Blendung durch Sportbeleuchtung

Blendung durch Sportbeleuchtung

Verzeichnis:
1. Grundlegendes Verständnis von Blendung
2. Blendschutzstandards und Bewertungsmethoden
3. Simulationsdesign für Basketballhallen

In den letzten Jahren hat die Verbreitung umweltfreundlicherer und energieeffizienterer Lampen zur Einführung geführt, die nach und nach herkömmliche Lichtquellen ersetzen. Gleichzeitig rücken die Lichtverhältnisse in Sportstätten mit der steigenden Zahl sportlicher Betätigungen immer mehr in den Fokus. Um sowohl für Sportler als auch für Zuschauer eine angenehme Lichtumgebung zu schaffen, ist es entscheidend, die Blendwirkung der Leuchten in diesen Einrichtungen zu reduzieren . Bisher konzentrierte sich die Sportbeleuchtung ausschließlich auf die Umgebungsbeleuchtung, was für die Sportbeleuchtung unzureichend ist. Effektive Sportbeleuchtung muss nicht nur die Ausleuchtung, sondern auch die Blendwirkung der hellen Lampen berücksichtigen. Die Suche nach Möglichkeiten, die Blendwirkung zu minimieren und gleichzeitig eine gleichmäßige Beleuchtung zu gewährleisten, die den Beleuchtungsstandards entspricht, ist ein wichtiges Forschungsgebiet.

Angesichts der Vielzahl an Blendungsalgorithmen, die sich jeweils für unterschiedliche Sportstätten eignen, untersucht dieser Artikel die Blendungsquellen anhand der Beleuchtung einer Basketballhalle. Die Auswirkungen von Blendung können durch die Steuerung nicht-lichtquellenbezogener Faktoren gemildert werden, vor allem durch die gezielte Anordnung der Lampen, die Anpassung der Lampenleistung, die Wahl eines geeigneten Umgebungshelligkeitsverhältnisses und die Verwendung gering reflektierender Materialien. Durch die Untersuchung der relevanten Blendungswerte wird eine auf Indoor-Sportstätten zugeschnittene Blendungsberechnungsmethode entwickelt. Anschließend werden Softwaresimulationen der Hallenbeleuchtung durchgeführt, bei denen Blendungsbeobachtungspunkte einbezogen werden, um den maximalen Blendungswert innerhalb der Halle zu bestimmen.

1. Grundlegendes Verständnis von Blendung

1.1 Gefahren durch Blendung

Blendung entsteht durch eine ungleichmäßige Verteilung der Lichthelligkeit im Sichtfeld. Auch ein starker Kontrast zwischen der Helligkeit einer Lichtquelle und der Umgebung kann zu Blendung führen, insbesondere beim direkten Blick in eine Lichtquelle mit hoher Intensität.

Blendung betrifft in erster Linie die Augen und kann Beschwerden im Nervensystem auslösen . Sie kann die Sehfunktion stark beeinträchtigen, und längere Einwirkung kann zu Augenermüdung führen. Bei Autofahrern kann Blendung die Konzentration beeinträchtigen und so zu gefährlichen Situationen führen. Arbeiten in einer blendenden Umgebung kann Unbehagen verursachen; leichte Fälle können zu Reizbarkeit führen, während schwere Fälle die Reaktionszeit verlangsamen und die Arbeitseffizienz verringern. In Sportstätten ist es wichtig, die Helligkeit mit der Umgebungshelligkeit abzustimmen, um zu verhindern, dass Blendung Sportler und Zuschauer schädigt.

1.2 Blendschutz

Um die Helligkeit von Lampen und das ins menschliche Auge einfallende Licht zu steuern, werden üblicherweise drei Hauptmethoden eingesetzt:

(1) Reduzieren Sie die Leistung der Lampen, um übermäßige Helligkeit zu vermeiden und dennoch den Beleuchtungsbedarf zu decken.

(2) Die Lampen müssen so positioniert sein, dass sie vor direktem Lichteinfall in die Augen geschützt sind.

(3) Passen Sie die Oberflächenhelligkeit und Reflexionsintensität von Lampen an, um die Hintergrundhelligkeit der Lichtquelle zu verbessern und so den Gesamtkontrast der Umgebungshelligkeit zu minimieren.

Reflexblendung bezeichnet die Störung durch helle Lichtquellen, die von glänzenden Materialien oder Oberflächen reflektiert werden und das menschliche Auge oder Kameraobjektive beeinträchtigen. Beispielsweise können Reflexionen von Computerbildschirmen oder Glasoberflächen erhebliche Blendeffekte verursachen. Längerer Aufenthalt in solchen Blendungen kann zu Unbehagen und Reizbarkeit führen.

Sowohl in Sportstätten im Innen- als auch im Außenbereich ist ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Lichtquellen, reflektierenden Materialien und der menschlichen Wahrnehmung unerlässlich. Bei der Auswahl von Materialien sollten Materialien mit hohem Reflexionsgrad vermieden werden. Blendung kann zusätzlich durch die Erhöhung der Helligkeit von oben mittels halbdirekter oder halbindirekter Beleuchtung gemildert werden, die zu einer gleichmäßigen Lichtverteilung im Raum beiträgt. Durch die Umsetzung dieser Strategien lässt sich eine ausgewogene Umgebungshelligkeit erreichen und Blendung effektiv reduzieren.

1.3 Design von Blendschutzlampen

Blendung entsteht hauptsächlich durch direkte Einwirkung ungeschützter Lichtquellen. Um dies zu verhindern, werden Lichtquellen in Lampen eingeschlossen, die oft mit einem Lampenschirm ausgestattet sind. Der Lampenschirm ist entscheidend für die Reduzierung von Blendung; ohne ihn kann das ungeschützte Licht direkt auf die Augen treffen und das Lesen erschweren. Durch den Einbau eines Lampenschirms wird das nach oben gerichtete Licht der Schreibtischlampe begrenzt, sodass die Beleuchtung auf den vorgesehenen Arbeitsbereich fokussiert wird.

Blendschutzgitter minimieren Blendung durch Gitter, die den Lichtwinkel effektiv steuern und so den direkten Blick auf die freiliegende Lichtquelle verhindern. Typischerweise werden diese Gitterleuchten in Decken eingebaut, über denen Reflektoren angebracht sind. Diese Anordnung nutzt Reflexion und Brechung, um einen breiteren Beleuchtungsbereich zu erzeugen, eine gleichmäßigere Lichtverteilung zu gewährleisten und das Auftreten intensiver Lichtpunkte deutlich zu reduzieren, wodurch die Blendung verringert wird.

1.4 Optimales Umgebungshelligkeitsverhältnis

Längerer Aufenthalt in Umgebungen mit hoher Helligkeit kann den wahrgenommenen Blendeffekt verringern, selbst bei hellen Lichtquellen. Während es beispielsweise unangenehm ist, nachts direkt in Autoscheinwerfer zu blicken, ist dies tagsüber in der Regel erträglich. Dies deutet darauf hin, dass eine effektive Raumgestaltung auf eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung abzielen und signifikante Schwankungen der Umgebungshelligkeit vermeiden sollte. Durch eine Verringerung der Umgebungshelligkeit können die negativen Auswirkungen von Blendung minimiert werden.

2. Blendschutznormen und Bewertungsmethoden

2.1 Blendschutznormen

Blendschutzstandards variieren je nach Standort, was zu unterschiedlichen Anforderungen an die zulässige Blendung an verschiedenen Veranstaltungsorten führt. Dieser Artikel konzentriert sich auf den spezifischen Kontext von Basketballhallen und zielt darauf ab, geeignete Blendgrenzwerte festzulegen. Tabelle 1 zeigt die von der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) für verschiedene Umgebungen empfohlenen maximalen Blendwerte, die bei der Lichtplanung nicht überschritten werden sollten.

Tab.1 CIE-Blendschutznormen

2.2 Beleuchtungstechniken für Sportstätten

In Sportanlagen kommen verschiedene Beleuchtungstechniken zum Einsatz:

(1) Die Beleuchtung ist gleichmäßig über dem Bereich verteilt. Der Nachteil dieser Anordnung ist die geringe Beleuchtung, weshalb sie sich nicht für allgemeine Trainingsräume eignet.

(2) Die Leuchten werden sowohl oberhalb als auch an den Seiten des Bereichs angebracht, sodass sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Beleuchtung möglich ist. Diese Konfiguration wird häufiger verwendet.

(3) Die Leuchten werden über dem Veranstaltungsort installiert. Dies ist ideal für Räume mit höheren Decken. Diese Methode bietet die beste Kontrolle der Blendung.

Sportbeleuchtung umfasst mehr als nur diese Techniken. Verschiedene Sportarten erfordern spezifische Beleuchtungslösungen , und jeder Veranstaltungsort hat seinen eigenen Beleuchtungsansatz. Die oben genannten Methoden werden hauptsächlich auf Basketballplätzen im Innen- und Außenbereich eingesetzt.

2.3 Grundlegende Blendungsbewertungstechnik

2.3.1 Blendungsindex-(GR)-Ansatz

Die Formel zur Berechnung des Blendindexes lautet

Dabei stellt L die Helligkeit des Lampenlichts dar, das direkt auf die Augen trifft, während Le die Helligkeit des beleuchteten Bereichs bezeichnet, der direkt auf die Augen trifft. Durch Eliminieren von Konstanten und unnötigen Termen lässt sich die Formel vereinfachen zu

Ersetzen Sie Lvi durch „von der Lampe erzeugte Helligkeit“ und Lve durch „Helligkeit des beleuchteten Ortes“, da der Ort seine Helligkeit nicht selbst erzeugt, sondern durch die Beleuchtung der Lampe erhält. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass

GR berücksichtigt den Hintergrund des beleuchteten Bereichs, insbesondere der Arbeitsfläche, und lässt andere reflektierte Lichtquellen wie Wandtafeln außer Acht.

3. Basketballhallen-Simulationsdesign

3.1 Modellerstellung

Erstellen Sie zunächst ein Modell der Basketballhalle. Verwenden Sie die Punktmethode, um den Grundriss der Halle zu zeichnen und die Abmessungen für eine Halle mit drei Plätzen anzupassen. Die Standardmaße betragen 40 Meter Länge, 65 Meter Breite und 12 Meter Höhe.

3.2 Lichtplanung

Die Lichtplanung erfolgt mit der Software DIALux.

3.3 Beleuchtungsaufbau für einen einzelnen Platz

Initially, set up the lighting in two rows for one court. Modify the number of lights in each row to achieve illumination levels close to the standard requirements, and then add lights at specific points to enhance lighting in areas that are lacking. Next, arrange the lighting for the individual court, adjusting the height and angle to fulfill the illumination criteria. Given the symmetry of the court and the fact that players look up while shooting, the lights should be positioned directly downward rather than at an angle. The pseudo-color display and contour line analysis indicate that the illumination in the center of the court is consistent, meeting the 300 lux standard for basketball hall lighting, while the wall illumination reaches 150 lux, ensuring a relatively uniform environment that helps minimize glare.

3.4 Arrangement of GR Observation Points

Once the lighting conditions are satisfactory, GR observation points should be established to assess the glare levels. 

Once the GR observation points are set up, software is used to calculate the GR value for each point. These values are then compared to the CIE standard values to assess if the designed court meets the CIE criteria. The recorded GR values are presented in Table 2.

Tab.2 Calculation of GR values

Table 2 indicates that the highest glare value for the design is 11. which fully complies with the stadium's design standards. Next, the lamps will be arranged in the three stadiums, and the glare rating (GR) and illumination levels will be calculated.

3.5 Overall Stadium Design

The lamps will be positioned one above the other in the two additional stadiums. By creating isolines, it is evident that all three stadium areas maintain an illumination level of 300 lx, while the overall stadium illumination exceeds 2001 lx. The floor illumination is above 200 lx, and the wall illumination is above 1001 lx. This setup helps to reduce environmental contrast and lower the glare value.

According to the data presented in Table 3. the highest GR value recorded in the stadium is 11. which satisfies the glare control standards for lighting design.

Tab.3 GR points for the whole stadium

Figure 7 displays the point illumination map for the entire stadium, which allows for the assessment of illumination levels in each area. All sections of the stadium meet the required standard of approximately 300 lx, with no significant variations noted.

Figure 8 presents the iso-illuminance map of the ceiling, where the illumination is maintained above 1001 lx. This helps to minimize the contrast between the background brightness and the ambient light, effectively reducing glare by managing the ratio of ambient brightness. The ceiling serves as the backdrop for the lighting; if it is too dim, it can cause glare when individuals look up. Maintaining a certain level of brightness on the ceiling ensures that the difference between it and the light source is not excessive, significantly mitigating glare effects.

Fig.7 Point illuminance map

Fig.8 Ceiling illumination

The simulation design allows us to clearly identify the elements that contribute to glare. By managing these controllable factors in the design process, we can achieve lighting conditions that align with real-life needs. Key considerations in the design include lamp wattage, light distribution patterns, and material reflectivity. Additionally, it is important to ensure that the illumination is as uniform as possible while still meeting the necessary lighting standards. This paper uses an indoor basketball court as a case study to calculate the glare rating (GR) and develop an appropriate algorithm for this specific environment.

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