Luci LED per arena|Sistemi di illuminazione professionale per sport indoor
Cosa èuna luce da arena a LED
Una luce LED per arene è spesso un apparecchio direzionale ad alta potenza progettato per l'illuminazione di grandi spazi per eventi indoor multiuso. Questi luoghi sono comunemente noti come arene. Sono luoghi in cui si svolgono sport, rodei, spettacoli di animali, concerti, circhi, fiere e altri eventi pubblici e di intrattenimento. Un'arena è composta da un palco centrale o area di gioco circondata su tutti i lati da gradinate di sedili inclinati per gli spettatori. Il luogo ad alta capacità di spettatori viene utilizzato per praticare sport a livello professionale. Questi sport includono basket, hockey su ghiaccio, pattinaggio su ghiaccio, calcio indoor, calcio nell'arena e pallavolo. Le arene sono luoghi di culto per gli appassionati di sport e gli amanti della musica.
I palazzetti dello sport sono spesso i punti di riferimento delle aree metropolitane. Alcune delle arene al coperto più famose al mondo includono Madison Square Garden (New York City, USA), Staples Center (Los Angeles, USA), Barclays Center (Brooklyn, New York, USA), United Center (Chicago, USA), American Airlines Center (Dallas, USA), The Forum (Inglewood, California, USA), The O2 Arena (Londra, UK), Manchester Arena (Manchester, UK), First Direct Arena (Leeds, UK), The SSE Hydro (Glasgow, Regno Unito), Lanxess Arena (Colonia, Germania), Barclaycard Arena (Amburgo, Germania), Arena Monterrey (Monterrey, Messico), Bell Centre (Montreal, Canada), Antwerps Sportpaleis (Anversa, Belgio), Wukesong Arena (Pechino, Cina), Mercedes-Benz Arena (Shanghai, Cina), Ziggo Dome (Amsterdam, Paesi Bassi), Brisbane Entertainment Centre (Boondall, Australia), Budokan Hall (Tokyo, Giappone), Telenor Arena (Fornebu, Norvegia), WiZink Center (Madrid, Spagna), Palau Sant Jordi (Barcellona, Spagna), Fernando Buesa Arena (Vitoria-Gasteiz, Spagna), Luna Park (Buenos Aires, Argentina), Mediolanum Forum (Assago, Italia) e AccorArena (Parigi, Francia).
Fondamenti di illuminazione
Per garantire ai tifosi la migliore--esperienza possibile, l'illuminazione dell'arena deve essere all'altezza delle aspettative. Si ritiene che l'illuminazione di un palazzetto sportivo al coperto abbia molti aspetti in comune con l'illuminazione di uno stadio sportivo all'aperto. L'illuminazione progettata sia per gli stadi che per le arene deve soddisfare le esigenze visive dei giocatori, dei partecipanti e anche quelle degli spettatori più lontani dal campo di gioco. L'illuminazione a lungo-raggio deve fornire un'adeguata quantità di illuminamento orizzontale e verticale per garantire un'eccellente visibilità per giocatori, spettatori, arbitri e trasmissioni televisive.
Creare un ambiente luminoso ottimale per eventi sportivi-di alto livello è molto più che specificare la quantità di illuminazione. Questi impianti sportivi di Classe I pongono enormi esigenze in termini di qualità dell'illuminazione. Tra i molti fattori qualitativi dell'illuminazione, l'uniformità dell'illuminazione, che è definita da fattori quali il rapporto di uniformità (UR, rapporto di illuminamento massimo e minimo), il coefficiente di variazione (CV) e il gradiente di uniformità (UG), è particolarmente importante per gli sport ad alta velocità e le trasmissioni televisive.
Altri fattori qualitativi di illuminazione entrano in gioco includono la resa cromatica, il contrasto cromatico, la riduzione dello sfarfallio, la modellazione e il controllo dell'abbagliamento. L'illuminazione è una parte più integrante delle odierne arene indoor rispetto agli stadi. Ciò non è semplicemente dovuto al fatto che l’illuminazione elettrica è l’unica fonte per queste strutture chiuse e la compattezza degli ambienti interni richiede una soluzione di illuminazione altamente integrata. Comunemente progettate come luoghi multi-funzione, le arene presentano una diversità più significativa di requisiti di illuminazione che soddisfano diversi tipi di eventi. Spesso questi eventi contano sull'illuminazione per creare effetti visivi straordinari ed evocare risposte emotive positive.
Requisiti di illuminamento
Quando si ospitano eventi sportivi, l'illuminazione dell'arena deve soddisfare le esigenze della competizione, garantire che gli spettatori possano godere di un'esperienza visiva confortevole e soddisfare i requisiti di trasmissione televisiva. La quantità e la qualità dell'illuminazione richieste in un'arena variano a seconda dello sport. L'illuminazione di Classe I per gli sport di basket, pattinaggio artistico, calcio indoor e calcio nell'arena richiede un illuminamento orizzontale di 1250 lx (125 piedi) e CV e UR non devono superare rispettivamente 0,13 e 1,7:1. L'illuminamento orizzontale, CV e UV consigliati per lo sport dell'hockey su ghiaccio è rispettivamente di 1500 lx (150 piedi), 0,13 massimo e 1,5:1 massimo. Tuttavia, per strutture di grandi dimensioni che possono ospitare un numero minimo di 5.000 spettatori e spesso ospitano una capacità compresa tra 15.000 e 25.000 spettatori, i criteri di illuminazione sono generalmente regolati dalle esigenze delle telecamere di trasmissione.
Per una trasmissione televisiva di sport di qualità, la quantità e l'uniformità dell'illuminazione sia sul piano verticale che su quello orizzontale dovrebbero essere sufficientemente elevate da consentire di rivelare i primi-piani dei partecipanti e la velocità del-bersaglio di gioco in rapido movimento non appaia distorta sullo schermo. Questi requisiti rappresentano una grande sfida per le prestazioni e il posizionamento degli apparecchi di illuminazione. Sebbene gli apparecchi HID che utilizzano lampade ad alogenuri metallici ad alto wattaggio siano in grado di fornire notevoli volumi di lumen, hanno difficoltà con una distribuzione uniforme della luce. Questi apparecchi a sorgente singola-proiettano una quantità eccessiva di illuminamento al centro dell'area verso cui è rivolto il fascio. Le zone più lontane dal centro del fascio non sono adeguatamente illuminate. Per soddisfare il requisito di uniformità, l'area non adeguatamente illuminata deve essere compensata luminosamente dal fascio di un altro apparecchio, il che si traduce in un aumento delle installazioni di apparecchi.
La rivoluzione tecnologica
L'illuminazione sportiva ha attraversato una transizione da HID a LED. L’adozione accelerata della tecnologia LED è guidata da vari fattori come una migliore efficienza energetica, un’elevata manipolabilità ottica, una migliore controllabilità dell’illuminazione, una maggiore durata del prodotto, minori costi di manutenzione e un ridotto impatto ambientale. Le caratteristiche fisiche e ottiche degli emettitori a semiconduttore offrono l'opportunità di andare oltre i progetti ottici legacy.
Le sorgenti luminose discrete possono essere assemblate in gruppi per formare un dispositivo di emissione superficiale che, insieme a un design ottico efficace che sfrutta la natura direzionale dell'emissione di luce LED, è in grado di fornire una distribuzione della luce altamente uniforme e controllabile con precisione attraverso l'area target. L'elevata uniformità dell'illuminazione non solo contribuisce alla qualità dell'illuminazione sportiva, ma consente anche enormi risparmi sui costi grazie alla riduzione delle installazioni di illuminazione. A causa delle potenze elevate e del gran numero di installazioni tipicamente coinvolte, il consumo energetico è una considerazione importante per l’illuminazione sportiva.
L'illuminazione a LED offre enormi risparmi energetici oltre al miglioramento dell'efficienza della sorgente. Oltre all'efficace distribuzione dell'illuminamento, l'efficiente estrazione del flusso luminoso dalla sorgente luminosa riduce al minimo le perdite ottiche che altrimenti sarebbero notevolmente elevate nei sistemi di illuminazione tradizionali. L'integrazione di rilevamento, intelligenza e rete in un sistema LED consente di svolgere un compito di illuminazione con il minor consumo energetico possibile.
I sistemi LED possono essere progettati e ingegnerizzati per svolgere le funzioni richieste in condizioni operative praticamente controllabili per un periodo di tempo superiore a 50.000 ore con una manutenzione minima, il che si traduce in enormi risparmi sui costi di manutenzione. Mentre le lampade ad alogenuri metallici a wattaggio inferiore possono durare fino a 20.000 ore, le lampade a wattaggio più elevato, come le lampadine da 1500 W comunemente incorporate nelle lampade da arena, in genere hanno un'aspettativa di vita di 3.000 ore.
La distribuzione spettrale della potenza (SPD) dei LED può essere progettata con precisione per creare luce bianca con resa cromatica elevata in qualsiasi tonalità. Inoltre, la miscelazione dei colori a livello dell’apparecchio di illuminazione può produrre colori dinamici, compresi i bianchi regolabili nell’intera gamma della temperatura di colore correlata (CCT) e milioni di colori saturati. Questo livello di controllabilità spettrale offre una maggiore flessibilità di progettazione nelle applicazioni di illuminazione delle arene che spesso necessitano di scene di illuminazione personalizzate.
Un’opera di ingegneria multidimensionale
Le luci LED per arene sono sistemi altamente ingegnerizzati che integrano più componenti per produrre luce in pacchetti lumen compresi tra 30.000 e 200.000 lm per apparecchio. I LED sono dispositivi a semiconduttore-azionati dalla corrente, progettati per svolgere la loro piena capacità in un ambiente controllato. A causa delle caratteristiche fotometriche, elettriche e termiche interdipendenti dei LED, il raggiungimento di elevati livelli di efficienza energetica e affidabilità del sistema dall’illuminazione a LED implica una progettazione di sistemi complessi e un lavoro di ingegneria multidimensionale. I sistemi elettrici, termici e meccanici di una luce da arena a LED devono funzionare all'unisono per garantire che le sollecitazioni ambientali o operative applicate ai LED siano sotto controllo.
Il costo iniziale di un apparecchio di illuminazione a LED va a scapito-dell'efficacia dell'apparecchio, della qualità del colore, del controllo dello sfarfallio e dell'affidabilità del sistema. Le luci da arena a LED rappresentano una spesa in conto capitale significativa. Questo non solo perché sono sistemi di illuminazione ad alto wattaggio, ma anche perché devono essere efficienti e affidabili. Un apparecchio inefficiente ad alto wattaggio consuma risorse. I grandi impianti sportivi spesso presentano problemi di manutenzione impegnativi e i costi di riparazione o sostituzione di apparecchi di illuminazione ad alto wattaggio possono essere significativi, pertanto è opportuno utilizzare sistemi LED a lunga-durata. Sebbene lo sviluppo della tecnologia LED abbia ormai raggiunto un punto in cui il costo è sufficientemente abbordabile per effettuare un cambiamento, il costo iniziale di un apparecchio di illuminazione LED ad alte-prestazioni e di lunga-durata è ancora impressionante, ma ciò che è ancora più impressionante è il suo elevato ritorno sull'investimento (ROI) e il basso costo del ciclo di vita.
Progettazione e costruzione
Sebbene l'innovazione del design diLuci da arena a LEDsembra non avere limiti, tutti i sistemi LED includono quattro componenti di base: LED, sistema ottico, dissipatore di calore e driver. In genere, i LED sono assemblati in stretta integrazione con il sistema ottico e il dissipatore di calore per facilitare il controllo ottico e la gestione termica. Nei sistemi ad alta potenza, questo tipo di integrazione può avvenire a livello dell'apparecchio di illuminazione o risultare in un sistema modulare. L'integrazione a livello di apparecchio di illuminazione- dei tre componenti crea un sistema integrato che produce luce da un unico assemblaggio. Un sistema di illuminazione modulare è costituito da una serie di motori luminosi che sono assemblaggi dei tre componenti-LED, ottica e dissipatore di calore.
Gli apparecchi di illuminazione a LED integrati sono generalmente sistemi a potenza-inferiore, ma non è raro vedere sistemi a potenza ultra-elevata (oltre 1.000 W) in un design integrato. La costruzione modulare offre una quantità significativa di opzioni e personalizzazioni alle configurazioni degli apparecchi di illuminazione e facilita gli aggiornamenti degli apparecchi man mano che la tecnologia LED avanza nel tempo. Un gran numero di apparecchi di illuminazione LED ad altissima-potenza sono progettati come sistemi modulari. Il driver o i driver LED sono solitamente montati esternamente. Una luce LED integrata per l'arena può incorporare il driver LED nell'involucro dell'apparecchio, ma è necessario fornire un adeguato isolamento termico per evitare che il carico termico del sistema LED ad alta potenza degradi i componenti del circuito sensibili alla temperatura.
Sorgente luminosa
Le luci LED per arene sfruttano i pacchetti LED ad alta potenza per fornire una quantità impressionante di luce. L'uso del substrato ceramico riduce drasticamente la resistenza termica del pacchetto e consente al chip LED di funzionare ad alta densità di potenza. I LED Chip-scale package (CSP) riducono ulteriormente la resistenza termica rimuovendo il maggior numero possibile di elementi di packaging presenti nei package LED convenzionali, con conseguente riduzione dei punti di guasto e un percorso termico più breve. I LED CSP si stanno facendo strada nelle applicazioni ad alta potenza.
Nonostante la loro efficienza luminosa inferiore rispetto ai LED PLCC di media-potenza, i LED ad alta potenza basati su ceramica-e i LED CSP a chip-flip possono garantire un eccellente mantenimento del flusso luminoso in condizioni di stress termico ed elettrico che sono travolgenti per i LED di media-potenza. I LED di media-potenza sono intrinsecamente contenitori di plastica. I materiali di costruzione sono soggetti a degrado termico e fotografico. Lo scolorimento risultante provoca uno spostamento del colore e un deprezzamento dei lumen.
Sebbene diverse piattaforme di pacchetti LED creino LED con diversi livelli di efficienza luminosa, densità di lumen e affidabilità, le caratteristiche cromatiche dei LED sono definite dalle loro composizioni spettrali. Le temperature di colore correlate (CCT) dei sistemi di illuminazione sportiva si trovano solitamente nella parte fredda della scala Kelvin (oltre 4000K). Il blu potenziato nello spettro della luce bianca fredda può stimolare i partecipanti alla vigilanza e all'attività. Nella scelta del CCT entrano in gioco anche i fattori economici. I LED con CCT superiore hanno un'efficacia maggiore rispetto ai LED con CCT inferiore poiché subiscono minori perdite di Stokes durante il processo di conversione spettrale verso il basso sullo strato di fosforo e l'SPD risultante migliora la conversione da parte della sensibilità dell'occhio. Per soddisfare l'esigenza di flessibilità nella regolazione dell'ambiente per spazi multi-uso, le luci LED per arene possono essere progettate come sistemi di bianco dinamico o sistemi di mixer di colore RGBW/RGBA.
Per gli stessi motivi, anche le prestazioni di resa cromatica dei LED costituiscono un compromesso-con l'efficacia luminosa. Nelle applicazioni di fascia alta-, l'indice di resa cromatica (CRI) o la metrica del colore valutata con un metodo più accurato (ad esempio, IES TM-30-18) rientra spesso nella fascia premium. Affinché il sensore di immagine HD nella videocamera catturi un'immagine ad alta fedeltà, è necessario valutare la compatibilità spettrale della sorgente luminosa con i sensori di immagine e garantire che l'indice di consistenza dell'illuminazione televisiva (TLCI) non sia inferiore a 85.
Ingegneria termica
La gestione termica è uno dei componenti chiave che entrano nella progettazione diLuci da arena a LED.I LED generano una notevole quantità di calore nella giunzione del semiconduttore e nello strato di fosforo. Un apparecchio LED ad alta potenza incorpora un gran numero di pacchetti LED ad alta densità di potenza che non solo forniscono un elevato flusso luminoso ma creano anche elevati volumi di calore. Le prestazioni dei LED sono legate alla temperatura di giunzione. Il surriscaldamento della giunzione del semiconduttore e della struttura circostante di un pacchetto LED può accelerare la nucleazione e la crescita delle dislocazioni dei fili nella regione attiva del diodo e causare la degradazione termica del fosforo. Il funzionamento dei LED a temperature di giunzione elevate porta alla fine a una ridotta efficienza del dispositivo (deprezzamento dei lumen), a una durata di vita ridotta o a guasti catastrofici del dispositivo dovuti a instabilità termica. Pertanto, il calore disperso generato all'interno dei pacchetti di semiconduttori deve essere trasferito all'aria ambiente attraverso tutti gli elementi di dissipazione del calore che compongono il percorso termico.
Per ridurre la temperatura di giunzione, è necessario ridurre al minimo ogni resistenza termica nel percorso dalla giunzione del LED all'aria ambiente. Il motore luminoso ad alta potenza di unLuce da arena a LEDproduce un carico termico considerevolmente elevato. Le velocità di trasferimento del calore del percorso termico del sistema devono superare la velocità di carico per evitare un accumulo di calore. La costruzione di un percorso termico robusto richiede la formazione di interconnessioni ad alta affidabilità e in grado di resistere a temperature operative elevate, nonché l'uso di un circuito stampato con nucleo metallico (MCPCB) con elevata conduttività termica, rigidità dielettrica e resistività di volume molto elevate.
Il design del dissipatore di calore è decisivo nella gestione termica. La maggior parte delle luci da arena a LED utilizzano dissipatori di calore passivi che si basano sulla fisica per dissipare il calore. Il dissipatore di calore è generalmente realizzato in alluminio pressofuso, forgiato a freddo o estruso e forma un unico pezzo con l'alloggiamento per migliorare la conduzione e la convezione termica. Il dissipatore di calore deve avere un volume fisico sufficiente per assorbire il calore generato dai LED e fornire una superficie adeguata per massimizzare il contatto con l'aria circostante per un efficiente raffreddamento convettivo. Quando sussistono vincoli fisici alla progettazione del dissipatore di calore, è possibile aggiungere tubi di calore ai dissipatori di calore in alluminio per aumentare la capacità di raffreddamento.
Ingegneria ottica
Luci da arena a LEDsono generalmente progettati come sistemi di illuminazione mirata perché di solito sono montati in alto attorno al perimetro del campo distante. I proiettori per l'illuminazione di arene sportive sono disponibili con distribuzioni della luce da fascio stretto (per illuminare aree di gioco a distanza o modellismo) a fascio largo (per illuminare aree ravvicinate-). Le travi possono avere schemi simmetrici, asimmetrici o rettangolari.
Un sistema ottico ad alte prestazioni è spesso una parte importante di un apparecchio di illuminazione a LED quanto il driver e il dissipatore di calore. Il sistema ottico deve consentire una distribuzione della luce più uniforme, fondamentale per le prestazioni visive dei giocatori e la qualità della trasmissione televisiva. Deve inoltre contribuire al controllo della luce invadente che cade all'esterno dell'area da illuminare e provoca disagio visivo a giocatori e spettatori. Un altro importante obiettivo della progettazione ottica è ottenere la massima efficienza di utilizzo possibile (il rapporto tra la luce emessa da un apparecchio e la luce emessa dalla sua sorgente luminosa). Migliorare l'efficienza della distribuzione ottica è significativo per le applicazioni ad alta potenza perché ogni percentuale di perdite ottiche significa un grande spreco di energia.
Il modo più efficiente per fornire un controllo ottico efficiente e preciso per i LED è utilizzare lenti ottiche progettate su misura per la regolazione ottica del flusso luminoso di ogni singolo LED. Per massimizzare l'efficienza ottica, l'ottica deve essere a stretto contatto con i LED ad alta potenza. Tuttavia, le lenti ottiche sono solitamente stampate a iniezione in acrilico o policarbonato. Il calore proveniente dal chip LED sommato al calore generato nella matrice di fosforo (calore di Stokes) crea elevati stress termici.
Le lenti acriliche, pertanto, non dovrebbero essere utilizzate nei sistemi LED ad alta potenza a causa della loro bassa stabilità termica. Anche se le lenti in policarbonato hanno migliorato la stabilità termica, le loro prestazioni a lungo-termine dovrebbero essere valutate attentamente poiché le temperature superficiali dei LED ad alta potenza a volte possono essere troppo elevate per essere gestite dalle ottiche. Ottiche alternative come lenti in silicone e vetro o riflettori in alluminio progettati con precisione trovano il loro utilizzo in applicazioni termicamente impegnative.
Circuiti di pilotaggio e controllo
Il driver LED è il componente che regola l'alimentazione dei LED. Una delle varianti prestazionali più importanti per un driver LED è la qualità e la coerenza della tensione di uscita CC. Il dispositivo elettronico deve fornire una regolazione precisa del carico per fornire una quantità e una qualità costante di potenza ai LED. Gestisce inoltre le fluttuazioni della tensione di linea-, fornisce la riduzione delle armoniche e la correzione del fattore di potenza (PFC) e protegge i LED da condizioni operative anomale convertendo l'alimentazione CA in ingresso in alimentazione CC.
Driver LED progettati per l'uso ad alta potenzaLuci da arena a LEDin genere adotta una soluzione a due-stadi per eseguire una conversione di potenza ad alta efficienza, ottenere un'elevata immunità ai picchi e ridurre l'ondulazione nella corrente del LED. Queste funzionalità del dispositivo sono cruciali per il funzionamento efficiente, affidabile e senza sfarfallio-dei sistemi di illuminazione.
Il controllo dello sfarfallio è particolarmente una priorità nelle applicazioni di illuminazione sportiva di Classe I. Lo sfarfallio dell'illuminazione non solo può causare visione offuscata, affaticamento degli occhi e percezione visiva compromessa che influiscono sulle prestazioni del giocatore, ma può anche causare effetti stroboscopici che possono distorcere la percezione visiva di oggetti di gioco-in rapido movimento. Le videocamere sono molto sensibili allo sfarfallio. La presenza di sfarfallio può influire sulla qualità dei replay super-slow-durante la trasmissione HDTV. Lo sfarfallio si verifica quando sono presenti increspature sufficientemente grandi nella corrente CC fornita ai LED.
Un driver LED a due-stadi fornisce la soppressione della forma d'onda alternata dopo la rettifica e attenua l'ondulazione della corrente di uscita erogata al carico, consentendo un'illuminazione senza sfarfallio-. La progettazione del circuito di pilotaggio determina anche la controllabilità di un apparecchio a LED.
Molti driver consentono la regolazione PWM o CCR dei LED collegati e accettano input di controllo da un controller di luce che comunica con il driver utilizzando 0-10 V CC, DALI, DMX o un protocollo di rete wireless.
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Insieme, lo miglioriamo.
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