С каждым годом все больше людей участвует в спортивных соревнованиях – как любительских, так и профессиональных. Интерес к спорту стимулирует его собственное развитие. Ежегодно открываются новые специализированные объекты. Их качество определяется множеством факторов, среди которых важную роль играет освещение
Автор: Андрей Макаров
Нормы и нормативы
Жесткие требования к освещению должны выполняться не только на тех объектах, где проводятся международные соревнования с телетрансляцией, но и на любых площадках, предназначенных для занятий спортом. Система освещения должна обеспечивать безопасность как игроков, так и зрителей в зале, освещение проходов и выходов в аварийных ситуациях, давать спортсменам, судьям, персоналу, зрителям и телезрителям возможность хорошо видеть спортивную площадку, игровые предметы, пространство, окружающее игровую зону. При этом необходимо обеспечить комфортность зрительного восприятия – в частности, избегать слепящего действия света.
Особые требования предъявляются к освещению при проведении телевизионных съемок и трансляций. Именно от освещения напрямую зависят качество картинки, возможность показа общих видов игры, крупных планов, а также соответствие съемки международным нормам и требованиям непрерывности.
В России современная нормативная база по проектированию осветительных установок спортивных сооружений представлена рядом документов, в частности:
- ВСН-1-73 «Нормы электрического освещения спортивных сооружений» (от 12.10.1974);
- СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» (от 20.04.1995);
- МГСН 2.06-99 «Естественное, искусственное и совмещенное освещение» (от 23.03.1999).
В них регламентируются не только значения освещенности, но и другие показатели, задаваемые в зависимости от вида спорта и масштаба проводимых соревнований.
Регламентируемые показатели условий освещения спортивных объектов
Освещенность на горизонтальной плоскости (Eг) – важнейший показатель, поскольку горизонтальная плоскость формирует основную часть поля зрения как игроков, так и зрителей. Измеряется в люксах (лк).
Освещенность на вертикальной плоскости (Eв) важна для наблюдения вертикальных объектов. Скажем, вертикальной плоскостью может быть представлен игрок (с учетом соответствующих углов к линии обзора наблюдателя). Чтобы гарантировать оптимальный обзор и узнавание игроков со всех направлений, требуется особое освещение по-разному ориентированных вертикальных плоскостей. Кроме того, освещенность на вертикальном плане должна обеспечивать видение в любой момент времени движущегося над игровой зоной спортивного объекта (например, мяча). Вертикальная освещенность оказывает решающее влияние на качество теле- или кинокартинки. Измеряется в люксах (лк).
Равномерность освещенности как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости позволяет избежать резких перепадов освещенности в поле зрения игроков, зрителей, телекамер. Неравномерность распределения освещенности снижает видимость игрового предмета или игрока в определенной позиции на поле. Выражается как отношение минимальной освещенности к максимальной (Емин/Емакс) или к средней (Емин/Еср).
Коэффициент запаса – показатель, гарантирующий отсутствие падения средней освещенности ниже нормируемого значения. Представляет собой повышающий коэффициент, вводимый в расчеты освещения. Учитывает спад уровней освещенности в связи с загрязнением светильников, старением ламп и ухудшением отражающих свойств поверхностей помещения. Требует, чтобы обслуживание ламп и светильников/прожекторов проводилось по крайней мере раз в год. Коэффициент запаса измеряется в относительных единицах.
Показатель ослепленности – расчетный параметр, оценивающий слепящее действие осветительной установки. Измеряется в относительных единицах.
Указанные нормативные документы созданы давно и не отражают современные потребности.Требования к освещению, представленные в них, не имеют достаточно четкой структуры. Кроме того, отсутствие единой классификации соревнований по уровням серьезно затрудняет использование этой базы в проектировании.
Уровневая классификация различных соревнований и соответствующей им освещенности наиболее полно представлена в европейских нормах DIN EN 12193 «Свет и освещение – освещение спортивных сооружений», которые выделяют три уровня спортивных состязаний:
- соревнования высшей категории;
- соревнования среднего уровня;
- школьный спорт и досуг.
На основании российских нормативных документов и по аналогии с европейскими нормами можно определить четыре класса осветительных установок (по уровням освещения спортивных сооружений).
- Класс TV – для проведения международных и национальных соревнований с телетрансляцией.
Его надо рассматривать отдельно, поскольку цветное телевидение предъявляет особые требования к уровням вертикальной и горизонтальной освещенности. В частности, необходимый для телесъемки уровень вертикальной освещенности определяется в каждом конкретном случае в зависимости от вида спорта. - Класс I – для проведения национальных соревнований в больших спортивных комплексах без телевидения (с трибунами на 800 зрителей и более).
- Класс II – для проведения региональных соревнований в средних и малых спортивных комплексах (с трибунами менее чем на 800 зрителей).
- Класс III – для проведения любительских соревнований, школьного спорта и досуга.
Выбор лидера
Выбор источников света при проектировании осветительных установок спортивных сооружений зависит от электрических, светотехнических и эксплуатационных характеристик этих источников. Ниже приведены важнейшие из них.
- Напряжение питания (U) – напряжение электрической сети, необходимое для зажигания и стабильной работы лампы. Измеряется в вольтах (В). Для ламп накаливания напряжение питания соответствует напряжению сети. Для зажигания газоразрядных ламп напряжение питания должно существенно превышать напряжение сети. Поэтому их включают через пускорегулирующую аппаратуру (ПРА).
- Мощность (W) – электрическая мощность, потребляемая лампой. Единица измерения – ватт (Вт). Для газоразрядных ламп необходимо учитывать как мощность самой лампы, так и мощность, которая расходуется на ПРА.
- Световой поток (Ф) – мощность излучения источника, которая оценивается по реакции глаза человека, избирательно реагирующего на излучение, испускаемое лампой. Измеряется в люменах (лм).
- Световая отдача (Н) – показатель производительности лампы, определяемый отношением светового потока к электрической мощности лампы. Чем оно больше, тем эффективнее преобразование потребляемой электрической энергии в свет. Измеряется отношением люмен на ватт (лм/Вт).
- Цветовая температура (Тц) – характеристика, определяющая степень белизны света, испускаемого лампой. Измеряется по температурной шкале Кельвина (К), поскольку выражается через температуру нагретого черного тела, одинакового по цвету с испытуемым источником света.
- Общий индекс цветопередачи (Ra) – показатель качества воспроизведения цвета данной лампой в сравнении с эталонным источником света. Цветопередающие свойства определяются характером спектра излучения ламп. Чем ниже индекс цветопередачи, тем эти свойства хуже. Максимальное значение Ra – 100.
- Средний срок службы – усредненный статистический срок службы лампы, определяющий сроки замены ламп в светильниках. Измеряется в часах.
По принципу действия электрические источники света можно разделить на две большие группы – лампы накаливания и разрядные лампы. Согласно СНиП 23-05-95, для освещения спортивных сооружений, как правило, следует использовать металлогалогенные и люминесцентные лампы, относящиеся к группе разрядных ламп. При невозможности или технико-экономической нецелесообразности использования разрядных ламп на отдельных объектах допускается применение ламп накаливания, которые используются только для освещения спортивных объектов в аварийных режимах.
Линейные люминесцентные лампы считаются удачным вариантом освещения для небольших спортивных залов, что обусловлено широким ассортиментом таких светильников, а также возможностью удовлетворить практически любое требование дизайнера по их размещению. Но малая единичная мощность (до 80 Вт) делает их малопригодными для освещения высоких помещений, поскольку возможная установочная высота таких светильников не превышает 7 метров. К тому же в нормах электрического освещения спортивных сооружений (ВСН-1-73) минимальная высота подвеса светильников над игровой площадкой ограничивается диапазоном от 6 до 12 метров (в зависимости от вида спорта). Таким образом относительно низкая стоимость люминесцентных светильников нивелируется их большим количеством для достижения заданного уровня освещенности.
Существенными недостатками люминесцентных ламп являются большие размеры, трудность концентрации светового потока в пространстве, а нестабильность работы при низких температурах не позволяет устанавливать их на открытых спортивных площадках.
Газоразрядные лампы высокого давления (например, металлогалогенные) обычно используются при установке светильников на высоте от 6 метров и там, где требуется высокая эффективность системы освещения.
Неоспоримое преимущество металлогалогенных ламп – малые габариты, что позволяет использовать их с различными видами отражателей и более эффективно распределять световой поток. Металлогалогенные лампы можно применять как для акцентированной подсветки объектов, так и для общего освещения (при использовании рассеивающих отражателей). Применение прожекторов, концентрирующих поток лампы в узкий пучок, дает возможность осветить удаленные объекты минимальным количеством приборов. Световая отдача металлогалогенных ламп – 74–108 лм/Вт, что сопоставимо со световой отдачей люминесцентных ламп (50–104 лм/Вт) и значительно превышает аналогичный параметр галогенных ламп накаливания (до 22 лм/Вт). При одинаковой потребляемой мощности световой поток, излучаемый газоразрядными лампами, в несколько раз выше, чем у галогенных.
В соответствии с нормами для освещения спортивных соревнований лампы должны иметь цветовую температуру около 4000 К (нейтрально-белые), а при телевизионных съемках и репортажах требуются лампы с еще более высокой цветовой температурой, чего галогенные лампы обеспечить не могут, поскольку их цветовая температура лежит в диапазоне от 2500 до 3400 К. Поэтому для освещения спортивных сооружений следует применять металлогалогенные или люминесцентные лампы, цветность излучения которых – от тепло-белой до дневной белой.
Индекс цветопередачи ламп, используемых для освещения соревнований, должен быть не ниже 65, а для съемок и телерепортажей – не ниже 80. Этому условию удовлетворяют как металлогалогенные, так и люминесцентные лампы. Индекс цветопередачи галогенных ламп формально равен 100, поскольку за эталонный источник света были приняты лампы накаливания и фактически лампа сравнивается сама с собой. Однако на практике при освещении ими объекта имеют место потери в передаче сине-голубых тонов и преувеличение теплой цветовой гаммы. Поэтому при повышенных требованиях к цветоразличению галогенные лампы применять не рекомендуется.
Немаловажным параметром лампы является средний срок службы, который у газоразрядных ламп достигает 15 тыс. часов, в то время как у галогенных не превышает 4 тыс. часов.
Новые возможности
Современные светотехнические расчеты уже невозможно представить без использования специализированного программного обеспечения, хотя еще несколько лет назад инженерам-светотехникам приходилось вести долгую и кропотливую работу по оптимизации освещения даже небольших объектов, используя при этом массу справочной литературы, различные графики, таблицы, диаграммы и т.д. Любая замена мощности или перемещение светового прибора приводили к необходимости перерасчета практически всего проекта. Сложные геометрические и технические вычисления усиливали влияние человеческого фактора, возрастала вероятность ошибки.
С широким распространением вычислительной техники появилась возможность упростить процедуру светотехнических расчетов. Несколько иностранных компаний, занимающихся разработкой программного обеспечения, выпустили свои версии программ проектирования систем освещения. Конечно, основная работа по расчету освещения все равно возлагается на человека, но многие исходные данные (табличные коэффициенты, кривые силы света приборов, расчетные формулы, технические параметры источников света и т.п.) уже заложены в программе.
Задача расчета освещения сводится к определению необходимого количества световых приборов для создания нормируемого значения освещенности на спортивных объектах. При этом разработанный проект освещения должен обеспечивать минимальные затраты на сооружение и эксплуатацию осветительной установки, а также соответствовать нормативным документам той страны, для которой проектируется система освещения.
При проектировании целесообразна приводимая ниже последовательность действий:
- Определение параметров объекта, подлежащего освещению.
- Выбор системы освещения.
- Установка нормируемого значения освещенности.
- Выбор метода расчета освещенности.
При светотехническом проектировании в основном применяются два метода расчетов – метод коэффициента использования и точечный метод.
Метод коэффициента использования предназначен для расчета средней освещенности пола (стен) внутри помещения с учетом многократных отражений света (для системы общего равномерного освещения или расчета необходимого числа светильников в осветительной установке по заданной величине освещенности). Этот метод применяется для расчета общего равномерного освещения при проектировании осветительных установок для офисных, служебных и других рабочих помещений относительно небольшой высоты и площади. На практике значения расчетных коэффициентов берут из таблиц, связывающих геометрические размеры помещения, отражающие свойства его поверхностей и кривые силы света используемых светильников.
Точечный метод предназначен для расчета освещенности в каждой точке заданной плоскости и учитывает влияние на нее светового потока от каждого из светильников, расположенных в произвольном порядке. В компьютерных программах этим методом рассчитывают как прямую, так и отраженную составляющие освещенности. Этот метод используется, когда необходимо получить многовариантные расчеты освещенности и совместить их с оценкой других светотехнических и экономических параметров осветительной установки. Трудность точечного метода заключалась в отсутствии возможности представления кривых сил света приборов аналитическими выражениями и, следовательно, применении при расчетах большого количества таблиц, графиков и вспомогательных материалов. В настоящее время компьютерная техника позволяет повсеместно применять данный метод в практике светотехнических расчетов.
Наиболее известные светотехнические расчетные программы
DIALux
Самая популярная программа. Создана при участии многих европейских светотехнических фирм (в числе которых Osram, Philips, Thorn, Trilux и др.). Каждая из фирм – создателей DIALux представляет программу с данными собственного оборудования, однако программа позволяет создавать и новую базу данных наиболее часто используемых светильников. Формат вводимых данных – CIBSE/TM14, IES, LDT. Все это упрощает работу с программой и экономит время. Светильники могут быть объединены в группы, однако в этом случае становится невозможно работать с отдельно взятым светильником. В версии DIALux 3.0 представлена широкая база текстур, компонентов помещений и мебели, возможность расширения которой также предусмотрена.
Результаты расчетов можно представить в любой удобной форме – как плоские двухмерные виды, так и трехмерные проекции. Используемый метод визуализации RayTracing делает 3D-модель наглядной. Однако расчет освещенности в вертикальной плоскости несколько усложняет применение программы для спортивных сооружений. К тому же DIALux съедает много ресурсов компьютера, и в случае создания проекта для спортивной арены с большим количеством прожекторов расчет занимает длительное время
Тем не менее удобный интерфейс, гибкие настройки вывода результатов на печать и возможность ввода данных (светильников, мебели и текстур) делают эту программу наиболее удобной для расчета освещенности интерьеров.
Relux Professional
Программа от компании Relux Informatik AG – мощный инструмент расчета освещенности при работе с трехмерными объектами. Она содержит большую базу данных, включающую фотометрические данные светильников сорока девяти производителей. Программа предоставляет возможность широкого выбора изображений и текстур, что позволяет представить изображение объекта в максимально реалистичном виде.
В отчете выводятся на печать все необходимые результаты расчетов и трехмерное изображение помещения (в OpenGL). Предусмотрены средства для сохранения в базе данных любого желаемого вида объекта освещения вместе с расчетными данными. В приложении к основной программе могут использоваться модули Relux Vision и ReluxCAD. Relux Vision предоставляет расширенные возможности визуализации (RayTracer), а также дает возможность рассчитывать комбинированное освещение в помещении.
ReluxCAD — программа, позволяющая организовать работу совместно с AutoCAD. Созданные в AutoCAD чертежи помещений и площадок напрямую вводятся в Relux Professional, а результаты светотехнических расчетов для конкретного сооружения, полученные в ReluxCAD, можно передать в AutoCAD. Relux позволяет рассчитывать коэффициент дискомфорта UGR как для помещения, так и для конкретной точки наблюдения. Кроме того, можно вывести таблицу UGR от каждого светильника.
Существенным недостатком данной программы является отсутствие удобных средств работы с фотометрическими данными. Для каждого проекта необходимо создавать базу данных используемых светильников.
Calculux
Программа фирмы Philips существует в трех модификациях (для расчета открытых площадок, помещений и дорог). Хотя основным форматом данных Calculux является Philips Phillum, программа позволяет вводить и другие фотометрические форматы (CIBSE/TM14, IES, EULUMDAT и LTLI). Однако следует иметь в виду, что их использование в программе происходит не всегда корректно (как, например, с форматом IES). Calculux дает возможность рассчитывать освещенность на прямоугольных поверхностях в любой плоскости, определяемой пользователем. В программе можно самостоятельно задавать количество расчетных точек, создавать группы светильников и при этом ориентировать как отдельный светильник, так и целую их группу. В программе задано большое количество стандартных спортивных площадок, что очень удобно при расчете как закрытых, так и открытых сооружений. Есть возможность выбора языка, на котором будет напечатан отчет.
К недостаткам программы следует отнести отсутствие качественного трехмерного представления результатов, однако это отчасти компенсируются высокой скоростью расчета.
FAEL-LITE
Для фирмы Fael Luce (Италия) компанией OxyTech была выпущена версия программы FAEL-LITE для расчета освещенности и яркости в помещениях, на открытых площадках и на улице. Она позволяет работать с моделями любых форм и размеров, а также видеть результаты светотехнических расчетов в удобной форме – как в двухмерной, так и в трехмерной проекции. FAEL-LITE рассчитывает горизонтальную, вертикальную и полуцилиндрическую освещенность, яркость поверхности и коэффициент дискомфорта. При всех светотехнических расчетах учитывается многократное, до 7 раз, отражение света от поверхности стен, пола и потолка (коэффициенты отражения данных поверхностей определяются пользователем). Для спортивных объектов и концертных залов с телевизионной трансляцией программа FAEL-LITE позволяет делать расчет вертикальной освещенности по направлению к главной телевизионной камере и вспомогательным камерам (если есть такая необходимость). Все расчеты светотехнических параметров соответствуют нормам и рекомендациям международных организаций UNI и CEI.
Программа обеспечивает преобразование фотометрических данных светильников из своего внутреннего формата в другие, наиболее распространенные — CIBSE/TM14, LDT. Кроме того, FAEL-LITE 6.0 позволяет использовать созданные в AutoCAD трехмерные модели мебели (в формате DXF). Результаты светотехнических расчетов могут быть представлены в графическом, табличном или трехмерном виде и распечатаны на стандартной офисной оргтехнике. Простота и удобство, а также большая база данных ставит эту программу в один ряд с наиболее мощными светотехническими программами.
Спортивные и развлекательные сооружения требуют значительных вложений в строительство и эксплуатацию. Но инвестиции в спортивные объекты окупятся только в том случае, если последние будут комфортны и для зрителей, и для спортсменов. Правильно спроектированная и смонтированная осветительная установка – одно из основных условий привлекательности объектов зрелищного назначения.
Экспертные консультации по теме спортивного освещения вы можете получить в компании «Световое оборудование»
