吸油烟机滤网结构集排油烟性能实验研究

王珑 曹昌盛 孟永哲 艾希顺 盖其高 高军*

1 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司

2 同济大学机械与能源工程学院

3 青岛海尔智慧厨房电器有限公司

0 引言

住宅厨房烹饪过程散发大量污染物，成为影响室内空气品质的重要因素[1]。大量流行病学和毒理学研究表明，烹饪过程散发的油烟会给人体带来显著的健康风险[2-7]。吸油烟机作为一种有效的局部通风装置得到广泛应用，以有效控制烹饪污染。围绕吸油烟机捕集性能提升，已开展了大量的吸油烟机流体动力学性能研究[8-12]。针对吸油烟机捕集性能评价，国内外相关标准采用气味降低度指标进行评价[13-14]。但气味降低度指标存在2 点问题：基于全面通风的原理性缺陷及测试条件偏离实际场景。

本文从人员呼吸区油烟暴露过程的实验研究出发，拟解释吸油烟机滤网结构对油烟颗粒浓度暴露值的影响，评价吸油烟机不同滤网结构的集排油烟性能。

1 实验系统与测试方法

图1 是吸油烟机集排油烟性能研究实验厨房（3.5 m×1.8 m×2.4 m）搭建在一个大的实验室空间内，外窗朝南，门朝向大空间实验室，且与外窗相对，与住宅厨房实际通风条件基本相似。实验系统包括：不同滤网结构的吸油烟机2 台（A 为凹形滤网结构、T 为凸形滤网结构，见图2），电磁炉1 台，加热锅1 个。一套新风送风系统（下一步的研究工作使用）。实验中所采用的测试仪器主要有：TSI-8533 型DUSKTRAK 气溶胶监测仪，可同时测量不同粒径段粒子的质量浓度，分别对应PM1.0，PM2.5，可吸入颗粒物，PM10 和总PM（＜15 μm），采样流量3.0 L/min，测量粒径范围为0.1～15 μm，浓度范围为0.001～150 mg/m3。KA23 数字式风速仪，量程0～50 m/s，测试精度0.01 m/s。Pt100 热电阻（测量油温）及Fluke Hydra 便携式数据采集器。JA51001 电子天平，量程0～5100 g，测试精度0.1 g。考虑到室外进风的干扰及厨房补风的需求，实验在开门关窗的补风条件下进行，采用数字式风速仪依次测量了此条件下两种吸油烟机的3 档排风量，测试结果见表1。发现两种吸油烟机对应档位的排风量差异很小。

图1 吸油烟机集排油烟性能研究实验厨房

图2 不同滤网结构的吸油烟机

表1 两种吸油烟机的各档排风量（m3/h）

因烹饪过程的多样性和复杂性，油烟颗粒散发量的稳定性难以控制，本研究采用静态食用油加热的方法以实现相对稳定的油烟散发过程，确保每组实验过程油烟颗粒散发量无显著差异。每组实验采用电磁炉恒定档位加热50 g 金龙鱼大豆油，加热时间为5 min。图3 为6 组实验的油温变化监测曲线。可以看出，6 组实验过程油温变化一致性较好，表明每组实验中油烟颗粒散发量无显著差异。

图3 6 组实验油温变化监测曲线

实验采用TSI-8533 型DUSKTRAK 气溶胶监测仪，分别监测两种吸油烟机3 档风量下的静态油加热过程中人体呼吸区油烟颗粒浓度变化。呼吸区油烟颗粒浓度监测点距吸油烟机前侧中心0.05 m，距地面1.5 m，如图1 所示。实验流程：先开启门窗及抽油烟机（调至高速档）通风20 min，使厨房内的油烟颗粒浓度降至较低值。然后采用TSI 气溶胶监测仪连续监测11 min，期间包括1 min 的背景浓度测试，5 min 的油加热过程（1 min 开始加热，6 min 停止加热）。TSI 气溶胶监测仪测试间隔为10 s。每个工况进行5 次实验。

2 实验结果与分析

2.1 高档风量

图4 为两种吸油烟机高档风量下人体呼吸区PM2.5、PM10 油烟颗粒平均浓度变化情况。0～60 s 为厨房内的背景浓度，60～360 s 为油加热过程的浓度上升过程，360～660 s 为加热结束后油烟颗粒的浓度衰减过程。可以看出，T 吸油烟机的呼吸区PM2.5、PM10 油烟颗粒浓度显著大于A 吸油烟机。A 高档风量运行条件下，PM2.5、PM10 的峰值浓度分别为0.199 mg/m3、0.205 mg/m3。T 高档风量运行条件下，PM2.5、PM10 的峰值浓度分别为0.422 mg/m3、0.432 mg/m3，分别为A的2.12、2.11 倍。监测结束时，T 条件下呼吸区PM2.5、PM10 油烟颗粒浓度仍高于A 条件下的相应浓度。另外，可以发现同一烟机运行条件下PM2.5、PM10 浓度差异很小，表明静态油加热过程油烟颗粒粒径分布主要集中在2.5 μm 以下。

图4 两种吸油烟机高档风量下呼吸区油烟颗粒浓度变化

2.2 中档风量

图5 为A、T 两种吸油烟机中档风量下人体呼吸区PM2.5、PM10 油烟颗粒平均浓度变化情况。可以看出，T 吸油烟机的呼吸区PM2.5、PM10 油烟颗粒浓度显著大于A 吸油烟机。A 中档风量运行条件下，PM2.5、PM10的峰值浓度分别为0.240 mg/m3、0.248 mg/m3。T 中档风量运行条件下，PM2.5、PM10 的峰值浓度分别为0.469 mg/m3、0.479 mg/m3，分别为A的1.95、1.93 倍。监测结束时，T 条件下呼吸区PM2.5、PM10 油烟颗粒浓度仍高于A 条件下的相应浓度。

图5 两种吸油烟机中档风量下呼吸区油烟颗粒浓度变化

2.3 低档风量

图6 为A、T 两种吸油烟机低档风量下人体呼吸区PM2.5、PM10 油烟颗粒平均浓度变化情况。可以看出，T 吸油烟机的呼吸区PM2.5、PM10 油烟颗粒浓度显著大于A 吸油烟机。A 低档风量运行条件下，PM2.5、PM10的峰值浓度分别为0.150 mg/m3、0.154 mg/m3。T 低档风量运行条件下，PM2.5、PM10 的峰值浓度分别为0.547 mg/m3、0.550 mg/m3，分别为A的3.65、3.57 倍。监测结束时，T 条件下呼吸区PM2.5、PM10 油烟颗粒浓度仍高于A 条件下的相应浓度。

图6 两种吸油烟机低档风量下呼吸区油烟颗粒浓度变化

3 结论

综合以上实验结果，T 凸形滤网结构吸油烟机呼吸区油烟颗粒浓度显著高于A 凹形滤网结构吸油烟机的相应浓度，大约为1.9～3.6 倍。同时测试发现，两种吸油烟机对应档位运行条件下的排风量无明显差异。可以推断，不同滤网结构产生了吸油烟机集排油烟性能差异，进而导致了人体呼吸区油烟颗粒暴露浓度的显著差异。A 凹形滤网结构吸油烟机设计具有一定深型集烟腔的拢烟作用，可有效提升吸油烟机集排油烟性能，较好地控制油烟外溢。