体育建筑照明节能关键点分析

王建华

(中科院建筑设计研究院有限公司，北京 100190)

体育建筑照明节能关键点分析

王建华

(中科院建筑设计研究院有限公司，北京 100190)

通过对体育建筑照明节能的关键点进行分析，提出包括执行建筑照明设计标准、推进半导体照明、结合物联网升级为智慧照明等一系列节能策略，并在可再生能源利用方面，提出体育建筑在有条件的情况下充分利用太阳能能源的倡议。

体育建筑 照明节能 智慧照明 太阳能光伏

0 引言

随着经济的发展和人民生活水平的提高，体育运动已成为人们生活的重要组成部分，体育场馆的建设也越来越多，体育建筑节能的需求日益彰显。不论是国家级还是市(县)级体育建筑，亦或是校园体育建筑，均担负着公益性功能，其建设当贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，充分发挥公共机构的示范引领作用。

而在如今能源紧缺的大环境下，在建筑电气的设计中如何有效做到绿色节能是当今设计师应着重思考的问题，因此，本文着重分析体育建筑的照明节能关键措施，以起到抛砖引玉的作用，为相关设计提供一些参考。

1 绿色节能为目标

为深入推进节能工作，国家发展与改革委员会制定了《公共机构节约能源资源“十三五”规划》，明确提出要开展绿色建筑行动，推动博物馆、科技馆、体育馆等建筑新建项目全面执行工程建设节能强制性标准和绿色建筑标准，鼓励建设超低能耗绿色建筑，创造高效、节能、舒适的建筑空间和城市空间。

其中，体育建筑损耗量大，常被用作可持续建筑的反面典型。在体育建筑的建设中，突出使用功能的同时还要体现地域特征和时代风貌，并尽力做到节能、环保、低碳。这就意味着项目在规划、设计、施工和运营阶段就要在节能、环保、生态各方面都要做到极致，以着力提供功能适用、经济合理、安全可靠、技术先进、环境协调的建筑产品。

但在我国绿色建筑标识评定中却普遍存在一些问题，如相关专业的配合不够和谐，造成相关技术不匹配；有技术堆砌倾向，采用主动节能措施运用较多，被动节能技术较少。因此，确立以绿色建筑为目标和以多专业协同规划设计为打造绿色建筑的前提，可避免因项目前期考虑不足导致后期被动改造造成成本增大。

2 新标准引导照明节能

照明系统是体育建筑电气设计的一大核心系统，也是较大的电能消耗单元之一。而照明系统的节能，是在满足不同运动项目和观众观看要求以及多功能照明要求的前提下，尽可能少地消耗能源。体育建筑尤其体育场馆的照明设计，首要原则是执行适当且合理的建筑照明节能标准。标准是建筑照明节能的引领者。

确定合适的照明需求，应选择适当的照度标准值和照明方式，严格控制照明功率密度值。不仅要根据国家规范和使用要求为体育建筑分级，体育建筑内的场馆还应根据使用功能和是否有电视转播要求进行使用功能的分级(详见表1)。过高或过低的定位分级都不利于建筑照明的节能。

表1 体育场馆使用功能分级

不同的运动项目和使用功能等级，要求的照度标准不同且差别很大，具体分级详见表2。

表2 体育场馆水平照度(单位：lx)

全面执行GB 50034-2013《建筑照明设计标准》以来，建筑照明节能有了很大成效。其中照明功率密度LPD值起着至关重要的作用，标准中有更加严格的要求。与2004版相比，2013版很多场所照度水平没有变化，但LPD的现行值和目标值均有明显降低，体育照明也相应降低，需满足JGJ 354-2014《体育建筑电气设计规范》的相关要求，该规范第19.3.1条规定了乙级及以上等级的体育建筑，其场地照明单位的照明功率密度值宜符合表3的规定。

表3 场地照明单位照度功率密度值

另外，体育建筑内场馆照明不仅关注场地水平照度、照度均匀度、色温、显色指数、眩光等参数，Ⅳ级及以上等级满足电视转播的照明技术要求，对照度均匀度、垂直照度及立体感、光源的显色性及色温等指标均有特定的要求。 体育建筑的照明设计，要综合考虑体育建筑等级分级、不同使用功能分级、不同运动项目的照度要求、不同场地的单位功率密度限值，因此必须要选择好对应的标准，控制场地照明灯具的数量，避免不必要的投资，节省运行成本，从而节省能源。

3 新光源支撑照明节能

采用高效的照明光源是照明节能的主要手段。LED推进了照明产品的更新换代和照明行业的发展，随着大功率LED产品技术的成熟，LED体育照明也被越来越多的体育场馆采用。现阶段常用的节能光源及各光源的技术参数比较详见表4。

表4为2015年的数据，引入了光源的综合能效来评价，综合了光效与寿命两个指标。对于光效较高、寿命较短的光源，更换光源也将造成生产、运输和销售全过程的能源浪费，所以引入光源的综合能效来评价。

表4 节能光源技术参数对比

从综合能效看，高频无极灯与LED同为绿色电光源的新秀，但光效有待提高，且有电磁干扰。而且，高频无极灯常规用到的最大功率是165W，超过这个功率对泡体和电源的要求很高，价格也相应偏高，不容易做到，这样的设计结构无法实现向大功率、超大功率灯具的发展。

表4中综合能效最高的低频无极灯是低电压放电感应发光面光源，适合大功率功能照明，如工厂照明和体育场馆照明，基本无电磁干扰，就成本来说，随着大批量生产，价格将与传统光源持平甚至可能更低，从而为推广应用创造条件。

LED的内在特征决定了它是可代替传统光源的最理想的光源：体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度且极为环保；LED光源是半导体技术电子产品，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点，充分体现照明领域节能化、智能化、智慧化的照明发展趋势。虽然在LED照明应用中仍然面临着一些急需解决的问题,如散热技术和生产过程能耗极高的问题，但随着核心技术领域的突破，推广应用前景广阔。

“十三五”期间，我国节能需求迫切，半导体照明是我国实现绿色发展目标的现实选择。半导体照明与其他技术的融合，不断催生出新的应用，是多学科多领域交叉融合的完美体现。北京市绿色照明实施工程的重要任务之一是推进LED前沿重大技术攻关，推动LED技术、信息技术与重大科技创新进行融合发展。

与任何光源相比，天然光的利用都是无限环保的，需要注意的是，正式比赛不允许采用天然光照明。但是可以在体育场馆屋顶采用导光管采光系统，通过系统对自然光的处理，让运动员们不易出现视觉疲劳，同时也减少了用于白天照明的能源消耗。

4 新技术推进智慧照明

体育馆照明设计重点是场地照明。要满足各种体育项目比赛的要求，要利于运动员技术水平的发挥、观众席上各方位的观看效果及裁判员的正确评判等。对有多功能使用要求的体育馆，除上述要求外，还要满足专业及业余训练、文娱演出、集会活动等各种使用要求。因此，场地照明是一项功能性强、技术性高、难度较大的设计。

要求照明节能，是要满足对照明质量和视觉环境条件的更高要求，不能靠降低照明标准来实现节能，而是要通过运用现代技术手段提高照明设计方法和水平，采取方便灵活的照明控制措施是减少能耗的有效方法，以最大限度地减少无谓的消耗。

体育场馆内场地照明应设置多种亮灯模式，根据需要灵活地实现各种比赛要求，应按照比赛要求来分级控制，大型场馆更要求做到单灯控制。观众席也应该实现多种不同的灯光场景。最好的解决办法是采用智能照明控制系统来优化照明系统的运行模式，通过其灵活组合来创造出不同的印象和效果，满足不同的灯光效果需要，进而最大限度地节约能源。

结合当今的物联网技术，可以形成一个基于物联网的智慧照明生态体系，采用物联网技术的传感模块，将模块嵌入在灯具里，在实现极致节能的同时提升用户照明体验，使其既能“思考”又能“判断”，并且还可另外设定其他应用，例如可设定随时可调的亮灯模式等。智能照明结合物联网技术，升级到智慧照明技术，体现当今照明技术最新进展，特点鲜明，往后将有更大的突破。

5 可再生能源利用

在建筑物上，太阳能的光伏发电系统比起水能、生物质能、风能等其他可再生能源，是最为方便可行的。体量巨大的体育建筑，通常采用玻璃幕墙和钢结构屋顶，空间高大、外表面积大，具备建立太阳能光伏发电的客观条件。在太阳能资源丰富的地区，体育建筑与光伏发电技术相结合，社会效益十分巨大。因此只要有可能，最好建设太阳能光伏发电系统。我国太阳能利用技术发展迅速，但因涉及多专业的综合，在体育建筑的应用还不广泛。

某著名的国家级体育场项目，采用了太阳能光伏发电系统，但在考虑太阳能电池板安装位置时，经过了与各专业的多轮方案比选分析，最后确定采用投资比较适中、不影响建筑美观、安装在安检厅屋面的方式，发电功率较小，用于把电能储存在蓄电池里夜里消费。

但最好的方案是采用即发即用的形式，白天的发电量全部被建筑物当下的用电负荷平衡掉。因此，建设项目能否采用这些新能源技术需要综合各种因素，需要各建设方及各专业协同统筹考虑才能实现。

随着太阳能技术的提高和成本的不断下降，将有越来越多的体育建筑配备光伏系统。一些建筑的光伏系统所收集的太阳能甚至要比本身日常使用的电力还要多。虽然利用新能源技术性已不是主要问题，但在经济性和专业协作性方面仍存在问题。未来新能源技术和可再生能源的应用一定会有很大的发展。

6 结束语

以上是笔者对体育建筑照明节能关键点的思考和分析，也提出了体育建筑在有条件的情况下充分利用太阳能的倡议。优化的体育建筑照明设计与前瞻性的优越技术相结合，为建筑物创造良好照明环境的同时将促进电能的合理利用。由于篇幅有限，仅是初步探索，有待深入研究和完善，欢迎同行们批评指正或进行研究讨论。

[1] 王璞.浅淅绿色建筑与节能建筑[J].建筑工程技术与设计,2015 (20).

[2] 田启明.新计算时代下的节能管理研究[J].建筑电气,2014(12):24-27.

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[5] 李联宁.物联网安全导论[M].北京：清华大学出版社,2013.

[6] 王建华.某金融中心绿色建筑电气节能技术研究[J].智能建筑电气技术,2016,10(4):66-71.

[7] 崔清新.公共机构节约能源资源“十三五”规划[J].工程建设标准化,2016(7):24-24.

Analysis on Key Points of Energy Saving for Sports Building Lighting

Wang Jianhua

Through analyzing the key points of the sports building energy-saving lighting, a series of energy-saving strategy are put forward, which including the implementation of proposed architectural lighting design standards, promoting the semiconductor lighting, upgrading for smart lighting combined with networking, and in the use of renewable energy, there is a proposal that the suggestion of using solar energy fully under the condition of sports buildings.

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