基于DIALux的室內(nèi)籃球館照明設(shè)計(jì)與模擬

黃顯雯， 白 榮， 薛仁雨， 趙 凱， 劉汝超， 王艷敏

(1. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150001；2. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，西安 718500；3. 香港華藝設(shè)計(jì)顧問(深圳)有限公司，深圳 518000)

0 引言

照明是影響體育場(chǎng)館賽事正常進(jìn)行和電視轉(zhuǎn)播的關(guān)鍵。體育照明不但要為運(yùn)動(dòng)員和裁判員提供優(yōu)質(zhì)的照明環(huán)境，還要保障觀眾良好的觀看效果，同時(shí)也要滿足電視轉(zhuǎn)播攝像所需的照明要求。在照明方案設(shè)計(jì)時(shí)，可以合理地運(yùn)用照明軟件DIALux[1]的照明計(jì)算和仿真功能，從而對(duì)所布置的照明方案的效果有直觀明確的了解，進(jìn)而優(yōu)化燈具布置，調(diào)整燈具數(shù)量，得到照明設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案[2]，并得到照度等值線圖、點(diǎn)照度圖、眩光指數(shù)等報(bào)表。本文將從光源的選擇、燈具配光曲線的選擇、燈具布置方式和燈具控制模式四個(gè)方面對(duì)室內(nèi)籃球場(chǎng)館進(jìn)行照明設(shè)計(jì)與建模仿真。

1 分析建模

在體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)中，要根據(jù)場(chǎng)館級(jí)別、不同的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目要求來權(quán)衡。本文選取室內(nèi)籃球場(chǎng)館進(jìn)行照明設(shè)計(jì)與模擬，以我國(guó)籃球場(chǎng)地照明標(biāo)準(zhǔn)作為照明模擬的標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示[3]。

根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)籃球比賽場(chǎng)地的要求[4]，在DIALux中設(shè)定了一個(gè)長(zhǎng)40m、寬30m、高13m的Ⅱ級(jí)室內(nèi)體育場(chǎng)館環(huán)境，以500lx為照度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 室內(nèi)籃球場(chǎng)照明設(shè)計(jì)與模擬

2.1 光源的選擇

體育照明中常用金屬鹵化物燈和LED燈。體育場(chǎng)作為高大空間，需要大功率的燈具以滿足其照度要求。金屬鹵化物燈功率大，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)趨于成熟，應(yīng)用廣泛。而LED燈具在節(jié)能、壽命、頻閃、調(diào)光等方面優(yōu)于金屬鹵化物燈，但目前大功率LED燈在散熱和體積重量等方面仍有很大的改進(jìn)空間[5]。

籃球場(chǎng)地照明標(biāo)準(zhǔn) 表1

采用滿天星燈具布置方式，分別對(duì)金屬鹵化物燈、LED燈進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，以得到較優(yōu)方案。金屬鹵化物燈選用了某品牌MPK45，LED燈選用了同一品牌BY471P。為達(dá)到500lx的照度標(biāo)準(zhǔn)，在滿天星燈具布置方式下，通過計(jì)算和模擬仿真，最終得到了金屬鹵化物燈需48盞，總功率為 20 592W，LED燈需36盞，總功率為7 200W的方案。仿真結(jié)果如圖1和表2所示。

圖1 室內(nèi)籃球場(chǎng)光源不同時(shí)的照度等值線

表2

由表2可以看出，想達(dá)到相同平均照度和照度均勻度，金屬鹵化物燈數(shù)量要比LED燈的數(shù)量多12盞，總功率差值達(dá)到13 392W。金屬鹵化物燈的照明功率密度為17.16W/m2，LED 燈的照明功率密度為6W/m2。由此可見，金屬鹵化物燈耗能要比LED燈大得多，考慮到節(jié)能效果以及LED燈的各項(xiàng)良好性能，LED燈無疑更好。

2.2 燈具配光曲線的選擇

燈具有窄配光、中配光和寬配光三種配光曲線，同樣影響著照度的變化[6]。本文采用型號(hào)為某品牌HPK888的金屬鹵化物燈的三種不同配光燈具進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬仿真。配光曲線見圖2。

圖2 配光曲線圖

通過DIALux計(jì)算模擬，為達(dá)到500lx的照度標(biāo)準(zhǔn)值，在滿天星布置方式下，寬配光燈具需采用42盞，則窄、中配光燈具也采用相同的燈具布置，以便進(jìn)行結(jié)果比較。仿真結(jié)果如圖3和表3所示。

圖3 室內(nèi)籃球場(chǎng)燈具配光曲線不同時(shí)的照度等值線

表3

由表3可知，在燈具布置情況相同下，配光曲線越窄，燈具的照度相對(duì)越高，但照度均勻度會(huì)降低。運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地需要舒適的照明效果，照度均勻度不能影響場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)及比賽，同時(shí)照度也需要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，故燈具布置宜根據(jù)實(shí)際情況需求選取合適配光曲線的燈具，如高大空間的場(chǎng)地為達(dá)到照度要求宜選用窄配光燈具，而一般的低空間如訓(xùn)練館、業(yè)余比賽場(chǎng)館則可以考慮中配光燈具。

2.3 燈具布置方式

體育館常用的布燈方式有頂部布置、兩側(cè)布置以及混合布置。頂部布置宜選用對(duì)稱型配光的燈具，適用于空間較低、無電視轉(zhuǎn)播要求的體育館，在供業(yè)余訓(xùn)練和娛樂的體育館中較為常見。兩側(cè)布置宜選用非對(duì)稱型配光燈具布置在馬道上，所有燈具瞄準(zhǔn)角(燈具的瞄準(zhǔn)方向與垂線的夾角)應(yīng)在25°～65°之間，適用于垂直照度要求較高以及有電視轉(zhuǎn)播要求的大中型體育館?；旌喜贾眉错敳坎贾门c兩側(cè)布置相結(jié)合的布置方式，選用燈具時(shí)應(yīng)有多種配光滿足不同的照度需求，該布置方式適用于大型綜合性體育館[4]。

本文選擇兩側(cè)布置方式和頂部布置方式進(jìn)行仿真，燈具選用了金屬鹵化物燈，燈具型號(hào)為某品牌MPK450，單燈功率為500W。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)照度500lx，通過計(jì)算仿真得到，兩側(cè)布置方式需要燈具46盞，頂部布置方式需要48盞。仿真結(jié)果如圖4和表4所示。

圖4 室內(nèi)籃球場(chǎng)燈具布置方式不同時(shí)的照度等值線

由表4得，兩側(cè)布置方式和頂部布置方式的各項(xiàng)照度標(biāo)準(zhǔn)均相近，但頂部布置方式比兩側(cè)布置方式多了2盞燈，總功率多1 000W，投資和運(yùn)營(yíng)成本均增加。

燈具布置方式仿真結(jié)果 表4

此外，籃球館照明還需考慮眩光的影響。在照明仿真中，因?yàn)閳?chǎng)地為長(zhǎng)方形，燈具布置為頂部布置方式，所以眩光值采點(diǎn)只需要對(duì)稱均勻即可，眩光值采點(diǎn)位置如圖5所示。

圖5 眩光值采點(diǎn)位置

在兩側(cè)布置方式中，眩光值最小為13，最大為18；頂部布置方式中，眩光值最小為11，最大為17。兩側(cè)布置方式眩光值比頂部布置方式稍高，但仍在表1的標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

2.4 燈具的控制

體育館除了舉行業(yè)余比賽外，還會(huì)用于娛樂演出和日常訓(xùn)練等。本文設(shè)計(jì)了三種燈具控制模式，分別為業(yè)余比賽模式、娛樂模式和清掃模式，其所對(duì)應(yīng)的照度值應(yīng)分別為500lx、300x、150lx。通過照度計(jì)算和DIALux模擬仿真，在頂部燈具布置方式下其對(duì)應(yīng)的燈具數(shù)量為36、24、12盞，所選用的燈具為某品牌 BY471P，功率為200W，光通量為25 000lm。

燈具控制模式仿真結(jié)果 表5

三種模式的仿真結(jié)果整理得到表5。

不同模式下，照明耗電差別很大，根據(jù)場(chǎng)地不同的使用時(shí)期，控制燈具使用數(shù)量可以有效節(jié)能。另外，為了統(tǒng)一所有燈具的運(yùn)維時(shí)間，燈具控制策略中需要加入輪換工作制，方便工作人員維護(hù)、檢修。

3 結(jié)束語