紫外線油煙機的光生物安全測試與分析

程 敏，劉 磊，夏清明，江志勇，俞安琪

(上海時代之光照明電器檢測有限公司，上海 201114)

引言

當前，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。但同時紫外線輻射也產(chǎn)生了被人忽略的影響人體健康的負面因數(shù)，所以對其進行光生物安全測試是非常有必要的。

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距離的傳播會有很大的衰減，真正能輻射到地面的紫外含量只占總輻射量的4%[1]。國際照明委員會(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個波段：UV-A為320～400nm，UV-B為280～320nm，UV-C為100～280nm。而波長在180nm以下很易被空氣吸收，所以實際上沒有太大的生物學(xué)意義。

餐飲行業(yè)油煙污染是居民長期以來反映強烈的熱點問題之一，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)量是當前科技創(chuàng)新所面臨的一大新問題。針對這種問題，目前市面上呈現(xiàn)出了一種紫外線油煙機，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，并且進一步將小油脂分子冷燃燒生成棕櫚酸等有機成分和水，通過抽風(fēng)管道排出室外。

然而過多的紫外線輻射也會對人類健康造成負面影響。所以人類在開發(fā)和利用紫外線的同時又要防護紫外線傷害。其中最容易受紫外線輻射的器官是眼睛和皮膚，因為它們完全暴露在空氣當中，所以對于油煙機中紫外光的防護成了我們重點考慮的光生物安全問題。針對油煙機的光生物安全問題本文也做了相應(yīng)的測試，通過測試的數(shù)據(jù)提出了目前紫外線油煙機需要通過加強防護紫外光的外漏以保護人身安全。

1 紫外線輻射對人體的傷害

紫外光對人體的危害主要體現(xiàn)在對人眼和皮膚的光化學(xué)紫外輻射危害和對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)紫外輻射對人體的危害不僅受到照射時間的影響，另外不同波長紫外光的危害權(quán)重也是不同的。式(1)為光源的有效積分光譜輻照度ES計算式，在輻射不超過8小時的情況下，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——波長帶寬，單位為nm；

t——輻射持續(xù)時間，單位為s。

1.2 眼睛的近紫外輻射

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

(2)

EUVA≤10(W·m-2) (t≥1000s)

(3)

2 紫外線油煙機的介紹

將紫外線用于凈化油煙是近年來新出現(xiàn)的技術(shù)，它是通過紫外線將空氣中的氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧，利用臭氧的強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)，讓油煙機的風(fēng)機葉輪和通風(fēng)管道上沒有油垢的堆積，實現(xiàn)無煙垢的排放。

該類油煙機在凈化油煙方面具有很好的效果，對于一定濃度的油煙，它的排放凈化率通常可達97%[2]。但是由于受到通風(fēng)的影響，使得油煙機的構(gòu)造一般都采用格柵來擋光透風(fēng)，如圖1所示。同時，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 油煙機的擋光格柵Fig.1 Cooker hood’s light shield

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

3 紫外線油煙機的光生物安全測試

為了對紫外線油煙機進行安全分析及評價，本文用光生物安全測試系統(tǒng)Bentham對市場上家用的112W紫外光源的紫外線油煙機和同樣應(yīng)用于餐飲業(yè)的大功率200W紫外光源進行了相應(yīng)的紫外安全測試，測試都是在它們正常工作情況下進行的。根據(jù)標準IEC 62471—2006，本文對油煙機的測試距離定為200mm(探頭到擋光格柵的出光口面的距離)[3]。

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

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

圖5 200W紫外光源測試結(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的紫外線汞燈對眼睛和皮膚的光化學(xué)危害的光照度E和時間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間的限定關(guān)系式如下：

(6)

通過式(5)、式(6)可以清楚的知道該紫外線油煙機對人的眼睛和皮膚的光化學(xué)危害要遠遠大于對眼睛的近紫外危害，因為在315nm～400nm內(nèi)的光譜輻照度很小。這些危害主要由透過擋光板的光的多少和光的照射時間決定，但是由于它的應(yīng)用場所，所以最好的辦法就是通過減少擋板透光率或通過其他方式來減少光照射到人體來減少紫外線輻射對人體的危害。

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

=15342.5(J·m-2)

(7)

(8)

通過式(5)、式(6)、式(7)、式(8)可以推算出對于112W和200W兩款紫外線脫排油煙機所對應(yīng)的光照度和曝輻時間的限值關(guān)系。同時也可以推斷出其他紫外線光源對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

本文通過對紫外線油煙機進行光生物安全測試和分析，發(fā)現(xiàn)到紫外線在很好的分解油煙的同時，如果對紫外光處理不好還會帶來人體的危害。通過對112W和200W的紫外光源的測試，并對結(jié)果結(jié)合標準IEC 62471—2006進行分析得到，兩種規(guī)格的紫外光源的光化紫外危害都達到了中度危險，而近紫外危害是處于無危險類之中。

另外，紫外危害和光照度大小還與接觸時間有一定的關(guān)系。如果要減小危害，對于油煙機來說，最好的辦法就是通過改進設(shè)計方法減少從擋光板透出來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)測量及評價方法//走近CIE 26th——中國照明學(xué)會(2005)學(xué)術(shù)年會論文集[C].北京：中國照明學(xué)會，2005:90-93.

[2] 趙志喜.家用油煙機的發(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.