體育館羽毛球場的照明環境研究
1 體育館內羽毛球場照明概述
羽毛球館的照明中通常采用三種形式,即自然照明,人工照明和二者同時并用的混合照明。現代羽毛球場中多數為混合照明,其中羽毛球場的人工照明為一般照明。在羽毛球館的設計中,要使運動員準確地判斷球路、高度和落點,首先是最大限度地利用自然光,自然光的效果是最佳的,當然要防止眩光,不能讓過強的光直射或反射到眼中。其次是增加照度的穩定性和分布的均勻、協調性等。這不僅對運動員取得優異成績,而且對裁判的準確判分以及觀眾的欣賞都是非常重要的。(王中王羽毛球館軟件)
2 羽毛球場照明質量的影響因素
運動場地照明質量的好壞主要從以下5 個方面考慮:1) 照度水平:光照度是否達到標準。2) 照明均勻度:運動場地的照度是否均勻。3) 眩光:眩光是否明顯。4) 亮度比:物體與背景的顏色、亮度差大小。5) 照明的穩定性:是否有頻閃。
3 羽毛球場照明設計實例分析
經過實地觀察,體育館羽毛球場內外兩側為玻璃墻,其余兩側為墻體。晴天時羽毛球場內光照平均為410. 75 lx ,達到了國家訓練標準300 lx。測得數值如圖1 所示。
相關結論:1) 用照度計測量后得到圖1 數據,光照度達標。2) 由圖1 得光照度均勻。3) 無眩光。4) 能清晰地分辨羽毛球和周圍環境;顏色、亮度差合適。5) 沒有頻閃,照明穩定。由此看出,在白天體育館羽毛球場的照明環境相對合適。因此下面只針對夜晚時的羽毛球場進行光照環境分析。。(王中王羽毛球館軟件)
3. 1 照度水平
一般來講垂直照度應大于1/ 2 的水平照度,當垂直照度等于水平照度時,運動的環境最理想。
測量數據如圖2 所示,羽毛球場地平均照度值為107. 037 5 lx(場館周邊沒有明顯的光源影響場館內的光照) 。
相關結論:用照度計測量后得到圖2 數據,光照度不符合國家訓練標準( GB 5003422004) 300 lx。。(王中王羽毛球館軟件)
主要原因有以下兩點:1) 頂部直接照明方式。頂棚的照明電器為嵌入式并且等距排列。這種照明方式均勻度好,但垂直照度難以達到要求。根據調查[3 ] ,我國體育館大都采用這種照明方式,由于燈具都是單一的窄配光燈具,所以垂直照度普遍不夠,只有水平照度的1/ 4~1/ 3 。2) 燈具的分布。燈具稀疏,分布不合理。邊行燈至場邊的距離保持在L / 3~ L / 2 之間( L 為燈具的間距) 。如果場內,特別是墻面反光系數太低,還可將燈至場邊的距離減小到L / 3 以下。
實際分析:場邊燈至場邊的距離為L/ 2 符合理論要求,在實際中還應加密周邊燈具,采用均勻布燈與成組布燈相結合的方式。解決方法:主要通過添加燈具來增加光照度。
3. 2 照明的均勻性
照度的均勻性是用來衡量場館內的可視條件。均勻性是指場館應能被均勻的照射,不應出現過亮或過暗的區域,以便為運動員、觀眾、裁判提供良好的可視條件。舉一個簡單的例子,對于電視轉播來說,攝像機拍攝比賽區域的全景時,照度不能有很大的變化,否則會引起攝像機曝光。實際分析:由測量數據得知光照度在晝夜都很均勻。
3. 3 眩光
眩光是評價照明質量的另一個重要因素,眩光的產生與燈具的安裝方式、安裝高度、燈具的數量和安裝密度、燈具的配光等方面都有關系。
當視野內出現過高的亮度對比時,人們就會感到刺眼,從而影響人的視度。如晴天的午間看太陽,會感到不能睜眼,這就是由于亮度過高所形成的眩光,如圖3 所示。
實際分析:羽毛球場地眩光為直射眩光,由于頂棚較低,當運動人員運動時光源很刺眼,時間久了眼睛不舒服,嚴重影響運動員觀察球的運動情況。
結論:光源的位置導致眩光。
原因:燈具位置不合理,如圖4 所示。
解決方法:1) 頂側照明:在體育館中,運動員的視線主要在場地長軸上方快速移動,所以照明燈具盡可能不設置在球網的上方,宜用頂側照明方式。2) 適當提高周圍環境亮度,減小亮度對比。觀察對象、場地、周圍環境最佳比值為5∶2∶1 。
3. 4 亮度比
眼睛能辨別背景上的對象,要具備兩個條件之一,即背景與對象的顏色不同,或者背景與對象有一定的亮度對比。如物體較亮背景稍暗,視力越好;反之,背景比物體亮,則視力會顯著下降。當照明條件很差,尤其是缺乏亮度差時,可能引起虛假的視覺現象,歪曲被感知物體,對判斷重要信息產生不良影響。
實際分析:羽毛球顏色為白色,背景墻為白色。
相關結論:運動人員看不清球路。
原因:背景墻與羽毛球的對比色不明顯。
解決方法:為了增大羽毛球與背景墻的色彩相差,運用燈的光影效果,來減小背景墻的亮度。通過觀察體育場地和熒光燈分布圖,將1 ,2 燈的一半用不透明燈罩擋住,這就將燈罩的陰影投射到了墻上,而另一部分光照射到地面,反射照射到場內,從而減小背景墻的亮度,使得羽毛球與背景對比相差大,羽毛球運動時更清晰,如圖5 所示。
3. 5 光源的穩定性
照明的穩定性直接影響人們的健康,照明不穩定會導致運動員的視力降低。照明穩定性主要反映在頻閃效應上。頻閃是因交流電源供電時電流的周期性變化,同時光通量也會發生周期性的變化,使得人們觀察運動的物體時造成錯覺。
實際分析:經觀察,場地人工照明時有明顯頻閃。觀察羽毛球的運動時,可看到比較模糊的影子,分辨率低。
相關結論:頻閃對人的視力造成傷害。
原因:電流的周期變化,造成光源不穩定。
解決方法:采用相鄰燈由不同相電源供電,即把兩只日光燈分
別接入不同的兩相電源中組成一組。由于兩只燈管的工作電流
相位不同,光通量可以相互補償,這樣就可以大大降低頻閃。
3. 6 照度計算
3. 6. 1 公式計算
時間選在晚上,測得館內的照度平均為107. 037 5 lx ,而國家
標準( GB 5003422004) 羽毛球訓練照度要達到300 lx ;比賽達到750 lx。
ΔE = E標準- E測量= 192. 962 5 lx。
由光照度公式:
ΔE = <·N·ηo·η/ S K[4 ] 。
推出:N =ΔES K/ηo<·η。
其中, < 為每盞燈發出的光通量,lm;ηo 為遮光格柵效率;η為燈利用系數; S 為場地面積,m2 ; N 為燈具個數, 個; K 為減光補償系數(羽毛球場為普通照明燈,沒有K 值) 。
3. 6. 2 計算步驟
1) 由圖4 得到羽毛球場的長、寬即l , w ,以此求得地面面積S = l·w = 365. 46 m2 。2) 運動的高度為:1. 75 m;球場高度: h =5. 15 m。3) 室形指數: i = S/ h ( l + w ) = 1. 91[4 ] 。4) 反射系數:ρ墻= 70[4 ] , 反射系數:ρ頂棚(鋁) = 70[4 ] 。5) 燈利用系數w =0. 45[4 ] 。6) 采用嵌入式格柵熒光燈(鋁柵格) 4 ×40 W 燈具效率63 % ,光通量為4 ×2 400 = 9 600 lm。
計算: N =ΔES K/ηo<·η[4 ] = 192. 962 5 ×365. 46/ (9 600 ×0. 45 ×0. 63) ≈25. 91≈26 個。
計算要達到訓練的標準300 lx ,還應增加26 個4 ×40 W 的燈具。考慮到反射光的減弱,在此增加27 個燈具。
3. 6. 3 燈具的檢驗
下面用單位容量法對上述結果進行驗證并進行燈的分布設計:
當ΔE = 192. 962 5 lx 時,光照區域單位面積容量:
W = 11 W/ m2 [4 ] 。
由公式得出: W = 每盞燈具的燈泡數量×燈泡功率:
P = WS = 11 ×365. 46 = 4 020. 06 W[4 ] 。
N = P/ W = 4 020. 06/ 160≈26 個[4 ] 。
其中, P 為總功率[4 ] 。
根據實際情況分析,羽毛球場館原有49 個燈具,但光照度遠遠達不到標準,這不僅對運動員接、發球造成影響,而且還會對運動員及裁判員的視力造成一定的傷害。因此對于此類體育館的照明情況,應通過增加燈具數量進一步增加光照度。本次研究案例最后確定增加27 個燈具,改善后總數達到76 個,測得平均光照度E = 307. 2 lx。
3. 6. 4 合理布局
采用頂側照明方式,燈具分布在內外兩行。4 個燈具為一組,內行11 組,外行8 組,如圖6 所示。
4 結語
總結了羽毛球場照明設計的五個重要因素,并以某高等院校體育館的羽毛球場為例,分析了實際存在的照明環境問題,提出相關的改進措施和照明環境設計的要求。隨著科學技術的不斷發展,照明技術也在不斷的提高,新的照明技術的開發和使用以及照明環境理論的提出必定會給社會帶來美好的環境。
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