电磁感应灯在室内体育场馆照明中的应用
--韩国南山室内网球场照明改造工程
陈文成 陈大华 （复旦大学电光源研究所 ）
李维德 王爱群 （上海宏源照明电器公司 ）
摘要: 本文根据国内外对室内体育场馆照明设计推荐标准的要求，从照度、显色指数、色温、眩光和频闪等要点阐述了对室内体育场馆照明设计的看法，并根据我们参与的韩国南山室内网球场的照明工程改造实例，对比分析了应用金属卤化物灯的原照明系统和改造后应用HY型电磁感应灯的照明效果及节能效果，进而探讨了长寿命、高光效的电磁感应灯应用于室内体育场馆照明的可行性和优越性.
关键词: 室内体育场，照明设计,电磁感应灯,节能，眩光，频闪
1 前言
随着社会的不断发展，各类体育赛事或体育运动越来越显示出它们在人类生活中的重要地位和作用。世界各国现代化的体育场馆不断涌现，体育建筑的形体外观越来越有艺术性，各种体育设施也越来越完备，而且对体育照明环境提出了严格的照度、理想的光色和均匀度等照明要求。体育场馆灯光照明的质量与运动员、裁判员、观众都密切相关,也直接影响到彩色电视转播效果. 可以说, 灯光照明在体育运动这个领域中占据着极其重要的地位[1]。
为了迎接2008北京奥运会的到来，我国照明科技领域的工作者进行了体育场馆照明的实践和研讨，并积累了一定的宝贵经验。在保证照度要求，光色要求，经济节能等前提下，如何降低眩光对运动员、裁判员及观众所造成的视觉障碍问题始终是体育场馆照明中大的难题[2]。尤其是在室内体育场馆的照明设计中，由于空间限制，采用高强度气体放电灯时常伴随着严重的眩光问题，虽然可以通过在灯具前面加遮光片等多种方式来降低眩光，但随之引起效率的下降[3]。在本文中，根据我们在韩国南山体育馆室内网球场的照明设计和实践改造，比较了原应用金属卤化灯与改造后应用电磁感应灯的照明水平及节能效果, 讨论了长寿命、高光效的电磁感应灯应用于室内体育场馆照明的可行性和优越性。
2 室内体育馆的照明设计要点
体育照明包括广泛的视觉作业，从对射击场的细小目标的辨别到拥挤嘈杂人群中快速运动物体的识别，因此国内外对体育场馆照明的推荐标准指出，衡量一个体育场馆照明效果的好环, 通常可以从照度、显色指数、色温、眩光和频闪等参数来加以评价。
2.1 照度
体育场馆照明的质量首先以水平照度的高低来衡量, 其实照明的光环境应是照明各项指标的综合效果, 体育照明经常是以快速运动着的人和物为对象的,因此还应保证垂直照度与水平照度的比例, 以便有效地增加物体造型的立体感和提高识别运动物体的速度，并满足电视转播的需求。
我国体育运动场地照明照度标准是根据中国国情和借鉴CIE及其他国家有关规定而制定的。表1摘录了国家标准《民用建筑照明设计标准》--GB133-90中关于体育运动场地照度标准值[4]。
2.2 显色指数
根据视觉科学的研究，高的显色指数可以提高人眼对运动物体的反应能力,另外为了保证摄影摄像过程中的色彩还原性, 减少电视观众从屏幕上看到图像的颜色失真，国内外体育场馆照明标准均对光源和现场的显色指数作了规定,如表2所示[5]. 高压钠灯显色指数低,照在人或物上颜色偏黄,因此在正规的体育场馆中很少单独使用. 在一些重大国际比赛需要彩电转播等场所,通常采用显色性超过90的高显色性金属卤化物灯。
2.3 色温
显色指数和色温是评价颜色质量的两个不同指标，从心理学研究发现，色温过高会给人一种生硬、发冷的感觉, 色温过低会给人一种昏暗沉闷发暖的感觉。因此显色指数和色温在体育场馆照明中都是必须满足的指标。我国体育场馆照明标准中对色温的规定见表3所示[5]。
2.4 眩光
眩光是由于在视野范围内出现高亮度或强烈的亮度对比形成的, 它可降低周围物体的可见度, 也可引起不舒适感。眩光的产生与光源的选择、灯具的亮度、安装高度、布置方式、投射方向以及背景亮度等有关[6]。在体育场馆照明中，应考虑防止眩光对运动员、裁判员及观众所造成的视觉障碍问题。尤其是室内体育馆，由于高亮度、低空间的特点，对眩光控制的要求更高，需要达到眩光质量等级2等以上，具体按灯具出光口的亮度限制小遮光角，如表4所示[1]。由于室内体育馆中通常采用400W左右金属卤化物灯作为照明光源，其发光面积小，灯具表面亮度高，容易造成严重的眩光问题。
2.5 光的频闪
在体育运动中有许多比赛对象（棒球、乒乓球、网球等）以高速运动的项目。在这些体育运动项目中，由交流电（50Hz）点燃的气体放电光源，在照明中会产生两倍于电流频率的周期频闪现象，这将造成比赛时运动员的视觉障碍，甚至形成快速运动物体的"鬼影"。所以当供电电源为三相时，常把照明光源分配在三相上，使相邻的灯具发光在相位上互相重叠，但这仍很难彻底消除闪烁现象[7]。
3 韩国南山室内网球场照明设计
室内网球场照明设计必须考虑网球运动的特点：运行高度高，球速快，击球时运动员动作幅度大，要求的空间也较大。同时，在比赛中,需看清的对象不仅有网球，而且还有对方运动员、球网、场线等，尤其还应考虑到在场地上方的一片空间内也需达到足够的亮度和均匀度[8]。
3.1 韩国南山室内网球场介绍
韩国南山体育馆始建于1972年，于汉城南山脚下，是一个专业的室内网球场，它不对外开放，仅供一些政府高级官员如韩国前任总统及一些专业网球运动员等使用。整个网球场长40米，宽20米，顶棚高点为16米,两侧高12米,如图1所示。该网球场原有的照明系统采用68套440W的金属卤化物灯，应用满天星式的布灯方式，我们于2004年底对其进行了全面改造，采用66套200W的电磁感应灯替换原有的金属卤化物灯，并沿用满天星式的布灯方式，照明效果得到明显改善，并有显著的节能效果，获得了韩国照明界和运动界人士的广泛好评。
3.2 原照明系统（金属卤化物灯）
原照明系统采用68套440W的金属卤化物灯，光源参数见表5所示，配套整流器的功率是440W，功率因数为0.9。灯具外型及尺寸如图2所示。
3.3 改造后的照明系统（电磁感应灯）
采用66套HY型200W的电磁感应灯替换原有的金属卤化物灯，电磁感应灯的参数见表6所示，配套电子整流器后总的消耗功率为210.7W，功率因数为0.98。韩国照明技术研究所对所采用的电磁感应灯专门设计了高反射效率的灯具，灯具配光曲线的半宽度角约为47度，所采用的灯具外型及尺寸如图3所示，该研究年还负责了全部光电参数的测试工作。
3.4 照明效果及节能效果比较
改造后的韩国南山室内网球场实际照明效果如图4所示。由于电磁感应灯发光面积大，灯具表面亮度不高而且均匀，既使人眼直接看着光源而不觉刺眼，这使得眩光问题得到了有效解决，而且整个顶棚亮度均匀，有利于网球运动时对高空球的正确辨认[9]。
我们用200W的HY型电磁感应灯替换400W的金卤灯后，地面平均照度从原有的420Lx 提高为580Lx，增幅达38%，其原因除了因为采用了高反射率并专门设计的灯具，同时也与HY型电磁感应灯96 Lm/W的高光效和优良的光通维持率有关。在照度提高的同时，电能消耗从原来的29.92 Kw/H降到13.9 Kw/H，节能效果达46%。改造前后的照明系统详细比较如表7所示。
图4 应用电磁感应灯后的实际照明效果
4 结束语
电磁感应灯作为一种新颖的高科技照明光源，具有高光效、长寿命、高显色性、节能环保等优点，已经在不少照明领域里得到了推广应用，而在室内体育场馆，还是新的尝试。通过韩国南山室内网球场的工作实例，在与原有金属卤化物灯的全面效果比较的基础上，我们认为电磁感应灯在室内体育场馆照明应用中有如下优点：
- 寿命长，免维护。这对于高天棚的室内体育场馆非常有价值，可以节约大量维护费用。
- 照明效果理想，顶棚亮度均匀，地面照度及均匀度也得到明显提高。
- 光源发光面积大，灯具表面亮度较低，有效降低了眩光。
- 显色指数超过80，可以达到彩色电视转播要求，并有多种色温可选择。
- 采用电子整流器，无频闪，并可瞬间再启动。
- 应用集成电路控制，有良好的调光性能，可以根据不同的使用情况如训练或比赛而灵活地调整照度水平而不降低照度均匀度。
- 高光效，配合专用灯具节能效果更加显著。
综上所述，电磁感应灯应用于室内体育场馆照明，能满足国内外已制订标准的要求，可为运动员、裁判和观众创造舒适的光环境，并且有着显著的节能效果，能节省大量资金投入。
参考文献：
[1] 国家建筑工程质量监督检验中心采光照明工程检测部[J]. 第八届全国运动会体育场馆照明综述. 照明工程学报 1998, 01
[2] 李恭蔚. 体育建筑照明设计手册[M]. 北京: 原子能出版社, 1993
[3] 肖辉, 俞丽华. 体育照明设计[J]. 光源与照明, 2001, 04 :3-6
[4] 庞蕴凡等. 民用建筑照明设计标准[M]. 北京: 中国计划出版社, 1991
[5] 周太明 皇甫炳炎，周莉等. 电气照明设计[M]. 上海: 复旦大学出版社,2001.
[6] 北京照明学会照明设计专业委员会. 照明设计手册[M]. 北京: 中国电力出版社, 1998
[7] 张绍纲. 体育照明装置的光度规定和测量指南[J]. 照明工程学报. 1995, 01
[8] CIE Publication No. 42 (TC4.4). Lighting for Tennis. 1978
[9] 陈大华,刘九昌,徐庆辉,等译. 光源与照明[M]. 上海：复旦大学出版社, 2000
此为南山体育馆照明修复工程用户证明