体育场馆照明节能模拟计算分析

赵 凯，林若慈

(1.索恩照明(广州)有限公司，北京 100022；2.中国建筑科学研究院，北京 100013)



体育场馆照明节能模拟计算分析

赵 凯1，林若慈2

(1.索恩照明(广州)有限公司，北京 100022；2.中国建筑科学研究院，北京 100013)

根据体育场馆中的单双马道设计，以室外体育场和综合体育馆为例，使用照度计算软件，按照推荐的单双马道设置选取相应的参数进行照明模拟计算，经过对比分析找出在何种马道条件下才能够在满足各项照明指标要求的基础上，实现能耗最小化的方法。

照明节能；模拟计算；照明设计

引言

在现代的体育场馆照明中，马道作为一个承载灯具安装的结构，在照明中所扮演的角色无疑是非常重要的。马道布灯方式，由于其连续性，布局美观，安装便利，且对于灯具投射角度的调整和灯具的维护都比较方便，所以深受设计师青睐。因此，在现代的体育照明中，这种马道布灯方式，也就更多的被人们所接受并选择。由于马道本身是建筑结构的一部分，所以，它受建筑结构的影响是非常大的，而在设定马道的时候，往往没有和照明设计师进行充分和必要的沟通，因此设定的马道位置和高度，往往会对之后的照明设计产生许多不利的影响。

既然马道的位置和高度的设定，直接决定了该场馆的体育照明效果能否完美实现，那么在设定马道的时候就应该充分考虑后期的照明需求。良好的马道位置能够保证在后期照明设计的时候，所有的照明指标均满足照明设计标准的要求，而不恰当的马道位置的选择，也会直接导致后期照明设计存在缺陷。

在本文中，我们针对推荐的马道形式和高度等参数，分别对各种情况，选用相同类型配光的灯具对照明指标和照明功率密度进行模拟计算，以室外体育场与综合体育馆为例，计算在满足各项照明转播指标的基础上，求得所需要消耗的照明功率密度。

1 模拟计算中马道形状和参数的选取

1.1 马道形状的选择

在本次模拟计算中，所验证的马道形式包括单马道和双马道两种形式，单马道是指沿场地边线外放置单条通长的马道，单马道的位置在已知其水平投影距近边线距离d以及其距地面的高度h后就可以确定下来。而双马道是指马道沿场地边线外放置两条通长的马道，同理，马道的位置也不难确定，具体的方法可参照《基于体育场馆照明马道设置方法的研究》中关于确定马道的位置参数的描述。马道的形状则可按照建筑结构和场地形状来确定，如方形场地选择方形马道，椭圆形场地选择椭圆形马道等(图1)。

1.2 马道参数的选择

根据《基于体育场馆照明马道设置方法的研究》对体育场馆确定马道位置参数方法的论证，特选择本次照明模拟计算的马道参数如表1～表4：

图1 单马道、双马道布置Fig.1 Single and double catwalk distribution

图2 单马道、双马道灯具投射角度Fig.2 Luminaire aiming angle for single and double catwalk (eachside)表1 室外体育场单马道——灯具安装高度 与各计算参数对应表Table 1 Single catwalk (each side) for athletics- Luminaire mouting height and calculation parameters in corresponding table

项目φ/(°)θ/(°)w/(m)d/(m)h/(m)s/(m)计算条件田径(足球)25709319.152.565.6计算条件16525.855.472.3计算条件26034.259.380.7计算条件35545.164.491.6计算条件4307024.768.071.2计算条件5

表2 室外体育场双马道——灯具安装高度与各计算参数对应表Table 2 Double catwalk (each side) for athletics-Luminaire mouting height and calculation parameters in corresponding table

图2中，φ为灯具投射方向与场地远边线之夹角；θ为灯具投射方向与场地近边线之夹角；w为场地宽度；d为灯具(马道)水平投影距近边线距离；h为灯具(马道)距地面的高度；d′为双马道后排灯具(马道)水平投影距近边线距离；s为单马道灯具(马道)水平投影距场地中心点距离；s1,s2为双马道两排灯具(马道)水平投影距场地中心点距离。

表3 综合体育馆单马道——灯具安装高度与各 计算参数对应表Table 3 Single catwalk (each side) for gymnasium- Luminaire mouting height and calculation parameters in corresponding table

表4 综合体育馆双马道——灯具安装高度 与各计算参数对应表Table 4 Double catwalk (each side) for gymnasium- Luminaire mouting height and calculation parameters in corresponding table

表1～表4中马道的高度均为马道最高点距地面的高度，而实际情况马道高度是变化的，尤其是在综合性体育场中，马道通常不是水平的结构，而是按照建筑结构的走势成弧形排列，并且前后排马道的高度往往不一致。在本文的模拟计算中，已经适当的考虑了这种情况，并对灯具安装的高度按实际情况作了一些调整。

2 模拟计算中灯具参数的选取及计算条件的设定

2.1 室外体育场灯具配光(表5)

表5 室外体育场灯具配光Table 5 Light distribution of athletics-luminaire

2.2 室外体育场计算条件的设定

室外体育场的模拟计算，按照《体育场馆照明设计及检测标准》JGJ 153—2007的比赛等级，以田径为例对整体的照明设计进行模拟计算，计算分为三个比赛级别：Ⅵ级-HDTV转播重大国际比赛，Ⅴ级-TV转播重大国际比赛，Ⅳ级-TV转播国家、国际比赛。设计中维护系数取0.8，环境系数取0.2。计算包括主摄像机垂直照度、水平照度、四个正交面的垂直照度、眩光、照度梯度等。

2.3 综合体育馆灯具配光(表6)

表6 综合体育馆灯具配光Table 6 Light distribution of gymnasium-luminaire

2.4 综合体育馆计算条件的设定

综合体育馆的模拟计算，按照《体育场馆照明设计及检测标准》JGJ 153—2007的比赛等级，以体操为例对整体的照明设计进行模拟计算，计算分为三个比赛级别：Ⅵ级-HDTV转播重大国际比赛，Ⅴ级-TV转播重大国际比赛，Ⅳ级-TV转播国家、国际比赛。设计中维护系数取0.8，环境系数取0.2。计算包括主摄像机垂直照度、水平照度、四个正交面的垂直照度、眩光、照度梯度等。

2.5 计算说明

在场馆照明模拟计算中，灯具位置参数由表1至表4中的马道位置参数表确定，分别对不同参数的马道条件作出相应的模拟计算。表1中有5种计算条件，表2中有7种计算条件，表3中有8种计算条件，表4中有9种计算条件，共29种计算条件，基本上全部覆盖了综合体育场馆中所能选择的合理的马道位置和高度(包括常规单双马道灯具布置，特殊异型马道除外)，通过对这些不同情况的模拟计算，能够得到更全面更客观的计算结果。然后，再进一步对这些数据进行分析整理，就可得出不同马道布置情况下的各种照明指标，以此来进一步分析在何种马道条件下，在达到相同级别的照明指标时，能够实现的最小能耗。

3 计算软件的选择

Agi32是一个用Microsoft Visual Basic编写的大型综合性照明计算软件，该软件为商业软件，开发和服务相对独立，自身不附带任何灯具配光文件和数据库，但兼容 .IES等配光文件格式，而且Agi32是一个独立运行的程序，它的计算结果不受其他软件的影响，因此具有权威性和公正性。由于是商业软件，安装过程较为复杂，但软件兼容性较好，运行较稳定，而且程序升级服务完备。软件开放性强，在各照明厂商的灯具配光文件支持下可以进行室内、室外、日光等任何一种应用方式的照明计算，并可以选择在计算时是否计入建筑结构对光分布的影响，加入建筑模型后，可渲染出虚拟光分布效果图。

Agi32软件界面亲和，秉承了AutoCAD以及Microsoft Office系列软件的操作风格(图3)。Agi32可以在一个模拟环境中计算灯具和日光照射下的光分布情况。可计算的参数包含照度、亮度、眩光指数(GR)、功率密度分析等，可以通过直接打印报表以及导出为AutoCAD兼容的. dxf文件等方式输出。

图3 Agi32软件操作界面Fig.3 Operating desktop of Agi32 software

Agi32软件的特点有：可通过散点、直线、曲线、空间平面等多种方式布置照度计算点，可以计算相对于摄像机的垂直照度、眩光指数(GR)、照度梯度和区域功率密度等参数。由于采用类似AutoCAD的操作界面，实时调整灯具瞄准点十分简便，非常适合进行体育场馆的照明计算。本项目的所有照明计算均使用该软件完成，并通过其直接输出结果。

4 满足设计标准要求的LPD值计算结果

4.1 室外体育场计算结果(见表7、表8)

表7 单马道田径场地计算结果Table 7 Calculation results of single catwalk for athletics

表8 双马道田径场地计算结果Table 8 Calculation results of double caltwalk for atheltics

4.2 综合体育馆计算结果(见表9、表10)

表9 单马道体操场地计算结果Table 9 Calculation results of single catwalk for gymnastics

表10 双马道体操场地计算结果Table 10 Calculation results of double catwalk for gymnastics

5 模拟计算对比分析

数据分析以高清电视转播(HDTV)模式和单马道计算结果为例。

5.1 室外体育场

田径场地计算分析如图4所示。

图4 马道水平投影距场地近边的距离d和马道高度h 对于LPD值的影响(田径场地)Fig.4 Effect of d and h on LPD for athletics

由图4可见，马道高度h和马道水平投影距场地近边的距离d对于场地的LPD值有重要影响。在马道水平投影距场地近边的距离d相差不大的情况下，随着马道高度h的升高，LPD值也就相应的增大，以表1中计算条件2和计算条件5的两种情况为例，条件2中d=25.8m,h=55.4m，LPD=100.90W/m2；条件5中d=24.7m,h=68m,LPD=116.91W/m2,在d相差不大的情况下，随着马道高度的升高，LPD值也随之升高。

同样，在马道高度h相差不大的情况下，随着马道水平投影距场地近边的距离d的增加，LPD值呈现相应减少的趋势。以表1中计算条件4和计算条件5的两种情况为例，条件4中d=45.1m,h=64.4m，LPD=107.84W/m2；条件5中d=24.7m,h=68m,LPD=116.91W/m2,在h相差不大的情况下，随着马道水平投影距场地近边的距离增加，LPD值就随之减少。由此可见，在设置马道时，适当的降低马道高度和增加马道水平投影距场地近边的距离，对于减少能耗，降低LPD值是有着重要意义的，当然，这种马道高度的降低和马道水平投影距场地近边的距离的增加也是有前提条件的。盲目地降低马道高度就会导致场地内眩光指数的增大，盲目地增加马道水平投影距场地近边的距离，不仅会导致场地内眩光指数的增大，而且当这个距离过远的时候，反而会导致能源的浪费。所以，在降低马道高度和增加马道水平投影距场地近边的距离时，都要遵从一个基本的原则，就是与马道位置相关的两个角度φ和θ的取值，即需满足图2中对这两个角度的取值要求。

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就单双马道两种灯具布置方式而言，选择双马道布灯方式，对于降低LPD值是有着非常重要的意义的，当然，能否选择双马道布置方式，还与场地的结构等方面息息相关，需要在具体实施的时候针对每个项目再做详细的节能分析。

足球场地计算分析如图5所示。

图5 马道水平投影距场地近边的距离d和 马道高度h对于LPD值的影响(足球场地)Fig.5 Effect of d and h on LPD for football

5.2 综合体育馆数据对比分析

体操场地计算分析如图6所示。

图6 马道水平投影距场地近边的距离d和马道高度h 对于LPD值的影响(体操场地)Fig.6 Effect of d and h on LPD for gymnastics

篮排球场地计算分析如图7所示。

图7 马道水平投影距场地近边的距离d和马道高度h 对于LPD值的影响(篮排球场地)Fig.7 Effect of d and h on LPD for atheltics

图4～图7说明，这种变化趋势在体育场馆的照明设计中带有普遍性。

6 结语

[1] 中华人民共和国建设部.JGJ 153—2007 体育场馆照明设计及检测标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2] 林若慈，朱悦.基于体育场馆照明的马道设置方法的研究[J].照明工程学报，2014，25(5)：32-39.

简 讯

◆ 2014年12月20-22日，由全国高级照明设计师同学会主办的“全国高级照明设计师同学会年会及高峰论坛”在四川成都隆重举行。行业嘉宾、全国高级照明设计师培训班同学代表近150人参加了此次活动，中国照明学会秘书长窦林平出席。

◆ 2015年1月10日，2015中国室外照明论坛暨中国照明学会室外照明专业委员会年会在贵阳召开，会议由中国照明学会室外照明专业委员会和中国建筑学会建筑物理分会采光照明专业委员会共同主办，论坛围绕半导体照明的发展与应用进行交流。来自行业内的专家、设计师、企业代表近150人参加了会议，中国照明学会秘书长窦林平出席。

◆ 2015年1月13日，2015年中国照明学会“凯图杯”会员羽毛球邀请赛在北京圆满举办。活动由中国照明学会党支部主办，广州凯图电气股份有限公司协办。来自中国照明学会理事及会员代表100余人参加了此次活动,其中80余名运动员参加了比赛。中国照明学会理事长徐淮、副理事长刘世平等参加了活动并为获奖个人及单位颁奖。中国照明学会副秘书长、党支部副书记高飞代表学会致开幕词。中国科协学会服务中心党委康健应邀参加了活动。

◆ 2015年1月16日，中日韩照明大会组委会第15次工作会议在日本东京举行。大会组委会中方成员郝洛西、刘世平、邹念育和秘书崔哲参加此次会议。经过认真讨论，会议达成如下共识：第八届中日韩照明大会于2015年8月20-21日在日本京都女子大学举行；会议主题为“创造舒适的照明光环境”，会议形式包括研讨会、主题报告、口头报告和短时口头报告及张贴报告等；会议摘要注册截止日期为2015年5月7日，论文提交的截止日期为2015年6月30日。希望学会各位理事、专家及广大科技工作者积极为大会提交论文或专题报告，并积极参加本届中日韩照明大会。

◆ 2015年1月19-20日，“2015国际光年”开幕仪式在联合国教科文组织巴黎总部举行，各国政要、外交官、诺贝尔奖获得者等数千人共聚现场，研讨关于光的多样话题。

◆ 2014年中国科技论文统计结果显示，共有1919种中文科技期刊和70种英文科技期刊被收录其中。《照明工程学报》再次被评为中国科技核心期刊。

◆ 为进一步提高照明设计师职业素质，促进照明行业健康有序发展，规范照明设计师的执业行为，《照明设计师注册管理办法》将于2015年实行。根据本办法，中国照明学会将对全国照明设计师的注册、执业活动实施统一监督管理。《注册照明设计师继续教育管理暂行办法》也将同步实行。

◆ 2014年“照明设计师”职业资格培训、鉴定工作取得新进展，全年共开办初、中、高级培训班11期，培训人数489人，为历年最多。2014年还首次开展了“高级照明设计师(舞台影视方向)”职业资格考核认定，共有17位长期从事舞台影视照明工作的专业技术人员获得职业资格证书。此外，对注册电气工程师进行高级照明设计师(国家职业资格一级)和照明设计师(国家职业资格二级)考核认定的各项工作正在进行中。截止至2014年年底，接受“照明设计师”职业资格培训的从业人员已突破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