基于DIALux的室内篮球馆照明设计与模拟

2018-12-04黄显雯薛仁雨刘汝超王艳敏

智能建筑电气技术 2018年4期

黄显雯，白荣，薛仁雨，赵凯，刘汝超，王艳敏

(1. 哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001；2. 中国石油长庆油田分公司第一采气厂，西安 718500；3. 香港华艺设计顾问(深圳)有限公司，深圳 518000)

0 引言

照明是影响体育场馆赛事正常进行和电视转播的关键。体育照明不但要为运动员和裁判员提供优质的照明环境，还要保障观众良好的观看效果，同时也要满足电视转播摄像所需的照明要求。在照明方案设计时，可以合理地运用照明软件DIALux[1]的照明计算和仿真功能，从而对所布置的照明方案的效果有直观明确的了解，进而优化灯具布置，调整灯具数量，得到照明设计的最优方案[2]，并得到照度等值线图、点照度图、眩光指数等报表。本文将从光源的选择、灯具配光曲线的选择、灯具布置方式和灯具控制模式四个方面对室内篮球场馆进行照明设计与建模仿真。

1 分析建模

在体育场馆照明设计中，要根据场馆级别、不同的运动项目要求来权衡。本文选取室内篮球场馆进行照明设计与模拟，以我国篮球场地照明标准作为照明模拟的标准，如表1所示[3]。

根据设计标准对篮球比赛场地的要求[4]，在DIALux中设定了一个长40m、宽30m、高13m的Ⅱ级室内体育场馆环境，以500lx为照度标准值进行设计。

2 室内篮球场照明设计与模拟

2.1 光源的选择

体育照明中常用金属卤化物灯和LED灯。体育场作为高大空间，需要大功率的灯具以满足其照度要求。金属卤化物灯功率大，各项技术指标趋于成熟，应用广泛。而LED灯具在节能、寿命、频闪、调光等方面优于金属卤化物灯，但目前大功率LED灯在散热和体积重量等方面仍有很大的改进空间[5]。

篮球场地照明标准表1

采用满天星灯具布置方式，分别对金属卤化物灯、LED灯进行模拟仿真计算，以得到较优方案。金属卤化物灯选用了某品牌MPK45，LED灯选用了同一品牌BY471P。为达到500lx的照度标准，在满天星灯具布置方式下，通过计算和模拟仿真，最终得到了金属卤化物灯需48盏，总功率为 20 592W，LED灯需36盏，总功率为7 200W的方案。仿真结果如图1和表2所示。

图1 室内篮球场光源不同时的照度等值线

表2

由表2可以看出，想达到相同平均照度和照度均匀度，金属卤化物灯数量要比LED灯的数量多12盏，总功率差值达到13 392W。金属卤化物灯的照明功率密度为17.16W/m2，LED 灯的照明功率密度为6W/m2。由此可见，金属卤化物灯耗能要比LED灯大得多，考虑到节能效果以及LED灯的各项良好性能，LED灯无疑更好。

2.2 灯具配光曲线的选择

灯具有窄配光、中配光和宽配光三种配光曲线，同样影响着照度的变化[6]。本文采用型号为某品牌HPK888的金属卤化物灯的三种不同配光灯具进行设计模拟仿真。配光曲线见图2。

图2 配光曲线图

通过DIALux计算模拟，为达到500lx的照度标准值，在满天星布置方式下，宽配光灯具需采用42盏，则窄、中配光灯具也采用相同的灯具布置，以便进行结果比较。仿真结果如图3和表3所示。

图3 室内篮球场灯具配光曲线不同时的照度等值线

表3

由表3可知，在灯具布置情况相同下，配光曲线越窄，灯具的照度相对越高，但照度均匀度会降低。运动场地需要舒适的照明效果，照度均匀度不能影响场地内进行的运动及比赛，同时照度也需要达到标准值，故灯具布置宜根据实际情况需求选取合适配光曲线的灯具，如高大空间的场地为达到照度要求宜选用窄配光灯具，而一般的低空间如训练馆、业余比赛场馆则可以考虑中配光灯具。

2.3 灯具布置方式

体育馆常用的布灯方式有顶部布置、两侧布置以及混合布置。顶部布置宜选用对称型配光的灯具，适用于空间较低、无电视转播要求的体育馆，在供业余训练和娱乐的体育馆中较为常见。两侧布置宜选用非对称型配光灯具布置在马道上，所有灯具瞄准角(灯具的瞄准方向与垂线的夹角)应在25°～65°之间，适用于垂直照度要求较高以及有电视转播要求的大中型体育馆。混合布置即顶部布置与两侧布置相结合的布置方式，选用灯具时应有多种配光满足不同的照度需求，该布置方式适用于大型综合性体育馆[4]。

本文选择两侧布置方式和顶部布置方式进行仿真，灯具选用了金属卤化物灯，灯具型号为某品牌MPK450，单灯功率为500W。根据标准照度500lx，通过计算仿真得到，两侧布置方式需要灯具46盏，顶部布置方式需要48盏。仿真结果如图4和表4所示。

图4 室内篮球场灯具布置方式不同时的照度等值线

由表4得，两侧布置方式和顶部布置方式的各项照度标准均相近，但顶部布置方式比两侧布置方式多了2盏灯，总功率多1 000W，投资和运营成本均增加。

灯具布置方式仿真结果表4

此外，篮球馆照明还需考虑眩光的影响。在照明仿真中，因为场地为长方形，灯具布置为顶部布置方式，所以眩光值采点只需要对称均匀即可，眩光值采点位置如图5所示。

图5 眩光值采点位置

在两侧布置方式中，眩光值最小为13，最大为18；顶部布置方式中，眩光值最小为11，最大为17。两侧布置方式眩光值比顶部布置方式稍高，但仍在表1的标准要求范围内。

2.4 灯具的控制

体育馆除了举行业余比赛外，还会用于娱乐演出和日常训练等。本文设计了三种灯具控制模式，分别为业余比赛模式、娱乐模式和清扫模式，其所对应的照度值应分别为500lx、300x、150lx。通过照度计算和DIALux模拟仿真，在顶部灯具布置方式下其对应的灯具数量为36、24、12盏，所选用的灯具为某品牌 BY471P，功率为200W，光通量为25 000lm。