面向环保型家用吸油烟机的油烟净化效率检测方法研究

李岳洪 岳鸿宇 陈启彩 邢 军

（威凯检测技术有限公司 广州 510663）

引言

家庭厨房烹饪油烟产生的大气污染，与中国传统饮食中煎、炸、炒、烤等多种烹饪方式息息相关。据有关科学研究发现，烹调家庭厨房油烟中PM2.5占PM10的80 %以上，PM10占总悬浮颗粒物的90 %以上。厨房家庭厨房油烟排放成分影响因素众多，不同食材、不同加热温度、不同油品种类，甚至不同烹调方式等都对挥发性有机化合物（VOCs）的成分有影响。家庭烹饪油烟作为城市细颗粒物及挥发性有机化合物的重要来源，也是导致雾霾和PM2.5的主要原因之一[1]。由于家庭烹饪油烟量较大、易分散等特点，因此采取有效的家庭厨房油烟排放措施对保护环境、减少大气污染具有重要的意义。

随着人们对生活质量要求的日益提高，人们的健康环保观念得到不断深化，拥有一个健康生活环境越来越受到人们的重视。家用吸油烟机作为用于厨房排除油烟的家用电器产品，将烹饪过程中产生的对人体有害的油烟迅速抽走直接排出室外，虽净化了室内环境，但无疑对室外的大气环境造成了不小的污染，这样也不利于国家积极推行节能环保发展政策。只有通过油烟污染物减排来改善环境，才能真正做到减少污染物对环境和人体健康的影响。

国家及省市生态环境管理部门早已关注到餐饮行业产生的烹饪油烟污染危害，并出台了排放标准及管理措施。GB 18483-2001《饮食业油烟排放标准（试行）》是我国唯一现行有效的关于油烟方面的国家标准，在国家标准基础上，随后也出台了一些地方标准。但目前不论国家还是地方，都还未对家庭厨房油烟排放提出控制要求，市面上的家用吸油烟机主要也是依靠滤网拦截家庭厨房油烟，尚缺乏对家庭厨房油烟的有效净化，因此需要加装油烟污染物净化设备或使用具有油烟净化的吸油烟机产品。近几年，越来越多吸油烟机企业也纷纷加入到这种油烟净化功能的环保型家用吸油烟机产品的研发和生产队伍。

本文依据T/GZAEPI 001-2018《环保型家用吸油烟机》[11]团体标准，并基于本标准提出的油烟净化效率检测方法，搭建了油烟净化效率实验室检测系统，通过测试数据对比和分析，验证了本标准检测方法具有可操作性及检测结果可重复性。通过开展标准方法预期研究，提出检测方法合理改进建议，为后续开展环保型家用吸油烟机检测认证具有非常重要的现实意义。

1 市场上典型结构的家用吸油烟机产品

中国家庭吸油烟机由薄型机，到深型机，再到侧吸烟机，进而发展为集成灶或者环保灶产品，吸油烟机正逐渐迈向中高端化方向发展，主要体现在大吸力、速排、低能耗，绿色环保、智能化等特点。目前国内家用吸油烟机产品典型结构主要为中式（深型）、塔型（欧式）、侧吸式等典型结构，如表1所示。

表1 典型结构类型

吸油烟机通过电能驱动电机，使风轮高速运转，并且在炉灶上方一定的空间内形成负压区域，将室内的厨房油烟吸入吸油烟机内部，经过滤网等装置进行第一次油烟分离，然后进入吸油烟机风道内部，通过涡轮旋转对油烟进行第二次油烟分离，使油雾凝集成油滴，并通过内部油路收集到油杯内，最后达到将净化后的烟气通过排气管排出室外目的。目前市场上吸油烟机在结构上，集油一般以普通网格、冷凝板、过滤网为主，但随着吸油烟机的更新换代，部分吸油烟机在功能已陆续出现蒸汽自清洗、甚至搭载空气净化等功能，如表2所示。例如蒸汽自清洗可以通过高温加热溶解残留油污，又如搭载空气净化滤芯可以过滤掉空气中的细小颗粒。从绿色环保角度来看，带有除油滤油结构或油烟净化功能的吸油烟机可在油烟排出之前先对油烟进行过滤、净化，这样排出的气体所带的油烟较少，可以减少排出的气体对环境的污染。

表2 典型结构类型

2 家用吸油烟机油烟净化效率检测方法

2.1 检测依据和方法

本文基于GB 18483-2001《饮食业油烟排放标准（试行）》标准基础，主要研究T/GZAEPI 001-2018《环保型家用吸油烟机》[11]标准所引入的吸油烟机油烟净化效率指标，具体包括油烟排放浓度、油烟去除效率、油脂回收效率的检测方法，通过吸油烟机的油烟去除效率和油脂回收效率，评估吸油烟机的环保性能。

2.2 检测指标和数学模型

2.2.1 油烟排放浓度

油烟排放浓度可以反映一定空间范围内油烟污染的情况。本文研究的标准采用金属滤筒吸收和红外分光光度法测定油烟排放浓度，即用等速采样法抽取油烟排气管道内的气体，使油烟被吸附到油烟雾采集头内，并将收集油烟的采集滤芯放置在带盖的聚四氟乙烯套筒里，然后再用四氯化碳做溶剂进行超声清洗，最后移入比色管中进行定容，利用红外分光光度法达到测定油烟含量的目的。油烟排放浓度计算方法见公式（1）：

式中：

C排—油烟排放浓度，mg/m3；

C溶液—滤筒清洗液的油烟浓度，mg/L；

V—滤筒清洗液的稀释定容体积，mL；

V0—标准状态下干气体采样体积，m3，其采样系统技术指标和计算方法可参考GB/T 16157-1996。

2.2.2 油烟净化效率（油烟去除效率、油脂回收效率）

油烟净化效率由油烟去除效率和油脂回收效率两个指标衡量。其中，油烟去除效率指油烟经过吸油烟机处理后，被去除的油烟质量与进入的油烟量的百分比。计算方法见公式（2）：

式中：

P去除—吸油烟机的油烟去除效率，%；

m油烟—进入吸油烟机的油烟质量，mg；

C排—排风口的油烟排放浓度，mg/m3；

Q排—排风口的排风量，m3/h；

T—吸油烟机在高风档位的运行时间，h。

油脂回收效率指经过吸油烟机处理后，回流到集油盒中油脂的质量占整个测试过程中滴入油烟发生器中油脂的质量所占的百分比。计算方法见公式（3）：

式中：

P回收—吸油烟机的油脂回收效率，%；

m滴加—测试中滴入油烟发生器油脂质量，g；

m回收—回流到吸油烟机集油盒的油脂质量，g。

3 油烟净化效率实验室检测系统搭建

3.1 油烟净化效率检测系统构成

依据T/GZAEPI 001-2018《环保型家用吸油烟机》搭建家用吸油烟机油烟净化效率实验室检测系统，系统主要由灶台、温控加热系统、试验锅、滴液系统、模拟橱柜、垂直采样管道、废气处理系统等组成，具体构成如图1所示。

图1 油烟净化效率检测系统示意图

3.2 油烟净化效率检测系统实物平台

如图2所示，油烟净化效率检测系统的试验环境满足GB/T 17713-2011[7]附录F 密封要求的模拟厨房，吸油烟机和两侧的橱柜采用定制挂架安装方式，在灶台正中位置安放带温控热电偶的电加热板，通过油烟机挂架调节吸油烟机和加热台面的距离，使其满足吸油烟机安装说明书中要求的最低安装高度。灶台、橱柜、通风窗、散气屏、门布置按GB/T 17713-2011规定的要求进行布置。温控系统通过试验灶台上设置的功率为2 000 W温控电加热板为试验锅加热，使试验过程中锅底温度始终保持在（290±10） ℃。滴液系统用于定时、定量向电炉上加热至（290±10） ℃的轻质试验锅内滴加室温蒸馏水和试验油，滴水和滴油管道并列放置且滴头与锅底的距离为（225±25） mm，保证总量为69 mL的室温蒸馏水和试验油在（30 min±15）s内匀速滴完。通过触摸屏设置滴油和滴水的速度，使其在单位时间流出的试验油和蒸馏水的体积为1:1。使用业内标准油烟采集系统，配合专业油烟采集枪进行测试过程中的油烟采集。系统可以依据设定参数实现自动化测试。油烟浓度分析系统使用3012型自动烟尘测试仪，仪器应用皮托管平行等速采样法采集固定污染源排气中的颗粒物。

图2 模拟厨房油烟检测平台和油烟浓度分析系统

4 测试与结果分析

4.1 测试方法基本流程

油烟机油烟净化效率测试方法基本流程如图3所示。

图3 油烟机油烟净化效率测试方法基本流程

4.2 测试样机选型

结合目前吸油烟机品牌及机型市场占有和分布情况，本次试验共选取20款样机，结构类型为中式、欧式和侧吸式三种主流机型，集油以普通网格、冷凝板、过滤网为主，风量主要集中在（10～21）m3/min，油脂分离度主要集中在（80～92） %，具体参数情况如表3所示。

表3 20款吸油烟机技术参数汇总表

4.3 测试结果与数据分析

4.3.1 油烟排放浓度、油烟净化效率检测数据分析

为验证基于T/GZAEPI 001-2018 《环保型家用吸油烟机》标准检测的家庭厨房油烟平均排放浓度和油烟净化效率（油烟去除效率和油脂回收效率）情况，针对上述选型的20台样机进行摸底测试，每台样机测试三次，每次油烟采样时间持续30 min，计算求取平均值最为输出结果。

从表4测试结果可以看出，本次选取的20款样机中，产生的油烟平均排放浓度最低为4.3 mg/m3，最高则达到了12.4 mg/m3，平均水平为7.9 mg/m3，这说明不同吸油烟机排放的油烟具有较大的差异；本次测试样机中，油烟去除效率均高于标准规定的85 %的最低限值要求，其平均油烟去除效率值90.2 %；最低油脂回收效率为46.2 %，最高为57.3 %，其平均油脂截留效率为49.9 %，油脂回收效率仅7台样机高于标准的规定50 %的最低限值要求，占选样总数的35.0 %。

表4 20款吸油烟机测试结果汇总表

图4给出了不同测试样机下的油脂分离度与油烟去除效率和油脂回收效率之间的关系曲线图，由对比曲线可知，本次测试的20款机型中，发现油烟去除效率值较高于其油脂分离度值，此外，油烟去除效率、油脂回收率与油脂分离度并没有呈现明显或直接的关系。这说明油脂分离度较高的机型并不一定代表其油烟净化效率好。

图4 不同测试样机下的油脂分离度、油烟去除效率和油脂回收效率

图5给出了不同集油结构的测试样机下的油烟平均排放浓度、油烟去除效率和油脂回收效率，通过对比可知，本次测试的20款机型中，发现具有过滤网的吸油烟机机型的油烟去除效率和油脂回收效率相对较高，说明对厨房油烟净化效率较好。

图5 油烟平均排放浓度、油烟去除效率和油脂回收效率

4.3.2 检测方法可重复性验证

标准检测方法的可重复性是指在相同测量条件下，测试方法对重复使用测试提供非常相近数值的能力。通过式（4）计算实验数据标准偏差来体现，用s(x)表示。

式中：

n—独立重复实验次数，；

xj—第次试验的数据结果；

本文选择其中一款吸油烟样机在一定时间内，采用相同的测量条件下独立重复测量9次，测得9组数据如表5所示。

表5 油烟去除效率、油脂回收效率测试结果

由表5的测试数据，求得油烟去除效率和油脂回收效率的平均值分别为87.80 %和46.39 %，其对应的标准偏差分别为0.011 1和0.009 2。

4.4 测试方法改进建议

4.4.1 油脂回收效率与滴油稳定时间研究

T/GZAEPI 001-2018《环保型家用吸油烟机》标准要求“待集油盒上方无油滴落下时，移走集油盒并清理干净，此时，吸油烟机达到稳定状态。” 判定的依据是“无油滴下落，以试验结束后吸油烟机关机30 min 为限，之后滴下的油滴忽略。”标准判定为无油滴是以关机后的30 min为限，实际上油烟机内部腔体和油网上还可能存在较多的残留油脂，并没有被收集到油杯里，如图6所示。

图6 吸油烟机集油装置上的残留油脂

为了验证油脂回收效率与滴油稳定时间的关系，如图7给出了其中一款吸油烟机油脂回收效率与滴油稳定时间关系曲线图。

图7 油脂回收效率与滴油稳定时间关系

从图7中可以看出，通过油脂回收率试验来分析研究油脂回收率与油烟机滴油稳定时间（30 min、40 min、50 min、60 min、70 min、80 min、90 min等的关系），通过测试数据结果及曲线关系图分析，标准规定的30 min滴油稳定时间实际样品上一般很难达到真正稳定状态，因为样机的滤网结构、大小、油杯结构、冷凝板结构等不同，不同样机滴油稳定时间差异比较大，从油脂回收量与滴油稳定时间关系曲线图，可以看出30～60 min内的油脂回收率还有较大的增加。这说明油烟机上冷凝下来的油脂并不会轻易都流到油杯内，而会聚集在滤网或冷凝板甚至油烟机腔内内壳上，对于标准定义的油脂回收率只计算在油杯内的，会导致油脂回收率计算结果偏低。因此，建议增加油烟机滴油稳定的测试时间，可以提高测试结果的准确性。

4.4.2 标准检测方法模型改进建议

如图8给出了模拟家庭厨房吸油烟机测试工况，从实际测试可以看出，不同吸油烟机的入口结构和形状不同，导致产生的油烟在吸油烟机入口的密度和流量分布不均匀，由于吸油烟机进风口的非均匀性，很难做到保证产生的油烟全部进入吸油烟机。此外，还有未进入油烟机存在于室内空气中逃逸的油烟量，以及在滴定产生油烟过程中溅射到实验台上的油烟量，另外也不排除油烟机本身结构排气管密封性不良的因素的影响等等，这些所有影响因素在标准中对油烟机稳定性的判定难以精准控制，检测结果具有一定的误差。

图8 家用吸油烟机测试工况状态

本标准检测方法模型考虑的产生的滴定产生的油烟量与锅底残留的油烟量差值量都算到进入吸油烟机的油烟量，暂无考虑滴定过程溅射出来的油烟量及产生的油烟滞留在厨房空气中的逃逸油烟量，因此吸油烟机不可能完全把产生的油烟全部吸入到油烟机里，从而导致油烟计算时比油烟机实际吸入的油烟量偏大，油烟去除效率比实际值偏大。

为此，本文笔者通过实测和理论分析，提出了一种模拟家庭厨房环境下的家用吸油烟机油烟流体模型，如图9所示。本系统模型试验滴定产生的油脂量包含了吸油烟机进入油烟量、滴定飞溅的油脂量和油烟逃逸量，通过改善滴定系统和精准控制来减小滴定飞溅的油脂量，以保证产生的油烟量进入吸油烟机，同时需要尽量减少油烟逃逸量。通过采用质量守恒的称重法，对于排放到大气的油烟量可以采用高效过滤网装置使用称重法测量排放的油烟量，附着机体上的油脂量也可以通过称重法测量，可以提高检测方法的准确性。

图9 家用吸油烟机油烟流体模型

5 结论

笔者通过研究环保型家用吸油烟机标准检测方法，搭建环保型家用吸油烟机试验测试系统，对选取的20款吸油烟机样机，完成了家用吸油烟机的油烟平均排放浓度和油烟净化效率（油烟去除效率、油脂回收效率）关键指标的测试研究，验证了本标准检测方法的可操作性和检测结果的可重复性。最后通过本标准测试方法的研究，提出了一些方法上的改进建议，比如增加油烟机滴油稳定的判定时间提高油脂回收效率测试结果的准确性，采用高效过滤网装置测量烟管排出来的油烟量，采用质量守恒的称重方法等等。本文的研究成果可以为实施家庭厨房油烟减排与环境效益预期课题研究提供参考价值，促进家用吸油烟机产业向绿色环保转型升级，同时也为开展环保型家用吸油烟机检测认证提供参考价值。