Oświetlenie boisk piłkarskich zgodnie z wymaganiami klas oświetleniowych definiowanych normą PN-EN 12193
Lighting of football pitches in accordance with the requirements of lighting classes defined by the PN-EN 12193 standard
Prawidłowo oświetlony obiekt sportowy powinien spełnić wymagania normatywne dotyczące wartości natężenia oświetlenia, jego równomierności, wskaźnika oddawania barw, a także ograniczenia olśnieni
Wraz ze spopularyzowaniem piłki nożnej na świecie powstały różne ligi, turnieje, puchary, które z biegiem czasu przestały być czystym hobby, lecz sposobem na życie dla wielu profesji powiązanych z tymże sportem. Jak w każdej dziedzinie sportu, aby stać się najlepszym, trzeba włożyć w szkolenia oraz treningi ogrom pracy oraz czasu. Jednym z czynników ograniczających możliwość przeprowadzania pełnowartościowego treningu jest brak oświetlenia słonecznego po zmierzchu, bez którego gra jest niemożliwa.
Zobacz także
TREVOS POLAND Sp. z o.o. Oświetlenie przemysłowe pod presją bezpieczeństwa
Rosnące wymagania dotyczące efektywności energetycznej, bezpieczeństwa pracy oraz niezawodności instalacji sprawiają, że oświetlenie przemysłowe staje się jednym z kluczowych elementów nowoczesnych zakładów...
Rosnące wymagania dotyczące efektywności energetycznej, bezpieczeństwa pracy oraz niezawodności instalacji sprawiają, że oświetlenie przemysłowe staje się jednym z kluczowych elementów nowoczesnych zakładów produkcyjnych i centrów logistycznych. Szczególnego znaczenia nabierają dziś również rozwiązania przeznaczone do stref zagrożonych wybuchem. O wyzwaniach związanych z doborem oświetlenia przemysłowego, specyfice wymagań w strefach zagrożonych wybuchem oraz planach rozwoju firmy w Polsce rozmawiamy...
leroymerlin.pl Barwa światła, liczba lampek, długość łańcucha... Sprawdź, czym kierować się przy wyborze zewnętrznych lampek choinkowych
Dekoracyjne sople, migoczące figurki, kolorowe sznurki oplatające drzewka… Nastrojowe oświetlenie to jeden z ważniejszych elementów Bożego Narodzenia. Wyjątkowy klimat świąt można również stworzyć w ogrodzie...
Dekoracyjne sople, migoczące figurki, kolorowe sznurki oplatające drzewka… Nastrojowe oświetlenie to jeden z ważniejszych elementów Bożego Narodzenia. Wyjątkowy klimat świąt można również stworzyć w ogrodzie lub przy wejściu do domu. Wystarczy wybrać odpowiednie lampki. Które z nich sprawdzą się na zewnątrz? Poniżej przydatne wskazówki.
BOTLAND Czujnik światła kolorowego - pomoc w wyborze specjalistycznego urządzenia
Czujniki światła to urządzenia wykorzystywane w wielu miejscach i sytuacjach. Są niezastąpione w trakcie obsługi budynków o dużej powierzchni, których funkcjonowanie nadzoruje automatyka budynkowa. Wówczas,...
Czujniki światła to urządzenia wykorzystywane w wielu miejscach i sytuacjach. Są niezastąpione w trakcie obsługi budynków o dużej powierzchni, których funkcjonowanie nadzoruje automatyka budynkowa. Wówczas, dysponowanie odpowiednim czujnikiem może być kluczowe w udzielaniu dostępu, załączaniu włączników, uruchamianiu systemów osłonowych lub inicjowaniu innych działań. Czujniki nastawione na detekcję światła o określonej barwie znajdują natomiast wykorzystanie przy różnych procesach produkcyjnych...
W artykule:• Wymagania normatywne• Źródła stosowane w oświetlaniu boisk do gry w piłkę nożną • Zanieczyszczenie światłem |
Ze względu na obowiązujący normatywnie wymiar boiska do piłki nożnej w zakresie (100÷110) metrów długości i (64÷75) metrów szerokości, budowa krytych obiektów sportowych jest bardzo kosztowna. Oczywiście zdarzają się sporadyczne przypadki, gdy inwestor decyduje się na realizację wnętrzową boiska treningowego do piłki nożnej, lecz najczęściej w tym przypadku hala jest realizowana nie w pełnym wymiarze. Alternatywą boisk są również hale pneumatyczne, które często są rozkładane, nadmuchiwane i zakotwiczane w miejscu boiska otwartego głównie na okres zimowy. Są one klimatyzowane, wentylowane oraz oświetlone najczęściej z opraw liniowych, oraz naświetlaczy. Jednakże typowe oświetlenie boiska sportowego dotyczy oświetlenia zewnętrznego boiska sportowego przy zastosowaniu słupowej konstrukcji oświetleniowej.
Wymagania normatywne
Oświetlenie sportowe boiska ma za cel zapewnienie odpowiedniego poziomu oświetlenia powierzchni poziomych, pionowych (przy wyższych klasach rozgrywek) oraz powierzchni szczególnych, określanych w zależności od dyscypliny sportowej. Według normy PN-EN 12193 dla pełnowymiarowych boisk do gry w piłkę nożną rozróżnia się trzy klasy oświetleniowe. Klasa oświetleniowa III posiada najmniejsze wymogi co do ilości, jak i jakości światła. W tej klasie wystarczy zapewnić wartość poziomego natężenie oświetlenia na poziomie 75 lx. Dopuszczalnym jest stosowanie źródeł o bardzo niskim wskaźniku oddawania barw Ra np. 20. Druga klasa oświetleniowe przy wymaganych 200 lx, nakłada obowiązek stosowania źródeł o lepszym wskaźniku barw, mniejszym olśnieniu zawodników, a także zapewnienie wysokiej równomierności oświetlenia (minimalne do średniego natężenia oświetlenia poziomego) na poziomie minimum 0,6. Dla porównania, równomierność 0,6 w oświetleniu wnętrzowym według normy PN-EN 12-464-1 pojawia się np. przy oświetleniu powierzchni roboczych biur, gdzie wymóg co do wartości natężenia oświetlenia to 500 lx. Jednakże nawet spełnienie wymagań stawianych najwyższej klasie oświetleniowej (norma PN-EN 12193) nie jest wystarczające do realizację transmisji telewizyjnej w rozdzielczości 4K.
Pionowe natężenie oświetlenia ze szczegółowo wypunktowanymi wymogami jest określone dla transmisji telewizyjnej, im wyższa jest rozdzielczość obrazu transmisji, tym wymóg, co do wartości pionowego natężenia oświetlenia oraz jego równomierności jest wyższy. Wymagana wartość pionowego natężenia oświetlenia zawodników jest istotna również ze względu na odległość, z jakiej wydarzenie obserwują kibice. Zależność wymaganego minimalnego poziomu natężenia oświetlenia pionowego przy transmisji telewizyjnej zależy od szybkości akcji odbywających się w polu gry. Na rysunku 1. zilustrowano tę zależność według kategorii od A do C, tj. rozpoczynając od sportów wolniejszych do szybszych.
Rys. 1. Zależność pomiędzy wartościami pionowego natężenia oświetlenia a odległością kamery do prowadzenia transmisji telewizyjnej [1]
Dane zawarte na rysunku 1. wskazują, iż wraz ze wzrostem szybkości rozgrywki, wymagany jest drastyczny wzrost oświetlenia zawodników, lub zmniejszenie odległości kamery względem miejsca gdzie ma miejsce nagła akcja np. stosując kamerę SpiderCam, która porusza się ponad głowami zawodników. Jeżeli w transmisji telewizyjnej pokazywane są regularnie powtórki w zwolnionym tempie to wymagania oświetleniowe wzrastają ponad wartości wyspecyfikowane na wykresie z rysunku 1.
Źródła stosowane w oświetlaniu boisk do gry w piłkę nożną
W oświetleniu sportowym zastosowanie znalazły źródła światła, które charakteryzują się spełnieniem w wystarczającym stopniu wybrane parametry:
- wysoka skutecznością świetlną h [lm/W] z uwzględnieniem układu zasilającego,
- małą objętością części świetlnej, upraszczającą tym samym tworzenie układów optycznych o zróżnicowanych rozsyłach światłości opraw sportowych,
- wysoka wartość wskaźnika oddawania barw Ra,
- szeroki wybór temperatury barwowej najbliżej Tcb światła,
- stabilność barwy światła przez cały okres eksploatacji,
- wysoka trwałość eksploatacyjna źródła,
- bezpieczeństwo użytkowania przez ludzi,
- koszt produkcji,
- dowolność pozycji pracy źródła, przekładająca się na możliwość nakierowania oprawy w dowolnym kierunku,
- krótki czas do ponownego załączenia źródła światła, w przypadku awaryjnego zaniku zasilania,
- osiągnięcie parametrów znamionowych światła w minimalnym czasie,
- brak w składzie pierwiastków szkodliwych lub łatwość ich utylizacji,
- ograniczona ilość generowanego ciepła (unikanie chłodzenia aktywnego oprawy sportowej),
- wysoką stabilnością strumienia świetlnego na przestrzeni czasu eksploatacji, jak największy zakres dozwolonych pozycji pracy źródła w oprawie sportowej, która (niektóre źródła posiadają położenia źródła powodujące przegrzanie, oraz błyskawiczną degradację źródła)
- ograniczonym gabarytem produktu finalnego, jakim jest oprawa sportowa z układem optycznym w postaci reflektora, soczewki lub połączenia obydwu rozwiązań (konstrukcje wsporcze muszą wytrzymywać nie tylko ciężar, ale również siłę parcia wiatru na powierzchnię czołową/boczną opraw sportowych),
Najbliższym spełnieniu powyższych wymogów źródłem światła są lampy metalohalogenkowe MH (rys. 2.) produkowane do celów oświetlenia sportowego w wykonaniu 400 W, 1000 W oraz 2000 W. Ze względu na swoje liczne zalety, są one najczęściej stosowane w oświetleniu obiektów sportowych. Do oświetlenia boisk sportowych o niskiej klasie oświetleniowej, wymogi co do wskaźnika oddawania barw są również niskie (zalecana wartość Ra wynosi bowiem 20 przy Em równym 75 lx). Powoduje to, że akceptowanymi staja się w tego rodzaju aplikacjach również wysokoprężne lampy sodowe (rys. 2.).
Wraz z rozwojem technologii LED (diody LED), znalazły też zastosowanie w oświetleniu sportowym, ze względu na ciągle polepszające się parametry, tj. skuteczność świetlna, jakość barwy światła, trwałość, małe wymiary źródeł pozwalające na tworzeniu optyk rozsyłu światła od wąskostrumieniowych po bardzo szerokostrumieniowe. Rozwiązania sportowe w technologii LED na obecną chwilę powodują zwiększenie kosztów początkowych inwestycji w zakresie oświetlenia około 35-krotnie, względem rozwiązań na źródłach metalohalogenkowych. Nieco wyższa skuteczność świetlna oraz brak konieczności wymiany źródeł światła co kilka tysięcy godzin, powoduje znaczące zmniejszenie kosztów eksploatacji opraw sportowych LED względem konkurencyjnych rozwiązań technologicznych. Wadą tego rozwiązania jest większa powierzchnia czołowa opraw LED względem opraw MH o równoważnym strumieniu świetlnym oraz rozsyle światła, co skutkuje koniecznością projektowania mocniejszych konstrukcji wsporczych, większych fundamentów (w przypadku rozwiązań masztowych i wieżowych), generujących dodatkowy koszt inwestycji, która powinna być rozpatrywana jako całość. Na rysunku 3. przedstawiono stadion nocą, przystosowany do transmisji telewizyjnej w rozdzielczości 4K.
Rys. 3. Stadion Łużniki w Moskwie – stadion oświetlony w technologii LED na Mistrzostwa Świata w piłce nożnej 2018 (obiekt został przystosowany do transmisji telewizyjnej w rozdzielczości 4K) [2]
Przed przystąpieniem do projektowania obiektów sportowych, konieczne jest rozeznanie w dostępnych handlowo technologiach oświetleniowych oraz oferowanych komercyjnie zestawach lamp. W tabeli 2. i 3. zestawiono oprawy oświetleniowe stosowane przy oświetleniu obiektów sportowych. Aby porównanie wartości strumieni świetlnych było miarodajne, uwzględniono oprawy oświetleniowe charakteryzujące się zbliżonym rozsyłem światłości (krzywymi światłości).
Tab. 2. Zestawienie parametrów opraw oświetleniowych jednego z producentów oświetlenia sportowego cz. 1 [3]
Tab. 3. Zestawienie parametrów opraw oświetleniowych jednego z producentów oświetlenia sportowego cz. 2 [3]
Zgodnie z informacjami zawartymi w tabelach 2. i 3., źródła MH długo się wygrzewają (nawet do 15 minut w przypadku niestosowania dodatkowego osprzętu zapewniającego gorący zapłon) do momentu osiągnięcia nominalnego strumienia świetlnego. A także, przed ponownym zapłonem konieczne jest odczekanie do parunastu minut przed ponownym uruchomieniem instalacji oświetleniowej, ze względu na konieczność schłodzenia lampy łukowej znajdującej się w środku źródła MH. O ile w przypadku obiektów zaprojektowanych do niższych klas oświetleniowych typu treningi, taki stan jest akceptowalny, o tyle przy rozgrywkach wyższych lig oraz pucharów, taki stan rzeczy jest niedopuszczalny. Stosowanie urządzeń zapewniających zapłon impulsowy (gorący zapłon), oprócz skrócenia przerwy w oświetleniu obiektu w sytuacjach chwilowego, awaryjnego braku oświetlenia, wpływa również pozytywnie na żywotność źródeł metalohalogenkowych, których trwałość zależy również od liczby załączeń.
Stosowanie opraw sportowych wyposażonych w źródła MH z gorącym zapłonem, oprócz aspektów stricte komfortowych, wpływa pozytywnie na nieuniknione zjawisko zmiany barwy światła emitowanego ze źródeł na skutek eksploatacji źródeł, a także sama strata strumienia w czasie oraz awaryjność źródła maleje.
Podejmując się projektowania oświetlenia na obiekcie sportowym, konieczne są konsultacje z innymi branżami. Poniżej została zilustrowana kolejność prac, które należy przeprowadzić od strony konstrukcyjnej oraz oświetleniowej, z którą muszą się zmierzyć projektanci oświetlenia na obiektach sportowych. Aspekt elektryczno-energetyczny, typu moc przyłącza, kompensacja mocy biernej, rozmieszczenie rozdzielnic oświetleniowych oraz dobór materiału i przekroju kabli ze względu na spadki napięcia, zabezpieczenia nadprądowe oraz inne zostały celowo pominięte ze względu na ograniczenie zagadnienia do części konstrukcyjnej, oraz oświetleniowej. Aby projekt mógł zostać uznany za opracowany w duchu Value Engineering, należy przeanalizować dostępne informacje szczegółowe na temat lokalizacji obiektu, pod względem kategorii wiatrowej, badań gruntów, na którym będą montowane maszty bądź wieże oświetleniowe posadowione na fundamencie. Podstawowym wymogiem jest spełnienie oczekiwanej przez Inwestora funkcjonalności obiektu.
Znając wymaganą klasę oświetleniową (tab. 1.) projektant jest w stanie wstępnie określić minimalną liczbę opraw oświetleniowych zapewniających wymagany strumień świetlny przy określonym współczynniku konserwacji instalacji oświetleniowej. Weryfikację ilościową co do wymaganej ilości strumienia świetlnego można w prosty sposób uzyskać, znając pozycję masztów oświetleniowych.
Projektant oświetlenia posiada bardzo szeroki wachlarz optyk do wyboru. Dla przykładu oprawa MVF403 (rys. 4.) wartość maksymalna światłości w przypadku pierwszej optyki przekracza 27000 cd/klm, a dla ostatniej zaś jest powyżej 1600 cd/klm. W dolnym, prawym rogu każdego wykresu znajduje się informacja o sprawności układu optycznego danej oprawy. Na podstawie rysunku 4. można stwierdzić, iż sprawność maleje wraz ze wzrostem szerokości rozsyłu wiązki świetlnej.
Rys. 4. Widok oprawy oraz dostępnych krzywych rozsyłu światłości przedstawionych w postaci wykresów biegunowych, dostępne w ramach jednego typu opraw reflektorowych, sportowych przystosowanych do pracy ze źródłem MH o mocy 2000 W
Wymagania oświetleniowe pełnowymiarowego boiska do gry w piłkę nożną dotyczące wartości średniego natężenia oświetlenia wskazują, iż powinno być ono nie mniejsze, niż Eśr = 500 lx oraz równomierność powinna wynosić Eśr/Emin ≥0,7. W związku z czym, celem zapewnia normatywnego poziomu natężenia oświetlenia oraz równomierności, projektant powinien rozważać zastosowanie jedynie zastosowanie czterech ostatnich optyk omawianej oprawy MH.
Kolejnym bardzo istotnym czynnikiem przy oświetleniu boiska jest kąt nakierowania opraw. Ze względu na dopuszczalną pozycję pracy źródła, zawsze przed podjęciem prac projektowo-symulacyjnych należy sprawdzić, w jakim zakresie kątowym może pracować oprawa oświetleniowa.
Stosując zasady Value Engineering, należy ograniczyć energochłonność obiektu. Wartość natężenia oświetlenia na powierzchni zależy proporcjonalnie liniowo od światłości I źródła, natomiast w kwadracie od cosinusa kąta padania wektora światłości, a odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości r między powierzchnią oświetlaną a źródłem (rys. 5.).
Analizując zależność (1), otrzymujemy wskazówkę, iż skracając drogę optyczną, którą musi pokonać wyemitowane światło, otrzymamy takie samo natężenie oświetlenia, co przy zastosowaniu większej światłości na obszary dalej oddalone względem źródła.
Na obiektach o pierwszej klasie oświetleniowej, jest możliwe zastosowanie oświetlania boiska z czterech masztów oświetleniowych, gdzie oprawy z jednego masztu są skierowane wyłącznie w najbliższą ćwiartkę boiska, ograniczając drogę optyczną światła. Podejście to jest możliwe, ze względu na brak wymagań szczegółowych w zakresie wartości pionowego natężenia oświetlenia oraz jego równomierności.
Stosowanie tej metody, niesie ze sobą jeszcze jeden bardzo korzystny element. Ze względu na skierowanie opraw w pobliskie obszary boiska, kąt ochronny przyjmuje niższe wartości, niżeli byśmy nakierowali oprawy na inne ćwiartki boiska. Dzięki temu zabiegowi można zastosować oprawy o wyższej wartości światłości maksymalnej, a także zmniejszyć ich wysokość montażu. Dzięki zmniejszeniu wysokości montażu siła parcia wiatru działająca na oprawy jest przenoszona na konstrukcję masztu w postaci mniejszego momentu zginającego, co za tym idzie maszt może być wykonany z cieńszego materiału (najczęściej blachy ocynkowanej), a także wielkość fundamentu może się zmniejszyć, prowadząc do spełnienia podstawowych zasad Value Engineering, jakim jest ograniczanie kosztów, bez umniejszania wartości dla klienta.
Niestety, spotykany jest też negatywny proceder, przy którym ze względu na źle dobrane optyki opraw oświetleniowych lub zbyt niską wysokość montażu opraw sportowych, projektanci manipulują wynikami obliczeń wskaźnika olśnienia GR. Według obowiązującej normy PN-EN 12193 obliczenia należy wykonywać dla obserwatora, którego wzrok (główna oś optyczna) jest skierowana 2 stopnie poniżej poziomu horyzontu. Do nadużycia dochodzi poprzez zwiększenie tego kąta poprzez stosowanie kierunku patrzenia „pod nogi”, co jest oczywistym nadużyciem, próbą zamaskowania nieprawidłowości projektowych, prowadzących do olśnienia uciążliwego lub nawet olśnienia przykrego dramatycznie obniżającego komfort użytkowania obiektu sportowego. Sytuacja ta dodatkowo sprawia zagrożenie w ruchu drogowym, powodując nawet olśnienie przykre wobec uczestników ruchu.
Zanieczyszczenie światłem
Prawidłowo oświetlony obiekt sportowy powinien spełnić wymagania normatywne dotyczące wartości natężenia oświetlenia, jego równomierności, wskaźnika oddawania barw, a także ograniczenia olśnienia. Jedynie wtedy będzie on umożliwiał komfortową rozgrywkę zarówno dla graczy i sędziów oraz kibiców. Oświetlenie obiektu sportowego nie powinno oślepiać kibiców, przechodniów, osób zmotoryzowanych, oraz pobliskich gospodarstw domowych. Przy poprawnej realizacji oświetlenia obiektu sportowego (rys. 6.) światło w bardzo ograniczonym stopniu przedostaje się na pobliską jezdnię oraz chodnik. Jednakże na efekt zanieczyszczenia światłem wpływa też emisja strumienia świetlnego z obiektu sportowego w kierunku nieboskłonu, tj. pionowa emisja światła [5].
Rys. 6. Przykład realizacji oświetlenia boiska piłki nożnej w I klasie oświetleniowej ulokowanego niżej niż pobliska infrastruktura [fot. R. Supronowicz]
Wpływa to na wyższy koszt początkowy inwestycji jak i jej eksploatacji. Oświetlenie nieboskłonu pogarsza również warunki przeprowadzania obserwacji astronomicznych, powoduje także konieczność stosowania mocniejszych opraw oświetleniowych architektonicznych w pobliskim otoczeniu do zachowania założonego efektu świetlnego. Dodatkowo udowodniono naukowo, iż zanieczyszczenie światłem wpływa negatywnie na funkcjonowanie licznych zwierząt oraz owadów, co odbija się na lokalnym ekosystemie. Ograniczyć zanieczyszczenie oświetlenia można na wiele sposobów. Podstawowym jest dobieranie odpowiedniego kąta nachylenia oraz bryły światłości adekwatnej do wysokości montażu oprawy sportowej. Innym, wspomagającym jest stosowanie opraw oświetleniowych, które ograniczają emisję światła w górną półprzestrzeń, do niektórych modeli opraw są to po prostu półpierścienie doczepiane do przedniej części oprawy sportowej (rys. 7.). Zabudowa stadionowa, nieprzepuszczająca światło jest kolejnym skutecznym sposobem ograniczania zanieczyszczenia światłem. Ograniczenie oddziaływania światła na okoliczne obiekty można uzyskać budując kompleksy sportowe w miejscach położonych niżej, niż pobliska infrastruktura oraz budynki.
Rys. 7. Element dodatkowy oprawy sportowej, ograniczający zanieczyszczenie światłem otoczenia oraz olśnienie obserwatorów [3]
Podsumowanie
Dobrze wykonany projekt oświetleniowy od części konstrukcyjnej, projektu elektrycznego, projektu fotometrycznego, aż po realizację, oraz wykonanie pomiarów fotometrycznych wymaga przyłożenia bardzo dużej skrupulatności wszystkich uczestników na każdym etapie inwestycji. Nie można pominąć również samego użytkownika obiektu, na którym spoczywa obowiązek przeprowadzania regularnych oględzin instalacji elektrycznej, czyszczenia opraw oświetleniowych z częstotliwością określoną przez projektanta, a także wymianę elementów eksploatacyjnych takich jak źródła metalohalogenkowe. Zalecane jest by po każdorazowej wymianie źródła, dokonać weryfikacji obiektu pod względem fotometrycznym. Nowe źródło charakteryzuje się po około 100 godzinach pracy swoimi znamionowymi parametrami świetlnymi. Wymiana pojedynczego źródła na nowe spowoduje wzrost natężenia oświetlenia w sektorze oświetlanym przez oprawę, prowadząc do wzrostu średniego natężenia oświetlenia poziomowego, wymiana taka może skutkować pogorszeniem się równomierności oświetlenia płyty boiska.
* * *
Artykuł został zrealizowany w Katedrze Elektroenergetyki Fotoniki i Techniki Świetlnej Politechniki Białostockiej w ramach pracy MB/WE/6/2018 finansowanej ze środków MNiSW.
Literatura
- PN-EN-12193 Światło i oświetlenie. Oświetlenie w sporcie.
- https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/39/Luzhniki_2017.jpg/800px-Luzhniki_2017.jpg
- http://www.lighting.philips.com/prof
- https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Radioactivity_and_radiation.png
- CIE 150 “Guide on the Limitation of the Effects of Obtrusive Light from Outdoor Lighting Installations”








