论体育场照明及电气控制设计

Word版本，下载可自由编辑论体育场照明及电气控制设计下面是我给大家带来关于育场照明及电气控制设计的相关内容，以供参考。

本文利用介绍体育场照明及电气控制的设计，分析照明设计标准的挑选与照明参数的计算，阐明照明质量标准、照明灯具分类与布置方式及电气控制设计中应注重的一些问题。

1.体育场照明的重要性

对于一座现代化的体育场，不但要求建造形状美观大方、各种体育设备齐全完美，而且要求有良好的照明环境，即要求有合适、匀称的照度和亮度、抱负的光色，有立体感及无眩光等。除保证满足观众良好的视看效果外，还必需保证裁判员、运动员和竞赛项目所需的照明要求以及应保证有良好的电视转播效果。

照明是依赖光芒的功能，保证灯光作用于运动员、裁判员、观众的眼睛、产生视觉，才干看见体育场地上的一切，如场地环境的明暗、物体建造、器具及服装等表面的色彩、观察目标的外形和大小、深度、立体感及运动员运动时的状态和体育场的气氛等等。所以，良好的照明在现代体育场中占有重要地位。

普通，在一个体育场的照明设计中，应考虑以下三方面的因素：

1满足运动竞赛时运动员的视觉要求，并且使灯光对照赛的客观影响降到最低程度。

2满足观众的视觉要求，使灯光对观察竞赛时所引起的不适感觉降低到最低程度。

3满足彩电转播的照明要求，尽可能提升转播质量。

总之，照明与运动项目的竞赛要求密切相关，与观众视看效果密切相关，没有良好照明设施的体育场是不完整的体育场，必将严峻影响它的使用功能。

2.体育场照明设计标准

为了得到良好的照明设计计划，合理通过光芒的分布来满足运动员、观众、裁判员视觉以及良好的电视转播效果的要求，必须先确定照明标准，包括照度标准和照明质量标准。照明质量标准，其中包括眩光、光源色温有显色性要求，光的方向性、节能要求等。

2.1照度标准

按照国际体联第83号推举照度要求及《民用建造照明设计标准》GBJ133-90中第2.2.9条中的规定，提出以下照度标准推举值见表1。几点说明：

1按照《民用建造照明设计标准》GBJ133-90中第2.2.9-1条中规定：足球场竞赛照度标准值：当观察距离为120m时，为150～200～300lx；观察距离为160m时，为200～300～500lx；观察距离为200m时，为300～500～750lx.观察距离指观众席最后一排到场地边线的距离。

2按照《民用建造照明设计标准》GBJ133-90中第2.2.9-2条中规定：电视转播需要的垂直照度：最大拍摄距离分为三组，①对于足球项目而言，最在拍摄距离为25m时平均垂直照度应为750lx；最大拍摄距离为75m时平均垂直照度应为1000lx；最大拍摄距离为150m时平均垂直照度为1500lx；②对于田径项目而言，最大拍摄距离为25m时平均垂直照度应为500lx；最大拍摄距离为75m平均垂直照度应为750lx；最大拍摄距离为150m时平均垂直照度为1000lx.上述每个垂直照度用于一个给定的运动等级和给定的最在拍摄距离相对于1.0m垂直面的值，各照度值的中间值用于其它拍摄距离。

3上述照度指体育场的终于平均照度，设计时选取的初始照度必需计入维护系数，普通可采纳0.7～0.8的数值。

4水平照度的匀称度：照度匀称度普通用最小照度与最大照度之比表示，也可用最小照度与平均照度之比表示，最小照度与最大照度的比值应大于0.5.

5垂直照度的匀称度：最小照度与最大照度的比值应大于0.4，才干满足主电视摄像的要求。

2.2照明质量标准

1眩光

体育照明的关键除提供足够的水平和垂直照度以外，还需要削减眩光，从而达到亮而无眩光的效果。眩光是影响照明质量的最重要因素之一。按照CIENO.83出版物“彩电系统的体育场地照明”，场内最大眩光指数GRmax应小于50.眩光额定值GR愈小，眩光限制愈好，眩光额定值为50时。眩光额定值GR由下列公式算出：

GR=27+24LgLvl/Lve0.9

1式中，Lvl是灯具产生的光幕亮度，Lve是环境产生的光幕亮度。普通在计算照度时，应计算不同方向的眩光额定值GR，在GR50时，即可行。眩光的限制除了合理确定灯具的选型，安装高度和罗列方式外，还可以实行提升赛场背景照度的办法。

2光源色温及显色性要求

为达到良好的彩电转播效果，体育场的照明质量不但与照度有关，而且与照明光源的色温及显色性有紧密关系。我国《民用建造照明设计标准》GBJ133-90中第3.3.2条中规定：彩电转播用普通光源显色指数Ra不应小于65.依据CIENO.83号出版物及国际足联的要求，光源相关色温Tc大于5000K和光源显色指数Ra大于等于80，以达到最佳的现场照明效果及彩电转播效果。

3光的方向性

灯具的俯角不仅影响垂直照度，同时也对运动员、观众和裁判有可能产生较大眩光影响。对地体育场照明设计，应挑选好灯具的瞄准方向。另外，主摄像机与另一侧过来的光芒之比例应控制在一定范围内，而照明的最重点是在足球场的中央及禁区设置。

4节能要求

照明节能重在采纳合理的照明计划和高效的照明装置，降低线路损耗及良好的照明控制。体育建造属照明用电较大的建造项目，从节能意义上讲，仅比较初始投资费用，而不以最低运行成本为基础挑选得出的照明设计不是合理的设计，应按照详细状况，将初始投资及运行成本综合加以考虑。

应挑选高效率的光源和灯具，采纳能耗较低的镇流器等附件，并加补偿电容，提升系统的功率因数。照明设计应有多种开灯模式及对应的控制计划。可以利用调整灯具数量，为不同需要的竞赛和活动提供合适的照明，控制计划要容易、有用，并具有较强的灵便性。

3.体育场照明设计的计算

体育场照明设计的照度计算通常有三种办法：一是单位面积容量估算法；二是平均照度计算法，用以计算被照面上的平均照度；三是逐点计算法，可以精确的计算出某一点的照度。

1单位面积容量估算法基本公式：

N=P×A/PL2

式中：N—泛光灯灯数；PL—每台泛光灯功率W；P—单位面积功率W/m2；A—被照面积m2。

m=1/η×η1×U×U1×K3

式中：m—简化系数；η—灯具效率；η1—光源效率，1m/W；U—通过系数；U1—照度匀称度；K—灯具维护系数，普通取0.7～0.8.

为简化计算，根据η=0.6、U=0.75、U1=0.7、K=0.7给出不同光源的m值见表2.

P=m×E4

式中E为最小照度，lx.

2平均照度计算法，运用以下公式可以计算出灯具的数量。

N=E×A/η×F×K5

式中：N—灯具的数量个；E—表面平均照度lx，由表1查得：A—被照面面积m2；η—灯具的效率；F—光通量1m；K—维护系数，取0.7～0.8.以上两种照度计算法应用较普遍，主要用于照度的估算，比较适合计划和初步设计阶段。

3点光源逐点计算法

采纳计算机软件举行逐点计算。泛光灯的尺寸与其照耀的距离相比要小的多，因此泛光灯可被当作点光源，一盏灯具照度计算的数学模型如公式6所示。

EΦcosα±D/h×sinαEh=ΨEh

6式中，Eh：一盏灯照耀到垂竖立面上产生的平均照度lx，Eh用公式7计算：

Eh=Iθ×cosθ/R27

Iθ—θ角照耀方向的光强cd；R—光源至被照面间的距离m；h—光源至垂竖立面的垂直计算距离m；D—R在垂竖立面上的投影m；α—斜面与水平面的夹角，单位为度；θ—灯具光束中心与水平面的夹角，单位为度；Ψ—系数，Ψ=cosα±D/h×sinα。

4.体育场照明灯具分类与布置方式

4.1照明灯具分类

体育场照明灯具按其光束外形可分为A、B、C三类，如表3所示。

在照明设计中，应按照详细状况挑选合适的灯具。通常对于侧面布灯方式，采纳光束为扇形B或C型泛光灯的通过系数要高于圆柱对称光束A型泛光灯。对于四塔布灯方式，采纳圆柱对称光束A型泛光灯的通过系数要高于扇形B或C型泛光灯。

4.2灯具的布置方式

为有效地通过光源的光通量，还应按照投射距离挑选泛光灯光束角的大小。按光束角的大小可分为7类，如表4所示。

1四塔式布灯

①四角灯塔位置应选在球门中线民地底线成15°角、半场中心线与边线成5°角的两线相交后延伸线所夹得空间范围，并宜将灯塔设置在场地的对角线上。将泛光灯安装在4个高塔上，这种布置型式适用于没有挑棚的体育场，其照明通过率较低；而且要解决好灯具的维护检修问题。

②灯塔的高度应使最低一排泛光灯至场地中心与场地水平地面的夹角在20°～30°，超过这一范围，不仅使灯塔的造价大大提升，同时也会降低垂直照度与水平照度的比例，影响物体造型的立体感和降低识别运动物体的速度。

灯塔最低一排泛光灯至场地水平面的垂直高度可由式8确定：

H≥L×tan25°或H≥0.4663L

8式中：H—灯塔最低一排泛光灯至场地水平面的垂直高度m；L—场地中心点至灯塔座的水平距离m。

上式中的L与H关系还可以采纳下列比值确定：与场地水平面夹角为25°时，LH=2.1451；与场地水平面夹角为20°时，LH=2.7471

③灯塔顶部应装置防雷接地设施，接地电阻不大于10Ω。灯塔顶部应设置红色高度标志灯，且不少于2台。灯塔上安装的接线端子箱、敷设的电缆及线醴均由灯塔厂配套提供。

④灯塔设置位置及塔上最低一排泛光灯投射角度及高度应满足以下要求：α5°，β15°，20°γ30°，45°θ70°

2混合式布灯

①将灯带式与灯塔式有机地组合在一起的布灯办法。普通大型综合性体育场解决照明技术效果比较好的一种布灯型式。

②混合布置，灯塔的投射角和方位布置可以适当灵便处理，光带的长度可以适当缩短，光带的高度也可适当降低。

5.体育场照明供电设计

1体育场的照明供电，普通由低压配电室引来两路电源供应，互为备用，手动与自动投切，平常两路电源各带50%左右的负荷，且匀称分布，以便任何一路断电，熄灭了的灯光尚未点燃时，场地内仍能保持匀称的照度分布，使普通性竞赛仍可举行。另外，因为气体放电灯的启动时光约为4～8min，再启动时光约为10～15min，因此，即使采纳两种电源自投，也无法使熄灭了的灯光立刻点燃，故对有人值班的控制室，可采纳两种电源手动互投的切换方式。对无人值班的控制室则应采纳两路电源自投不自复的切换方式，保证竞赛的正常举行，延伸光源的使用寿命。

①此种供电方式可不再另外考虑场地的应急照明，而且当电源转换时仍能基本保证竞赛的正常举行。

②配电系统设计相对较为复杂，造价亦相应较高。

③采纳四塔式照明时，将电源柜放在灯塔底部内侧，电源线沿灯塔内壁敷设，灯具的镇流器箱放在塔的顶部，这种配电方式较为合理。

④采纳光带式照明时，将电源直接送到挑棚马道上的配电柜台，配电的分支线路可以采纳沿马道旋转的金属线槽敷设方式。

2竞赛灯的开关，主要靠沟通接触器或无触点的晶闸管可控硅实现。用沟通接触器控制，容易牢靠，也较经济；用晶闸管控制，技术先进，但价格较贵。为了便于维护和灯光计划的变化，宜采纳单灯单控，也可一个开关控制2～3个灯，以不超过3个灯为宜。

3气体放电灯点燃时，冲击电流很大，开启灯光时，单灯宜间隔0.5s；组控时，宜间隔10～30s.另外，气体放电灯的频闪效应对比明质量的影响很大。由沟通电源供电的气体放电灯有二倍于电源频率的周期性频闪。频闪会使快速运动的物体，浮现幻影，这种效应对于摄像，尤其是慢动作摄像影响很大，放映时，会显示出一种令人难以忍受的闪动，频闪还会造成视觉疲劳。通常用光通量的波动深度Fbd来衡量。

Fbd=Fmax-Fmin/2Fav×100%

9式中：Fmax—光通量的最大值；Fmin—光通量的最小值；Fav—光通量的平均值。只要将波动深动降至25%以下，人的视觉对频闪将不产生疲劳效应。这可利用转变配电方式来实现。例如：将相邻的气体放电灯接在不同相位的电源上；在计划设计时，还可考虑氢不同相位的气体放电灯所发出的光通量相到重叠等。总之，在大量使用气体放电灯的体育场照明设计中必需考虑频闪对比明质量的影响。

6.体育场照明控制

体育场及观众席照明控制主要形式为在专设的灯光控制室采纳计算机控制台集中控制。计算机控制台为人机对话形式，设有灯位布置模拟盘、灯光单控、组控开关等，灯光单控开关的布置应与灯位布置模拟盘相对应。可以自动控制，也可以手动控制，计算机可以模