体育场馆照明中大功率LED灯的应用

管 越

南京市建筑设计研究院有限责任公司，江苏 南京 210000

0 引言

我国现代建筑照明系统正逐渐向高效、节能的方向发展，对灯具提出了更高的要求，不仅要满足建筑对照明的需求，还必须节约能源。在此背景下，体育场馆需要对照明系统进行优化、完善。

1 体育场馆照明功能定位

对于照明设计，按照国家相关部门关于体育竞赛场馆的建设指标，必须保证体育场馆的照明均匀度、水平照度、光源色温、垂直照度、显色性等多个指标达到要求，考量相关指标并进行判断。其中，水平照度是体育场馆照明设计中极为重要的指标，需要引起重视。在体育场馆照明设计中，应按照指标要求确定设计的主体内容，根据体育场馆的使用功能定位不同，对其照明设置与照明等级划分也会有所差异[1-2]。在照明设计中必须确定体育场馆的功能需求，掌握体育场馆实际用途以及运动项目对照明的使用要求，在此基础上进行照明设计，由此确保照明设计的各项参数均能满足场馆体育活动运动需要。

以下以国家奥林匹克体育中心（以下简称奥体中心）为例分析体育场馆照明功能。奥体中心是一所多功能的综合性体育场馆，内部包含诸多运动区，场馆总建筑面积超过30 000 m2，拥有多达38 000个观众席位。从功能层面来讲，体育场馆是田径、足球等赛事的开展场地，同时需要在体育场馆内转播体育比赛，因而需结合体育场馆照明方面给出的要求，按照体育场馆的等级划分与检测标准，按照4级标准进行设计以达到足球比赛对照明的要求，按照5级照明设计等级标准，使场馆照度满足田径比赛对灯光的要求。

在体育中心设置方面应该按照《体育场馆照明设计及检测标准》（JGJ 153—2016）进行分级设置，照明设计需要分析体育场馆是否包含电视转播，如需具有电视转播的功能，则TV转播国家比赛需要按照4级等级进行照明设计，TV转播国际比赛与重大国家比赛需要进行5级等级设计照明，HDTV转播国际比赛或重大国家比赛需要按照5级设计标准对灯光照明进行设计。对于没有电视转播的体育场馆，在灯具照明上，业余训练健身需要按照1级灯光照明等级进行设计，专业训练与业余比赛按照2级灯光照明等级进行设计，三级比赛按照3级灯光照明等级进行设计。

我国很多城市的体育场馆建筑使用金属卤化物灯具，虽然此类灯具会在使用中消耗大量的能量，但还是很多设计人员的首选。原因是LED灯具存在光衰问题，且散热表现较差。这也是我国早期市场中LED灯具难以在城市体育场馆照明领域得到全面推广的原因。目前，我国LED技术水平正不断提升，以往灯具存在的光衰、眩光与散热等问题相继得到解决，同时已在部分体育场馆中应用，如网球、篮球等专业体育馆[3]。

2 大功率LED灯具在体育场馆的应用案例

文章以某体育场馆为例，分析改造工程中关于灯光方面的内容。该体育馆是一座功能较多的综合性场馆。

2.1 体育场馆改造前的照明情况

该体育场馆在初期建设时，在照明设计上确定灯具为中心赛事照明常用的金属卤化物灯。考虑到体育馆比赛活动对灯具照明的使用需求，对该体育馆照明情况进行调研，可知其所选的灯具单灯功率为1 kW，共计使用88盏高压钠灯，而供电电源将电压等级定在AC 380 V。随着我国建设的发展，对照明的要求有了一定的变化，体育场馆应根据目前照明技术的提升进行思考，选择新型灯具产品。因此，替换场馆内灯具不仅是对提高场馆内水平照度的考虑，也是出于现实层面的考虑。目前AC 380 V供电电源电压等级的灯具已经停产，故对场馆内的灯具进行替换，选择AC 220 V供电电源电压等级的灯具。从场馆照明需求层面出发，在体育馆内安置金属氯化物灯120盏，单灯功率为480 W，按照行列进行布设，一个单元有3盏灯，由一个开关统一进行控制。在灯具设计阶段，均按照体育场馆赛事活动对照明灯具功能使用提出要求，选择灯具类型，确定灯具数量与单灯的功率。

体育场馆进行照明设计，按照照明设计与检测标准文件进行，根据体育场馆的使用功能核对场馆照明设计标准，按照功能分级设计照明方案内容，使用专业测量仪器对照明情况进行分析，发现体育场馆使用的照明灯具其平均照度为364 lx，最小与最大照度分别是631 lx、209 lx，而照明灯具的平均能耗超过35 W/m2。根据测量得到的数据可以与相关文件对体育场馆照明设计等级标准进行比较，通过双方数据比对发现，目前所用的照明方案无法达到设计要求，平均照度与标准相差较大。此外，该体育场馆照明均匀度也无法达到标准层级，照明仅可以满足TV转播、业余比赛和一般训练项目，无法使体育场馆达到承接大型体育赛事的标准，因此必须对体育场馆照明系统进行调整。

2.2 体育场馆改造后的照明效果

按照关于体育场馆照明设计与检测标准的要求，我国大部分体育广场的照明均匀度无法满足大型体育赛事的开办需要。针对此类情况，必须对体育广场照明项目进行改造，根据体育广场的照明现状，以及相关照明设计与检测标准的要求，确定设计的核心内容。按照该项目改造与建设诉求，在原体育场馆中增加具备现代审美风格的副馆，功能定位为武术训练场地。在场馆副馆项目启动后，在建设初期对建筑的区域进行考察，收集场馆所在地的气候环境信息，同时考量体育场馆照明系统的改造内容，分析场馆中需要选择的光源类型，对照明的各类参数进行深入细致的分析。

目前，该体育场馆所用的灯具均为金属卤化物灯，其在照明照度方面没有达到规定标准，还会在使用中耗费大量的电能，并且不适合后期维护工作的开展，容易出现发热问题，从而遗留隐患。在设计环节，需要根据实际状况对体育场馆的照明进行调整，增设副馆并确定副馆的照明需求与使用功能等级，选择LED灯具作为照明光源，将其安置在体育场馆中，并根据活动项目的需求设计LED灯具的数量与摆放位置。副馆场地的宽、长、高分别为15.3 m、9.66 m、9 m。在场馆照明设计期间必须协调场馆整体设计与照明设计，使双方不会存在冲突。场馆的外墙按照设计需要定为现代玻璃幕墙，将LED灯具单盏功率设定在200 W，选择DC 36 V供电电源，按照实际空间确定LED灯具排列方式。灯具与距离地面相距约8 m，每行列安置20盏LED灯，同时根据灯具使用要求，将灯具的开启模式设置为全开模式、节能模式与顺序模式。在场馆运行期间通过智能控制程序，结合运动项目的使用要求，调换3种工作模式。在智能控制程序运作下对照明系统进行合理的控制，由此满足体育场馆各类运动项目对照明的功能需求。

确定体育场馆照明改造方案内容，按照方案要求进行改造，然后使用专业测量仪器研究改造后灯具的使用情况。根据研究得出的结果，体育场馆使用LED灯具的最大照度与最小照度分别为1 289 lx、261 lx，平均照度超过685 lx，照明系统的能耗控制在14 W/m²，场馆内的照度可以达到体育场馆照明设计要求，同时降低了能耗，远低于改造前的灯具能耗量。对改造后体育场馆照明各项数据检测结果进行分析，发现其均已达到体育场馆照明指标要求。由此可知，选择大功率LED灯具设计照明方案，让体育场馆无论是照明效果还是能源控制工作均得到提升，且应用LED灯具还可以带来不错的社会效益与经济效益。

3 大功率LED灯具照明评价

以往大部分体育场馆的照明设计通常选择金属卤化物灯具，这是因为其在照明方面可以满足场馆的要求，且在当时是一种最实际的方案，但是其存在功率耗能严重的问题。随着我国技术的发展，在灯具领域出现很多照明效果较好且具备节能属性的灯具。大型体育场馆需要在绿色发展背景下找到替代金属卤化物灯的产品。LED灯具在近些年的发展中，解决了传统晕光与散热的问题，且应用在小部分专业体育场馆中获得一致好评。

相比传统金属卤化物，大功率LED灯拥有良好的节能效果，不会损耗过多电能，且后期维护的成本较低，还可以通过系统进行智能控制，提高了建筑内部照明工作的效果。我国奥体中心就是应用大功率LED灯完成场馆应急照明、赛事功能照明、观众席照明。LED照明灯具使建筑照明领域各项评价指标均达到绿色建筑的要求，因此在体育场馆灯具改造项目中结合自身对照明的需要进行功能定位，选择LED灯具，确定灯具的空间排布方式，以获得更好的照明效果。

4 结束语

在体育广场内选择大功率LED灯具替换原方案，可以借助LED灯具起动快、节能效果好、寿命长、操控能力高等优势，提高体育场馆照明效果，让体育场馆在照明方面的能源消耗量得到有效的控制，且使用新型灯具可以解决传统光衰散热等问题。同时，在体育场馆项目中采用增加光效调节控制器、实施驱动器分离的手段，可以解决LED灯具应用存在的难题，提高建筑照明效果。