大功率LED灯在体育建筑照明中的应用

黄日带

(广东省建筑设计研究院，广东 广州 510010)

引言

现代建筑越来越注重照明系统的绿色、节能、高效，尤其是对于灯具多、要求高、能耗大的体育建筑。传统体育场馆大多使用金属卤化物灯作为场地照明，近些年来大功率LED灯由于其节能优势开始逐渐应用，但一些新建场馆仍首选金属卤化物灯。这主要是因为LED灯具存在散热不佳、眩光及光衰严重等问题，所以LED灯具目前还无法在专业体育场馆的照明领域全面推广[1]。随着LED照明技术的发展，上述问题在实践中不断地得到解决[2-4]。部分专业体育照明厂商已成功将大功率LED灯具应用于篮球、足球、羽毛球和网球等专业体育场馆中[5]，并满足了国际重大赛事的使用要求。因此，在体育建筑中大规模应用大功率LED灯将会成为体育建筑照明的发展方向。

1 两种灯具的对比

金属卤化物灯为气体放电灯，光线聚集，照射距离远，穿透力强。但其启动较慢，超过1 000 W的大功率金卤灯通常需要5～10 min才能达到稳定状态。在大型体育赛事时，为避免突发断电事故，须配置“在线式EPS”作为应急电源，使得造价提高，同时也难以进行智能控制，照明方案较为单一。普通金属卤化物灯的寿命只有几千小时，使得维修保养成本较高，更换频繁。

大功率LED灯是一种新型节能环保灯具，光效高、寿命长，且启动速度快，可以瞬时点亮，也便于智能化控制。但LED灯具存在散热、眩光及光衰的问题，在实践中需要附加技术手段对其进行改进，也使得灯具本身的价格提高。但综合其节能特性从长远角度来看，大功率LED灯是更为经济的选择，也是绿色节能灯具的发展方向。

2 应用案例分析

以广东省肇庆新区体育中心体育馆和专业足球场的照明工程为例说明大功率LED灯在体育建筑中的应用方案及应用过程中的重难点问题。

2.1 项目概况

肇庆新区体育中心以“砚生水墨”为主题，“一场两馆一园”紧密结合。项目建成后要求能够满足省级、市级综合性比赛要求，且能够成为组织开展群众性体育赛事、全民健身的场所。

本工程用地总面积约为17.4万m2，总建筑面积约为8.2万m2。其中专业足球场建筑面积约为4.8万m2，建筑高度为48.5 m，建筑层数为4层；体育馆主馆建筑面积约为3万m2，建筑高度为33.5 m，建筑层数为4层；训练馆建筑面积约为0.36万m2，建筑高度23.3 m，建筑层数为1层。本工程的一场两馆均属于单层体育建筑。专业足球场的体育建筑等级为乙级，为中型体育场规模；体育馆的体育建筑等级为乙级，为大型体育馆规模。专业足球场拥有20 000座观众席，体育馆拥有8 000座观众席。

2.2 照明设计标准

专业足球场和体育馆的照明标准按照相关规范如表1所示。

表1 专业足球场和体育馆的照明标准

2.3 照明设计思路

本场馆的场地照明以满足2018年广东省第十五届运动会为主，同时兼顾满足TV转播重大国际比赛要求、本市综合赛事，以及平时全民健身使用的需求。本场馆建成后将成为新区的山水名片和地标性建筑。为满足以上要求，本场地照明不仅要求实现良好的观赛效果，还要兼顾城市名片的广告效应，所以照明效果需具有瞬时开启和可编程控制的演示功能，同时在绿色节能经济方面也需要起到示范作用。综合以上标准和要求，所选用的灯具应满足以下条件：最大限度地减少眩光对运动员和观众的影响；满足绿色二星建筑的要求，照明功率密度值满足目标值，优先选用节能灯具；灯具安装在高空间的马道上，需满足后期低成本维护的需求。

对比金属卤化物灯和大功率LED后可知，LED灯具有节能、可调可控、维护成本低的优势，能够满足绿色二星建筑对于照明功率密度目标值的要求,同时LED灯具固有的散热、眩光及光衰的问题不可忽略。经过对市场上现有专业体育LED灯具的调研并借鉴其他项目的成功经验，项目中采取以下措施：

1)通过将驱动器与灯具分离，使用高压铸铝灯具壳体，很好地解决了大功率LED的散热问题。

2)通过增加防眩光罩技术，解决LED的眩光问题。

3)通过采用控制器自动调节灯具的输出光效，成功地解决光衰问题，能满足5年内甚至10年内光衰值在5%以内。

由此可见，经过改进的大功率LED灯具可以满足设计的需求。因此，为满足项目建成后的使用需求，并实现成为地标建筑的目标，最终决定采用专业LED体育照明灯具进行场馆照明设计。

2.4 照明系统构成

照明系统采用散热性较强的碳化硅衬底的大功率LED灯作为主要照明灯具，并配套光效调节控制器，使光衰控制在10年5%以内。灯具和驱动器分离，灯具的驱动器集中放置在驱动器箱中。同时对所有灯具配置眩光罩，其中400 W LED灯具要求分别配置内置和外置防眩光罩，1 400 W LED灯具每颗灯珠要求配置防眩光罩。另外要求所有灯具的每颗LED灯珠上均采用单独透镜。

场地照明灯具和驱动器全部在马道安装，灯具厂商自行提供与马道相配套的安装支架，驱动器箱的定位由厂家根据现场安装情况确定。

场地照明的控制方式采用DMX智能调光系统，可以实现远程智能控制；同时在配电柜内设置手动按钮，可以实现本地手动控制。

最终对两块场地给出如下照明设计方案：

1)专业足球场场地正常照明设计采用1 400 W的LED-228NB灯具176套,共分为63组控制，分组编号分别为A1～A61、M26、M27。本场地应急照明设计采用400 W的LED-96灯具32套,共分为14组控制，分组编号分别为S1～S14。

2)体育馆场地正常照明设计采用400 W的LED-96灯具148套,共分为74组控制，分组编号分别为A1～A74。体育馆场地应急照明设计采用400 W的LED-96灯具20套,共分为12组控制，分组编号分别为S1～S12。训练馆场地正常照明设计采用400 W的LED-96灯具16套,共分为16组控制，分组编号分别为C1～C16。

2.5 照明系统评价

在绿色节能方面，一方面，最终的设计值达到《体育场馆照明设计及检测标准》(JGJ 153—2016)的目标值[6，7]，满足绿色建筑的评价标准，如表2所示；另一方面，将使用大功率LED灯后的专业足球场照明系统与使用金属卤化物灯的肇庆旧体育中心改造项目进行比较，如表3所示，可以发现在场地大小相近的条件下，用于比赛照明的大功率灯具数量降低，使得照明总功率减小，说明大功率LED灯在节能方面确实发挥了显著作用。

在对LED灯具的缺陷改造方面，驱动器和灯具分离解决了LED灯具的散热问题；而采取将灯具的驱动器集中放置在驱动器箱中，驱动器箱就近安装在马道上的安装方式，不仅有利于LED灯具散热，还能分散减少灯具承重和迎风面积，更有利于灯具的后期维护；此外，通过增加防眩光罩技术完美地解决LED的眩光问题；通过采用控制器自动调节灯具的输出光效，成功地解决光衰问题。

表2 专业足球和体育馆的单位照度功率密度

表3 LED灯与金属卤化物灯节能效果对比

在经济性方面，虽然经过改造的LED灯具单个造价较高，可以达到金属卤化物灯的2倍及以上，但综合其长期的节能效益，整体上实现了更好的经济效益。以本项目中的专业足球场为例，按照每天开灯5 h，每年365天约有60%的天数开灯计算，商业参考电价为0.8632元/度，一年专业足球场场地照明约可节约电费35万元。

在照明效果方面，LED灯具启动关闭速度快，照明系统配套相应的智能控制系统，其照射角度、亮度、时间等均可调节，具备适应不同场合的多种照明模式，如在体育赛事开场秀、中场秀及闭幕阶段均可实现不同的照明效果，满足各种赛事的特殊照明需求，有助于烘托出不同的比赛氛围。

3 结束语

大功率LED灯具有节能环保、启动快、寿命长、可控制等优势，在其散热、眩光及光衰问题逐渐解决以后，将更适用于大型体育建筑中。肇庆新区体育中心项目中采用灯具与驱动器分离、配置眩光罩并增加光效调节控制器，解决了LED灯具应用中的难题，取得了很好的运行效果，各项评价指标也达到了绿色建筑的标准，为大功率LED在体育建筑中的推广使用提供了参考。