程 敏，劉 磊，夏清明，江志勇，俞安琪

(上海時(shí)代之光照明電器檢測(cè)有限公司，上海 201114)

引言

當(dāng)前，隨著科技發(fā)展和各種紫外燈具的廣泛應(yīng)用，它影響著生活的多個(gè)方面，例如感光油漆或油墨等光敏材料的固化、照相制版、光刻、復(fù)印、皮膚病及內(nèi)外科疾病治療、殺菌消毒、保健、熒光分析等領(lǐng)域的應(yīng)用都有了快速發(fā)展。但同時(shí)紫外線輻射也產(chǎn)生了被人忽略的影響人體健康的負(fù)面因數(shù)，所以對(duì)其進(jìn)行光生物安全測(cè)試是非常有必要的。

電磁波譜中的100nm～400nm部分為紫外線輻射。太陽(yáng)的紫外線輻射是人類接收到的紫外線輻射的主體，但由于紫外線在大氣中長(zhǎng)距離的傳播會(huì)有很大的衰減，真正能輻射到地面的紫外含量只占總輻射量的4%[1]。國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)為討論紫外線輻射的生物學(xué)效應(yīng)而把紫外光譜劃分為3個(gè)波段：UV-A為320～400nm，UV-B為280～320nm，UV-C為100～280nm。而波長(zhǎng)在180nm以下很易被空氣吸收，所以實(shí)際上沒(méi)有太大的生物學(xué)意義。

餐飲行業(yè)油煙污染是居民長(zhǎng)期以來(lái)反映強(qiáng)烈的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，所以整治餐飲行業(yè)油煙、解決“油煙擾民”、改善城市空氣質(zhì)量是當(dāng)前科技創(chuàng)新所面臨的一大新問(wèn)題。針對(duì)這種問(wèn)題，目前市面上呈現(xiàn)出了一種紫外線油煙機(jī)，它是利用特質(zhì)的高性能UV-C紫外線C波段光束照射油煙，改變油脂的分子結(jié)構(gòu)，使高分子化合物降解成小分子化合物，并且進(jìn)一步將小油脂分子冷燃燒生成棕櫚酸等有機(jī)成分和水，通過(guò)抽風(fēng)管道排出室外。

然而過(guò)多的紫外線輻射也會(huì)對(duì)人類健康造成負(fù)面影響。所以人類在開(kāi)發(fā)和利用紫外線的同時(shí)又要防護(hù)紫外線傷害。其中最容易受紫外線輻射的器官是眼睛和皮膚，因?yàn)樗鼈兺耆┞对诳諝猱?dāng)中，所以對(duì)于油煙機(jī)中紫外光的防護(hù)成了我們重點(diǎn)考慮的光生物安全問(wèn)題。針對(duì)油煙機(jī)的光生物安全問(wèn)題本文也做了相應(yīng)的測(cè)試，通過(guò)測(cè)試的數(shù)據(jù)提出了目前紫外線油煙機(jī)需要通過(guò)加強(qiáng)防護(hù)紫外光的外漏以保護(hù)人身安全。

1 紫外線輻射對(duì)人體的傷害

紫外光對(duì)人體的危害主要體現(xiàn)在對(duì)人眼和皮膚的光化學(xué)紫外輻射危害和對(duì)眼睛的近紫外輻射危害。

1.1 眼睛和皮膚的光化學(xué)紫外輻射

光化學(xué)紫外輻射對(duì)人體的危害不僅受到照射時(shí)間的影響，另外不同波長(zhǎng)紫外光的危害權(quán)重也是不同的。式(1)為光源的有效積分光譜輻照度ES計(jì)算式，在輻射不超過(guò)8小時(shí)的情況下，有效輻射的限值為30J·m-2。

(1)

式中，Eλ——光譜輻照度，單位為W·m-2·nm-1；

Suv(λ)——光化學(xué)紫外危害加權(quán)函數(shù)；

Δλ——波長(zhǎng)帶寬，單位為nm；

t——輻射持續(xù)時(shí)間，單位為s。

1.2 眼睛的近紫外輻射

近紫外指的是波長(zhǎng)在315nm～400nm范圍內(nèi)的光譜。近紫外對(duì)眼睛的曝輻射限值在1000s內(nèi)不能超過(guò)10000 J·m-2；在時(shí)間大于1000s時(shí)，對(duì)沒(méi)有保護(hù)措施的眼睛的輻照度EUVA不應(yīng)該超過(guò)10W·m-2，如式(2)、式(3)所示：

(2)

EUVA≤10(W·m-2) (t≥1000s)

(3)

2 紫外線油煙機(jī)的介紹

將紫外線用于凈化油煙是近年來(lái)新出現(xiàn)的技術(shù)，它是通過(guò)紫外線將空氣中的氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧，利用臭氧的強(qiáng)氧化作用將油煙氧化為二氧化碳、水和一些粉末，徹底改變油煙的性質(zhì)，讓油煙機(jī)的風(fēng)機(jī)葉輪和通風(fēng)管道上沒(méi)有油垢的堆積，實(shí)現(xiàn)無(wú)煙垢的排放。

該類油煙機(jī)在凈化油煙方面具有很好的效果，對(duì)于一定濃度的油煙，它的排放凈化率通?？蛇_(dá)97%[2]。但是由于受到通風(fēng)的影響，使得油煙機(jī)的構(gòu)造一般都采用格柵來(lái)?yè)豕馔革L(fēng)，如圖1所示。同時(shí)，為了提高油煙凈化率，需要增加紫外管的數(shù)量和功率，如圖2所示，圖中每根燈管為28W，共112W。這樣也就在透風(fēng)和擋光的矛盾中產(chǎn)生了紫外線泄漏照射到人體的現(xiàn)象。

圖1 油煙機(jī)的擋光格柵Fig.1 Cooker hood’s light shield

圖2 油煙機(jī)中紫外線燈的安裝情況Fig.2 The placement of cooker hood’s UV light

3 紫外線油煙機(jī)的光生物安全測(cè)試

為了對(duì)紫外線油煙機(jī)進(jìn)行安全分析及評(píng)價(jià)，本文用光生物安全測(cè)試系統(tǒng)Bentham對(duì)市場(chǎng)上家用的112W紫外光源的紫外線油煙機(jī)和同樣應(yīng)用于餐飲業(yè)的大功率200W紫外光源進(jìn)行了相應(yīng)的紫外安全測(cè)試，測(cè)試都是在它們正常工作情況下進(jìn)行的。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC 62471—2006，本文對(duì)油煙機(jī)的測(cè)試距離定為200mm(探頭到擋光格柵的出光口面的距離)[3]。

通過(guò)測(cè)試，得到112W的光譜輻照度分布如圖3所示。

圖3 112W紫外光源測(cè)試結(jié)果Fig.3 The testing result of 112W UV light source

光照度為3.6lx；輻射照度為24.3mW/m2,凈化油煙用254nm有效輻射照度為10.0mW/m2, 皮膚和眼睛的光化學(xué)危害有效輻射照度為10.5mW/m2,眼睛的近紫外危害有效輻射照度為2.1mW/m2。

同樣，對(duì)用于大功率紫外光源進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)試，這種測(cè)試也是在它正常使用的環(huán)境下進(jìn)行的，如圖4所示，圖中每根燈管50W，共200W。測(cè)試得到的光譜輻照度分布如圖5所示。

圖4 用于紫外線油煙機(jī)的紫外光源Fig.4 UV light source for the cooker hood

圖5 200W紫外光源測(cè)試結(jié)果Fig.5 The testing result of 200 watts UV light source

光照度為11.2lx，輻射照度為50.1mW/m2，凈化油煙用254nm有效輻射照度為20.7mW/m2，皮膚和眼睛的光化學(xué)危害有效輻射照度為21.9mW/m2，眼睛的近紫外危害有效輻射照度為4.0mW/m2。

由于紫外線汞燈正常工作時(shí)光譜輻照度分布是固定不變的，又因各加權(quán)函數(shù)V(λ)、SUV(λ)等也是固定不變的，由此可知各類有效輻照度與光照度之比為常數(shù)。由此可知，只要將該紫外線模組光源光照度控制在一定范圍內(nèi)，即可控制各類危害的有效輻射照度值。由式(1)可以得到眼睛和皮膚不受紫外輻射損傷的時(shí)間和輻照度的關(guān)系式如下：

(4)

結(jié)合式(4)可以得到112W紫外光源的紫外線油煙機(jī)的紫外線汞燈對(duì)眼睛和皮膚的光化學(xué)危害的光照度E和時(shí)間t的限定關(guān)系式如下：

(5)

同樣可以得到眼睛的近紫外危害的光照度和時(shí)間的限定關(guān)系式如下：

(6)

通過(guò)式(5)、式(6)可以清楚的知道該紫外線油煙機(jī)對(duì)人的眼睛和皮膚的光化學(xué)危害要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)眼睛的近紫外危害，因?yàn)樵?15nm～400nm內(nèi)的光譜輻照度很小。這些危害主要由透過(guò)擋光板的光的多少和光的照射時(shí)間決定，但是由于它的應(yīng)用場(chǎng)所，所以最好的辦法就是通過(guò)減少擋板透光率或通過(guò)其他方式來(lái)減少光照射到人體來(lái)減少紫外線輻射對(duì)人體的危害。

另外，對(duì)于功率更大的200W紫外光源來(lái)說(shuō)，光照度和輻照度都相應(yīng)的增大了，相應(yīng)曝輻時(shí)間也就縮短了，如式(7)、式(8)所示：

=15342.5(J·m-2)

(7)

(8)

通過(guò)式(5)、式(6)、式(7)、式(8)可以推算出對(duì)于112W和200W兩款紫外線脫排油煙機(jī)所對(duì)應(yīng)的光照度和曝輻時(shí)間的限值關(guān)系。同時(shí)也可以推斷出其他紫外線光源對(duì)人體危害大小和其照射到人體的光照度大小是成正比的。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)紫外線油煙機(jī)進(jìn)行光生物安全測(cè)試和分析，發(fā)現(xiàn)到紫外線在很好的分解油煙的同時(shí)，如果對(duì)紫外光處理不好還會(huì)帶來(lái)人體的危害。通過(guò)對(duì)112W和200W的紫外光源的測(cè)試，并對(duì)結(jié)果結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)IEC 62471—2006進(jìn)行分析得到，兩種規(guī)格的紫外光源的光化紫外危害都達(dá)到了中度危險(xiǎn)，而近紫外危害是處于無(wú)危險(xiǎn)類之中。

另外，紫外危害和光照度大小還與接觸時(shí)間有一定的關(guān)系。如果要減小危害，對(duì)于油煙機(jī)來(lái)說(shuō)，最好的辦法就是通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)方法減少?gòu)膿豕獍逋赋鰜?lái)的紫外光或利用其他方法盡量減少紫外光照射到人體。

[1] 虞建棟,牟同升.紫外光源的光安全性參數(shù)測(cè)量及評(píng)價(jià)方法//走近CIE 26th——中國(guó)照明學(xué)會(huì)(2005)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)照明學(xué)會(huì)，2005:90-93.

[2] 趙志喜.家用油煙機(jī)的發(fā)展和紫外線油煙凈化技術(shù)[J].家電科技,2008,11:22-24.

[3] IEC. IEC 62471—2006 Photobiolvgical safety of lamps and lamp systems[S]. IEC,2006.