電梯轎廂點光源點照度的計算與比較

陳 潔

（蘇州竹園電子科技有限公司，江蘇 蘇州 215211）

電梯轎廂照明設計，除GB 7588—2003標準外，在其他的國家標準等規范規程或有關的設計手冊中都沒有提及。GB 7588—2003規范即將廢止，將被2020年12月14日發布的《電梯制造與安裝安全規范 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日起實施。現行規范對轎廂照明規定做了更改，但在數值上沒有實質性的變化，在方向上不符合照明其他標準或設計手冊的規定，文章通過計算說明了這一點。

1 標準對轎廂照度的規定

1.1 GB／T 7588.1—2020的規定

轎廂應設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的任一點的照度不應小于100 lx［1］。

轎廂內的扶手、折疊椅等裝置所產生的陰影可忽略。

在測量照度時，照度計應朝向最強光源。

1.2 GB 7588—2003的規定

轎廂應設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

對于轎廂內控制裝置（如操縱箱），兩個標準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。

對于轎廂內地板，兩個標準的參考平面不同，GB 7588—2003規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規定了照度計應朝向最強光源，使轎廂內的照度計算變得更復雜，從傳統計算水平照度Eh或垂直照度Ev變為計算與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，點光源的照度計算有3種情況，即點光源S在與照射方向垂直的平面N上某點P產生的照度En，點光源S照射在水平面H上某點P產生的水平照度Eh，點光源S照射在與光源S、其水平面上的投影和計算點P構成平面相垂直的面V上，計算點P產生的垂直照度Ev。不管是En、Eh，還是Ev，通常將計算照度的P點所在作業面作為參考平面。應用光源安裝高度h的水平照度計算公式［3］

式中：Eh為點光源照射在水平面上P點產生的水平照度，lx；Iθ為點光源在照射方向的光強，cd；cosθ為被照面通過點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為燈具的維護系數。

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

圖1 轎廂結構示意和筒燈安裝位置圖

圖2 照度計算點位置

表1 3 W LED筒燈發光強度值

照明燈在轎廂頂上對稱布置，轎廂寬度和深度近似相等，燈具發光強度在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，即由點劃線分割的4個區域內的照度以轎廂底面中心點對稱。

2.1 光源在轎廂地面各點照度計算［4］

根據式（1），光源S1在A點轎廂地面上的照度Eh1A計算如圖3所示。

燈S1的投影與點A距離

圖3 地面A點計算

從表1中查得光源S1的發光強度

點光源S1在A點上的水平照度

用同樣方法計算各點在轎廂地面上各點的水平照度，見表2。

表2 4個光源在地面各點的水平照度值 lx

2.2 光源在轎廂地面以上1.0 m處各點的水平照度

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，照度計應朝向最強光源”的規定。轎廂內某點的照度不是通常指的水平照度或垂直照度，而是以某一最強光源照射方向垂直面的照度。當光源數多于2個時，非最強光源在該點最強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處各點的水平照度值 lx

依據點光源S在不同平面上P點的照度之比等于點光源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點光源S1照射方向垂直面照度

下面僅以圖2中C點和A點為例進行計算。

計算4個光源在C點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，在該點同En1C方向的照度分別為En2C、En3C、En4C（圖中未標出）。點光源S到平面H和N上的垂直線長度分別為RH和RN，對應在點C的照度分別為EhC和EnC。因篇幅，余下各點不進行計算。

3.1 h＝1.2 m時以轎廂地面上方1.0 m處作參考平面

根據立體幾何原理

圖4 C點S1照射方向垂直面的各光源照度計算

2）A點照度值計算

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點照射方向垂直面。計算得到4個光源在點A按最強光源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C按最強光源S1照射方向垂直面的總照度值

2）A點照度值計算

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點照射方向的垂直面。計算得到4個光源在轎廂地面點A按最強光源S1照射方向垂直面的總照度值

4 計算結果對比

按GB 7588—2003與GB／T 7588.1—2020標準規定計算，各點照度值見表4。

表4 兩種標準的每個點照度計算值 lx

從表4中可以看出，某一轎廂在光源數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，某點的照度值相應增大，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規定，轎廂照度值不應低于50 lx，按照GB／T 7588.1—2020規定，在轎廂地板以上1.0 m且距轎壁至少100 mm的任一點的照度不應小于100 lx。事實上，只要參考面與光源之間不存在遮擋物，當轎廂的地面照度符合規定時，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，因參考平面不同標準照度規定值增加到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的規定值，實質上比GB 7588—2003規定值略有降低，但還是符合《建筑照明設計標準》（GB 50034—2013）第4.1.7條的規定。再次，在兩種標準下某點最強光源照射方向垂直面照度可以計算得到數值，但由于照度的方向不一致，不能進行比較。

5 幾點討論

5.1 照度參考面

照度的標準值和設計值一般都以作業面為參考平面，通常是實際工作面，如《建筑照明設計標準》（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處規定為作業面，使用者（包括乘客、層站候梯人員和被授權人員）在該平面上存在哪種作業？乘客進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識的。

5.2 照度測量

為了檢驗照明設施所產生的照明效果與各照明設計標準、設計要求的符號情況，進行各種照明設施的實際照明效果比較，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，節約能源和保護環境，確定維護和改善照明的措施進行測量。室內照明測量方法一般有中心布點法、四角布點法。測量獲得的值通過計算得到平均照度和照度均勻度［5］。

照度的標準值和設計值一般都以作業面為參考平面，通常是實際工作面，因此照度值也應在實際工作面上進行測量。

照度設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。針對最強光源照射方向測量得到的只是某點特定方向上的照度，數據（數值和方向）較離散。若需要進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

照明標準值除參考平面上的照度外，還有顯色指數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能的評價指標。隨著電梯乘坐舒適性的提高和維修保養環境的提升，應逐步將這些指標列入規范，滿足人們對高質量生活和工作環境的要求。

6 結論

通過在一種轎廂內給定燈具型號及其布置的實例，按照GB／T 7588.1—2020規定進行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規定的計算結果進行比較，兩者相差不大，符合允許誤差的要求。而GB／T 7588.1—2020規定的測量方法，有別于照明測量方法標準等規范或手冊的規定，并且難以得到平均照度和照度均勻度。筆者認為如此更改，實為畫蛇添足。電氣照明有別于電氣控制，是一門獨立的學科。電梯照明質量的規定不應分散在整個標準中，而應在標準中安排單獨的章節。