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Wirkung des Projektionswinkels von Außenlichtern auf die Beleuchtung von Basketballplätzen
Inhaltsverzeichnis:
1. Messung der Beleuchtungsstärke am Basketball-Außenplatz
2. Lichtplanung und Simulation
2.1 Standortbeleuchtungssimulation
Die Beleuchtung von Sportstätten muss nicht nur die räumlichen Beleuchtungsanforderungen erfüllen, sondern zunehmend auch subjektive Empfindungen wie Komfort berücksichtigen. Für Austragungsorte von Sportveranstaltungen, die im Fernsehen übertragen werden, ist es unerlässlich, die Bedürfnisse von Sportlern, Zuschauern und die Beleuchtungsanforderungen der Kameras zu berücksichtigen. Daher ist für diese Sportstätten ein professionelles optisches Design erforderlich, das auf verschiedene Spezifikationen zugeschnitten ist.
Derzeit werden auf den meisten Basketballplätzen üblicherweise Hochleistungshalogen- oder Metalldampflampen verwendet. Die Installationskonfigurationen umfassen Vier-Turm-Aufbauten, doppelseitige Anordnungen, Lichtstreifenlayouts und gemischte Anordnungen. Viele dieser Konfigurationen konzentrieren sich jedoch in erster Linie auf die Einhaltung von Beleuchtungsstandards und die Erzielung einer gleichmäßigen Beleuchtung, wobei die subjektiven Erfahrungen des Einzelnen oft außer Acht gelassen werden. Im Sport, insbesondere beim Basketball, können Sportler beim Werfen oder Ausführen von Aktionen, bei denen sie nach oben schauen müssen, direkt in die Lichtquelle blicken. Starkes Licht kann Blendung verursachen, die die Sportler erheblich beeinträchtigen, ihre Leistung verschlechtern und möglicherweise ihrer Gesundheit schaden kann.
Um diese Probleme zu lösen, haben wir unter Verwendung der vorhandenen Lampen und Leuchten ein Beleuchtungsoptimierungskonzept für einen Basketballplatz im Freien entwickelt . Da die Lampen asymmetrisch sind, beeinflussen der horizontale Ablenkwinkel und der vertikale Neigungswinkel der Lampeninstallation die Beleuchtungsergebnisse erheblich. Dies erfordert andere Installationsanforderungen als bei herkömmlichen Lampen.
1. Messung der Beleuchtungsstärke auf dem Basketballplatz im Freien
Wir führten Feldmessungen der Beleuchtungsstärke an den neu installierten Leuchten auf einem Basketball-Trainingsfeld im Freien durch. Das Feld hat Standardmaße. Die Messpunkte wurden in Abständen von 2 Metern zwischen den Längsseiten und 1,5 Metern zwischen den Kurzseiten gewählt, bei einer Messhöhe von 2 Metern. Die Beleuchtungsstärke wurde an jedem Punkt ohne Störungen durch Streulicht aufgezeichnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1 Die Testergebnisse der horizontalen Beleuchtungsstärke lx im Außenbereich des Basketballplatzes
Die Datenanalyse ergab, dass die durchschnittliche horizontale Beleuchtungsstärke des Platzes 240 lx beträgt und die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke 0,49 beträgt. Obwohl kein Blendungstest durchgeführt wurde, war am Messort dennoch eine erhebliche Blendung zu verzeichnen. Während die durchschnittliche Beleuchtungsstärke von 240 lx für diesen Basketballplatz im Freien, der als allgemeine Trainingsanlage dient, ausreichend ist, entspricht die Gleichmäßigkeit von 0,49 nicht den erforderlichen Standards. Zudem lenkt der falsche Projektionswinkel der Leuchten die Lichtaustrittsfläche oft auf die Augen, was zu Unbehagen führt.
Die Beleuchtungsstärke unterhalb des mittleren Lampenmastes variiert erheblich, was sich auf die Gleichmäßigkeit auswirkt. Ein Vergleich mit den nationalen Standards für die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung von Basketballplätzen im Freien und die in Tabelle 1 dargestellten Daten zeigen, dass die durchschnittliche horizontale Beleuchtungsstärke zwar die erforderlichen Kriterien für Amateur-Basketballplätze erfüllt, die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke jedoch unzureichend ist. Es gibt erhebliche Helligkeitsunterschiede innerhalb des Geländes, mit hoher Beleuchtungsstärke direkt unter der Lampe und geringeren Werten an den Rändern, was zu auffälligen hellen und dunklen Flecken führt.
Diese Schwankungen können während des Spiels zu schnellen Änderungen der Lichtintensität führen, was zu verstärkter Blendung und Unbehagen bei den Sportlern führt. Die Pupillen können sich schnell verengen und erweitern, was zu visueller Ermüdung führt, während Blendung Schwindel auslösen kann. Darüber hinaus kann die hohe Reflektivität der Außenoberfläche des Basketballfelds in Kombination mit übermäßiger Beleuchtung zu starken Reflexionen führen. Diese Faktoren können die Leistung der Sportler beeinträchtigen, insbesondere bei Aktionen wie Werfen und Springen, bei denen intensives Licht ihre Sicht direkt beeinträchtigen kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Anpassung des Installationswinkels die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung des Basketballfelds verbessern und Blendung minimieren kann, um die Probleme mit der installierten Beleuchtung zu lösen.
2. Lichtdesign und Simulation
2.1 Standortbeleuchtungssimulation
Der Standort ist mit einem LED- Flutlicht ausgestattet , das eine Lichtausbeute von über 100 lm/W und einen Farbwiedergabeindex von über 80 aufweist. Die LED-Lampe hat eine Leistung von 120 W und eine asymmetrische Lichtverteilung, wie in Abbildung 2 dargestellt. Diese asymmetrische Leistung erfüllt die Anforderungen der Lichtplanung . Um die Ressourcen optimal zu nutzen, bleiben die vorhandenen Lampen und die Trägerkonstruktion unverändert; lediglich der Installationswinkel und weitere spezifische Details der Lampen werden angepasst.
Abb. 2 Lichtverteilung
Mit der Lichtplanungssoftware DIAlux werden die Lichtverhältnisse des Basketballfelds im Außenbereich durch Anpassung des Projektionswinkels der Lampen simuliert. Anhand der vor Ort gesammelten Daten wird ein Modell des Platzes erstellt. Der Veranstaltungsort ist beidseitig beleuchtet. Auf einer Seite befinden sich drei acht Meter hohe Lampenmasten im Abstand von 12 Metern. Der mittlere Mast ist mit drei Lampen ausgestattet, die beiden anderen Masten jeweils mit zwei Lampen, sodass insgesamt 14 Lampen vorhanden sind.
Die Lampenmasten dieses Basketballfeldes sind acht Meter hoch und haben einen Abstand von zwölf Metern zueinander – ein festes Maß. Der einzige einstellbare Faktor ist der Projektionswinkel der Lampe. In der DIAlux-Software wird dieser Winkel durch Manipulation des Beleuchtungspunkts der Lampe eingestellt, typischerweise der am weitesten von der Lampe entfernte Punkt zur Berechnungsfläche. In bestimmten Situationen können jedoch spezielle Konstruktionen erforderlich sein. Die in diesem Artikel beschriebene Lampe strahlt asymmetrisch.
Um optimale Ergebnisse zu erzielen, wird der Beleuchtungspunkt während der Simulationsberechnungen unter Berücksichtigung des Ablenkwinkels des Lichts mehrfach angepasst. Während der Basketballplatz der Hauptbereich für die Beleuchtung ist, erfordern auch die Ränder des Platzes Aufmerksamkeit.
2.2 Beleuchtungssimulation
Wie in Abbildung 2 dargestellt, beträgt der asymmetrische Lichtwinkel der Lampe etwa 30°. Um die optimale Projektionsrichtung zu bestimmen, werden auf dem Spielfeld mehrere Hilfslinien mit einer vertikalen Abweichung von 30° sowie Rasterlinien in der Mitte als Referenz zur Bestimmung des Bestrahlungspunkts eingezeichnet. Die Platzierung des Bestrahlungspunkts ist ein entscheidender Aspekt der Lichtplanung. Basierend auf der symmetrischen Anordnung der Lampen auf beiden Seiten des Spielfelds und dem Polarisationswinkel von 30° stellen wir zunächst eine gleichmäßige Ausleuchtung entlang der symmetrischen Mittellinie des Spielfelds sicher, wobei alle Bestrahlungspunkte auf dieser Mittellinie liegen.
Aufgrund der Symmetrie des Veranstaltungsortes wird dieser anschließend in vier Abschnitte unterteilt. Die Bestrahlungspunkte eines Viertels werden angepasst, um eine gleichmäßige Beleuchtung zu erreichen. Mithilfe der ermittelten Bestrahlungspunkte dieses Viertels sowie der Raster- und Hilfslinien werden schließlich die Bestrahlungspunkte für den gesamten Veranstaltungsort bestimmt. Besonderes Augenmerk wird auf die Bereiche an den Rändern des Veranstaltungsortes gelegt, wo die Bestrahlungspunkte der Lampen feinjustiert werden. Dabei wird die asymmetrische Lichtabgabe der Lampen sorgfältig berücksichtigt. Nach mehreren Anpassungen wird ein zufriedenstellender Satz von Bestrahlungspunktdaten erreicht, wie in Abbildung 4 dargestellt.
Die Lichtverteilungskurve der Lampe wird anschließend in die DIALux-Software importiert und die Lampenparameter entsprechend eingestellt. Mithilfe der Einstrahlungspunkte aus Abbildung 4 wird die Beleuchtung des Basketballfeldes im Außenbereich simuliert. Die Ergebnisse sind in Abbildung 5 dargestellt.
Abb. 4 Leuchtpunkte der Lampen
Abb. 5 Die Beleuchtungsstärke des Simulationsortes
Betrachten Sie die Beleuchtungsdaten in Abbildung 5. Sie zeigen eine durchschnittliche Beleuchtungsstärke von 229 lx, eine Gleichmäßigkeit von 0,7 und einen Blendungswert von unter 10. Nach Anpassung des Projektionswinkels der Lampe verbesserte sich die Gleichmäßigkeit von 0,49 auf 0,7, und die Blendung wurde ebenfalls minimiert. In der dreidimensionalen Szene fällt auf, dass die Lampe nicht direkt auf die Fläche leuchtet. Nach der Anpassung des Lampenwinkels blicken die Spieler beim Basketballspiel auf dem Spielfeld in der Regel nicht mehr auf die Lichtaustrittsfläche, was Blendeffekte reduziert.
Wir haben die horizontale Beleuchtung eines Basketballfeldes im Freien untersucht und eine durchschnittliche Beleuchtungsstärke von 240 lx und eine Gleichmäßigkeit von 0,49 ermittelt, wobei eine spürbare Blendung vorhanden war. Da die Beleuchtung nur durch eine Änderung des Projektionswinkels der Lampe angepasst werden konnte, nutzten wir die DIALux-Software, um die Beleuchtungspunkte auf dem Gelände anzupassen und den optimalen Projektionswinkel für jede Lampe zu bestimmen. Durch Anwendung dieser optimalen Winkel simulierten wir die horizontale Beleuchtung und erreichten eine Gleichmäßigkeit von 0,7 und einen Blendungswert von weniger als 10.
Diese Optimierungsstrategie nutzte die asymmetrische Lichtausbeute der vorhandenen Lampen effektiv und ermittelte durch Anpassung der Beleuchtungspunkte geeignete Projektionswinkel. In der simulierten Umgebung wurde das menschliche Auge nicht auf die Lichtquelle gerichtet. Die Anpassung des Projektionswinkels verbesserte somit die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung und minimierte Blendung, ein entscheidender Faktor bei der Lichtplanung.
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