军校体育训练场馆LED照明应用研究

吴文龙，于德新，许才雄

(中国人民解放军海军潜艇学院,山东 青岛 266199)

引言

绿色发展是中国特色体育发展新实践的方向。在新发展理念的指引下，体育场馆要按照节能减排和可持续发展的要求，实现反复利用、综合利用、持久利用的目标。当前军校体育训练场馆照明中使用金属卤化物灯的情况较多。金卤灯具有显色性较好、寿命较长、性能较稳定等特点，但是也存在启动时间较长、维护保养成本较高、智能控制较难等问题。随着LED光源技术的进步，LED照明应用越来越广泛。LED光源具有抗震性能好、开关时间短、发光效率高、使用寿命长、便于智能控制等特性[1]，在电气特性上相较金卤灯更具有优势。在军校体育训练场馆照明中应用LED灯替代金卤灯完全可行。

1 军校体育训练场馆的照明要求

军校体育训练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，此外，军校体育训练场馆与其他院校体育场馆或社会商业化场馆的运行保障存在明显不同，应当考虑由此带来的差异化要求。

1.1 行业标准规范要求

《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。按场馆使用功能及电视转播要求，照明分为健身业余训练、业余比赛专业训练、专业比赛等不同级别，分级情况[2]如表1所示。

表1 体育场馆照明分级Table 1 The stadium lighting classification

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，以游泳馆为例，场地照明标准[2-4]如表2所示。

表2 游泳馆场地照明标准值Table 2 The standard value of natatorium lighting

表2中包含水平照度Eh、垂直照度Ev(区分主辅摄像机方向Evmai、Evaux)、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)、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，垂直照度及显色指数更为重要。

1.2 军校体育训练使用特点

由于军校培训任务的特殊性，院校体育训练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及业余赛会，体育训练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，可以得到军校体育训练场馆的照明标准以满足日常照明要求，如表3所示。

表3 军校体育训练场馆照明标准值Table 3 The standard value of military academy sports training venues lighting

表3中包含水平照度及均匀度、显色指数、相关色温、眩光指数等指标，日常教学训练及健身锻炼应满足Ⅰ级标准，重要考核及业余赛会应满足Ⅱ级标准。

2 典型军校体育训练场馆照明改造

体育训练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。军校室外体育训练场地多采用两侧布灯、四角布灯，混合布灯较为少见；体育训练馆多采用顶部布灯、两侧布灯，混合布灯较为少见。以某院校为例，网球篮球场地采用两侧布灯，灯具与灯杆结合，以簇状集中形式布置在场地两侧，如图1所示。田径场采用四角布灯，灯具以集中形式与灯杆结合布置在场地四角，如图2所示。乒乓球馆采用顶部布灯，灯具布置在场地上方，光束垂直于场地平面，如图3所示。篮球羽毛球馆采用两侧布灯，灯具布置在场地两侧，光束非垂直于场地平面，如图4所示。

图1 两侧布灯的室外球场Fig.1 The outdoor court with lighting on both sides

图2 四角布灯的田径场Fig.2 The athletic field with quadrangular lighting

图3 顶部布灯的乒乓球馆Fig.3 The table tennis hall with lighting on the top

图4 两侧布灯的篮球羽毛球馆Fig.4 The basketball and badminton hall with lighting on both sides

2.1 田径场照明替代改造

某田径场建成于2015年，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。替代改造如图5所示，将全部金卤灯更换为400 W LED灯(标称色温为5 700 K，平均寿命为40 000 h)，在原灯位更换LED灯，加入照明亮度控制，改进定时调控方式实现集控。

图5 田径场照明改造Fig.5 The athletic field lighting altering

2.2 篮球羽毛球馆照明替代改造

某体育训练馆建成于2015年，其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、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及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。替代改造如图6所示，将60盏金卤灯更换为240 W LED灯(标称色温为6 500 K，平均寿命为40 000 h)，在原灯位更换LED灯。

图6 篮球羽毛球馆照明改造Fig.6 The basketball and badminton hall lighting altering

3 照明效果实测及分析

针对军校体育训练场馆的照明要求，采用中心点法[2，5]重点对照明替代改造后的场馆水平照度及照度均匀度进行检测。将测量区域划分成矩形网格，网格宜为正方形，测点应布置在每个网格的中心点上，参考高度取1 m，如图7所示，其中“o”为测点(下同)。

图7 中心点法测量照度示意图Fig.7 The schematic diagram of illuminance measurement with the central point method

3.1 田径场灯光替代效果实测及分析

田径场照度测量网格点按图8确定，场地测量区域尺寸为181 m×102 m，涵盖了田赛及径赛区域(或球场+跑道区域)，测量网格为10 m×10 m，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]，可对红色框线内区域测量网格点进行测量，以适当减少工作量。

图8 田径场照度测量网格点布置图Fig.8 The layout diagram of athletic field illuminance measurement grid points

如图9所示，经实测计算并结合军校体育训练场馆的照明标准，田径场日常教学训练及健身锻炼照明模式下最小水平照度为82 lx，最大水平照度为345 lx，平均水平照度为207 lx，水平照度均匀度U2为0.4，满足Ⅰ级标准；重要考核及业余赛会照明模式下最小水平照度为175 lx，最大水平照度为575 lx，平均水平照度为345 lx，水平照度均匀度U2为0.51，满足Ⅱ级标准。

图9 田径场实测情况Fig.9 The Athletic field measuring situation

在满足Ⅱ级照明标准的前提下，以田径场年均每天4 h灯光保障、电费价格为0.6元/kWh为例，分析替代改造前后经济性差异。

表4 田径场照明改造前后情况Table 4 The situation before and after of athletic field lighting altering

3.2 篮球羽毛球馆灯光替代效果实测及分析

以馆内篮球场为例，照度测量网格点按图10确定，场地测量区域尺寸为28 m×15 m，测量网格为2 m×2 m，对1/2场地区域测量网格点进行测量。

图10 篮球场照度测量网格点布置图Fig.10 The layout diagram of basketball court illuminance measurement grid points

如图11所示，经实测计算并结合军校体育训练场馆的照明标准，篮球场照明替代改造后重要考核及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11 篮球场实测情况Fig.11 The basketball court measuring situation

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/kWh为例，如表5所示。60盏LED灯年均可节约用电量17 520 kWh、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为显着。计算得出静态投资回收期为1.88年。

表5 篮球场照明改造前后情况Table 5 The situation before and after of basketball court lighting altering

4 结语

通过对典型军校体育训练场馆照明的改造，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%，与文献[6，7]中的节能率一致；若后续采用整体设计，LED照明系统安装功率可减少70%～80%[8]，节能优势将更为明显。由于LED灯属于固态光源，结构紧凑、寿命较长、智能控制便捷，应用于军校体育训练场馆照明可显著节约运行维护成本，更易营造不同使用场景的光环境，为军校体育训练场馆照明的运行、管理和维护的创新提供了更多可能性，具有广阔的应用前景。