趙 凱，林若慈

(1.索恩照明(廣州)有限公司，北京 100022；2.中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013)

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體育場館照明節(jié)能模擬計(jì)算分析

趙 凱1，林若慈2

(1.索恩照明(廣州)有限公司，北京 100022；2.中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013)

根據(jù)體育場館中的單雙馬道設(shè)計(jì)，以室外體育場和綜合體育館為例，使用照度計(jì)算軟件，按照推薦的單雙馬道設(shè)置選取相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行照明模擬計(jì)算，經(jīng)過對(duì)比分析找出在何種馬道條件下才能夠在滿足各項(xiàng)照明指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)能耗最小化的方法。

照明節(jié)能；模擬計(jì)算；照明設(shè)計(jì)

引言

在現(xiàn)代的體育場館照明中，馬道作為一個(gè)承載燈具安裝的結(jié)構(gòu)，在照明中所扮演的角色無疑是非常重要的。馬道布燈方式，由于其連續(xù)性，布局美觀，安裝便利，且對(duì)于燈具投射角度的調(diào)整和燈具的維護(hù)都比較方便，所以深受設(shè)計(jì)師青睞。因此，在現(xiàn)代的體育照明中，這種馬道布燈方式，也就更多的被人們所接受并選擇。由于馬道本身是建筑結(jié)構(gòu)的一部分，所以，它受建筑結(jié)構(gòu)的影響是非常大的，而在設(shè)定馬道的時(shí)候，往往沒有和照明設(shè)計(jì)師進(jìn)行充分和必要的溝通，因此設(shè)定的馬道位置和高度，往往會(huì)對(duì)之后的照明設(shè)計(jì)產(chǎn)生許多不利的影響。

既然馬道的位置和高度的設(shè)定，直接決定了該場館的體育照明效果能否完美實(shí)現(xiàn)，那么在設(shè)定馬道的時(shí)候就應(yīng)該充分考慮后期的照明需求。良好的馬道位置能夠保證在后期照明設(shè)計(jì)的時(shí)候，所有的照明指標(biāo)均滿足照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而不恰當(dāng)?shù)鸟R道位置的選擇，也會(huì)直接導(dǎo)致后期照明設(shè)計(jì)存在缺陷。

在本文中，我們針對(duì)推薦的馬道形式和高度等參數(shù)，分別對(duì)各種情況，選用相同類型配光的燈具對(duì)照明指標(biāo)和照明功率密度進(jìn)行模擬計(jì)算，以室外體育場與綜合體育館為例，計(jì)算在滿足各項(xiàng)照明轉(zhuǎn)播指標(biāo)的基礎(chǔ)上，求得所需要消耗的照明功率密度。

1 模擬計(jì)算中馬道形狀和參數(shù)的選取

1.1 馬道形狀的選擇

在本次模擬計(jì)算中，所驗(yàn)證的馬道形式包括單馬道和雙馬道兩種形式，單馬道是指沿場地邊線外放置單條通長的馬道，單馬道的位置在已知其水平投影距近邊線距離d以及其距地面的高度h后就可以確定下來。而雙馬道是指馬道沿場地邊線外放置兩條通長的馬道，同理，馬道的位置也不難確定，具體的方法可參照《基于體育場館照明馬道設(shè)置方法的研究》中關(guān)于確定馬道的位置參數(shù)的描述。馬道的形狀則可按照建筑結(jié)構(gòu)和場地形狀來確定，如方形場地選擇方形馬道，橢圓形場地選擇橢圓形馬道等(圖1)。

1.2 馬道參數(shù)的選擇

根據(jù)《基于體育場館照明馬道設(shè)置方法的研究》對(duì)體育場館確定馬道位置參數(shù)方法的論證，特選擇本次照明模擬計(jì)算的馬道參數(shù)如表1～表4：

圖1 單馬道、雙馬道布置Fig.1 Single and double catwalk distribution

圖2 單馬道、雙馬道燈具投射角度Fig.2 Luminaire aiming angle for single and double catwalk (eachside)表1 室外體育場單馬道——燈具安裝高度 與各計(jì)算參數(shù)對(duì)應(yīng)表Table 1 Single catwalk (each side) for athletics- Luminaire mouting height and calculation parameters in corresponding table

項(xiàng)目φ/(°)θ/(°)w/(m)d/(m)h/(m)s/(m)計(jì)算條件田徑(足球)25709319.152.565.6計(jì)算條件16525.855.472.3計(jì)算條件26034.259.380.7計(jì)算條件35545.164.491.6計(jì)算條件4307024.768.071.2計(jì)算條件5

表2 室外體育場雙馬道——燈具安裝高度與各計(jì)算參數(shù)對(duì)應(yīng)表Table 2 Double catwalk (each side) for athletics-Luminaire mouting height and calculation parameters in corresponding table

圖2中，φ為燈具投射方向與場地遠(yuǎn)邊線之夾角；θ為燈具投射方向與場地近邊線之夾角；w為場地寬度；d為燈具(馬道)水平投影距近邊線距離；h為燈具(馬道)距地面的高度；d′為雙馬道后排燈具(馬道)水平投影距近邊線距離；s為單馬道燈具(馬道)水平投影距場地中心點(diǎn)距離；s1,s2為雙馬道兩排燈具(馬道)水平投影距場地中心點(diǎn)距離。

表3 綜合體育館單馬道——燈具安裝高度與各 計(jì)算參數(shù)對(duì)應(yīng)表Table 3 Single catwalk (each side) for gymnasium- Luminaire mouting height and calculation parameters in corresponding table

表4 綜合體育館雙馬道——燈具安裝高度 與各計(jì)算參數(shù)對(duì)應(yīng)表Table 4 Double catwalk (each side) for gymnasium- Luminaire mouting height and calculation parameters in corresponding table

表1～表4中馬道的高度均為馬道最高點(diǎn)距地面的高度，而實(shí)際情況馬道高度是變化的，尤其是在綜合性體育場中，馬道通常不是水平的結(jié)構(gòu)，而是按照建筑結(jié)構(gòu)的走勢成弧形排列，并且前后排馬道的高度往往不一致。在本文的模擬計(jì)算中，已經(jīng)適當(dāng)?shù)目紤]了這種情況，并對(duì)燈具安裝的高度按實(shí)際情況作了一些調(diào)整。

2 模擬計(jì)算中燈具參數(shù)的選取及計(jì)算條件的設(shè)定

2.1 室外體育場燈具配光(表5)

表5 室外體育場燈具配光Table 5 Light distribution of athletics-luminaire

2.2 室外體育場計(jì)算條件的設(shè)定

室外體育場的模擬計(jì)算，按照《體育場館照明設(shè)計(jì)及檢測標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 153—2007的比賽等級(jí)，以田徑為例對(duì)整體的照明設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算分為三個(gè)比賽級(jí)別：Ⅵ級(jí)-HDTV轉(zhuǎn)播重大國際比賽，Ⅴ級(jí)-TV轉(zhuǎn)播重大國際比賽，Ⅳ級(jí)-TV轉(zhuǎn)播國家、國際比賽。設(shè)計(jì)中維護(hù)系數(shù)取0.8，環(huán)境系數(shù)取0.2。計(jì)算包括主攝像機(jī)垂直照度、水平照度、四個(gè)正交面的垂直照度、眩光、照度梯度等。

2.3 綜合體育館燈具配光(表6)

表6 綜合體育館燈具配光Table 6 Light distribution of gymnasium-luminaire

2.4 綜合體育館計(jì)算條件的設(shè)定

綜合體育館的模擬計(jì)算，按照《體育場館照明設(shè)計(jì)及檢測標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 153—2007的比賽等級(jí)，以體操為例對(duì)整體的照明設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算分為三個(gè)比賽級(jí)別：Ⅵ級(jí)-HDTV轉(zhuǎn)播重大國際比賽，Ⅴ級(jí)-TV轉(zhuǎn)播重大國際比賽，Ⅳ級(jí)-TV轉(zhuǎn)播國家、國際比賽。設(shè)計(jì)中維護(hù)系數(shù)取0.8，環(huán)境系數(shù)取0.2。計(jì)算包括主攝像機(jī)垂直照度、水平照度、四個(gè)正交面的垂直照度、眩光、照度梯度等。

2.5 計(jì)算說明

在場館照明模擬計(jì)算中，燈具位置參數(shù)由表1至表4中的馬道位置參數(shù)表確定，分別對(duì)不同參數(shù)的馬道條件作出相應(yīng)的模擬計(jì)算。表1中有5種計(jì)算條件，表2中有7種計(jì)算條件，表3中有8種計(jì)算條件，表4中有9種計(jì)算條件，共29種計(jì)算條件，基本上全部覆蓋了綜合體育場館中所能選擇的合理的馬道位置和高度(包括常規(guī)單雙馬道燈具布置，特殊異型馬道除外)，通過對(duì)這些不同情況的模擬計(jì)算，能夠得到更全面更客觀的計(jì)算結(jié)果。然后，再進(jìn)一步對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，就可得出不同馬道布置情況下的各種照明指標(biāo)，以此來進(jìn)一步分析在何種馬道條件下，在達(dá)到相同級(jí)別的照明指標(biāo)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)的最小能耗。

3 計(jì)算軟件的選擇

Agi32是一個(gè)用Microsoft Visual Basic編寫的大型綜合性照明計(jì)算軟件，該軟件為商業(yè)軟件，開發(fā)和服務(wù)相對(duì)獨(dú)立，自身不附帶任何燈具配光文件和數(shù)據(jù)庫，但兼容 .IES等配光文件格式，而且Agi32是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的程序，它的計(jì)算結(jié)果不受其他軟件的影響，因此具有權(quán)威性和公正性。由于是商業(yè)軟件，安裝過程較為復(fù)雜，但軟件兼容性較好，運(yùn)行較穩(wěn)定，而且程序升級(jí)服務(wù)完備。軟件開放性強(qiáng)，在各照明廠商的燈具配光文件支持下可以進(jìn)行室內(nèi)、室外、日光等任何一種應(yīng)用方式的照明計(jì)算，并可以選擇在計(jì)算時(shí)是否計(jì)入建筑結(jié)構(gòu)對(duì)光分布的影響，加入建筑模型后，可渲染出虛擬光分布效果圖。

Agi32軟件界面親和，秉承了AutoCAD以及Microsoft Office系列軟件的操作風(fēng)格(圖3)。Agi32可以在一個(gè)模擬環(huán)境中計(jì)算燈具和日光照射下的光分布情況?？捎?jì)算的參數(shù)包含照度、亮度、眩光指數(shù)(GR)、功率密度分析等，可以通過直接打印報(bào)表以及導(dǎo)出為AutoCAD兼容的. dxf文件等方式輸出。

圖3 Agi32軟件操作界面Fig.3 Operating desktop of Agi32 software

Agi32軟件的特點(diǎn)有：可通過散點(diǎn)、直線、曲線、空間平面等多種方式布置照度計(jì)算點(diǎn)，可以計(jì)算相對(duì)于攝像機(jī)的垂直照度、眩光指數(shù)(GR)、照度梯度和區(qū)域功率密度等參數(shù)。由于采用類似AutoCAD的操作界面，實(shí)時(shí)調(diào)整燈具瞄準(zhǔn)點(diǎn)十分簡便，非常適合進(jìn)行體育場館的照明計(jì)算。本項(xiàng)目的所有照明計(jì)算均使用該軟件完成，并通過其直接輸出結(jié)果。

4 滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的LPD值計(jì)算結(jié)果

4.1 室外體育場計(jì)算結(jié)果(見表7、表8)

表7 單馬道田徑場地計(jì)算結(jié)果Table 7 Calculation results of single catwalk for athletics

表8 雙馬道田徑場地計(jì)算結(jié)果Table 8 Calculation results of double caltwalk for atheltics

4.2 綜合體育館計(jì)算結(jié)果(見表9、表10)

表9 單馬道體操場地計(jì)算結(jié)果Table 9 Calculation results of single catwalk for gymnastics

表10 雙馬道體操場地計(jì)算結(jié)果Table 10 Calculation results of double catwalk for gymnastics

5 模擬計(jì)算對(duì)比分析

數(shù)據(jù)分析以高清電視轉(zhuǎn)播(HDTV)模式和單馬道計(jì)算結(jié)果為例。

5.1 室外體育場

田徑場地計(jì)算分析如圖4所示。

圖4 馬道水平投影距場地近邊的距離d和馬道高度h 對(duì)于LPD值的影響(田徑場地)Fig.4 Effect of d and h on LPD for athletics

由圖4可見，馬道高度h和馬道水平投影距場地近邊的距離d對(duì)于場地的LPD值有重要影響。在馬道水平投影距場地近邊的距離d相差不大的情況下，隨著馬道高度h的升高，LPD值也就相應(yīng)的增大，以表1中計(jì)算條件2和計(jì)算條件5的兩種情況為例，條件2中d=25.8m,h=55.4m，LPD=100.90W/m2；條件5中d=24.7m,h=68m,LPD=116.91W/m2,在d相差不大的情況下，隨著馬道高度的升高，LPD值也隨之升高。

同樣，在馬道高度h相差不大的情況下，隨著馬道水平投影距場地近邊的距離d的增加，LPD值呈現(xiàn)相應(yīng)減少的趨勢。以表1中計(jì)算條件4和計(jì)算條件5的兩種情況為例，條件4中d=45.1m,h=64.4m，LPD=107.84W/m2；條件5中d=24.7m,h=68m,LPD=116.91W/m2,在h相差不大的情況下，隨著馬道水平投影距場地近邊的距離增加，LPD值就隨之減少。由此可見，在設(shè)置馬道時(shí)，適當(dāng)?shù)慕档婉R道高度和增加馬道水平投影距場地近邊的距離，對(duì)于減少能耗，降低LPD值是有著重要意義的，當(dāng)然，這種馬道高度的降低和馬道水平投影距場地近邊的距離的增加也是有前提條件的。盲目地降低馬道高度就會(huì)導(dǎo)致場地內(nèi)眩光指數(shù)的增大，盲目地增加馬道水平投影距場地近邊的距離，不僅會(huì)導(dǎo)致場地內(nèi)眩光指數(shù)的增大，而且當(dāng)這個(gè)距離過遠(yuǎn)的時(shí)候，反而會(huì)導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。所以，在降低馬道高度和增加馬道水平投影距場地近邊的距離時(shí)，都要遵從一個(gè)基本的原則，就是與馬道位置相關(guān)的兩個(gè)角度φ和θ的取值，即需滿足圖2中對(duì)這兩個(gè)角度的取值要求。

全新BMW 8系敞篷轎跑車首次將BMW品牌的純粹運(yùn)動(dòng)血統(tǒng)引入豪華敞篷四座車型。BMW的全新設(shè)計(jì)語言—現(xiàn)代、精準(zhǔn)、犀利，賦予新車風(fēng)格獨(dú)特又極富情感張力的外觀。全新開發(fā)的軟車頂在關(guān)閉時(shí)呈現(xiàn)雙門跑車低重心的運(yùn)動(dòng)線條，打開時(shí)則展現(xiàn)優(yōu)雅的流線造型，時(shí)速50公里下仍可在15秒內(nèi)開啟或關(guān)閉。專為BMW 8系開發(fā)的動(dòng)力系統(tǒng)和底盤技術(shù)以及高剛性車身結(jié)構(gòu)，賦予全新BMW 8系敞篷轎跑車更強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)能力。先進(jìn)的控制和顯示系統(tǒng)、駕駛輔助系統(tǒng)和互聯(lián)設(shè)備，彰顯舒適性和創(chuàng)新性，提供更加現(xiàn)代的豪華敞篷駕駛體驗(yàn)。

就單雙馬道兩種燈具布置方式而言，選擇雙馬道布燈方式，對(duì)于降低LPD值是有著非常重要的意義的，當(dāng)然，能否選擇雙馬道布置方式，還與場地的結(jié)構(gòu)等方面息息相關(guān)，需要在具體實(shí)施的時(shí)候針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目再做詳細(xì)的節(jié)能分析。

足球場地計(jì)算分析如圖5所示。

圖5 馬道水平投影距場地近邊的距離d和 馬道高度h對(duì)于LPD值的影響(足球場地)Fig.5 Effect of d and h on LPD for football

5.2 綜合體育館數(shù)據(jù)對(duì)比分析

體操場地計(jì)算分析如圖6所示。

圖6 馬道水平投影距場地近邊的距離d和馬道高度h 對(duì)于LPD值的影響(體操場地)Fig.6 Effect of d and h on LPD for gymnastics

籃排球場地計(jì)算分析如圖7所示。

圖7 馬道水平投影距場地近邊的距離d和馬道高度h 對(duì)于LPD值的影響(籃排球場地)Fig.7 Effect of d and h on LPD for atheltics

圖4～圖7說明，這種變化趨勢在體育場館的照明設(shè)計(jì)中帶有普遍性。

6 結(jié)語

[1] 中華人民共和國建設(shè)部.JGJ 153—2007 體育場館照明設(shè)計(jì)及檢測標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2] 林若慈，朱悅.基于體育場館照明的馬道設(shè)置方法的研究[J].照明工程學(xué)報(bào)，2014，25(5)：32-39.

簡 訊

◆ 2014年12月20-22日，由全國高級(jí)照明設(shè)計(jì)師同學(xué)會(huì)主辦的“全國高級(jí)照明設(shè)計(jì)師同學(xué)會(huì)年會(huì)及高峰論壇”在四川成都隆重舉行。行業(yè)嘉賓、全國高級(jí)照明設(shè)計(jì)師培訓(xùn)班同學(xué)代表近150人參加了此次活動(dòng)，中國照明學(xué)會(huì)秘書長竇林平出席。

◆ 2015年1月10日，2015中國室外照明論壇暨中國照明學(xué)會(huì)室外照明專業(yè)委員會(huì)年會(huì)在貴陽召開，會(huì)議由中國照明學(xué)會(huì)室外照明專業(yè)委員會(huì)和中國建筑學(xué)會(huì)建筑物理分會(huì)采光照明專業(yè)委員會(huì)共同主辦，論壇圍繞半導(dǎo)體照明的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行交流。來自行業(yè)內(nèi)的專家、設(shè)計(jì)師、企業(yè)代表近150人參加了會(huì)議，中國照明學(xué)會(huì)秘書長竇林平出席。

◆ 2015年1月13日，2015年中國照明學(xué)會(huì)“凱圖杯”會(huì)員羽毛球邀請(qǐng)賽在北京圓滿舉辦?；顒?dòng)由中國照明學(xué)會(huì)黨支部主辦，廣州凱圖電氣股份有限公司協(xié)辦。來自中國照明學(xué)會(huì)理事及會(huì)員代表100余人參加了此次活動(dòng),其中80余名運(yùn)動(dòng)員參加了比賽。中國照明學(xué)會(huì)理事長徐淮、副理事長劉世平等參加了活動(dòng)并為獲獎(jiǎng)個(gè)人及單位頒獎(jiǎng)。中國照明學(xué)會(huì)副秘書長、黨支部副書記高飛代表學(xué)會(huì)致開幕詞。中國科協(xié)學(xué)會(huì)服務(wù)中心黨委康健應(yīng)邀參加了活動(dòng)。

◆ 2015年1月16日，中日韓照明大會(huì)組委會(huì)第15次工作會(huì)議在日本東京舉行。大會(huì)組委會(huì)中方成員郝洛西、劉世平、鄒念育和秘書崔哲參加此次會(huì)議。經(jīng)過認(rèn)真討論，會(huì)議達(dá)成如下共識(shí)：第八屆中日韓照明大會(huì)于2015年8月20-21日在日本京都女子大學(xué)舉行；會(huì)議主題為“創(chuàng)造舒適的照明光環(huán)境”，會(huì)議形式包括研討會(huì)、主題報(bào)告、口頭報(bào)告和短時(shí)口頭報(bào)告及張貼報(bào)告等；會(huì)議摘要注冊(cè)截止日期為2015年5月7日，論文提交的截止日期為2015年6月30日。希望學(xué)會(huì)各位理事、專家及廣大科技工作者積極為大會(huì)提交論文或?qū)ｎ}報(bào)告，并積極參加本屆中日韓照明大會(huì)。

◆ 2015年1月19-20日，“2015國際光年”開幕儀式在聯(lián)合國教科文組織巴黎總部舉行，各國政要、外交官、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者等數(shù)千人共聚現(xiàn)場，研討關(guān)于光的多樣話題。

◆ 2014年中國科技論文統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，共有1919種中文科技期刊和70種英文科技期刊被收錄其中?！墩彰鞴こ虒W(xué)報(bào)》再次被評(píng)為中國科技核心期刊。

◆ 為進(jìn)一步提高照明設(shè)計(jì)師職業(yè)素質(zhì)，促進(jìn)照明行業(yè)健康有序發(fā)展，規(guī)范照明設(shè)計(jì)師的執(zhí)業(yè)行為，《照明設(shè)計(jì)師注冊(cè)管理辦法》將于2015年實(shí)行。根據(jù)本辦法，中國照明學(xué)會(huì)將對(duì)全國照明設(shè)計(jì)師的注冊(cè)、執(zhí)業(yè)活動(dòng)實(shí)施統(tǒng)一監(jiān)督管理。《注冊(cè)照明設(shè)計(jì)師繼續(xù)教育管理暫行辦法》也將同步實(shí)行。

◆ 2014年“照明設(shè)計(jì)師”職業(yè)資格培訓(xùn)、鑒定工作取得新進(jìn)展，全年共開辦初、中、高級(jí)培訓(xùn)班11期，培訓(xùn)人數(shù)489人，為歷年最多。2014年還首次開展了“高級(jí)照明設(shè)計(jì)師(舞臺(tái)影視方向)”職業(yè)資格考核認(rèn)定，共有17位長期從事舞臺(tái)影視照明工作的專業(yè)技術(shù)人員獲得職業(yè)資格證書。此外，對(duì)注冊(cè)電氣工程師進(jìn)行高級(jí)照明設(shè)計(jì)師(國家職業(yè)資格一級(jí))和照明設(shè)計(jì)師(國家職業(yè)資格二級(jí))考核認(rèn)定的各項(xiàng)工作正在進(jìn)行中。截止至2014年年底，接受“照明設(shè)計(jì)師”職業(yè)資格培訓(xùn)的從業(yè)人員已突破2000人。

Simulation Calculation of the Energy-saving Analysis in Venues Lighting

Zhao Kai1， Lin Ruoci2

(1.ThornLighting(Guangzhou)Limited，Beijing100022,China；2.ChinaAcademyofBuildingResearch，Beijing100013,China)

Based on the design of single or double catwalk，the calculation software was used to do an analysis about the lighting in stadium and gymnasium. In the calculation, we use some recommended parameters. From the analysis, we can find out that when we get the same effect which type of catwalk can reduce the energy consumption most.

the energy saving of lighting; simulation calculation; lighting design

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2015.01.007