電梯轎廂點(diǎn)光源點(diǎn)照度的計算與比較

陳 潔

（蘇州竹園電子科技有限公司，江蘇 蘇州 215211）

電梯轎廂照明設(shè)計，除GB 7588—2003標(biāo)準(zhǔn)外，在其他的國家標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范規(guī)程或有關(guān)的設(shè)計手冊中都沒有提及。GB 7588—2003規(guī)范即將廢止，將被2020年12月14日發(fā)布的《電梯制造與安裝安全規(guī)范 第1部分：乘客電梯和載貨電梯》（GB／T 7588.1—2020）替代，從2022年7月1日起實(shí)施?，F(xiàn)行規(guī)范對轎廂照明規(guī)定做了更改，但在數(shù)值上沒有實(shí)質(zhì)性的變化，在方向上不符合照明其他標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計手冊的規(guī)定，文章通過計算說明了這一點(diǎn)。

1 標(biāo)準(zhǔn)對轎廂照度的規(guī)定

1.1 GB／T 7588.1—2020的規(guī)定

轎廂應(yīng)設(shè)置永久性的電氣照明裝置，確保在控制裝置上和在轎廂地板以上1.0 m且距轎壁至少100 mm的任一點(diǎn)的照度不應(yīng)小于100 lx［1］。

轎廂內(nèi)的扶手、折疊椅等裝置所產(chǎn)生的陰影可忽略。

在測量照度時，照度計應(yīng)朝向最強(qiáng)光源。

1.2 GB 7588—2003的規(guī)定

轎廂應(yīng)設(shè)置永久性的電氣照明裝置，控制裝置上的照度不小于50 lx，轎廂地板上的照度不小于50 lx［2］。

1.3 兩者的差異

對于轎廂內(nèi)控制裝置（如操縱箱），兩個標(biāo)準(zhǔn)對參考平面的位置沒有改動，只是照度值從原來的50 lx提高到100 lx。

對于轎廂內(nèi)地板，兩個標(biāo)準(zhǔn)的參考平面不同，GB 7588—2003規(guī)定的參考平面是轎廂地板，GB／T 7588.1—2020將參考平面提高到轎廂地板以上1.0 m的位置。同樣，照度值從原來的50 lx提高到100 lx。

在測量照度時，GB／T 7588.1—2020規(guī)定了照度計應(yīng)朝向最強(qiáng)光源，使轎廂內(nèi)的照度計算變得更復(fù)雜，從傳統(tǒng)計算水平照度Eh或垂直照度Ev變?yōu)橛嬎闩c照射方向垂直平面上的照度En。

2 水平照度計算

光源的照度與光源至被照面的距離R的二次方成反比。一般情況，點(diǎn)光源的照度計算有3種情況，即點(diǎn)光源S在與照射方向垂直的平面N上某點(diǎn)P產(chǎn)生的照度En，點(diǎn)光源S照射在水平面H上某點(diǎn)P產(chǎn)生的水平照度Eh，點(diǎn)光源S照射在與光源S、其水平面上的投影和計算點(diǎn)P構(gòu)成平面相垂直的面V上，計算點(diǎn)P產(chǎn)生的垂直照度Ev。不管是En、Eh，還是Ev，通常將計算照度的P點(diǎn)所在作業(yè)面作為參考平面。應(yīng)用光源安裝高度h的水平照度計算公式［3］

式中：Eh為點(diǎn)光源照射在水平面上P點(diǎn)產(chǎn)生的水平照度，lx；Iθ為點(diǎn)光源在照射方向的光強(qiáng)，cd；cosθ為被照面通過點(diǎn)光源的法線與入射光線的夾角的余弦；h為光源距所計算水平的安裝高度，m；Φ為光源的光通量，lm；K為燈具的維護(hù)系數(shù)。

設(shè)轎廂高度h＝2.2 m，寬度w＝1.35 m，深度d＝1.4 m。轎廂內(nèi)頂部裝有4盞筒燈，燈安裝位置和轎廂結(jié)構(gòu)如圖1所示。某3 W LED筒燈的發(fā)光強(qiáng)度值見表1（光源光通量為1 000 lm）。計算點(diǎn)A、B、C、D、F、G和H點(diǎn)的水平面位置如圖2所示。

圖1 轎廂結(jié)構(gòu)示意和筒燈安裝位置圖

圖2 照度計算點(diǎn)位置

表1 3 W LED筒燈發(fā)光強(qiáng)度值

照明燈在轎廂頂上對稱布置，轎廂寬度和深度近似相等，燈具發(fā)光強(qiáng)度在A-A平面和B-B平面上近似相同，故在轎廂地面上的照度中心對稱分布，即由點(diǎn)劃線分割的4個區(qū)域內(nèi)的照度以轎廂底面中心點(diǎn)對稱。

2.1 光源在轎廂地面各點(diǎn)照度計算［4］

根據(jù)式（1），光源S1在A點(diǎn)轎廂地面上的照度Eh1A計算如圖3所示。

燈S1的投影與點(diǎn)A距離

圖3 地面A點(diǎn)計算

從表1中查得光源S1的發(fā)光強(qiáng)度

點(diǎn)光源S1在A點(diǎn)上的水平照度

用同樣方法計算各點(diǎn)在轎廂地面上各點(diǎn)的水平照度，見表2。

表2 4個光源在地面各點(diǎn)的水平照度值 lx

2.2 光源在轎廂地面以上1.0 m處各點(diǎn)的水平照度

依照同樣的計算方法，4個光源在地面上方1.0 m處（h＝1.2 m）各點(diǎn)的水平照度值見表3。

3 照射方向垂直面照度計算

對于電梯轎廂的照度，GB／T 7588.1—2020新增了“在測量照度時，照度計應(yīng)朝向最強(qiáng)光源”的規(guī)定。轎廂內(nèi)某點(diǎn)的照度不是通常指的水平照度或垂直照度，而是以某一最強(qiáng)光源照射方向垂直面的照度。當(dāng)光源數(shù)多于2個時，非最強(qiáng)光源在該點(diǎn)最強(qiáng)光源照射方向垂直面的照度計算變得繁瑣。

表3 4個光源在距地1.0 m處各點(diǎn)的水平照度值 lx

依據(jù)點(diǎn)光源S在不同平面上P點(diǎn)的照度之比等于點(diǎn)光源S到不同平面上的垂直線長度之比，可以求得每個光源在C點(diǎn)光源S1照射方向垂直面照度

下面僅以圖2中C點(diǎn)和A點(diǎn)為例進(jìn)行計算。

計算4個光源在C點(diǎn)S1照射方向垂直面照度的示意圖如圖4所示，圖中平面N就是光源S1照射方向垂直面，光源S1、S2、S3、S4到平面N的垂直線長度分別為R1N、R2N、R3N和R4N，在該點(diǎn)同En1C方向的照度分別為En2C、En3C、En4C（圖中未標(biāo)出）。點(diǎn)光源S到平面H和N上的垂直線長度分別為RH和RN，對應(yīng)在點(diǎn)C的照度分別為EhC和EnC。因篇幅，余下各點(diǎn)不進(jìn)行計算。

3.1 h＝1.2 m時以轎廂地面上方1.0 m處作參考平面

根據(jù)立體幾何原理

圖4 C點(diǎn)S1照射方向垂直面的各光源照度計算

2）A點(diǎn)照度值計算

同理參考圖5，圖中平面M（取h＝1.2 m）是光源S1在轎廂地面上方1.0 m處平面A點(diǎn)照射方向垂直面。計算得到4個光源在點(diǎn)A按最強(qiáng)光源S1照射方向垂直面的總照度值

EnA＝96.3+22.8+6.7+22.8＝148.6 lx

圖5 A點(diǎn)S1照射方向垂直面的各光源照度計算

3.2 h＝2.2 m時以轎廂地面作參考平面

4個光源在轎廂地面點(diǎn)C按最強(qiáng)光源S1照射方向垂直面的總照度值

2）A點(diǎn)照度值計算

同理參考圖5，圖中平面M（取h＝2.2 m）是光源S1在轎廂地面A點(diǎn)照射方向的垂直面。計算得到4個光源在轎廂地面點(diǎn)A按最強(qiáng)光源S1照射方向垂直面的總照度值

4 計算結(jié)果對比

按GB 7588—2003與GB／T 7588.1—2020標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計算，各點(diǎn)照度值見表4。

表4 兩種標(biāo)準(zhǔn)的每個點(diǎn)照度計算值 lx

從表4中可以看出，某一轎廂在光源數(shù)量及其布置相同的情況下，隨著計算參考面與光源間的距離變小，某點(diǎn)的照度值相應(yīng)增大，這與光源的照度與光源至被照面距離R的二次方成反比一致。按照GB 7588—2003規(guī)定，轎廂照度值不應(yīng)低于50 lx，按照GB／T 7588.1—2020規(guī)定，在轎廂地板以上1.0 m且距轎壁至少100 mm的任一點(diǎn)的照度不應(yīng)小于100 lx。事實(shí)上，只要參考面與光源之間不存在遮擋物，當(dāng)轎廂的地面照度符合規(guī)定時，在轎廂地板以上1.0 m處的照度按距離R的二次方成反比的比例肯定能滿足。其次，因參考平面不同標(biāo)準(zhǔn)照度規(guī)定值增加到2倍。從表4中的計算值來看，水平照度值增加了2.1倍，雖然滿足GB／T 7588.1—2020的規(guī)定值，實(shí)質(zhì)上比GB 7588—2003規(guī)定值略有降低，但還是符合《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）第4.1.7條的規(guī)定。再次，在兩種標(biāo)準(zhǔn)下某點(diǎn)最強(qiáng)光源照射方向垂直面照度可以計算得到數(shù)值，但由于照度的方向不一致，不能進(jìn)行比較。

5 幾點(diǎn)討論

5.1 照度參考面

照度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值一般都以作業(yè)面為參考平面，通常是實(shí)際工作面，如《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）中列舉的地面、0.75 m水平面、臺面、桌面等。而電梯轎廂的照度參考平面在GB／T 7588.1—2020中是以在轎廂地板以上1.0 m的平面為參考平面。轎廂地板以上1.0 m處規(guī)定為作業(yè)面，使用者（包括乘客、層站候梯人員和被授權(quán)人員）在該平面上存在哪種作業(yè)？乘客進(jìn)入電梯轎廂除了需要注意自己腳下的情況外，某些場所可能還需要留意自己口袋中的錢包，還需要看看同乘坐的人員有沒有認(rèn)識的。

5.2 照度測量

為了檢驗(yàn)照明設(shè)施所產(chǎn)生的照明效果與各照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計要求的符號情況，進(jìn)行各種照明設(shè)施的實(shí)際照明效果比較，測定照明隨時間變化的情況，以保障視覺工作要求，提高工作效率與安全保障，節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，確定維護(hù)和改善照明的措施進(jìn)行測量。室內(nèi)照明測量方法一般有中心布點(diǎn)法、四角布點(diǎn)法。測量獲得的值通過計算得到平均照度和照度均勻度［5］。

照度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值一般都以作業(yè)面為參考平面，通常是實(shí)際工作面，因此照度值也應(yīng)在實(shí)際工作面上進(jìn)行測量。

照度設(shè)計值有照射方向垂直面照度、水平照度和垂直照度。對于水平照度值和垂直照度值，不管光源為點(diǎn)光源、線光源或面光源，通過測量都能得到工作面的平均照度和照度均勻度。而照射方向垂直面照度值，由于不同點(diǎn)測量時的方向不同，不能通過計算得到工作面的平均照度和照度均勻度。針對最強(qiáng)光源照射方向測量得到的只是某點(diǎn)特定方向上的照度，數(shù)據(jù)（數(shù)值和方向）較離散。若需要進(jìn)行比較也必須將照射方向的照射分解成水平照度值和垂直照度值，才能進(jìn)行水平照度的比較。若是線光源或面光源，又該如何測量呢？

5.3 其他指標(biāo)

照明標(biāo)準(zhǔn)值除參考平面上的照度外，還有顯色指數(shù)Ra、照明均勻度U0、照明功率密度LPD等［6］。其中，照明功率密度值是照明節(jié)能的評價指標(biāo)。隨著電梯乘坐舒適性的提高和維修保養(yǎng)環(huán)境的提升，應(yīng)逐步將這些指標(biāo)列入規(guī)范，滿足人們對高質(zhì)量生活和工作環(huán)境的要求。

6 結(jié)論

通過在一種轎廂內(nèi)給定燈具型號及其布置的實(shí)例，按照GB／T 7588.1—2020規(guī)定進(jìn)行Eh和En照度計算（控制裝置上的垂直照度Ev未計算），并與GB 7588—2003規(guī)定的計算結(jié)果進(jìn)行比較，兩者相差不大，符合允許誤差的要求。而GB／T 7588.1—2020規(guī)定的測量方法，有別于照明測量方法標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范或手冊的規(guī)定，并且難以得到平均照度和照度均勻度。筆者認(rèn)為如此更改，實(shí)為畫蛇添足。電氣照明有別于電氣控制，是一門獨(dú)立的學(xué)科。電梯照明質(zhì)量的規(guī)定不應(yīng)分散在整個標(biāo)準(zhǔn)中，而應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)中安排單獨(dú)的章節(jié)。