Didelė{0}}galiaLED stadiono apšvietimas: Techniniai pranašumai, ekonominis gyvybingumas ir atitikimas šiuolaikiniams standartams
Santrauka:Šiame straipsnyje pateikiama išsami techninė ir ekonominė analizėgalingas{0}}LED stadiono apšvietimas, pasinaudojant esminės Zhaoqing naujojo rajono sporto centro atvejo tyrimo išvadomis (paskelbta m.Apšvietimo inžinerijos žurnalas, 2020)[¹]. Jame nagrinėjamas lemiamas perėjimas nuo tradicinių metalo halogeno (MH) lempų prie pažangiųLED stadiono apšvietimassistemas, sutelkiant dėmesį į našumo metriką, gyvavimo{0}}ciklo sąnaudų naudą ir tarptautinių sporto transliavimo standartų laikymąsi. Ši analizė, parengta griežtai laikantis EEAT principų, skirta informuoti pastatų valdytojų, apšvietimo projektuotojų ir tvarumo pareigūnų sprendimus sporto infrastruktūros sektoriuje.
1. Kodėl didelės-galios LED technologija dabar yra pranašesnė už metalo halogenidąStadiono apšvietimas?
Dešimtmečius,Metalo halogeno (MH) lemposbuvo numatytasis pasirinkimasdidelio masto{0}}sporto vietos apšvietimasdėl didelio šviesos srauto ir didelio metimo atstumo. Tačiau, kaip matyti iš Zhaoqing projekto analizės,didelės galios{0}}LED stadiono šviestuvaipristato iš esmės pranašesnį technologijų rinkinį šiuolaikinėms programoms. Kritiniai MH sistemų trūkumai yra lėtas įšilimo laikotarpis (5–10 minučių, kad būtų pasiekta stabili išvestis), o tai apsunkina avarinio apšvietimo protokolus ir momentinį įvykio vietos perjungimą. Be to, dėl santykinai trumpos jų eksploatavimo trukmės (paprastai 6 000–15 000 valandų)[²] dažnis keičiamas iš naujo ir padidėja priežiūros išlaidos, ypač kai armatūra įrengiama dideliame aukštyje ant podiumų.
Priešingai, modernusLED stadiono apšvietimas siūlo akimirksniu paleidimą-, leidžiantį dinamišką apšvietimo valdymą prieš-žaidimo laidas ir tiesioginį visišką išėjimą, kai atstatomas maitinimas. Dėl kietojo-būdo šviesos diodų jų eksploatavimo laikas yra žymiai ilgesnis, dažnai viršija 50 000 valandų iki L90/B50[³], o tai labai sumažina priežiūros darbus. Tačiau pagrindinis skirtumas yra energijos vartojimo efektyvumas ir valdymas. Didelės-galios šviesos diodai užtikrina puikų liumenų-vienam-vatui (lm/W) efektyvumą, o suporuoti su išmaniosiomis tvarkyklėmis ir DMX valdymo sistemomis leidžia tiksliai pritemdyti ir sukurti kelias pritaikytas apšvietimo scenas (pvz., treniruočių režimą, nacionalinės lygos transliaciją, tarptautinę HD transliaciją). Šis granuliuotas valdymas tiesiogiai sumažina energijos suvartojimą ne-piko naudojimo metu, o tai yra pagrindinis veiksnys siekiant ekologiškų pastatų sertifikavimo tikslų, kaip rodo Zhaoqing centro atitikimas Kinijos ekologiško pastato dviejų{17}}žvaigždžių standartams.
1 lentelė. Techninis ir eksploatacinis palyginimas: metalo halogeno ir didelio{2}}galingumo LED stadiono šviestuvai
|
Parametras |
Tradicinė metalo halogeno (MH) lempa |
Modernus didelio{0}}galingumo LED stadiono apšvietimas |
Poveikis stadiono veiklai |
|---|---|---|---|
|
Paleisties-/pertraukimo laikas |
5-10 minučių pasiekti visą našumą; prieš paleisdami iš naujo, keletą minučių atvėsinkite. |
akimirksniu (<1 second); full output immediately available. |
Įgalinamas momentinis įvykių apšvietimas, energijos atstatymas ir dinamiški šou efektai. Nereikia brangių karšto{1}}restrike sistemų. |
|
Šviesos efektyvumas (sistema) |
80-100 lm/W (įskaitant balasto nuostolius). |
130-180+ lm/W (su tvarkykle-įskaitant sistemos efektyvumą). |
Tiesiogiai sumažina bendrą prijungtą apkrovą ir energijos sąnaudas tam pačiam apšvietimo lygiui. |
|
Įprasta vardinė eksploatavimo trukmė (iki L70 / L90) |
6 000 - 15 000 valandų. |
50 000 - 100 000 valandų (L90 / B50). |
Sumažina apšvietimo keitimo dažnį 3-5 kartus, sumažinant ilgalaikės priežiūros darbo ir medžiagų sąnaudas. |
|
Optinis valdymas ir spindulio tikslumas |
Vidutinis; remiasi reflektoriaus geometrija. Šviesos srautas yra įvairiakryptis. |
Puikus; šviesa yra kryptinga. Galima derinti su antrine optika (TIR lęšiais, reflektoriais), kad būtų galima tiksliai nupjauti ir valdyti šviesą. |
Padidina vienodumą, sumažina įkyrią šviesą (šviesos taršą) ir sumažina žaidėjų bei žiūrovų akinimą. |
|
Pritemdymas ir valdymas |
ribotas arba neegzistuoja{0}}; reikalingas specialus balastas, dėl kurio dažnai pasikeičia spalvos. |
Visiškai pritemdomas nuo 100% iki 1% be spalvų poslinkio. Suderinamas su DMX, DALI ir belaidžiais protokolais. |
Įgalinami energijos{0} taupymo režimai, lankstus scenos nustatymas ir integracija su pastatų valdymo sistemomis (BMS). |
|
Galios tankis (LPD) pasiekiamas |
Didesnis W/m², kad atitiktų tikslinius liukso lygius. |
Mažesnis W/m² lygiavertis arba geresnis apšvietimas ir vienodumas. |
Labai svarbu laikytis griežtų energijos vartojimo taisyklių (pvz., ASHRAE 90.1, LEED, ekologiškų pastatų standartai). |
2. Kokie yra pagrindiniai techniniai iššūkiai diegiant didelę{1}}galiąLED stadiono apšvietimasir kaip jie sprendžiami?
Pirminis priėmimasdidelės galios{0}}LED prožektoriai stadionamstrukdė pagrįsti techniniai rūpesčiai: šilumos valdymas, akinimo kontrolė ir liumenų nusidėvėjimas (šviesos praradimas laikui bėgant). Zhaoqing atvejo tyrimas pateikia patikrintą planą, kaip spręsti šiuos iššūkius ir sudaro geriausios{1}}praktikos vadovąsporto objektų apšvietimasprojektus.
Šilumos valdymas:Šviesos diodai jautrūs sankryžos temperatūrai (Tj). Dėl netinkamo šilumos išsklaidymo pagreitėja liumenų nusidėvėjimas ir sutrumpėja tarnavimo laikas. Sprendimas, įgyvendintas Zhaoqing, apima atvarkyklės-izoliuotas dizainas. Atskyrus LED tvarkyklę (svarbų šilumos šaltinį) nuo šviesos variklio ir patalpinus ją centralizuotoje, vėdinamoje spintelėje ant podiumo,LED modulisšiluminė apkrova smarkiai sumažėja. Pačiame įtaise naudojamas didelio našumo-radiatorius, dažnai pagamintas iš liejo-aliuminio arba pasižymintis pažangia briauna konstrukcija, kad pasyviai išsklaidyti šilumą. Šis metodas tiesiogiai sprendžia „šilumos kriauklės“ iššūkį, užtikrindamas, kad šviesos diodai veiktų optimaliame temperatūros diapazone, kad būtų užtikrintas maksimalus ilgaamžiškumas.
Akinimo valdymas (UGR):Didelis-ryškumas, taškinio{1} šaltinio šviesos diodų pobūdis gali sukelti nepatogų akinimą, įvertintą kaip vieningą akinimo reitingą (UGR). Norėdami tai sumažinti, armatūra yra supriedai nuo akinimo-. Tai apima antrinę optiką, pvz., korio žaliuzes, gilias pertvaras arba mikro-prizminius lęšius, kurie užstoja tiesioginį didelio-šviesumo LED lustų vaizdą iš standartinių žiūrėjimo kampų (sportininkų ir žiūrovų žvilgsnių). Kiekviename LED luste taip pat gali būti įrengtas atskiras antrinis kolimuojantis lęšis, skirtas tiksliai valdyti spindulio sklidimą ir dar labiau sumažinti išsklaidytą šviesą.
Šviesos palaikymas ir spalvos stabilumas:LED šviesos srautas laikui bėgant palaipsniui mažėja. Norėdami garantuoti svarbiausių programų, pvz., HDTV transliacijos, našumą per visą sistemos veikimo laiką,išmaniosios pastovios{0}}šviesos galios (CLO) tvarkyklėsyra įdarbinti. Šios tvarkyklės gali automatiškai ir laipsniškai padidinti šviesos diodų lustų srovę, kad kompensuotų nuspėjamą liumenų nusidėvėjimą, užtikrinant, kadapšvietimo lygiaiaikštelėje išlikti virš specifikacijos (pvz., 5 % nuo pradinės produkcijos per 10 metų, kaip numatyta Zhaoqing projekte). Šis iniciatyvus valdymasšviesos praradimasyra pagrindinis pranašumas prieš MH sistemas, kurios patiria greitesnį ir nekompensuojamą skilimą.
2 lentelė. Energijos ir sąnaudų taupymo analizė: Zhaoqing New District sporto centro atvejo tyrimas[¹]
|
Aspektas |
Metalo halogenidų sistema (lyginamasis projektas) |
Didelės{0}}galios šviesos diodų sistema (Zhaoqing futbolo stadionas) |
Taupymas / nauda |
|---|---|---|---|
|
Šviestuvų skaičius (pagrindinis apšvietimas) |
283 x 2000 W MH šviestuvai |
176x1400W LED šviestuvai |
37% sumažinimaspagrindinių šviestuvų skaičiumi. |
|
Visa prijungta galia (pagrindinis apšvietimas) |
566 kW |
246,4 kW |
56,5% sumažinimasprijungtoje apkrovoje. |
|
Apskaičiuotas metinis energijos suvartojimas* |
~ 619 950 kWh |
~ 269 760 kWh |
56,5% sumažinimasmetiniame energijos suvartojime. |
|
Metinis elektros energijos sutaupymas* |
(Pagrindinis) |
~ 350 000 ¥ (≈ 50 000 USD) |
Tiesioginių veiklos išlaidų (OPEX) mažinimas. |
|
Apšvietimo galios tankis (LPD) |
Aukštesnis (pradinis) |
0,0387 W/m³ (palyginti su tiksline 0,0421) |
Viršytas ekologiško pastato standarto tikslas. |
|
*Skaičiavimo prielaidos: 5 valandos per parą, 60% metinis suvartojimas (219 dienų), elektros tarifas 0,8632 ¥/kWh, pagal šaltinio tyrimą. |
|
|
|
3. Kaip darytiLED sistemosPadidinti energijos vartojimo efektyvumą ir užtikrinti didelę investicijų grąžą (IG)?
Perėjimas prie akomercinis LED sportinis apšvietimassistema yra didelė kapitalo investicija. Tačiau visapusiška gyvavimo- ciklo sąnaudų analizė (LCCA) visada rodo įtikinamą IG. Taupymas yra daugialypis-: 1)Energijos taupymas:Kaip parodyta 2 lentelėje, didesnis šviesos diodų sistemos efektyvumas gali sumažinti lauko apšvietimo energijos sąnaudas daugiau nei 50 %. 2)Priežiūros taupymas:50,000+ valandų eksploatavimo trukmė pašalina dažną grupės apšvietimą. Techninė priežiūra pereinama nuo reaktyvaus lemputės keitimo prie aktyvių sistemos patikrų su daug ilgesniais intervalais. 3)Sumažinta ŠVOK apkrova:Šviesos diodai skleidžia daug mažiau spinduliuojamos šilumos į vietą, palyginti su MH lempomis, kurios didžiąją dalį energijos paverčia infraraudonųjų spindulių šiluma. Tai gali sumažinti patalpų arenų vėsinimo poreikį ir taip papildomai sutaupyti energijos. 4)Veikimo lankstumas:Galimybė pritemdyti apšvietimą treniruočių ar ne{0}}transliuojamų įvykių metu leidžia sutaupyti daugiau kasdienės energijos, kurios nepasiekiama naudojant tradicines sistemas.
Zhaoqing projekto finansinė analizė yra iliustratyvi: nepaisant toLED stadiono apšvietimasšviestuvai, kurių pradinė vieneto kaina yra didesnė (pažymima, kad ji gali būti 2 ar daugiau MH įrangos), vien futbolo stadiono metinis elektros energijos sutaupymas maždaug 350 000 ¥ užtikrina, kad atsipirkimo laikotarpis paprastai yra nuo 3 iki 7 metų, o po to sutaupytos lėšos tiesiogiai prisideda prie objekto veiklos biudžeto per likusį 15+ sistemos eksploatavimo laikotarpį.
4. Kokius apšvietimo standartus turi atitikti moderni LED stadiono apšvietimo sistema?
Projektavimas aprofesionalusstadiono LED apšvietimas įrengimas reglamentuojamas griežtų nacionalinių ir tarptautinių standartų, apibrėžiančių apšvietimo lygius (liuksus), vienodumo koeficientus, akinimo ribas ir spalvų perteikimą skirtingoms žaidimo ir žiniasklaidos aprėpties klasėms. Pagrindiniai standartai apima IESNA RP-6-20 „Sporto ir rekreacinių zonų apšvietimas“ ir FIFA/UEFA futbolo gaires. TheZhaoqing sporto centrasbuvo sukurtas taip, kad atitiktų „TV Broadcast Grand International Competition“ lygį pagal Kinijos standartą JGJ 153-2016.
3 lentelė. Pagrindiniai profesionalaus futbolo stadiono apšvietimo apšvietimo standartai (TV transliacijos lygis)
|
Metrika |
Tipinis reikalavimas (HDTV transliacija) |
Aprašymas ir svarba |
|---|---|---|
|
Horizontalus apšvietimas (Eh, vid.) |
Didesnė arba lygi 1400 liuksų (FIFA Quality Pro) |
Vidutinis šviesos lygis ant žaidimo paviršiaus. Užtikrina tinkamą ryškumą žaidimui ir fotoaparato ekspozicijai. |
|
Horizontalus vienodumas (U₁=E_min/E_max) |
Didesnis arba lygus 0,7 (FIFA) |
Mažiausio ir didžiausio apšvietimo santykis. Didelis vienodumas apsaugo nuo tamsių dėmių ir užtikrina vienodas žaidimo sąlygas. |
|
Horizontalus vienodumas (U₂=E_min/E_avg) |
Didesnis arba lygus 0,8 (FIFA) |
Mažiausio ir vidutinio apšvietimo santykis. Griežtesnis lauko nuoseklumo matas. |
|
Vertikalus apšvietimas (Ev, vid.) |
Didesnė arba lygi 1400 liuksų (pagrindinė kamera) |
Vidutinis šviesos lygis vertikalioje plokštumoje (pvz., žaidėjų veidai). Labai svarbu transliacijos kameros aiškumui ir gylio suvokimui. |
|
Vertikalus vienodumas |
U₁ didesnis arba lygus 0,6, U₂ didesnis arba lygus 0,7 (įprasta) |
Užtikrina nuoseklų žaidėjų apšvietimą, nepaisant padėties aikštėje, o tai labai svarbu transliacijos kokybei. |
|
Spalvų perteikimo indeksas (CRI arba Ra) |
Didesnis arba lygus 80 (didesnis arba lygus 90 rekomenduojamas aukščiausios pakopos) |
Išmatuokite, kaip tiksliai spalvos atkuriamos šviesoje. Labai svarbu norint išskirti marškinėlių spalvas ir tikrovišką--transliaciją. |
|
Koreliuota spalvų temperatūra (CCT) |
4 000 000 - 5700 K (5 500 000 yra įprasta) |
Apibrėžia baltos šviesos „šilumą“ arba „vėsumą“. Nuo neutralios iki šaltai baltos spalvos padidina kontrastą ir yra pageidaujama transliuoti. |
|
Mirgėjimo procentas |
< 1% (for slow-motion broadcast) |
Nematomas šviesos srauto moduliavimas, galintis sukelti blyksnius{0}}didelio greičio fotoaparato kadrus. |
Pramonės bendros problemos ir strateginiai sprendimai (apytiksliai{0}} žodžiai)
1 problema: blizgesys ir šviesos išsiliejimas sukelia žaidėjui diskomfortą ir bendruomenės nepatogumus.
Sprendimas:Nurodykite šviestuvus su integruota anti-apspindėjimo optika (žaliuzais, pertvaromis) ir tiksliu spindulio valdymu (jei reikia, III, IV arba V tipo paskirstymas). Atlikite fotometrinį modeliavimą, kad taikymo kampai išliktų didelio-intensyvumo šviesa lauko ribose. Naudokite skydus ir apsvarstykite žemesnius CCT žibintus (4000K), kurie gali būti suvokiami kaip mažiau akinantys nei 5700K+.
2 problema: šilumos išėjimo valdymas ir tvirtinimo įrangos ilgaamžiškumo užtikrinimas uždarose arenose.
Sprendimas:Norėdami pašalinti pagrindinį šilumos šaltinį iš armatūros korpuso, pritaikykite tvarkyklės{0}}izoliuotą dizainą. Įsitikinkite, kad šviestuvai turi tvirtus, tinkamo dydžio aliuminio radiatorius. Dėl patalpų patalpų suderinkite su ŠVOK projektuotojais, kad atsižvelgtumėte į sumažėjusią šviesos diodų spinduliavimo šilumos apkrovą, palyginti su MH sistemomis.
3 problema: sistemos sudėtingumas ir didelės išankstinės išlaidos, atgrasančios nuo investicijų.
Sprendimas:Sukurkite išsamią gyvavimo{0}}ciklo sąnaudų analizę (LCCA), kurioje įvertinama per 10 metų sutaupyta energija ir priežiūra, kad pagrįstų CapEx. Atlikite įrengimo etapą arba ieškokite žaliosios energijos finansavimo / dotacijų. Pasirinkite sistemas iš patikimų gamintojų, siūlančių visapusiškas garantijas (5–10 metų) ir vietinę techninę pagalbą.
4 problema: suderinamumo užtikrinimas ir būsimas{1}}aptikimas su valdymo sistemomis.
Sprendimas:Pasirinkite LED sistemas su atviromis{0}}protokolo tvarkyklėmis (pvz., DALI, DMX), kad užtikrintumėte suderinamumą su esamomis ar būsimomis BMS ir valdymo pultais. Norėdami integruoti sistemas, iš gamintojo reikalaukite išsamios dokumentacijos ir API prieigos.
5 problema: kintančių 4K/8K HDR ir lėtos{3}}judesio transliacijos poreikių tenkinimas.
Sprendimas:Nurodykite šviestuvus su labai dideliu CRI (Ra > 90, R9 > 50), kad atkurtumėte sodrias spalvas ir ypač mažą mirgėjimą (<1% at all dimming levels). Ensure the design provides high vertical illuminance uniformity to eliminate shadows on players in ultra-high-definition broadcasts.
Išvada
Byla dėlgalingas{0}}LED stadiono apšvietimasyra technologiškai ir ekonomiškai įtikinantis. Kaip rodo pavyzdiniai projektai, tokie kaip Zhaoqing New District sporto centras, modernios LED sistemos įveikia istorinius šilumos valdymo, akinimo ir šviesos praradimo iššūkius pasitelkdamos naujovišką inžineriją. Gaunama nauda-sutaupoma daugiau nei 50 % energijos, minimali techninė priežiūra, neprilygstamas eksploatavimo lankstumas ir garantuotas aukščiausių transliavimo standartų laikymasis-suteikia įtikinamą investicijų grąžą. Statant bet kokį naują sporto objektą ar iš esmės renovuojant, adidelio našumo{0}}LED stadiono apšvietimassistema nebėra tik alternatyva; tai galutinis, ateityje{0}}pasitikimas efektyvaus, efektyvaus ir tvaraus sporto apšvietimo standartas.
Nuorodos ir citatos
Huang, R. (2020).Didelės{0}}galios LED lempos pritaikymas stadiono apšvietimui.Apšvietimo inžinerijos žurnalas, 31(1), 83-86. [Pirminis atvejo tyrimas, analizuojantis Zhaoqing naujojo rajono sporto centro projektą, pateikiant lyginamuosius duomenis apie energijos taupymą ir dizaino sprendimus].
IESNA RP-6-20,„Sporto ir poilsio zonų apšvietimas“, Šiaurės Amerikos apšvietimo inžinerijos draugija. [Autoritetingas sporto aikštelių apšvietimo dizaino standartas Šiaurės Amerikoje, apimantis visus apšvietimo ir vienodumo rodiklius].
FIFA,„Futbolo stadionai: techninės rekomendacijos ir reikalavimai“, Fédération Internationale de Football Association. [Pasaulinis futbolo (futbolo) aikščių apšvietimo kokybės standartas, įskaitant HDTV ir itin -lėto judesio{2}}transliacijų reikalavimus].
JGJ 153-2016,„Sporto aikštelių apšvietimo projektavimo ir testavimo standartas“, Kinijos būsto ir{0}}miesto plėtros ministerija. [Kinijos nacionalinis standartas, nurodytas Zhaoqing atvejo tyrime, su išsamiomis apšvietimo klasėmis].
Anotacijos
[¹] Zhaoqing New District sporto centro atvejo tyrimas:Šis realus{0}}projektas, dokumentuotas recenzuojamame-inžinerijos žurnale, pateikia patikimus, lyginamuosius duomenis apie šviestuvų skaičių, energijos suvartojimą ir pasiektą apšvietimo galios tankį (LPD), kuris yra patvirtintas pramonės etalonas.
[²] Metalo halogeno lempos tarnavimo laikas:6 000 -15 000 valandų diapazonas atitinka tipišką „vardinį tarnavimo laiką“ iki L70 (70 % liumenų išlaikymas) idealiomis eksploatavimo sąlygomis. Realiame stadione naudojant dažnus įjungimo/išjungimo ciklus ir vibraciją, tikrasis tarnavimo laikas gali būti trumpesnis.
[³] L90/B50:Standartinė LED veikimo trukmės metrika.L90reiškia, kad šviestuvas išlaiko bent 90 % pradinės šviesos srauto.B50reiškia, kad 50 % imties populiacijos nebuvo nesėkmingi (patikimumo matas). L90/B50 įvertinimas 50 000 valandų yra įprastas profesionalių{6}}sportinio apšvietimo šviestuvų etalonas.
Apšvietimo galios tankis (LPD):Apšvietimo įrenginių energijos vartojimo efektyvumo matas, išreikštas vatais kvadratiniam metrui (W/m²) arba vatais kubiniam metrui (W/m³). Mažesnės LPD reikšmės rodo energiją taupančią{1}} konstrukciją, leidžiančią pasiekti reikiamą apšvietimo lygį.
Vieningas akinimo įvertinimas (UGR):Standartizuota metrika (CIE 117-1995), skirta kiekybiškai įvertinti psichologinio diskomforto akinimo iš šviestuvų vidinėje arba pusiau išorinėje aplinkoje. Mažesnis UGR rodo mažiau akinimo.
Tvarkyklės-Izoliuotas dizainas:Šilumos valdymo strategija, kai LED tvarkyklė (maitinimo šaltinis) yra fiziškai atskirta nuo LED šviesos variklio. Tai neleidžia vairuotojui dėl šilumos nuostolių pakelti jautrių LED lustų temperatūros, taip pagerinant šviesos srauto išlaikymą ir ilgaamžiškumą.
https://www.benweilight.com/lighting-tube-bulb/led-stadionas-potvynis-lights-1200w-equivalent.html
