家庭抽油煙機的油煙凈化技術

田連輝

（廣東康美風通風設備有限公司，惠州 511500）

2013年，中國科學院發(fā)布“大氣灰霾追因與控制”的專項研究。該研究結果表明，餐飲油煙排放、機車排放以及采暖排污等逐漸成為北京市強霾污染的主要污染源[1]。家庭烹飪油煙量大、面積范圍廣且高度分散。控制家庭油煙排放可保護大氣環(huán)境，減少城市霧霾?，F(xiàn)階段我國家庭廚房的抽油煙機只是將廚房污染物轉移至室外，利用葉輪旋轉產生的離心力，使大顆粒油煙和水滴分離，但無法處理細顆粒物和揮發(fā)性有機化合物。因此，需要提高抽油煙機凈化技術水平，確保人們的生活質量[2]。

1 家庭廚房油煙

1.1 油煙產生過程

我國傳統(tǒng)飲食講究色香味俱全，其中炒、炸、烤等烹飪技術應用較多，而食物烹飪過程將產生大量油煙?，F(xiàn)今，人們的飲食水平不斷提升，餐飲業(yè)發(fā)展迅速，油煙污染問題得到了社會的重點關注[3]。家庭烹飪具有油煙量大、面積范圍廣以及高度分散的特征，增加了油煙治理管控難度。廚房油煙主要是指食物烹飪過程中揮發(fā)的油脂、有機質以及熱氧化與熱裂解的產物。家庭烹飪時溫度逐步升高，油脂分解速度逐步加快，食品內部含有的水分急劇汽化膨脹，冷凝成霧和油煙共同形成油煙霧。高溫下，揮發(fā)物、食用油、食品的分解物和各種反應產物混合在一起形成油煙，同時伴隨著刺激性氣味。

1.2 家庭廚房油煙成分

廚房油煙主要由細顆粒物、可沉降顆粒物以及揮發(fā)性有機物等構成。從形態(tài)組成方面來看，油煙主要是由顆粒物和氣態(tài)污染物構成。顆粒物分為固態(tài)顆粒和液態(tài)顆粒兩種。家庭廚房油煙中的化學成分有20多種，包括油脂、顆粒物、烴類、醛酮類、醇類、酯類以及一些雜環(huán)類化合物等。烴類污染物的主要成分是烷烴和烯烴。醛酮類污染物的主要成分是甲醛、乙醛以及丙酮等。

1.3 廚房油煙危害

1.3.1 對周圍環(huán)境的危害

家庭烹飪油煙是細顆粒物和揮發(fā)性有機化合物的重要來源，是導致強霾污染的關鍵性因素。廚房油煙的揮發(fā)性有機物與環(huán)境中的氮氧化物發(fā)生反應，可加速二次顆粒物的形成。油煙污染物的排放會直接影響大氣能見度。油煙通過排煙管道排出，上升過程中會與周圍的冷空氣換熱，向四周逐步擴散，與空氣中懸浮的顆粒物和其他有害氣體結合，經由紫外線的照射產生大量羥基自由基和臭氧，繼而產生光化學煙霧污染。油煙產生的污染物大面積飄散在空氣，受到氣體分子間力的作用表現(xiàn)出一定的黏性，導致空氣中油煙氣凝聚物數(shù)量逐步增加，甚至部分油煙會附著在建筑物的表面，影響建筑物的美觀性，大大增加了火災等安全事故的發(fā)生概率，給人們的日常生活帶來了極大的安全隱患。

1.3.2 對身體健康的危害

大量研究結果表明，長期性吸入油煙有損人體器官，易使人們患呼吸系統(tǒng)疾病，大大增加了患癌風險。

第一，呼吸系統(tǒng)疾病。人體呼吸道長時間受到廚房油煙的刺激，會出現(xiàn)疲乏無力、精神不佳以及食欲減退等情況，導致人體出現(xiàn)心煩和嗜睡等癥狀，也被稱為“油煙綜合征”。食用油加熱至150 ℃會產生丙烯醛等揮發(fā)性物質，有著強烈的辛辣味，會對人的鼻子、眼睛以及黏膜細胞帶來極大損傷。倘若未能妥善防護，將會誘發(fā)鼻炎、咽喉炎等疾病，大大增加了患哮喘和肺癌的概率。

第二，致癌性和遺傳毒性。廚房油煙還會產生致癌物苯并芘，主要產生于高溫處理過的食物和被污染的環(huán)境。苯并芘的存在會損傷人體細胞染色體，長期吸入會誘發(fā)人們肺腑組織癌變、基因突變以及染色體損傷等。

第三，肝臟損傷。廚房烹調油煙成分大多是脂溶性物質，經由呼吸道后進入血液循環(huán)至人體內的肝組織。有害物質參與肝臟代謝活動后將會產生肝毒性物質，給肝臟造成極大的損傷。

2 家庭抽油煙機的油煙凈化技術分析

2.1 油煙凈化技術優(yōu)化設計

家庭抽油煙機油煙凈化技術的優(yōu)化能夠保障人們的生活質量。研究表明，對環(huán)吸控煙技術、風機性能優(yōu)化技術、顆粒物多級凈化技術以及揮發(fā)性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）凈化技術進行優(yōu)化，可大大提高抽煙機的凈化效果。

2.1.1 環(huán)吸控煙技術優(yōu)化

傳統(tǒng)油煙機凈化技術主要依靠集煙腔的緩沖實現(xiàn)控煙，但無法全面控制爆炒階段產生的大流量油煙，會出現(xiàn)家庭烹飪油煙污染物在室內大面積聚集的情況。結合油煙與大氣耦合的運動特征，將抽油煙機進風口擴壓，引入一塊中間高、周邊低的擴壓引流控煙板，可有效改善抽油煙機下側和邊緣的壓力程度。

2.1.2 風機性能技術優(yōu)化

風機系統(tǒng)是抽油煙機運行的核心動力系統(tǒng)，系統(tǒng)結構及仿真如圖1所示。現(xiàn)階段應用的抽油煙機風機主要是離心風機，運行過程中會產生噪聲。為了提高風機的降噪水平，可利用流體機械原理“速度三角形”，借助計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）優(yōu)化風機系統(tǒng)的進風結構。應用雙向傾斜的蝸舌，確保應用裝置傾斜曲面分布，滿足雙進風葉輪氣流速度的需求，利用蝸舌運行產生的噪聲源抵消風機運行的原噪聲。

圖1 風機系統(tǒng)結構及仿真

開發(fā)風機葉輪能有效降低噪聲，優(yōu)化風機性能，如圖2所示。葉片出口端設置波浪形鋸齒狀結構，能改善葉片尾緣尾跡脫落的區(qū)域，有效降低脫落渦對尾跡流動的影響。通過限制鋸齒的高度和寬度降低風機的噪聲，可減少鋸齒對風機壓力和風量的影響。

圖2 風機低噪高效葉輪設計

2.1.3 顆粒物多級凈化技術優(yōu)化

家庭烹飪油煙中的顆粒物成分復雜，粒徑分布廣泛，單一化的油煙凈化技術無法獲得高效率的凈化效果，需要借助高質量的油煙顆粒物多級凈化技術進行油煙凈化。傳統(tǒng)抽油煙機的油煙顆粒物過濾主要是由前端油網冷凝吸附和葉輪離心過濾實現(xiàn)，無法徹底處理油煙顆粒物?，F(xiàn)階段的家庭抽油煙機主要是在進風口區(qū)域設置油網，使大部分氣流從靠近進風口的中部通過，大大提高了油網的中部負壓水平。家庭烹飪產生的油煙在負壓較低區(qū)域，無法有效過濾家庭烹飪產生的油煙，需要設置多個葉片。每一個葉片需要沿著邊框的寬度方向，平穩(wěn)均勻地過濾油網的油煙氣流，大大提高油煙的過濾效率。

2.1.4 VOCs凈化技術優(yōu)化

活性炭吸附手段是VOCs凈化技術常應用的凈化措施。家用抽油煙機后端受到安裝空間和煙管截面小等因素影響，需將煙管內的平均氣流速度控制在10 m·s-1。較大的氣流速度會增大油煙過濾阻力，也會影響活性炭本身的吸附效果，大大降低VOCs凈化效果。所以，需要合理降低氣流速度，最大限度地提高活性炭的吸附凈化效率。家庭抽煙機設計一款放置于廚房吊頂內部的凈化箱體，凈化箱體一端需要與抽油煙機后端出風煙管相連接，另一層與公共煙道相連接。在凈化箱的內部需要放置一層或是多層的活性炭濾網和濾料。抽油煙機排出的廢氣經過箱體的前半段擴散后，均勻進入凈化箱體中端進行活性炭過濾吸附，進而完成烹飪油煙的凈化工作。

2.2 家用抽油煙機整體性能設計測試

2.2.1 油煙凈化效率

將各項優(yōu)化技術設計應用于家庭式抽油煙機，使其具備極佳的油煙凈化效果和VOCs凈化效果[4]。以《飲食業(yè)油煙排放標準》（GB 18483—2001）為基礎，利用自動煙塵（氣）測試儀和紅外測油儀，進行家用抽油煙機油煙凈化效率的測量工作。開展2組測量工作，每組開展5次采樣，測量采樣平均值如表1所示。

表1 油煙檢測結果

2.2.2 VOCs凈化效率

以《固定污染源廢氣總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定氣相色譜法》（HJ 38—2017）為基礎，利用氣相色譜法進行VOCs凈化效率的測量工作。開展1組測量工作，共采樣3次，測量采樣平均值如表2所示。

表2 VOCs采樣檢測結果

2.3 家庭油煙污染防治策略

需要充分利用媒體力量，做好廚房油煙污染危害與防治工作，強化家庭廚房油煙污染治理環(huán)保意識水平，逐步改善當代人們的烹飪習慣和飲食習慣，減少烹調油的使用量，有效改善空氣質量[5]。

3 結語

家庭烹飪過程產生的油煙蘊含大量的有害氣體和顆粒物，給生態(tài)環(huán)境和人們身體造成了極大危害。開發(fā)家庭抽油煙機的油煙凈化技術，全面提高家庭抽油煙機的排油效率，能有效保護我國的大氣環(huán)境，做好我國家庭油煙污染防治工作。