吳文龍，于德新，許才雄

(中國人民解放軍海軍潛艇學院,山東 青島 266199)

引言

綠色發(fā)展是中國特色體育發(fā)展新實踐的方向。在新發(fā)展理念的指引下，體育場館要按照節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的要求，實現(xiàn)反復利用、綜合利用、持久利用的目標。當前軍校體育訓練場館照明中使用金屬鹵化物燈的情況較多。金鹵燈具有顯色性較好、壽命較長、性能較穩(wěn)定等特點，但是也存在啟動時間較長、維護保養(yǎng)成本較高、智能控制較難等問題。隨著LED光源技術(shù)的進步，LED照明應用越來越廣泛。LED光源具有抗震性能好、開關(guān)時間短、發(fā)光效率高、使用壽命長、便于智能控制等特性[1]，在電氣特性上相較金鹵燈更具有優(yōu)勢。在軍校體育訓練場館照明中應用LED燈替代金鹵燈完全可行。

1 軍校體育訓練場館的照明要求

軍校體育訓練場館屬于國家體育場館的大范疇，其照明要求應當符合國家通行的行業(yè)標準，此外，軍校體育訓練場館與其他院校體育場館或社會商業(yè)化場館的運行保障存在明顯不同，應當考慮由此帶來的差異化要求。

1.1 行業(yè)標準規(guī)范要求

《體育場館照明設計及檢測標準》及《體育照明使用要求及檢驗方法》是體育場館照明的主要標準規(guī)范依據(jù)。按場館使用功能及電視轉(zhuǎn)播要求，照明分為健身業(yè)余訓練、業(yè)余比賽專業(yè)訓練、專業(yè)比賽等不同級別，分級情況[2]如表1所示。

表1 體育場館照明分級Table 1 The stadium lighting classification

在照明分級的基礎(chǔ)上，按照運動項目的不同，各分項體育場館均有對應的照明標準，以游泳館為例，場地照明標準[2-4]如表2所示。

表2 游泳館場地照明標準值Table 2 The standard value of natatorium lighting

表2中包含水平照度Eh、垂直照度Ev(區(qū)分主輔攝像機方向Evmai、Evaux)、照度均勻度U(區(qū)分最小照度與最大照度之比U1和最小照度與平均照度之比U2)、顯色指數(shù)(Ra、R9)、相關(guān)色溫Tcp等多個指標。隨著照明等級的提高，照度及均勻度等指標相應提高，對于無電視轉(zhuǎn)播的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級照明，水平照度最為關(guān)鍵，而對于有電視轉(zhuǎn)播的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級照明，垂直照度及顯色指數(shù)更為重要。

1.2 軍校體育訓練使用特點

由于軍校培訓任務的特殊性，院校體育訓練場館功能定位以保障相關(guān)教學訓練考核為中心工作，兼顧保障內(nèi)部教職員工學員健身鍛煉及業(yè)余賽會，體育訓練場館常年不間斷運行，一般不對外單位及外來人員開放，每日開放時段相對集中，一般無電視轉(zhuǎn)播需求。根據(jù)上述使用特點，參照Ⅰ、Ⅱ級體育場館照明等級，結(jié)合各分項體育場館保障的運動項目，可以得到軍校體育訓練場館的照明標準以滿足日常照明要求，如表3所示。

表3 軍校體育訓練場館照明標準值Table 3 The standard value of military academy sports training venues lighting

表3中包含水平照度及均勻度、顯色指數(shù)、相關(guān)色溫、眩光指數(shù)等指標，日常教學訓練及健身鍛煉應滿足Ⅰ級標準，重要考核及業(yè)余賽會應滿足Ⅱ級標準。

2 典型軍校體育訓練場館照明改造

體育訓練場館照明燈具的布置應根據(jù)運動項目的特點和場地的特征確定。軍校室外體育訓練場地多采用兩側(cè)布燈、四角布燈，混合布燈較為少見；體育訓練館多采用頂部布燈、兩側(cè)布燈，混合布燈較為少見。以某院校為例，網(wǎng)球籃球場地采用兩側(cè)布燈，燈具與燈桿結(jié)合，以簇狀集中形式布置在場地兩側(cè)，如圖1所示。田徑場采用四角布燈，燈具以集中形式與燈桿結(jié)合布置在場地四角，如圖2所示。乒乓球館采用頂部布燈，燈具布置在場地上方，光束垂直于場地平面，如圖3所示?；@球羽毛球館采用兩側(cè)布燈，燈具布置在場地兩側(cè)，光束非垂直于場地平面，如圖4所示。

圖1 兩側(cè)布燈的室外球場Fig.1 The outdoor court with lighting on both sides

圖2 四角布燈的田徑場Fig.2 The athletic field with quadrangular lighting

圖3 頂部布燈的乒乓球館Fig.3 The table tennis hall with lighting on the top

圖4 兩側(cè)布燈的籃球羽毛球館Fig.4 The basketball and badminton hall with lighting on both sides

2.1 田徑場照明替代改造

某田徑場建成于2015年，為標準半圓式400 m塑膠跑道田徑場，內(nèi)含105 m×68 m標準足球場，是院區(qū)內(nèi)軍事體育相關(guān)教學訓練考核及教職員工健身鍛煉開展的保障場地。該場地四角布燈照明包含4組20 m塔式高桿燈，原每組各安裝12盞1 000 W的金鹵燈。2018年底至2019年初，金鹵燈陸續(xù)達到使用壽命上限，損壞數(shù)量較多，已無法滿足夜間教學訓練考核要求。替代改造如圖5所示，將全部金鹵燈更換為400 W LED燈(標稱色溫為5 700 K，平均壽命為40 000 h)，在原燈位更換LED燈，加入照明亮度控制，改進定時調(diào)控方式實現(xiàn)集控。

圖5 田徑場照明改造Fig.5 The athletic field lighting altering

2.2 籃球羽毛球館照明替代改造

某體育訓練館建成于2015年，其中籃球羽毛球館使用面積為1 750 m2，建筑高度為20 m，內(nèi)含1個28 m×15 m的標準籃球場、4個13.4 m×6.1 m的標準羽毛球場，館內(nèi)兩側(cè)設有看臺，是校隊相關(guān)訓練比賽及院內(nèi)教職員工健身鍛煉開展的保障場地。該場館兩側(cè)布燈照明原包含120盞400 W金鹵燈，分別安置在場館上方兩側(cè)馬道。2018年底至2019上半年，金鹵燈陸續(xù)達到使用壽命上限近半數(shù)損壞，已無法滿足日常訓練使用要求。替代改造如圖6所示，將60盞金鹵燈更換為240 W LED燈(標稱色溫為6 500 K，平均壽命為40 000 h)，在原燈位更換LED燈。

圖6 籃球羽毛球館照明改造Fig.6 The basketball and badminton hall lighting altering

3 照明效果實測及分析

針對軍校體育訓練場館的照明要求，采用中心點法[2，5]重點對照明替代改造后的場館水平照度及照度均勻度進行檢測。將測量區(qū)域劃分成矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格宜為正方形，測點應布置在每個網(wǎng)格的中心點上，參考高度取1 m，如圖7所示，其中“o”為測點(下同)。

圖7 中心點法測量照度示意圖Fig.7 The schematic diagram of illuminance measurement with the central point method

3.1 田徑場燈光替代效果實測及分析

田徑場照度測量網(wǎng)格點按圖8確定，場地測量區(qū)域尺寸為181 m×102 m，涵蓋了田賽及徑賽區(qū)域(或球場+跑道區(qū)域)，測量網(wǎng)格為10 m×10 m，根據(jù)“在照明裝置軸線對稱或完全對稱布置的場地可只測1/2場地”[2]，可對紅色框線內(nèi)區(qū)域測量網(wǎng)格點進行測量，以適當減少工作量。

圖8 田徑場照度測量網(wǎng)格點布置圖Fig.8 The layout diagram of athletic field illuminance measurement grid points

如圖9所示，經(jīng)實測計算并結(jié)合軍校體育訓練場館的照明標準，田徑場日常教學訓練及健身鍛煉照明模式下最小水平照度為82 lx，最大水平照度為345 lx，平均水平照度為207 lx，水平照度均勻度U2為0.4，滿足Ⅰ級標準；重要考核及業(yè)余賽會照明模式下最小水平照度為175 lx，最大水平照度為575 lx，平均水平照度為345 lx，水平照度均勻度U2為0.51，滿足Ⅱ級標準。

圖9 田徑場實測情況Fig.9 The Athletic field measuring situation

在滿足Ⅱ級照明標準的前提下，以田徑場年均每天4 h燈光保障、電費價格為0.6元/kWh為例，分析替代改造前后經(jīng)濟性差異。

表4 田徑場照明改造前后情況Table 4 The situation before and after of athletic field lighting altering

3.2 籃球羽毛球館燈光替代效果實測及分析

以館內(nèi)籃球場為例，照度測量網(wǎng)格點按圖10確定，場地測量區(qū)域尺寸為28 m×15 m，測量網(wǎng)格為2 m×2 m，對1/2場地區(qū)域測量網(wǎng)格點進行測量。

圖10 籃球場照度測量網(wǎng)格點布置圖Fig.10 The layout diagram of basketball court illuminance measurement grid points

如圖11所示，經(jīng)實測計算并結(jié)合軍校體育訓練場館的照明標準，籃球場照明替代改造后重要考核及業(yè)余賽會照明模式下最小水平照度為460 lx，最大水平照度為1 150 lx，平均水平照度為702 lx，水平照度均勻度U1為0.4、U2為0.65，滿足Ⅱ級標準。

圖11 籃球場實測情況Fig.11 The basketball court measuring situation

在滿足Ⅱ級照明標準的前提下，以籃球場年均每天5 h燈光保障、電費價格0.6元/kWh為例，如表5所示。60盞LED燈年均可節(jié)約用電量17 520 kWh、節(jié)省電費10 512元，若考慮后續(xù)60盞金鹵燈陸續(xù)到壽更換，替代改造的節(jié)能效果將更為顯著。計算得出靜態(tài)投資回收期為1.88年。

表5 籃球場照明改造前后情況Table 5 The situation before and after of basketball court lighting altering

4 結(jié)語

通過對典型軍校體育訓練場館照明的改造，驗證了LED燈可以替代金鹵燈滿足日常教學訓練考核賽會照明要求。在滿足相同照度指標的前提下，基本保留原照明配電系統(tǒng)，只在原燈位更換LED燈，同一場館內(nèi)的LED燈比金鹵燈節(jié)能40%～60%，與文獻[6，7]中的節(jié)能率一致；若后續(xù)采用整體設計，LED照明系統(tǒng)安裝功率可減少70%～80%[8]，節(jié)能優(yōu)勢將更為明顯。由于LED燈屬于固態(tài)光源，結(jié)構(gòu)緊湊、壽命較長、智能控制便捷，應用于軍校體育訓練場館照明可顯著節(jié)約運行維護成本，更易營造不同使用場景的光環(huán)境，為軍校體育訓練場館照明的運行、管理和維護的創(chuàng)新提供了更多可能性，具有廣闊的應用前景。