王瓏 曹昌盛 孟永哲 艾希順 蓋其高 高軍*

1 同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司

2 同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院

3 青島海爾智慧廚房電器有限公司

0 引言

住宅廚房烹飪過程散發(fā)大量污染物，成為影響室內(nèi)空氣品質(zhì)的重要因素[1]。大量流行病學(xué)和毒理學(xué)研究表明，烹飪過程散發(fā)的油煙會(huì)給人體帶來顯著的健康風(fēng)險(xiǎn)[2-7]。吸油煙機(jī)作為一種有效的局部通風(fēng)裝置得到廣泛應(yīng)用，以有效控制烹飪污染。圍繞吸油煙機(jī)捕集性能提升，已開展了大量的吸油煙機(jī)流體動(dòng)力學(xué)性能研究[8-12]。針對吸油煙機(jī)捕集性能評價(jià)，國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采用氣味降低度指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)[13-14]。但氣味降低度指標(biāo)存在2 點(diǎn)問題：基于全面通風(fēng)的原理性缺陷及測試條件偏離實(shí)際場景。

本文從人員呼吸區(qū)油煙暴露過程的實(shí)驗(yàn)研究出發(fā)，擬解釋吸油煙機(jī)濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)對油煙顆粒濃度暴露值的影響，評價(jià)吸油煙機(jī)不同濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)的集排油煙性能。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與測試方法

圖1 是吸油煙機(jī)集排油煙性能研究實(shí)驗(yàn)廚房（3.5 m×1.8 m×2.4 m）搭建在一個(gè)大的實(shí)驗(yàn)室空間內(nèi)，外窗朝南，門朝向大空間實(shí)驗(yàn)室，且與外窗相對，與住宅廚房實(shí)際通風(fēng)條件基本相似。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括：不同濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)的吸油煙機(jī)2 臺(tái)（A 為凹形濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)、T 為凸形濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，見圖2），電磁爐1 臺(tái)，加熱鍋1 個(gè)。一套新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)（下一步的研究工作使用）。實(shí)驗(yàn)中所采用的測試儀器主要有：TSI-8533 型DUSKTRAK 氣溶膠監(jiān)測儀，可同時(shí)測量不同粒徑段粒子的質(zhì)量濃度，分別對應(yīng)PM1.0，PM2.5，可吸入顆粒物，PM10 和總PM（＜15 μm），采樣流量3.0 L/min，測量粒徑范圍為0.1～15 μm，濃度范圍為0.001～150 mg/m3。KA23 數(shù)字式風(fēng)速儀，量程0～50 m/s，測試精度0.01 m/s。Pt100 熱電阻（測量油溫）及Fluke Hydra 便攜式數(shù)據(jù)采集器。JA51001 電子天平，量程0～5100 g，測試精度0.1 g?？紤]到室外進(jìn)風(fēng)的干擾及廚房補(bǔ)風(fēng)的需求，實(shí)驗(yàn)在開門關(guān)窗的補(bǔ)風(fēng)條件下進(jìn)行，采用數(shù)字式風(fēng)速儀依次測量了此條件下兩種吸油煙機(jī)的3 檔排風(fēng)量，測試結(jié)果見表1。發(fā)現(xiàn)兩種吸油煙機(jī)對應(yīng)檔位的排風(fēng)量差異很小。

圖1 吸油煙機(jī)集排油煙性能研究實(shí)驗(yàn)廚房

圖2 不同濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)的吸油煙機(jī)

表1 兩種吸油煙機(jī)的各檔排風(fēng)量（m3/h）

因烹飪過程的多樣性和復(fù)雜性，油煙顆粒散發(fā)量的穩(wěn)定性難以控制，本研究采用靜態(tài)食用油加熱的方法以實(shí)現(xiàn)相對穩(wěn)定的油煙散發(fā)過程，確保每組實(shí)驗(yàn)過程油煙顆粒散發(fā)量無顯著差異。每組實(shí)驗(yàn)采用電磁爐恒定檔位加熱50 g 金龍魚大豆油，加熱時(shí)間為5 min。圖3 為6 組實(shí)驗(yàn)的油溫變化監(jiān)測曲線?？梢钥闯?，6 組實(shí)驗(yàn)過程油溫變化一致性較好，表明每組實(shí)驗(yàn)中油煙顆粒散發(fā)量無顯著差異。

圖3 6 組實(shí)驗(yàn)油溫變化監(jiān)測曲線

實(shí)驗(yàn)采用TSI-8533 型DUSKTRAK 氣溶膠監(jiān)測儀，分別監(jiān)測兩種吸油煙機(jī)3 檔風(fēng)量下的靜態(tài)油加熱過程中人體呼吸區(qū)油煙顆粒濃度變化。呼吸區(qū)油煙顆粒濃度監(jiān)測點(diǎn)距吸油煙機(jī)前側(cè)中心0.05 m，距地面1.5 m，如圖1 所示。實(shí)驗(yàn)流程：先開啟門窗及抽油煙機(jī)（調(diào)至高速檔）通風(fēng)20 min，使廚房內(nèi)的油煙顆粒濃度降至較低值。然后采用TSI 氣溶膠監(jiān)測儀連續(xù)監(jiān)測11 min，期間包括1 min 的背景濃度測試，5 min 的油加熱過程（1 min 開始加熱，6 min 停止加熱）。TSI 氣溶膠監(jiān)測儀測試間隔為10 s。每個(gè)工況進(jìn)行5 次實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 高檔風(fēng)量

圖4 為兩種吸油煙機(jī)高檔風(fēng)量下人體呼吸區(qū)PM2.5、PM10 油煙顆粒平均濃度變化情況。0～60 s 為廚房內(nèi)的背景濃度，60～360 s 為油加熱過程的濃度上升過程，360～660 s 為加熱結(jié)束后油煙顆粒的濃度衰減過程。可以看出，T 吸油煙機(jī)的呼吸區(qū)PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度顯著大于A 吸油煙機(jī)。A 高檔風(fēng)量運(yùn)行條件下，PM2.5、PM10 的峰值濃度分別為0.199 mg/m3、0.205 mg/m3。T 高檔風(fēng)量運(yùn)行條件下，PM2.5、PM10 的峰值濃度分別為0.422 mg/m3、0.432 mg/m3，分別為A的2.12、2.11 倍。監(jiān)測結(jié)束時(shí)，T 條件下呼吸區(qū)PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度仍高于A 條件下的相應(yīng)濃度。另外，可以發(fā)現(xiàn)同一煙機(jī)運(yùn)行條件下PM2.5、PM10 濃度差異很小，表明靜態(tài)油加熱過程油煙顆粒粒徑分布主要集中在2.5 μm 以下。

圖4 兩種吸油煙機(jī)高檔風(fēng)量下呼吸區(qū)油煙顆粒濃度變化

2.2 中檔風(fēng)量

圖5 為A、T 兩種吸油煙機(jī)中檔風(fēng)量下人體呼吸區(qū)PM2.5、PM10 油煙顆粒平均濃度變化情況?？梢钥闯?，T 吸油煙機(jī)的呼吸區(qū)PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度顯著大于A 吸油煙機(jī)。A 中檔風(fēng)量運(yùn)行條件下，PM2.5、PM10的峰值濃度分別為0.240 mg/m3、0.248 mg/m3。T 中檔風(fēng)量運(yùn)行條件下，PM2.5、PM10 的峰值濃度分別為0.469 mg/m3、0.479 mg/m3，分別為A的1.95、1.93 倍。監(jiān)測結(jié)束時(shí)，T 條件下呼吸區(qū)PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度仍高于A 條件下的相應(yīng)濃度。

圖5 兩種吸油煙機(jī)中檔風(fēng)量下呼吸區(qū)油煙顆粒濃度變化

2.3 低檔風(fēng)量

圖6 為A、T 兩種吸油煙機(jī)低檔風(fēng)量下人體呼吸區(qū)PM2.5、PM10 油煙顆粒平均濃度變化情況。可以看出，T 吸油煙機(jī)的呼吸區(qū)PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度顯著大于A 吸油煙機(jī)。A 低檔風(fēng)量運(yùn)行條件下，PM2.5、PM10的峰值濃度分別為0.150 mg/m3、0.154 mg/m3。T 低檔風(fēng)量運(yùn)行條件下，PM2.5、PM10 的峰值濃度分別為0.547 mg/m3、0.550 mg/m3，分別為A的3.65、3.57 倍。監(jiān)測結(jié)束時(shí)，T 條件下呼吸區(qū)PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度仍高于A 條件下的相應(yīng)濃度。

圖6 兩種吸油煙機(jī)低檔風(fēng)量下呼吸區(qū)油煙顆粒濃度變化

3 結(jié)論

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，T 凸形濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)吸油煙機(jī)呼吸區(qū)油煙顆粒濃度顯著高于A 凹形濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)吸油煙機(jī)的相應(yīng)濃度，大約為1.9～3.6 倍。同時(shí)測試發(fā)現(xiàn)，兩種吸油煙機(jī)對應(yīng)檔位運(yùn)行條件下的排風(fēng)量無明顯差異?？梢酝茢?，不同濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了吸油煙機(jī)集排油煙性能差異，進(jìn)而導(dǎo)致了人體呼吸區(qū)油煙顆粒暴露濃度的顯著差異。A 凹形濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)吸油煙機(jī)設(shè)計(jì)具有一定深型集煙腔的攏煙作用，可有效提升吸油煙機(jī)集排油煙性能，較好地控制油煙外溢。