電磁感應燈在室內體育場館照明中的應用

　 --韓國南山室內網球場照明改造工程

　　1 前言

　　隨著社會的不斷發展，各類體育賽事或體育運動越來越顯示出它們在人類生活中的重要地位和作用。世界各國現代化的體育場館不斷涌現，體育建筑的形體外觀越來越有藝術性，各種體育設施也越來越完備，而且對體育照明環境提出了嚴格的照度、理想的光色和均勻度等照明要求。體育場館燈光照明的質量與運動員、裁判員、觀眾都密切相關,也直接影響到彩色電視轉播效果. 可以說, 燈光照明在體育運動這個領域中占據著極其重要的地位[1]。

　　為了迎接2008北京奧運會的到來，我國照明科技領域的工作者進行了體育場館照明的實踐和研討，并積累了一定的寶貴經驗。在保證照度要求，光色要求，經濟節能等前提下，如何降低眩光對運動員、裁判員及觀眾所造成的視覺障礙問題始終是體育場館照明中最大的難題[2]。尤其是在室內體育場館的照明設計中，由于空間限制，采用高強度氣體放電燈時常伴隨著嚴重的眩光問題，雖然可以通過在燈具前面加遮光片等多種方式來降低眩光，但隨之引起效率的下降[3]。在本文中，根據我們在韓國南山體育館室內網球場的照明設計和實踐改造，比較了原應用金屬鹵化燈與改造后應用電磁感應燈的照明水平及節能效果, 討論了長壽命、高光效的電磁感應燈應用于室內體育場館照明的可行性和優越性.

　　2 室內體育館的照明設計要點

　　體育照明包括廣泛的視覺作業，從對射擊場的細小目標的辨別到擁擠嘈雜人群中快速運動物體的識別，因此國內外對體育場館照明的推薦標準指出，衡量一個體育場館照明效果的好環, 通?？梢詮恼斩?、顯色指數、色溫、眩光和頻閃等參數來加以評價。

　　2.1 照度

　　體育場館照明的質量首先以水平照度的高低來衡量, 其實照明的光環境應是照明各項指標的綜合效果, 體育照明經常是以快速運動著的人和物為對象的,因此還應保證垂直照度與水平照度的比例, 以便有效地增加物體造型的立體感和提高識別運動物體的速度，并滿足電視轉播的需求。

　　我國體育運動場地照明照度標準是根據中國國情和借鑒CIE及其他國家有關規定而制定的。表1摘錄了國家標準《民用建筑照明設計標準》--GB133-90中關于體育運動場地照度標準值[4]。

　　2.2 顯色指數

　　根據視覺科學的研究，高的顯色指數可以提高人眼對運動物體的反應能力,另外為了保證攝影攝像過程中的色彩還原性, 減少電視觀眾從屏幕上看到圖像的顏色失真，國內外體育場館照明標準均對光源和現場的顯色指數作了規定,如表2所示[5]. 高壓鈉燈顯色指數低,照在人或物上顏色偏黃,因此在正規的體育場館中很少單獨使用. 在一些重大國際比賽需要彩電轉播等場所,通常采用顯色性超過90的高顯色性金屬鹵化物燈。

　　2.3 色溫

　　顯色指數和色溫是評價顏色質量的兩個不同指標，從心理學研究發現，色溫過高會給人一種生硬、發冷的感覺, 色溫過低會給人一種昏暗沉悶發暖的感覺。因此顯色指數和色溫在體育場館照明中都是必須滿足的指標。我國體育場館照明標準中對色溫的規定見表3所示[5]。

　　2.4 眩光

　　眩光是由于在視野范圍內出現高亮度或強烈的亮度對比形成的, 它可降低周圍物體的可見度, 也可引起不舒適感。眩光的產生與光源的選擇、燈具的亮度、安裝高度、布置方式、投射方向以及背景亮度等有關[6]。在體育場館照明中，應考慮防止眩光對運動員、裁判員及觀眾所造成的視覺障礙問題。尤其是室內體育館，由于高亮度、低空間的特點，對眩光控制的要求更高，需要達到眩光質量等級2等以上，具體按燈具出光口的亮度限制最小遮光角，如表4所示[1]。由于室內體育館中通常采用400W左右金屬鹵化物燈作為照明光源，其發光面積小，燈具表面亮度高，容易造成嚴重的眩光問題。

　　2.5 光的頻閃

　　在體育運動中有許多比賽對象(棒球、乒乓球、網球等)以高速運動的項目。在這些體育運動項目中，由交流電(50Hz)點燃的氣體放電光源，在照明中會產生兩倍于電流頻率的周期頻閃現象，這將造成比賽時運動員的視覺障礙，甚至形成快速運動物體的"鬼影"。所以當供電電源為三相時，常把照明光源分配在三相上，使相鄰的燈具發光在相位上互相重疊，但這仍很難徹底消除閃爍現象[7]。

　　3 韓國南山室內網球場照明設計

　　室內網球場照明設計必須考慮網球運動的特點：運行高度高，球速快，擊球時運動員動作幅度大，要求的空也較大。同時，在比賽中,需看清的對象不僅有網球，而且還有對方運動員、球網、場線等，尤其還應考慮到在場地上方的一片空間內也需達到足夠的亮度和均勻度[8]。

　　3.1 韓國南山室內網球場介紹

　　韓國南山體育館始建于1972年，于漢城南山腳下，是一個專業的室內網球場，它不對外開放，僅供一些政府高級官員如韓國前任總統及一些專業網球運動員等使用。整個網球場長40米，寬20米，頂棚最高點為16米,兩側高12米,如圖1所示。該網球場原有的照明系統采用68套440W的金屬鹵化物燈，應用滿天星式的布燈方式，我們于2004年底對其進行了全面改造，采用66套200W的電磁感應燈替換原有的金屬鹵化物燈，并沿用滿天星式的布燈方式，照明效果得到明顯改善，并有顯著的節能效果，獲得了韓國照明界和運動界人士的廣泛好評。

　　3.2 原照明系統(金屬鹵化物燈)

　　原照明系統采用68套440W的金屬鹵化物燈，光源參數見表5所示，配套整流器的功率是440W，功率因數為0.9。燈具外型及尺寸如圖2所示。

　　3.3 改造后的照明系統(電磁感應燈)

　　采用66套HY型200W的電磁感應燈替換原有的金屬鹵化物燈，電磁感應燈的參數見表6所示，配套電子整流器后總的消耗功率為210.7W，功率因數為0.98。韓國照明技術研究所對所采用的電磁感應燈專門設計了高反射效率的燈具，燈具配光曲線的半寬度角約為47度，所采用的燈具外型及尺寸如圖3所示，該研究年還負責了全部光電參數的測試工作。

　　3.4 照明效果及節能效果比較

　　改造后的韓國南山室內網球場實際照明效果如圖4所示。由于電磁感應燈發光面積大，燈具表面亮度不高而且均勻，既使人眼直接看著光源而不覺刺眼，這使得眩光問題得到了有效解決，而且整個頂棚亮度均勻，有利于網球運動時對高空球的正確辨認[9]。

　　我們用200W的HY型電磁感應燈替換400W的金鹵燈后，地面平均照度從原有的420Lx 提高為580Lx，增幅達38%，其原因除了因為采用了高反射率并專門設計的燈具，同時也與HY型電磁感應燈96 Lm/W的高光效和優良的光通維持率有關。在照度提高的同時，電能消耗從原來的29.92 Kw/H降到13.9 Kw/H，節能效果達46%。改造前后的照明系統詳細比較如表7所示。

　　4 結束語

　　電磁感應燈作為一種新穎的高科技照明光源，具有高光效、長壽命、高顯色性、節能環保等優點，已經在不少照明領域里得到了推廣應用，而在室內體育場館，還是新的嘗試。通過韓國南山室內網球場的工作實例，在與原有金屬鹵化物燈的全面效果比較的基礎上，我們認為電磁感應燈在室內體育場館照明應用中有如下優點：

　　1) 壽命長，免維護。這對于高天棚的室內體育場館非常有價值，可以節約大量維護費用。

　　2) 照明效果理想，頂棚亮度均勻，地面照度及均勻度也得到明顯提高。

　　3) 光源發光面積大，燈具表面亮度較低，有效降低了眩光。

　　4) 顯色指數超過80，可以達到彩色電視轉播要求，并有多種色溫可選擇。

　　5) 采用電子整流器，無頻閃，并可瞬間再啟動。

　　6) 應用集成電路控制，有良好的調光性能，可以根據不同的使用情況如訓練或比賽而靈活地調整照度水平而不降低照度均勻度。

　　7) 高光效，配合專用燈具節能效果更加顯著。

　　綜上所述，電磁感應燈應用于室內體育場館照

　　參考文獻：

　　[1] 國家建筑工程質量監督檢驗中心采光照明工程檢測部[J]. 第八屆全國運動會體育場館照明綜述. 照明工程學報 1998, 01

　　[2] 李恭蔚. 體育建筑照明設計手冊[M]. 北京: 原子能出版社, 1993

　　[3] 肖輝, 俞麗華. 體育照明設計[J]. 光源與照明, 2001, 04 :3-6

　　[4] 龐蘊凡等. 民用建筑照明設計標準[M]. 北京: 中國計劃出版社, 1991

　　[5] 周太明 皇甫炳炎，周莉等. 電氣照明設計[M]. 上海: 復旦大學出版社,2001.

　　[6] 北京照明學會照明設計專業委員會. 照明設計手冊[M]. 北京: 中國電力出版社, 1998

　　[7] 張紹綱. 體育照明裝置的光度規定和測量指南[J]. 照明工程學報. 1995, 01

　　[8] CIE Publication No. 42 (TC4.4). Lighting for Tennis. 1978

　　[9] 陳大華,劉九昌,徐慶輝,等譯. 光源與照明[M]. 上海：復旦大學出版社,