灯光高尔夫球场照明的设计及供电

　　阐述灯光高尔夫球场照明的照度要求, 光源选择、灯具选用、灯杆布置及供配电设计要点。让球场亮起来, 让球手们在夜间可以和在白天一样充分发挥, 这是灯光高尔夫球场的设计目的。

　　在夜间打高尔夫球, 必须有足够照度的照明, 这给高尔夫球场照明提出相当高的要求。灯光高尔夫球场照明要求不同于其他运动场照明, 所要考虑的问题与其他运动场有所不同。高尔夫球场面积很大, 大过其他运动场许多倍, 并且又分成许多球道, 对于标准杆为七十二杆的高尔夫球场来讲, 球道为十八条, 球洞为十八个; 另外, 球道的方向基本是单向的, 相邻的球道多为单方向, 而且球道地形变化多种多样, 高低起伏, 使得灯杆的定位、光源类型及灯具的投光方向等明显与其他运动场有所不同, 显得设计更复杂、更具有挑战性。本文主要从照明设计及照明供电两方面加以阐述。

　　1.照明设计

　　高尔夫球运动是一种充分利用空间的室外体育运动, 人在草地上步行, 球在10220m的空间飞行, 所以在考虑球场灯光照明时, 不仅要考虑到球手步行的光照度以及球体落在草坪上时的光照度, 更主要的是, 要让球场有关场地上部空间的光尽可能均匀, 不会使球体暗淡。也就是说采用泛光照明方式, 用一个或多个较大面积的光源, 或者从多个方向来的小光源, 使得照明光线柔和, 满足球手视觉要求, 做到在灯光下与在阳光下一样能挥杆尽兴。

　　在高尔夫球场中, 一个球洞主要是由三部份组成: 发球台(TEE)、球道(FAIRWAY) 及果岭 (GREEN)。其中, 球道部分又包含有沙坑(BUNKER)、水池 (POOL)、桥(BRIDAGE)、陡坡 (SLOPE)、丘陵(HILLS)、长草区(LONGGRASS) 及球车道(CARPATH) 等不同的部分。由于各球场设计风格的不同, 这些部分在球场中的布置方式也不尽相同。而且, 沙坑、水障碍及长草区等在《高尔夫规则》中被定义为球场障碍, 它们会让球手感觉到一种挑战, 因而夜间照明也必须适当考虑它们, 以有利于发挥它们本身应有的作用。适当的灯光布置还可以增加夜间打高尔夫球的乐趣性和挑战性。

　　对于每个球洞, 发球台是首要地区, 设计此处的照明要尽量让使用左手或右手的球手都可以很好地看到球体及发球杆的端部, 不妨碍发球。水平照度一般要求达到100～150lx, 并且灯具以宽配光投光灯为主, 尽可能地从两个方向进行照明, 避免出现球体、球杆或球手的影子落在球体或击球的方向上, 影响球手的视觉。

　　安装时, 常将灯杆安装在发球台的后边缘至少115m的地方。对于面积较大的发球台则需多方向配灯(图1) , 发球台的照明灯具安装高度, 应大于或等于发球台总长度的一半, 但最少不低于9m。经安装实践表明, 增加安装高度会很有效地改善发球台的照明效果, 如用14m 的高杆照明, 效果就比用9m的低中杆照明好得多。

　　图1 发球台及灯杆

　　每个球洞的球道部分, 由于它们的位置充分利用现有的地形, 与自然地貌融为一体, 并且宽度是根据球洞设计的击球难度而有所变化, 范围在32～55m之间, 平均宽度在41m 左右, 典型球道的周边随地形成曲线, 在落球区最宽。所以对球道的灯光照明设计, 可以考虑以窄配光投光灯从两侧作追踪照明, 保证有足够的垂直照度, 相关的垂直面是指垂直于球道的中心线的一个立面, 它的宽度是该点球道的总宽度, 高度是从球道中心线高度到其上方15m左右, 这个垂直面位于球道两灯杆的中点。实践表明, 这些垂直面若选择在落球区, 对击球效果较佳。

　　参照日本照度标准(Z9110, 1997年版) 和英国科艺照明公司(THORNLIGHTING) 的技术要求, 球道部份的水平照度要求达到80～100 lx, 垂直照度则要求达到100～150lx, 并且在任何一个垂直面上, 垂直照度与最小照度之比应不大于7: 1(图2)。当球以100kmöh 或更高的速度运行时, 球道的垂直照度要足以使球手能够看到小球飞行的全程, 直至看到它的落球点, 也就是说, 球道设置的照明光照度要保证球手从发球台击出的小球可以被追踪到, 为此, 要求第一个垂直面距离发球台的灯杆应不小于30m , 而灯杆的间距则须结合所选用灯具的配光特性, 以及灯杆所处的地形进行综合考虑。灯具安装高度的最小值为距离灯杆底座11m , 并且尽可能多安装在落球区或球道拐弯处, 从而减少灯具及灯杆的数量, 节省投资; 如果灯杆位于特殊地形的地方, 则安装高度要相应考虑增减。所以, 为了减少地形的影响, 灯杆一般沿球车道或在较高地带安装。

　　图2 球道照明

　　在球道中的另一部分, 即现场障碍区, 如沙坑水池、小桥等, 也应考虑一定的照明光照度, 可在30～75lx之间, 以保证球手在将球击到这些区域时, 也可以顺利将球再次击出。同时, 适当设计这些局部灯光照明, 也可以给夜间的球场增添几分魅力。

　　球手击球经过球道, 将小球击上果岭, 推球入洞就完成了本洞的击打。果岭, 作为球洞的终点, 地势一般高于球道, 对它的水平照度要求很高, 一般要求在200～250lx, 且最大水平照度与最小水平照度之比不大于3:1, 由于球手可以在果岭上由各个方向向球洞推球, 所以, 设计果岭区照明至少得有2个方向以上的照射, 尽量减少阴影(图3)。灯杆安装在果岭区前面的40度阴影区内, 且灯具间距小于或等于灯杆高度的三倍, 光照效果较好。

　　图3 果岭与球道照明

　　在设置照明灯杆时要注意: 灯光照射不能影响球手击球, 不要对本球道或其他球道的球手产生有害的眩光, 这一点是非常重要的。眩光的形式有直接眩光、反射眩光、极高的亮度对比形成的眩光以及因视觉不舒适而产生的眩光等。对于灯光高尔夫球场来讲, 灯光的投光方向设置基本上是顺着击球方向, 在无相邻球道时, 眩光的影响较少, 而对互相毗邻的球道而言, 由于两球道的击球方向相反, 灯光投光方向相反, 毗邻球道的灯光就会对在本球道上击球的球手产生强烈的眩光, 这种眩光以直接眩光的形式出现, 在夜空暗背景下是十分强烈的, 会给球手造成十分不适的感觉。因此, 在设置相邻球道的灯光时, 必须减少眩光的影响。

　　这样, 在同样的眩光源亮度和背景亮度下, 采用同样的光源, 即眩光源的表现立体角W相同时, 眩光常数G与位置函数P(Η)成反比, 而P(Η)又随着Η角度的增加而增加, 表现为眩光作用下降。这就是说, 当球手与眩光源距离D一定时, 适当增加眩光源的高度, 即增加了Η角度值, 相应地减少了眩光的危害。实践表明, 当光源安装高度在11m以上时, 可以有效地控制球场的眩光。

　　图4 眩光有关数据示意图

　　以上主要阐述球场灯杆的布置以及如何减少有害的眩光。而对照明光源及灯具的选择, 则应考虑以下几点。

　　(1) 优先选用高效率的光源。

　　这样在达到同样的照度时, 可以减少所需光源的个数, 从而减少了电气线路材料费及安装费等, 即减少了初投资。

　　(2) 选用高显色性和高色温的光源。

　　据现场实践, 显色指数Ra> 90, 色温达5500K 以上的金属卤化物灯, 会很好地再现球场的风貌, 如草坪、球体等物的原色。

　　(3) 选用具有良好控制特性的光源。

　　(4) 选用与光源配套的灯具。

　　即结构与种类配套, 规格与光源功率配套。

　　(5) 选用与环境配套的灯具。

　　由于灯光球场的灯具是安装在室外露天场地的, 选用灯具时, 必须充分考虑灯具对进入异物和水的防护程度及防止触电程度。一般选用保护等级IP55和电击保护等级Ê级。另外, 还须结合当地大气环境考虑灯具的防腐性能。

　　(6) 选用能合理利用配光曲线的灯具。

　　从而提高光效, 减少电能损耗, 同时要求灯具应有很好的光线分布, 减少眩光的危害。

　　(7) 选用经济性较高的灯具和运行费用低的光源。

　　主要从灯具利用系数、灯具和光源的寿命, 以及灯具的维护系数等方面考虑。

　　(8) 灯杆的选择。

　　现常见的有固定式、放倒式、气动升降式和液压升降式等几种。如何选用, 须结合球场环境和投资经营者的经济实力来考虑, 以不影响球场的环境, 保证球场的自然美为前提。

　　2.照明供电

　　优良的球场照明设计必须有良好的照明供电系统来保证。球场的照明供电系统主要从以下几个方面来考虑。

　　(1) 球场灯光照明的电源可以从城市电网引入, 也可以由自备发电组供电, 视球场的具体情况而定; 建议尽量使用城市电网络供电, 会大大减少日后的运行费用。如果无法使用城市电网或供电线路设备投资巨大时, 可以采用自备发电机组供电, 而发电机组应尽可能靠近负荷中心。一般来说, 球场灯光是以球道灯光为单位的, 每条球道的照明负荷中心可以初定在球道的中间地段, 球场的照明总负荷则在几条球道围绕之中为最佳。

　　(2) 供电方式应该首选三相四线制供电, 从而减少电能损耗, 并且可以减少气体放电灯(如金属卤化物灯等) 的光通量的脉动, 进一步提高了球场的照明质量。

　　(3) 结合高尔夫球场的环境和供电的优越性, 配电线路首选三相四芯电缆, 且优先考虑使用钢丝铠装式电缆。这是因为高尔夫球场很大部分是人工推土造型出来的, 电缆多采用直埋地下的敷设方式, 电缆可能在后期施工中会发生位移, 所以采用钢丝铠装式电缆, 增加了供电的安全可靠性; 还有的电缆施工方案采用电缆沟、隧道敷设或穿预埋管敷设, 这种方式虽然初次投资额会大一些, 但在日后维修保养方面就比较方便。不论电缆敷设采取何种形式, 在施工过程中一定要很好地与球场其他施工单位(如球场喷灌专业、球场造型及球场绿化等) 配合, 以保证供电系统安装工作的顺利完成, 进一步保证了供电系统的安全可靠。

　　(4) 由于高尔夫球场面积很大, 电源点到负荷之间的线路都较长, 因而在选用电缆时, 应优先考虑线路电压损失和电缆长期允许载流量这两个重要运行参数。对线路过长、电压损失较大的, 可以考虑使用升压变压器进行升压。在选用时, 还要充分考虑环境温度的变化、电缆的并列系数以及土壤的热阻率等的影响, 根据敷设的实际环境进行校正, 若选出的电缆非标准截面时, 应按上限选择。

　　(5) 灯光球场的照明线路考虑短路保护的方式, 一般应使用熔断器保护或自动空气断路器。

　　(6) 为防止触电事故, 保证人身安全, 照明器、开关、插座、升压变压器、配电盘的金属外壳、支架、钢管电缆的金属外皮及金属塔等必须良好接地。一般来说, 每金属杆塔的接地电阻不宜超过308。

　　(7) 照明线路的控制, 可以采用定时控制、分球道控制。通过集中遥控线路控制电源开关的分合来达到分球道控制的目的, 以满足维护和管理的要求。

　　(8) 如果灯杆选型是伸缩型, 即需要电源进行升降的, 则在电压方面更应该充分考虑。必须保证在升降杆用电动机的端子处的电压不低于额定电压的90%。