吸油煙機濾網結構集排油煙性能實驗研究

王瓏 曹昌盛 孟永哲 艾希順 蓋其高 高軍*

1 同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司

2 同濟大學機械與能源工程學院

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大量污染物，成為影響室內空氣品質的重要因素[1]。大量流行病學和毒理學研究表明，烹飪過程散發的油煙會給人體帶來顯著的健康風險[2-7]。吸油煙機作為一種有效的局部通風裝置得到廣泛應用，以有效控制烹飪污染。圍繞吸油煙機捕集性能提升，已開展了大量的吸油煙機流體動力學性能研究[8-12]。針對吸油煙機捕集性能評價，國內外相關標準采用氣味降低度指標進行評價[13-14]。但氣味降低度指標存在2 點問題：基于全面通風的原理性缺陷及測試條件偏離實際場景。

本文從人員呼吸區油煙暴露過程的實驗研究出發，擬解釋吸油煙機濾網結構對油煙顆粒濃度暴露值的影響，評價吸油煙機不同濾網結構的集排油煙性能。

1 實驗系統與測試方法

圖1 是吸油煙機集排油煙性能研究實驗廚房（3.5 m×1.8 m×2.4 m）搭建在一個大的實驗室空間內，外窗朝南，門朝向大空間實驗室，且與外窗相對，與住宅廚房實際通風條件基本相似。實驗系統包括：不同濾網結構的吸油煙機2 臺（A 為凹形濾網結構、T 為凸形濾網結構，見圖2），電磁爐1 臺，加熱鍋1 個。一套新風送風系統（下一步的研究工作使用）。實驗中所采用的測試儀器主要有：TSI-8533 型DUSKTRAK 氣溶膠監測儀，可同時測量不同粒徑段粒子的質量濃度，分別對應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 數字式風速儀，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 便攜式數據采集器。JA51001 電子天平，量程0～5100 g，測試精度0.1 g。考慮到室外進風的干擾及廚房補風的需求，實驗在開門關窗的補風條件下進行，采用數字式風速儀依次測量了此條件下兩種吸油煙機的3 檔排風量，測試結果見表1。發現兩種吸油煙機對應檔位的排風量差異很小。

圖1 吸油煙機集排油煙性能研究實驗廚房

圖2 不同濾網結構的吸油煙機

表1 兩種吸油煙機的各檔排風量（m3/h）

因烹飪過程的多樣性和復雜性，油煙顆粒散發量的穩定性難以控制，本研究采用靜態食用油加熱的方法以實現相對穩定的油煙散發過程，確保每組實驗過程油煙顆粒散發量無顯著差異。每組實驗采用電磁爐恒定檔位加熱50 g 金龍魚大豆油，加熱時間為5 min。圖3 為6 組實驗的油溫變化監測曲線。可以看出，6 組實驗過程油溫變化一致性較好，表明每組實驗中油煙顆粒散發量無顯著差異。

圖3 6 組實驗油溫變化監測曲線

實驗采用TSI-8533 型DUSKTRAK 氣溶膠監測儀，分別監測兩種吸油煙機3 檔風量下的靜態油加熱過程中人體呼吸區油煙顆粒濃度變化。呼吸區油煙顆粒濃度監測點距吸油煙機前側中心0.05 m，距地面1.5 m，如圖1 所示。實驗流程：先開啟門窗及抽油煙機（調至高速檔）通風20 min，使廚房內的油煙顆粒濃度降至較低值。然后采用TSI 氣溶膠監測儀連續監測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 氣溶膠監測儀測試間隔為10 s。每個工況進行5 次實驗。

2 實驗結果與分析

2.1 高檔風量

圖4 為兩種吸油煙機高檔風量下人體呼吸區PM2.5、PM10 油煙顆粒平均濃度變化情況。0～60 s 為廚房內的背景濃度，60～360 s 為油加熱過程的濃度上升過程，360～660 s 為加熱結束后油煙顆粒的濃度衰減過程。可以看出，T 吸油煙機的呼吸區PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度顯著大于A 吸油煙機。A 高檔風量運行條件下，PM2.5、PM10 的峰值濃度分別為0.199 mg/m3、0.205 mg/m3。T 高檔風量運行條件下，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。監測結束時，T 條件下呼吸區PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度仍高于A 條件下的相應濃度。另外，可以發現同一煙機運行條件下PM2.5、PM10 濃度差異很小，表明靜態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 兩種吸油煙機高檔風量下呼吸區油煙顆粒濃度變化

2.2 中檔風量

圖5 為A、T 兩種吸油煙機中檔風量下人體呼吸區PM2.5、PM10 油煙顆粒平均濃度變化情況。可以看出，T 吸油煙機的呼吸區PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度顯著大于A 吸油煙機。A 中檔風量運行條件下，PM2.5、PM10的峰值濃度分別為0.240 mg/m3、0.248 mg/m3。T 中檔風量運行條件下，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。監測結束時，T 條件下呼吸區PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度仍高于A 條件下的相應濃度。

圖5 兩種吸油煙機中檔風量下呼吸區油煙顆粒濃度變化

2.3 低檔風量

圖6 為A、T 兩種吸油煙機低檔風量下人體呼吸區PM2.5、PM10 油煙顆粒平均濃度變化情況。可以看出，T 吸油煙機的呼吸區PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度顯著大于A 吸油煙機。A 低檔風量運行條件下，PM2.5、PM10的峰值濃度分別為0.150 mg/m3、0.154 mg/m3。T 低檔風量運行條件下，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。監測結束時，T 條件下呼吸區PM2.5、PM10 油煙顆粒濃度仍高于A 條件下的相應濃度。

圖6 兩種吸油煙機低檔風量下呼吸區油煙顆粒濃度變化

3 結論

綜合以上實驗結果，T 凸形濾網結構吸油煙機呼吸區油煙顆粒濃度顯著高于A 凹形濾網結構吸油煙機的相應濃度，大約為1.9～3.6 倍。同時測試發現，兩種吸油煙機對應檔位運行條件下的排風量無明顯差異。可以推斷，不同濾網結構產生了吸油煙機集排油煙性能差異，進而導致了人體呼吸區油煙顆粒暴露濃度的顯著差異。A 凹形濾網結構吸油煙機設計具有一定深型集煙腔的攏煙作用，可有效提升吸油煙機集排油煙性能，較好地控制油煙外溢。