Oświetlenie boisk sportowych
zalecenie projektowe dotyczące wartości współczynnika utrzymania
Oświetlenie boisk sportowych, fot. pixabay.com
Oświetlenie obiektów sportowych przez cały okres użytkowania musi spełniać wymagania ilościowe oraz jakościowe określone w normach oświetleniowych. Oprócz norm krajowych, w różnych dyscyplinach sportowych istnieją organizacje międzynarodowe, które ustanowiły pod potrzebę własnej dyscypliny dodatkowe wymogi m.in. do przeprowadzania transmisji telewizyjnej w jakości Ultra HD (4K) oraz slow-motion. Gospodarz rozgrywek ligowych jest zobowiązany spełnić wymagania w danej klasie oświetleniowej oraz dyscyplinie sportowej. Niedopełnienie wymagań oświetleniowych w rozgrywkach ligowych podlega sankcjom, które nakłada organizacja sportowa (np. Ekstraklasa – rozdział 5.4.1.3. Podręcznika Licencyjnego) [1].
Zobacz także
TM TECHNOLOGIE Sp. z o.o. Monitoring oświetlenia awaryjnego w wieloobiektowym kompleksie
W dużym kompleksie biurowym wyzwaniem nie jest wyłącznie dobór i rozmieszczenie opraw oświetlenia awaryjnego. Równie ważne jest to, jak cały system będzie kontrolowany i obsługiwany przez kolejne lata.
W dużym kompleksie biurowym wyzwaniem nie jest wyłącznie dobór i rozmieszczenie opraw oświetlenia awaryjnego. Równie ważne jest to, jak cały system będzie kontrolowany i obsługiwany przez kolejne lata.
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.
W artykule:• Wyznaczanie współczynnika utrzymania• Obliczenia projektowe a rzeczywistość |
StreszczeniePrzy projektach systemu oświetleniowego na obiektach sportowych kluczowymi kryteriami są koszty inwestycyjno-użytkowe oraz spełnienie wymagań normatywnych przez cały okres użytkowania tego obiektu. Stosowanie przy projektowaniu współczynnika utrzymania na poziomie 0,8 może prowadzić do niespełnienia obowiązujących norm po pewnym czasie eksploatacji. Pomiary przeprowadzone pod kierownictwem KW Housera z uczelni Penn State Engineering na 31 obiektach sportowych, wykazały w 87% przypadków niespełnianie założeń projektowych w czasie eksploatacji mniejszym niż 3000 h.AbstractSports field lighting – design recommendations regarding the value of the lighting maintenance factorWhen designing the lighting system at sports facilities, the key criteria are investment and utility costs and compliance with normative requirements throughout the lifetime of the facility. The use of a maintenance factor of 0.8 when designing may lead to non-compliance with applicable standards after a period of operation. Measurements carried out under the supervision of KW Houser from Penn State Engineering at 31 sports facilities showed that in 87% of cases the project assumptions were not met during operation less than 3000 hours. |
Charakterystyka obiektów sportowych, wymogi normatywno-użytkowe oraz aspekt ekonomiczny wygenerowały potrzebę wytworzenia opraw oświetleniowych o wąskich kątach rozsyłu, oraz dużych wartościach strumienia świetlnego. Na rysunku 1. przedstawiono obiekt, na którym oprawy sportowe są montowane w odległości przekraczającej 120 metrów od powierzchni oświetlanej.
Rys. 1. Oświetlenie boiska do gry w krykieta o wymiarach 186136 m – Sher-e Bangla Cricket Stadium – Bangladesz [2]
Ze względów aplikacyjno-konstrukcyjnych, ekonomicznych oraz projektowania optyk opraw oświetleniowych pożądana jest jak najmniejsza gabarytowo oprawa [3]. Najczęściej stosowane w oprawach sportowych są źródła wyładowcze metalohalogenkowe (MHN), rzadziej źródła sodowe oraz źródła półprzewodnikowe LED. Ze względu na degradację strumienia świetlnego (rys. 2.) źródeł MHN (rys. 3.) w czasie, występujące zanieczyszczenie powietrza, starzenie się materiałów opraw oświetleniowych, przy projektowaniu konieczne jest zastosowanie współczynnika utrzymania u, który zapewni spełnienie norm przez pełen okres eksploatacji instalacji oświetleniowej.
Rys. 2. Typowy spadek strumienia świetlnego konwencjonalnych źródeł światła do nominalnej żywotności lamp. (a – żarowe; b – świetlówka T8; c – metalohalogenkowe ceramiczne oraz kwarcowe; d – lampa sodowa wysokoprężna) [4]
Rys. 3. Źródło metalohalogenkowe na trzonku E39, model bańki BT56, 1500 W (stosowane przy ekonomicznych rozwiązaniach na rynku pólnocnoamerykańskim) [5]
Zmniejszanie wartości współczynnika utrzymania powoduje konieczność zastosowania większej ilości opraw sportowych, co generuje koszty inwestycyjne w wielu branżach, niższa wartość powoduje również konieczność realizowania częstszych konserwacji, czyszczenia opraw oraz wymian źródeł światła (rys. 4.).
Rys. 4. Konserwacja opraw sportowych na wieży oświetleniowej obiektu Sher-e Bangla Cricket Stadium z pominięciem podstawowych zasad BHP – Bangladesz [6]
Podstawowym kryterium przy projektowaniu jest zapewnienie wymogów normatywnych określonych przez klasę oświetleniową obiektu, a także wymogi użytkowe narzucone przez Inwestora lub specyfikację wymogów ligowych organizacji w danej dyscyplinie sportowej. Istotnym obowiązkiem, który spoczywa na projektancie oświetlenia jest określenie współczynnika utrzymania instalacji oświetleniowej. Dobór ten powinien być oparty na warunkach środowiskowych, technologii wykonania opraw oświetlenia sportowego, typie źródeł światła, typie montażu, pozycji pracy źródeł światła oraz innych czynnikach.
Bardzo istotne jest przeprowadzenie efektywności kosztowej, która wykaże czy lepszym rozwiązaniem jest przewymiarowania instalacji w większym stopniu, czy też częstsze wykonywanie konserwacji w postaci oczyszczania opraw oświetleniowych oraz wymiany źródeł światła. Kluczowym czynnikiem w tej analizie jest uwzględnienie poziomu zanieczyszczenia powietrza w okolicy obiektu sportowego, a także trudności wynikających z wymiany źródeł oraz związany z tym koszt przeprowadzania konserwacji instalacji oświetleniowej. Regularne czyszczenie opraw sportowych często jest jednym z kryteriów wymaganych do utrzymania wydłużonej gwarancji producenta na sportowe oprawy oświetleniowe. Większość konstrukcji zewnętrznych opraw sportowych zapewnia brak wymogu czyszczenia powierzchni reflektorów oraz innych elementów wewnętrznych oprawy sportowej. Równie istotne jest zadecydowanie, co do metody realizacji wymiany źródeł światła grupowej lub pojedynczej (nie dotyczy opraw sportowych typu LED, gdzie półprzewodnikowe źródła światła mają charakter degradacyjny, w przypadku awarii wymianie podlega układ zasilający bądź cała oprawa oświetleniowa). Decydującym przy wyborze typu przeprowadzanych wymian źródeł może być aspekt rangi obiektu sportowego oraz dostępność do miejsc instalacji opraw sportowych. Oprawy oświetleniowe często posiadają pamięć pozycji (nakierowania oprawy), mimo to wskazane jest zwłaszcza przy grupowej wymianie źródeł ponowne nakierowanie opraw sportowych.
Pomiary fotometryczne są wykonywane zawsze po pierwszym uruchomieniu instalacji oświetleniowej. Ma to za zadanie potwierdzić poprawność zastosowanych rozwiązań, m.in. wysokości montażu opraw, ich nakierowania, a także użytecznego strumienia świetlnego w zintegrowanych oprawach sportowych (oprawy oraz źródła z certyfikatem np. ENEC zapewniają o pewności wyspecyfikowanych parametrów świetlno-optycznych produktu).
W przypadku najczęściej stosowanych źródeł metalohalogenkowych, ze względu na ich specyfikację pracy, przed przystąpieniem do pomiarów należy wygrzać źródła by osiągnęły swój strumień nominalny. Czas ten jest zależny od układu zasilającego i trwa do 15 minut, przy układach zasilający wyposażonych w element zapewniający tzw. „gorący zapłon” czas ten jest krótszy i w zależności od mocy, producenta oraz zastosowanego układu zapłonowego może zmaleć nawet do 2 minut (czas do osiągnięcia 90% strumienia świetlnego). Istotnym czynnikiem, jest fakt, iż źródła MHN osiągają swój nominalny strumień dopiero po około 100 godzinach świecenia [7].
Wyznaczanie współczynnika utrzymania
Współczynnik utrzymania jest ilorazem cząstkowych współczynników utrzymania:
Każdy z cząstkowych współczynników utrzymania odpowiada za czynniki degradacyjne obiektu oświetlanego lub elementów instalacji oświetleniowej.
Cząstkowy współczynnik utrzymania u1
Na jego wartość mają wpływ takie czynniki jak:
- warunki środowiskowe (temperatura otoczenia, wilgotność),
- stopień zanieczyszczenia powietrza,
- miejsce montażu oraz nakierowanie opraw (pozycja pracy źródła światła),
- częstość czyszczenia oraz skuteczność przeprowadzanych konserwacji.
Cząstkowy współczynnik utrzymania u2
Wartość jego zależy od akumulacji brudu na elementach aktywnych optycznie oraz od:
- odporność na degradację powierzchni optycznie aktywnych (właściwości odbiciowe reflektorów, oraz właściwości transparentne soczewek i kloszy),
- podatność na zabrudzenia cząstkami ciał stałych.
Cząstkowy współczynnik utrzymania u3
Wartość jego jest zależna od spadku strumienia świetlnego źródeł w czasie eksploatacji. Czas ten może być określony dla trybu pracy ciągłego, pięciogodzinnego cyklu, dziesięciogodzinnego cyklu oraz innych. Wartość ta, bywa przedstawiona przez producenta na podstawie badań żywotności dla grupy źródeł światła (rys. 5.). Przedstawienie współczynnika bywa określone w formie graficznej bądź tabelarycznej. Spadek strumienia świetlnego dla źródła MHN załączanego z układu zapłonnikowo-zasilającego typu „gorący zapłon” jest mniejszy.
Rys. 5. Spadek strumienia świetlnego źródła MHN od czasu pracy, bez określonego cyklu pracy [5]
Cząstkowy współczynnik utrzymania u4
Współczynnik przetrwania lamp (rys. 6.), wartość jego najczęściej przyjmuje się jako 1, gdyż w momencie wypalenia źródła następuje wymiana pojedyncza źródła.
Porównywanie trwałości źródeł pomiędzy producentami jest problematyczne, ze względu, iż specyfikacja tego parametru odbywa się w różnych warunkach operacyjnych źródeł światła. Ilość cykli włącz – wyłącz w przypadku źródeł wyładowczych wpływa znacząco na trwałość źródeł. Trwałość lamp dla źródła MHN załączanego z układu zapłonnikowo-zasilającego typu „gorący zapłon” jest większa.
Dla przykładu, jeden z producentów źródeł MHN o mocy 1500 W określił w specyfikacji technicznej średni czas życia dla źródła w 5-godzinnym cyklu na 3000 h, z kolei w cyklu 10-godzinnym trwałość wzrasta do 6000 h.
Rys. 6. Zależność wypalania źródeł światła źródła MHN od czasu pracy, bez określonego cyklu pracy [5]
Cząstkowy współczynnik utrzymania u5
Obliczenia fotometryczne są wykonywane przy nominalnych wartościach zasilania. Fluktuacje w napięciu zasilania mają wpływ na emitowany strumień świetlny z oprawy. Typowo przyjmuje się jego wartość na poziomie 0,95÷1.
Cząstkowy współczynnik utrzymania u6
W przypadku projektowania systemu oświetlenia z grupową wymianą lamp, możliwe jest założenie, iż do wymiany lamp nastąpi po wygaszeniu paru lamp. Podejście to nie jest wskazane, ze względu, iż utrata nawet jednej oprawy oświetleniowej skutkuje pogorszeniem równomierności oświetlenia w wybranym fragmencie obiektu sportowego.
W nomenklaturze istnieje również „współczynnik zapasu”, który jest odwrotnością współczynnika utrzymania (czasem jest nazywany współczynnikiem konserwacji).
Najczęściej spotykana wartość współczynnika utrzymania w projektach instalacji oświetlenia sportowego na źródłach MHN wynosi 0,8 [7].
Obliczenia projektowe a rzeczywistość
Grupa naukowców z Penn State Engineering pod kierownictwem Kewina Housera w artykule „Light Loss Factors for Sports Lighting” przeprowadziła badania obiektów sportowych pod względem prawidłowości założeń projektowych w zakresie współczynnika utrzymania. Do swoich badań wytypowali 31 obiektów sportowych, które posiadały kompletny projekt fotometryczny, instalacja pozwalała na odczytanie godzin pracy lamp na obiekcie, wszystkie zainstalowane oprawy oświetleniowe były o mocy 1500 W wykonane w technologii MHN o żywotności 3000 h, oraz zastosowane zasilacze nie posiadały trybu kompensacji strumienia świetlnego w czasie.
Wśród wytypowanych obiektów były boiska do koszykówki, piłki nożnej oraz softballu zaprojektowane na wartości pionowego natężenia oświetlenia ~(300÷750) lx. Oprawy operowały przez okres od 100 h do 3000 h, zastosowane oprawy pochodziły od 4 różnych producentów. Przeprowadzono pomiary według projektu fotometrycznego (siatka obliczeniowa w projekcie fotometrycznym jest znacznie gęstsza niż normatywnie określona siatka pomiarowa).
Na podstawie wyników pomiarów fotometrycznych stwierdzono, iż spośród 31 boisk, jedynie 4 charakteryzowały się natężeniem oświetlenia przekraczającym 80% wartości początkowej. Dodatkowo wśród nich najdłużej operowały źródła przez 900 h, co stanowi mniej niż 30% trwałości źródeł światła. Stwierdzono, iż 87% boisk nie spełniło założeń projektowych, co potwierdza, iż stosowanie współczynnika konserwacji na poziomie 0,8 jest niewystarczające w przypadku opraw oraz źródeł MHN typu BT56. Na podstawie pomiarów oraz obróbki danych stwierdzono, iż w przypadku grupowej wymiany źródeł światła po upływie 1200 h, 2100 h oraz 3000 h należy stosować kolejno współczynnik utrzymania na poziomie 0,75; 0,69 i 0,65 [7].
Jak widać na rysunku 7., strumień świetlny emitowany z oprawy maleje o przeszło 10% bardziej w przypadku pracy przy pochyleniu pod kątem 45 stopni, niż w pozycji pionowej. Początkowy strumień świetlny źródeł MHN jest specyfikowany w zależności od pozycji pracy (zazwyczaj jedynie w pozycji poziomej oraz pionowej).
Rys. 7. Zależność pozycji pracy oprawy MHN na spadek strumienia świetlnego w czasie [7]
Badania obiektów sportowych przeprowadzonych w USA potwierdziły wysoki poziom skomplikowania zagadnienia, jakim jest poprawne zaprojektowanie instalacji oświetleniowych boisk sportowych. Według przeprowadzonej analizy projektów oświetleniowych, tylko w 19% z nich uwzględniono we współczynniku utrzymania aspekt utraty strumienia świetlnego z racji pochylenia źródeł światła od nominalnej pozycji pracy. Aby przeprowadzić symulację w dokładniejszy sposób, należy do każdej pochylonej oprawy przypisać indywidualny współczynnik pomniejszający strumień świetlny, wynikający ze stopnia wychylenia źródła światła w projekcie oświetleniowym.
Jak wynika z rysunku 7., aby projektant mógł w ogóle mieć możliwość prawidłowego uwzględnienia spadku strumienia zależnego od pozycji pracy źródła (rys. 8.), konieczne jest przedstawianie przez producenta pełniejszych informacji, co do zachowania się strumienia świetlnego w czasie eksploatacji w wybranej pozycji pracy.
Rys. 8. Przykładowe oznaczenia dopuszczalnych pozycji pracy źródeł [8]
Z drugiej strony, warto nadmienić, iż źródła MHN na trzonku E39 o budowie w kształcie bańki BT56, nie należą do rozwiązań najwyższej, a nawet średniej półki. Ich ceny jednostkowe detaliczne to wydatek około 150 zł. W przypadku rozwiązań w pełni profesjonalnych MHN na trzonku X528 od tego samego producenta o bardzo zbliżonych wartościach wskaźnika oddawania barw, średnia żywotność wynosi przeszło 4 razy dłużej, bo aż 13000 h. Natomiast degradacja strumienia do 65% początkowego strumienia, która w BT56 następuje statystycznie po 2400 h, w rozwiązaniu droższym osiągnie dopiero przy około 10000 h [5]. Dodatkowo konstrukcja opraw sportowych do tego typu źródeł, umożliwia horyzontalne oraz wertykalne nakierowywanie oprawy sportowej przy zachowaniu stałej pozycji pracy źródła.
Przykładowo wytyczne Azjatyckiej Konfederacji Piłki Nożnej z 2018 roku w pierwszej kategorii oświetleniowej dla opraw w technologii MHN gdzie średnie, poziome natężenie oświetlenia musi przekraczać 2500 luksów wskazane jest stosowanie współczynnika utrzymania na poziomie 0,8; z odstępstwem do poziomu 0,7÷0,75 w przypadku ciężkich warunków środowiskowych [9].
Kolejnym istotnym czynnikiem, którego w prosty sposób nie da się założyć na etapie projektowania jest uwzględnienie zmiany nakierowania opraw na skutek parcia wiatru na oprawę, wykrzywienia elementu nośnego na skutek np. osadzania konstrukcji. Projektant może jedynie na etapie projektu dołożyć wszelkich starań, aby współczynniki równomierności oświetlenia były na optymalnym, realizowalnym poziomie wynikającym z rozmieszczenia elementów wsporczych oraz optyk opraw oświetleniowych, co by na skutek przekierowań lub ograniczonej dokładności nakierowania opraw sportowych nadal spełniały wymóg normatywny, co do równomierności oświetlenia pionowego oraz poziomego.
Podsumowanie
Każdy projekt oświetleniowy jest indywidualny, chociażby ze względu na otoczenie, w którym się znajduje. Nie mniej jednak każdy z nich wymaga rozsądnego rozwiązania w zakresie cyklu konserwacji, opartego na specyfikacji środowiskowej oraz elementów instalacji oświetleniowej. Aby wykonać rzetelnie projekt oświetlenia sportowego, należy uwzględnić parametry trwałościowe źródeł światła, dopuszczalne pozycje pracy oraz zastosowane układy zapłonnikowo-zasilające.
Literatura
- Podręcznik Licencyjny dla Klubów Ekstraklasy, PZPN, Sezon 2019/2020.
- commons.wikimedia.org/wiki/File:Sher-e-Bangla_National_Cricket_Stadium_ground_(3).jpg
- R. Supronowicz, Oświetlenie boisk piłkarskich zgodnie z wymaganiami klas oświetleniowych definiowanych normą PN-EN 12193, Elektro.Info 5/2019.
- Pacific Northwent National Laboratory, Lumen Maintenance and Light Loss Factors, U.S. DoE 09.2013
- lighting.philips.com/prof - karty katalogowe materiałów profesjonalnych
- commons.wikimedia.org/wiki/File:Sher-e-Bangla_Cricket_Stadium_002.jpg
- KW Houser, MP Royer, RG Mistrick, Light Loss Factors for Sports Lighting, LEUKOS 6:3, 2010.
- sylvania-lighting.com - karty katalogowe materiałów profesjonalnych
- AFC Stadium Lighting Guidelines, Asian Football Confederation 2018
