Guia de conceção da iluminação de estádios: normas IES, altura dos postes e planeamento fotométrico para todos os campos

Todos os projetos de iluminação desportiva começam da mesma forma: de quanta luz precisa o campo de jogo? O valor de referência depende da modalidade, da competição e da transmissão televisiva. Este guia aborda as decisões de engenharia que integram um sistema de iluminação desportiva eficaz — valores básicos de iluminância IES, localização dos postes e simulação fotométrica — para que gestores de instalações, engenheiros e equipas de compras possam especificar um sistema com o desempenho esperado desde o momento em que é ligado até, literalmente, ao fim dos tempos. Quer conhecer algumas luminárias concebidas de acordo com estas especificações? Consulte a gama de iluminação desportiva da GQ Lamp.

Normas IES de iluminância por modalidade e nível de competição

A norma Illuminating Engineering Society RP-6-20 estabelece valores mínimos de iluminância horizontal mantida para instalações desportivas ao ar livre, distribuídos por quatro classes de jogo. As diferentes modalidades exigem níveis de iluminância distintos. Os valores correspondem à intensidade luminosa no campo após a depreciação do fluxo luminoso das lâmpadas e a sujidade da lente da luminária, e aplicam-se às quatro classes da seguinte forma: a classe I abrange competições profissionais ou televisionadas, em que a iluminação para as câmaras é essencial e tem de ser perfeita. A classe IV abrange a recreação de bairro, com exigências limitadas de visibilidade e orçamento. A diferença é considerável: a iluminância exigida para um campo de futebol americano de classe I é cinco a oito vezes superior à de um campo recreativo de classe IV. A uniformidade pretendida varia consoante a classe: na classe I, Emin/Eavg deve ser 0.70 e Emin/Emax, 0.60. Na classe II, o objetivo para Emin/Eavg é 0.60. Nas classes III e IV, deve procurar-se um valor mínimo de 0.50; contudo, recomenda-se 0.60 para evitar zonas escuras que podem pôr em risco os jogadores em campos de ténis, basquetebol e outras modalidades rápidas. Na iluminação de campos de basebol e softbol, a principal dificuldade consiste em dividir o campo em duas zonas de iluminação: o campo interior e o campo exterior. O campo interior, onde a bola se desloca mais depressa e o tempo de reação é menor, exige mais foot-candles mantidos do que o campo exterior. O diamante de menores dimensões do softbol também obriga a manter os postes num ângulo de orientação mais estreito, para evitar que a luz se projecte para trás da barreira de proteção e incida nas bancadas. As medições em mais de 40 projetos de instalações desportivas mostram que os cálculos reais no local ficam, normalmente, 8-12% abaixo do desempenho pretendido um ou dois anos após a instalação inicial, devido à depreciação causada pela sujidade e à queda de tensão — um cenário previsto na IES RP-6 através do fator de perda luminosa, de 0.72-.085 (ou 72-85%). A instalação de luminárias com um fluxo luminoso inicial 10-15% superior permite que o sistema cumpra os mínimos IES três a cinco anos após a entrada em serviço, mesmo sem substituir as lâmpadas. Isto é especialmente importante nas classes I e II, em que as câmaras de televisão detetam uma falta de uniformidade que passa despercebida ao olho humano. A escolha da luminária para iluminação desportiva de estádios começa pela definição do fluxo luminoso da luminária e da distribuição do feixe, de acordo com a classe de jogo da instalação. A principal lição: dê sempre prioridade à iluminância mantida, e não ao fluxo inicial. Utilize um LLF de 0,72-0,85, consoante o ambiente, e verifique as leituras dos medidores no local durante a entrada em serviço.

Altura e localização dos postes e configurações dos campos

A altura dos postes não se escolhe ao acaso: depende diretamente da geometria do campo. Se forem demasiado baixos, as luminárias causam encandeamento direto aos jogadores e deixam os cantos mal iluminados; se forem demasiado altos, os postes desperdiçam fluxo luminoso diretamente para a atmosfera e fazem disparar o orçamento. A relação de engenharia entre a altura dos postes e a largura do campo está na base de todas as decisões de configuração seguintes. 3 configurações básicas respondem à maioria das necessidades de campos desportivos ao ar livre: Configuração com 4 postes: a mais comum em jogos recreativos e do ensino secundário, bem como em instalações de treino. Os quatro postes de canto ficam recuados 5-10 m (20-40 ft) em relação à linha lateral, para eliminar pontos de encandeamento excessivo junto às extremidades do campo. A altura habitual dos postes nesta configuração é de 15-22 m (50-70 ft). A geometria retangular da maioria dos campos desportivos torna-a ideal para futebol americano, futebol, râguebi, polo ou campos polivalentes. As configurações com 4 postes deixam os cantos subiluminados e o centro do campo demasiado iluminado. É possível reduzir o consumo total de fluxo luminoso limitando as luminárias às zonas de jogo essenciais. Configuração com 6 postes: instalam-se mais dois postes ao longo da linha lateral em campos de maiores dimensões ou com requisitos de classe de jogo mais exigentes. Estes postes adicionais melhoram a uniformidade do nível de iluminância (lux/ft2) no centro do campo. As configurações com 4 postes são muitas vezes insuficientes para atingir o rácio de uniformidade da classe II durante a simulação. A altura habitual dos postes nestes campos maiores é de 20-25 m (65-80 ft). Configuração com 8 postes: oito luminárias ao todo (quatro nos cantos e quatro ao longo dos lados), com postes de 25-30 m (80-100 ft) de altura. As emissoras de televisão e os estádios com transmissões televisivas exigem um rácio de uniformidade de 0.70, alcançado com 8 postes, e permitem estratégias de regulação da intensidade luminosa para treinos de baixo consumo. As regras de competição da classe I também exigem 8 postes. Os campos de basebol maiores seguem a configuração retangular tradicional do diamante de basebol, com quatro postes colocados 2-4 m (8-12 ft) além das linhas da primeira e da terceira base, dois postes no campo exterior e — para campos desportivos de classe I ou II — mais dois postes no perímetro da extremidade do campo exterior. Os postes colocados atrás do batedor para acompanhar bolas altas exigem uma altura de 15-30 m (50-100 ft). Segundo comparações fotométricas divulgadas no setor da iluminação desportiva, uma disposição mais simétrica dos postes proporciona uma uniformidade cerca de 40% superior à de configurações assimétricas. Qualquer desvio em relação à simetria em espelho (por exemplo, colocar uma segunda luminária 2 m atrás da posição simétrica da primeira) pode criar um ponto de iluminação excessiva ao lado do campo. A utilização frequente de projetores LED com suportes de fixação orientáveis ajuda a corrigir desequilíbrios na iluminação do campo após a instalação. Os pontos de iluminação excessiva podem ser reduzidos a 5 em poucos minutos de funcionamento do campo. Conclusão principal: comece com H igual a 0.5 da largura do campo, escolha uma configuração com 4, 6 ou 8 postes segundo a classe de jogo e mantenha uma disposição simétrica em espelho.

Planeamento fotométrico — da simulação à verificação no campo

O planeamento fotométrico traduz as especificações de iluminação no papel em previsões sobre o aspeto real do campo durante o jogo. Sem simulação, a localização dos postes e a escolha das luminárias baseiam-se em regras práticas que falham em 15-25% dos casos na obtenção dos objetivos de uniformidade. O software fotométrico atual elimina essa incerteza ao utilizar os ficheiros IES reais de cada luminária num modelo que inclui a geometria do campo, a posição dos postes e o ângulo de orientação — antes de se lançar uma única fundação. O processo tem cinco etapas:

1. Levantamento do campo e da geometria: defina as dimensões do campo, as posições das bases dos postes e as estruturas circundantes (bancadas, cabine de imprensa, marcador, etc.) desde o início. Registe também as infraestruturas próximas para os cálculos da trajetória solar, caso a iluminação seja utilizada em atividades diurnas.
2. Modelação em Virtus 32 ou DIALux: simule a configuração do campo com o AGi32 ou o DIALux e posicione as luminárias à altura prevista dos postes, orientadas para o ponto pretendido. Foi demonstrado que o Virtus 32 fornece leituras de iluminância com uma margem de 2% e de luminância com uma margem de 3% em relação aos valores publicados, com base em ficheiros IES testados em laboratório.
3. Análise da uniformidade: execute o cálculo numa grelha com intervalos de 1,5 m ao longo do diamante de basebol, do campo ou da pista de gelo. Registe os valores de saída do Excel para cada ponto — incluindo Emin, Eavg e Emax — e calcule o rácio de uniformidade, equivalente a Emin dividido por Eavg. Se o objetivo for 0,6-0.8 e o resultado ficar abaixo do valor pretendido, volte a orientar as luminárias e repita o cálculo até atingir esse valor.
4. Avaliação do encandeamento: utilize os valores E-max numa grelha de 1.5 metros com as posições dos observadores dentro do intervalo recomendado (50 para ténis recreativo, 40 para basebol profissional). Compare-os com os limites de luminância da CIE RP-6. Se algum for ultrapassado, instale proteções contra o encandeamento ou volte a orientar as luminárias.
5. Entrada em serviço no campo: com um luxímetro calibrado (classe A), compare os valores de iluminância horizontal em cada ponto da grelha com o relatório fotométrico. Uma diferença igual ou inferior a 10% confirma que a configuração das luminárias é válida; uma diferença superior indica um erro de orientação ou uma incompatibilidade entre a luminária e a lâmpada.

Um problema recorrente é a simplificação proprietária do processo: tot, saltando a etapa 4. Isso saiu caro numa instalação em que, durante cada jogo, o jogador que serve no ténis olha diretamente para uma luminária inferior desprotegida de 40-light; a atualização da instalação para incluir proteções lacci de 250-watt previstas num concurso municipal e um pacote adicional de reorientação com driveway custa ainda mais. A conclusão: a simulação fotométrica é indispensável para iluminar corretamente uma instalação. Para fazer um trabalho rigoroso, execute uma simulação completa da configuração, analise a uniformidade em intervalos de 1,5 m e confirme depois os resultados com medições no campo aprovadas pelo ICCD.

Controlo do encandeamento, dispersão da luz e conformidade com as normas de céu escuro

  Dois parâmetros geram a maior oposição aos projetos de iluminação desportiva por parte dos vizinhos, das entidades de planeamento e das agências de ecoterrorismo: o encandeamento e a dispersão da luz. A emissão de luz descontrolada acima do plano horizontal contribui para a poluição luminosa; a luz que ultrapassa os limites da propriedade dá origem a queixas por intrusão luminosa. É possível controlar ambos com a escolha e a orientação das luminárias, desde que sejam tidos em conta durante a fase de projeto e não depois da construção. O sistema de classificação BUG (Backlight, Uplight, Glare) proporciona um método uniforme para avaliar a distribuição da luz de uma luminária em três zonas. Cada zona recebe uma classificação de 0 (sem emissão de luz nessa direção) a 5 (emissão máxima nessa direção). Para um campo desportivo, o objetivo ideal é:

• Luz posterior (B): máximo B2 — limita a fuga de luz para trás da luminária, na direção de habitações e imóveis comerciais vizinhos
• Luz ascendente (U): máximo U0 — impede a emissão de luz acima do plano horizontal. Essencial em qualquer zona de céu escuro.
• Encandeamento (G): G2-G3 — impede que a luz emitida em ângulos elevados encandeie os jogadores e espectadores. Os regulamentos municipais de proteção do céu escuro estabelecem uma hora limite: a iluminação desportiva tem de ser desligada no prazo de 60 minutos após o último jogo. Consulte a regulamentação local.

A DarkSky International — anteriormente International Dark-Sky Association — publica critérios explícitos para recintos desportivos ao ar livre. Os requisitos de base são emissão ascendente nula, intensidade luminosa máxima de 1 000 cd em ângulos de 80 ou mais em relação ao zénite e uma hora limite para desligar a iluminação que não exceda 1 hora após o fim do jogo. Muitas localidades incorporaram estas normas nos regulamentos, pelo que a instalação de iluminação tem de as cumprir antes de avançar. Uma lista de verificação de conformidade em cinco pontos abrange os requisitos essenciais:

• ✔ Utilize luminárias LED desportivas de corte total do feixe luminoso com B2-U0-G2 ou superior
• ✔ Peça ao fabricante os dados fotométricos em formato aIES e confirme que a luminária não emite luz nas zonas 90-180
• ✔ Oriente todas as luminárias abaixo de 70 para manter o feixe central na superfície de jogo
• ✔ Instale um relógio astronómico na instalação ou temporizadores digitais em todas as luminárias para garantir que nunca funcionam mais de 60 minutos após o fim do jogo
• ✔ Meça a intrusão luminosa nos limites da propriedade e confirme que os níveis de iluminância não excedem 0.5 fc (5 lux)

A maioria das luminárias LED desportivas de alto.Output pode ser equipada com persianas internas incorporadas, proteções exteriores contra o encandeamento ou ambas. Acrescente 3-5% ao custo médio de cada luminária e reduzirá a luz posterior em 600-70%. Este investimento compensa, pois evita atrasos na obtenção de licenças devido a queixas dos vizinhos e previne um atraso de um ano, como aconteceu no meu último projeto, depois de o ICC aprovar a planta do local. Em suma: especifique luminárias com emissão U0, analise cuidadosamente todas as classificações BUG e meça a iluminância nos limites da propriedade durante a inspeção final.

LED ou iodetos metálicos para campos desportivos — desempenho e custo total

Três medidas quantificáveis que sustentam a transição de iluminação desportiva de iodetos metálicos para LED são o consumo de energia, o intervalo entre intervenções de manutenção e a qualidade da luz. A iluminação de iodetos metálicos tem sido o padrão em instalações desportivas exteriores durante muitos anos, mas a diferença de desempenho face aos LED atuais tornou-se tão significativa que é muito difícil justificar economicamente a construção de novos sistemas de iodetos metálicos. O Departamento de Energia dos EUA refere que: “A tecnologia LED já ultrapassa os 130 lúmenes por watt, aproximadamente o dobro da eficácia de um sistema de iodetos metálicos com o mesmo fluxo luminoso. Isto traduz-se numa diferença de custos anuais de energia de cerca de $4 700-$6 500 num campo com 8 postes = $4 700-$6 500 de poupança por ano. O investimento adicional em luminárias LED de alto fluxo para estádios é recuperado em 2-4 anos. Depois disso, as poupanças permitem cobrir facilmente os custos de funcionamento da instalação durante os mais de 15 anos restantes da vida útil das luminárias. Os custos de manutenção contam uma história ainda mais clara. As lâmpadas de iodetos metálicos descem para 65% do fluxo luminoso inicial após 6000 horas e são substituídas em conjunto uma vez por ano, com recurso a um cesto elevatório e a um eletricista. Cada substituição custa $2 000-$4,000 numa instalação típica com 8 postes. Depois de ligadas, as lâmpadas LED mantêm mais de 70% do fluxo luminoso inicial (o chamado valor L70) durante 80-100 000 horas, adiando a primeira intervenção de manutenção para depois de 20 anos de utilização normal de um campo desportivo, com 1 000-1 500 horas por ano. O tempo de arranque é um fator a ter em conta ao equilibrar a flexibilidade de horários e os custos de investimento. As lâmpadas de iodetos metálicos demoram aproximadamente 15-20 minutos a atingir o fluxo máximo e não podem voltar a acender durante 10-15 minutos após uma interrupção da alimentação elétrica. As luminárias LED atingem 100% do fluxo luminoso no espaço de um segundo após serem ligadas, uma vantagem significativa em recintos com eventos consecutivos ou atrasos causados pelo tempo. Para instalações que ponderam atualizar a iluminação de projetores desportivos, o argumento económico é convincente e o desempenho é igualmente vantajoso: um controlo mais preciso do feixe, um IRC superior e um reacendimento instantâneo melhoram a visibilidade e a segurança dos jogadores, equipas de televisão e espectadores. Em suma: a iluminação desportiva LED eficaz recupera os custos de energia em 2-4 anos, dura 5-15 vezes mais do que a iluminação MH e supera a qualidade de luz dos sistemas MH em todas as classes de jogo.

Como escolher as luminárias de iluminação desportiva certas

A escolha dos sistemas LED adequados é o momento em que se conjugam as decisões finais do projeto. O valor-alvo de FS, a altura dos postes, o rácio de uniformidade e as limitações do local existente restringem as opções a um conjunto específico de características das luminárias. Se uma luminária não for adequada, todo o projeto fotométrico pode ter sido em vão. Por outro lado, a quantidade de lúmenes pode ser a indicada para as dimensões do campo, o ângulo do feixe pode ser adequado à altura do poste e a qualidade de construção pode ser a certa para o ambiente exterior em que a luminária funcionará nos próximos 20+ anos. Há oito especificações que distinguem uma luminária com desempenho satisfatório de outra que avaria prematuramente:

• ✔ Fluxo luminoso: Ajuste o fluxo luminoso efetivo da luminária (não o fluxo luminoso bruto dos LED) ao plano fotométrico. Um campo de futebol de classe II precisa normalmente de 50 000–90 000 lm por luminária, consoante o número de postes.
• ✔ Ângulo do feixe: 15°–25° para um feixe estreito (longo alcance a partir de postes altos) e 40°–60° para um feixe amplo (curto alcance, uso recreativo). Os módulos óticos permutáveis oferecem flexibilidade em campos polidesportivos.
• ✔ Índice IP: Mínimo IP65 para desporto no exterior. Recomenda-se IP66 em ambientes costeiros ou com humidade elevada. Um índice inferior a IP65 permite a entrada de humidade, que corrói a cablagem interna.
• ✔ Índice IK: Mínimo IK08 para resistir a vandalismo e ao impacto de bolas. IK10 para recintos de basebol ou críquete, onde bolas rebatidas podem atingir as luminárias a 100+ mph.
• ✔ Índice de reprodução cromática: CRI ≥ 80 para competição e transmissão televisiva. CRI ≥ 65 é aceitável para uso recreativo. Um CRI mais elevado permite aos jogadores acompanhar a bola com maior precisão contra a superfície do campo.
• ✔ Eficiência do alimentador LED: ≥90% para manter elevada a eficácia do sistema e reduzir a geração de calor. Especifique alimentadores LED com proteção independente contra sobretensões transitórias e um tempo médio entre falhas de ≥50 000 hr.
• ✔ Proteção contra sobretensões transitórias: Mínimo de 10 kV / 10 kA. Os campos desportivos são locais expostos, com postes metálicos altos — as sobretensões provocadas por descargas atmosféricas são a principal causa de avaria prematura do alimentador LED.
• ✔ Garantia: 5–10 anos, abrangendo o módulo LED e o alimentador LED. Uma garantia de 5 anos é normal; 7–10 anos demonstra a confiança do fabricante no projeto térmico e elétrico.

Além destes 8 pontos, exija os relatórios de ensaio LM-79 e LM-80 da luminária. Estes relatórios verificam o fluxo luminoso da luminária, em lúmenes, footcandles, eficácia, CCT e CRI, numa esfera integradora (LM-79), bem como a manutenção do fluxo luminoso do chip LED, utilizada para projetar a vida L70 (LM-80). Sem estes relatórios, não aceite afirmações sem documentação quando procura escolher a melhor iluminação desportiva. As melhores luminárias para estádios são sempre fornecidas com estes relatórios, disponíveis mediante pedido. A temperatura de cor para iluminação desportiva situa-se entre 5 000-5 700 K. Esta CCT branca semelhante à luz do dia oferece o melhor contraste em relvados naturais verdes e zonas interiores de terra castanha. Abaixo de 4 500 K, o campo de jogo adquire uma tonalidade quente, o que afeta o acompanhamento dos objetos. Acima de 6 000 K, a luz ganha uma tonalidade azulada e causa fadiga ocular durante jogos noturnos prolongados. Compare as luminárias pelo fluxo luminoso efetivo do sistema e não pelo fluxo luminoso dos chips LED, uma vez que a eficiência ótica e a redução térmica do fluxo nas luminárias LED afetam o fluxo que chega ao campo de jogo. Tenha em conta as perdas dos alimentadores LED e inclua no relatório de ensaio os fatores de correção após a instalação, para obter valores precisos do fluxo luminoso do sistema. Regra prática: especifique sempre as luminárias pelo fluxo luminoso efetivo (não pelo fluxo bruto dos chips), exija relatórios LM-79/LM-80 e nunca especifique IP65 ou 10 000V até ao limite exterior do poste, fora da combinação recomendada de altura de montagem e inclinação!

Perguntas frequentes