364 lx，最小與最大照度分別是631 lx、209 lx，而照明燈具的平均能耗超過35 W/m2。根據測量得到的數據可以與相關文件對體育場館照明設計等級標準進行比較，通過雙方數據比對發現，目前所用的照明方案無法達到設計要求，平均照度與標準相差較大。此外，該體育場館照明均勻度也無法達到標準層級，照明僅可以滿足TV轉播、業余比賽和一般訓練項目，無法使體育場館達到承接大型體育賽事的標準，因此必須對體育場館照明系統進行調整。

2.2 體育場館改造后的照明效果

按照關于體育場館照明設計與檢測標準的要求，我國大部分體育廣場的照明均勻度無法滿足大型體育賽事的開辦需要。針對此類情況，必須對體育廣場照明項目進行改造，根據體育廣場的照明現狀，以及相關照明設計與檢測標準的要求，確定設計的核心內容。按照該項目改造與建設訴求，在原體育場館中增加具備現代審美風格的副館，功能定位為武術訓練場地。在場館副館項目啟動后，在建設初期對建筑的區域進行考察，收集場館所在地的氣候環境信息，同時考量體育場館照明系統的改造內容，分析場館中需要選擇的光源類型，對照明的各類參數進行深入細致的分析。

目前，該體育場館所用的燈具均為金屬鹵化物燈，其在照明照度方面沒有達到規定標準，還會在使用中耗費大量的電能，并且不適合后期維護工作的開展，容易出現發熱問題，從而遺留隱患。在設計環節，需要根據實際狀況對體育場館的照明進行調整，增設副館并確定副館的照明需求與使用功能等級，選擇LED燈具作為照明光源，將其安置在體育場館中，并根據活動項目的需求設計LED燈具的數量與擺放位置。副館場地的寬、長、高分別為15.3 m、9.66 m、9 m。在場館照明設計期間必須協調場館整體設計與照明設計，使雙方不會存在沖突。場館的外墻按照設計需要定為現代玻璃幕墻，將LED燈具單盞功率設定在200 W，選擇DC 36 V供電電源，按照實際空間確定LED燈具排列方式。燈具與距離地面相距約8 m，每行列安置20盞LED燈，同時根據燈具使用要求，將燈具的開啟模式設置為全開模式、節能模式與順序模式。在場館運行期間通過智能控制程序，結合運動項目的使用要求，調換3種工作模式。在智能控制程序運作下對照明系統進行合理的控制，由此滿足體育場館各類運動項目對照明的功能需求。

確定體育場館照明改造方案內容，按照方案要求進行改造，然后使用專業測量儀器研究改造后燈具的使用情況。根據研究得出的結果，體育場館使用LED燈具的最大照度與最小照度分別為1 289 lx、261 lx，平均照度超過685 lx，照明系統的能耗控制在14 W/m2，場館內的照度可以達到體育場館照明設計要求，同時降低了能耗，遠低于改造前的燈具能耗量。對改造后體育場館照明各項數據檢測結果進行分析，發現其均已達到體育場館照明指標要求。由此可知，選擇大功率LED燈具設計照明方案，讓體育場館無論是照明效果還是能源控制工作均得到提升，且應用LED燈具還可以帶來不錯的社會效益與經濟效益。

3 大功率LED燈具照明評價

以往大部分體育場館的照明設計通常選擇金屬鹵化物燈具，這是因為其在照明方面可以滿足場館的要求，且在當時是一種最實際的方案，但是其存在功率耗能嚴重的問題。隨著我國技術的發展，在燈具領域出現很多照明效果較好且具備節能屬性的燈具。大型體育場館需要在綠色發展背景下找到替代金屬鹵化物燈的產品。LED燈具在近些年的發展中，解決了傳統暈光與散熱的問題，且應用在小部分專業體育場館中獲得一致好評。

相比傳統金屬鹵化物，大功率LED燈擁有良好的節能效果，不會損耗過多電能，且后期維護的成本較低，還可以通過系統進行智能控制，提高了建筑內部照明工作的效果。我國奧體中心就是應用大功率LED燈完成場館應急照明、賽事功能照明、觀眾席照明。LED照明燈具使建筑照明領域各項評價指標均達到綠色建筑的要求，因此在體育場館燈具改造項目中結合自身對照明的需要進行功能定位，選擇LED燈具，確定燈具的空間排布方式，以獲得更好的照明效果。

4 結束語

在體育廣場內選擇大功率LED燈具替換原方案，可以借助LED燈具起動快、節能效果好、壽命長、操控能力高等優勢，提高體育場館照明效果，讓體育場館在照明方面的能源消耗量得到有效的控制，且使用新型燈具可以解決傳統光衰散熱等問題。同時，在體育場館項目中采用增加光效調節控制器、實施驅動器分離的手段，可以解決LED燈具應用存在的難題，提高建筑照明效果。