院校体训场馆LED 灯替代金卤灯的应用研究

吴文龙，高建亭，张科迪

（海军潜艇学院教研保障中心，山东 青岛 266199）

1 金卤灯与LED 灯的特性差异

金卤灯是在高压汞灯基础上添加各种金属卤化物制成的光源，采用交流电源工作，在汞和稀有金属的卤化物混合蒸气中产生电弧放电发光。LED 灯利用固体半导体芯片作为发光材料，采用直流电源工作。当两端施加正向电压时，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED 灯与金卤灯的主要特性差异[1]如表1 所示。可以看出，LED 灯相较金卤灯在电气特性上具有优势，具备替代应用的可行性。

2 院校体训场馆的照明要求

院校体训场馆属于国家体育场馆的大范畴，其照明要求应当符合国家通行的行业标准。除此之外，院校体训场馆与地方院校或社会商业化场馆的运行保障存在明显不同，应当考虑上述因素带来的差异化要求。

2.1 符合行业标准规范

《体育场馆照明设计及检测标准》及《体育照明使用要求及检验方法》是体育场馆照明的主要标准规范依据。按场馆使用功能和电视转播要求，照明分为健身业余训练、业余比赛专业训练以及专业比赛等不同级别。分级情况[2]如表2 所示。

在照明分级的基础上，按照运动项目的不同，各分项体育场馆均有对应的照明标准，其中包含水平照度Eh、垂直照度Ev、照度均匀度U（区分最小照度与最大照度之比U1和最小照度与平均照度之比U2）、显色指数（Ra、R9）以及相关色温Tcp等多个指标。随着照明等级的提高，照度及均匀度等指标相应提高。对于无电视转播的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级照明，水平照度最为关键；而对于有电视转播的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级照明，垂直照度和显色指数更重要。

2.2 适应院校使用特点

由于院校培训任务的特殊性，院校体训场馆功能定位以保障相关教学训练考核为中心工作，兼顾保障内部教职员工学员健身锻炼和业余赛会。体训场馆常年不间断运行，一般不对外单位及外来人员开放，每日开放时段相对集中，一般无电视转播需求。根据上述使用特点，参照Ⅰ、Ⅱ级体育场馆照明等级，结合各分项体育场馆保障的运动项目，可以得到院校体训场馆的照明标准以满足日常照明要求，如表3 所示。

表3 中包含水平照度、均匀度、显色指数、相关色温以及眩光指数等指标。日常教学训练和健身锻炼应满足Ⅰ级标准，重要考核和业余赛会应满足Ⅱ级标准。

3 体训场馆照明现状及替代改造

体训场馆照明灯具的布置应根据运动项目的特点和场地的特征确定。院校室外体训场地多采用两侧布灯、四角布灯，混合布灯较为少见；体训馆多采用顶部布灯、两侧布灯，混合布灯较为少见。

3.1 田径场照明替代改造

某田径场为标准半圆式400 m 塑胶跑道田径场，内含105 m×68 m 标准足球场，是院区内军事体育相关教学训练考核及教职员工健身锻炼开展的保障场地。该场地四角布灯照明包含4 组20 m 塔式高杆灯，原每组各安装12 盏1 000 W 的金卤灯。2018年底至2019年初，金卤灯陆续达到使用寿命上限，损坏数量较多，已无法满足夜间教学训练考核要求。将全部金卤灯更换为400 W LED 灯，在原灯位更换LED 灯，加入照明亮度控制，改进定时调整方式实现集控。

表1 金卤灯与LED 灯特性比较

表2 体育场馆照明分级

表3 院校体训场馆照明标准值

3.2 篮球羽毛球馆照明替代改造

某体训馆中篮球羽毛球馆使用面积为1 750 m2，建筑高度为20 m，内含1 个28 m×15 m 的标准篮球场和4个13.4 m×6.1 m的标准羽毛球场。馆内两侧设有看台，是校队相关训练比赛和院内教职员工健身锻炼开展的保障场地。该场馆两侧布灯照明原包含120 盏400 W金卤灯，分别安置在场馆上方两侧马道。2018年底至2019 上半年，金卤灯陆续达到使用寿命上限近半数损坏，已无法满足日常训练使用要求。因此，将60 盏金卤灯更换为240 W LED 灯，在原灯位更换LED 灯。

4 效果实测及分析

以馆内篮球场为例，采用中心点法[3-4]重点对照明替代改造后的场馆水平照度和照度均匀度进行检测。将测量区域（28 m×15 m）划分成正方形网格（2 m×2 m），测点布置在每个网格的中心点上，参考高度取1 m，照度测量网格点按图1 确定，其中“o”为测点。根据“在照明装置轴线对称或完全对称布置的场地可只测1/2 场地”[2]的原则，对1/2 场地区域测量网格点进行测量。

图1 篮球场照度测量网格点布置图

如图2 所示，经实测计算，结合院校体训场馆的照明标准，篮球场照明替代改造后重要考核和业余赛会照明模式下最小水平照度为460 lx，最大水平照度为1 150 lx，平均水平照度为702 lx，水平照度均匀度U1为0.4、U2为0.65，满足Ⅱ级标准。

图2 实测情况

在满足Ⅱ级照明标准的前提下，以篮球场年均每天5 h 灯光保障、电费价格0.6 元/kW·h 为例，改造前后的情况如表4 所示。

价格方面，随着技术的日趋成熟，满足同等照明效果的LED 灯已比金卤灯形成优势。节能方面，60盏LED 灯年均可节约用电量17 520 kW·h，节省电费10 512 元。若考虑后续60 盏金卤灯陆续到寿更换，替代改造的节能效果将更显着。耐用方面，金卤灯标称的使用寿命一般为10 000 h，而LED 灯在50 000 h 以上，且金卤灯每半年应有例行检修日，LED 灯维护检修要求相较更低，替代改造更有利于后期设备运维。

表4 篮球场照明改造前后情况

5 结 论

通过对典型院校体训场馆照明的替代改造试点应用，验证了LED 灯可以替代金卤灯满足日常教学训练考核赛会照明要求。在满足相同照度指标的前提下，基本保留原照明配电系统，只在原灯位更换LED 灯，同一场馆内的LED 灯比金卤灯节能40%～60%。若后续LED 照明系统采用整体统一设计，节能优势还将更明显。由于LED 灯属于结构紧凑的固态光源，平均寿命远超金卤灯，可显著节约使用维护成本。此外，LED灯作为半导体器件，可与信息技术进行深度融合，具有广阔的应用前景，因此应积极推广使用，推动院校体训场馆照明运行、管理和维护的改革创新。