吸油煙機(jī)油煙顆粒物排放濃度檢測系統(tǒng)

李宗亮　王攀　方培潘　謝軍　胡冬青　廖志祥

技術(shù)應(yīng)用

吸油煙機(jī)油煙顆粒物排放濃度檢測系統(tǒng)

李宗亮王攀方培潘謝軍胡冬青廖志祥

（廣東中認(rèn)華南檢測技術(shù)有限公司，廣東 中山 528427）

基于油煙顆粒物排放濃度檢測方法，搭建吸油煙機(jī)油煙顆粒物排放濃度檢測系統(tǒng)，分析3種典型結(jié)構(gòu)的吸油煙機(jī)油煙排放濃度數(shù)據(jù)，證明該系統(tǒng)滿足標(biāo)準(zhǔn)檢測要求。根據(jù)不同企業(yè)多種產(chǎn)品比對數(shù)據(jù)，制訂吸油煙機(jī)油煙顆粒物排放濃度技術(shù)規(guī)范，推出環(huán)保檢測認(rèn)證，引導(dǎo)吸油煙機(jī)生產(chǎn)企業(yè)提升環(huán)保產(chǎn)品開發(fā)能力，有效降低油煙污染物的排放。

吸油煙機(jī)；油煙；顆粒物排放濃度；過濾；環(huán)境保護(hù)；檢測技術(shù)

0　引言

近年來，霧霾天氣嚴(yán)重影響人們生活，空氣質(zhì)量已成為全社會關(guān)注的熱點(diǎn)問題。霧霾是由灰塵、有機(jī)碳?xì)浠衔?、硫酸、硝酸等大量極細(xì)微的干塵顆粒物形成的氣熔膠與大氣中的水汽結(jié)合形成[1]。霧霾形成主要原因有工業(yè)排放、汽車尾氣、建筑揚(yáng)塵、垃圾焚燒、廚房油煙等。

在高溫條件下烹飪時，油和原料等物質(zhì)產(chǎn)生大量熱氧化分解產(chǎn)物，它與明爐煤氣或天然氣燃燒產(chǎn)生的煙氣形成油煙污染物被吸油煙機(jī)排到室外。油煙污染物主要成分包括顆粒物、揮發(fā)性有機(jī)物等，其粒徑在0.01μm~10μm之間，具代表性的是PM2.5和PM10，可長期懸浮在空氣中，易與空氣中的其他物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)。廚房油煙在PM2.5某些組成成分上的“貢獻(xiàn)”，堪比汽車尾氣，排放形成的污染物加重了霧霾[2-4]。

因此，對油煙顆粒物排放濃度進(jìn)行檢測，建立嚴(yán)格的吸油煙機(jī)市場準(zhǔn)入制度，對保護(hù)大氣環(huán)境、減少霧霾具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文依據(jù)DB 11/T 1485—2017《餐飲業(yè)油煙顆粒物的測定手工稱重法》[5]檢測原理，搭建吸油煙機(jī)油煙顆粒物排放濃度檢測系統(tǒng)，可有效地開展環(huán)保檢測認(rèn)證研究。

1　油煙顆粒物排放濃度檢測方法

目前，吸油煙機(jī)排放濃度檢測方法并無國家標(biāo)準(zhǔn)。DB 11/T 1485—2017《餐飲業(yè)油煙顆粒物的測定手工稱重法》是最新的吸油煙機(jī)油煙顆粒物排放檢測標(biāo)準(zhǔn)。其檢測方法：采用煙道內(nèi)過濾方式，根據(jù)油煙顆粒物等速采樣原理，利用濾膜采集餐飲排放油煙中的油煙顆粒物；除去水分（自由水）后，由采樣前后濾膜的質(zhì)量差除以標(biāo)干采樣體積，計(jì)算油煙顆粒物的質(zhì)量濃度。其中煙道內(nèi)過濾方式是把油煙顆粒物采樣過濾裝置放入煙道內(nèi)；等速采樣原理是將采樣嘴正對排氣氣流，使進(jìn)入采樣嘴的氣流速度與測定點(diǎn)的排氣流速相等[6]。通過吸油煙機(jī)的油煙顆粒物排放濃度，可判斷吸油煙機(jī)的環(huán)保性能。

式中，1為采樣后濾膜的質(zhì)量（g）；0為采樣前濾膜質(zhì)量（g）；nd為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干采樣體積（m3），按GB/T 16157—1996中相關(guān)公式[7]，其計(jì)算公式為

式中，nd為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干采樣體積（L）；為實(shí)際采樣體積（L）；為流量計(jì)前溫度（℃）；為大氣壓（kPa）；為流量計(jì)前壓力（kPa）。

2　油煙顆粒物排放濃度檢測系統(tǒng)

吸油煙機(jī)油煙顆粒物排放濃度檢測系統(tǒng)主要由主箱體、采樣管道和煙塵煙氣檢測裝置3部分組成。

2.1　主箱體

主箱體示意圖如圖1所示，包括采樣管道、滴液系統(tǒng)、集油裝置、試驗(yàn)鍋等。主箱體與試驗(yàn)鍋尺寸應(yīng)符合GB/T 17713—2011附錄G圖G1和附錄F圖F2要求[8]。集油裝置敞口直徑為420 mm，高為100 mm，收口直徑應(yīng)與試驗(yàn)鍋直徑相同。

圖1　主箱體示意圖

2.2　采樣管道

采樣管道為平直管道，尺寸規(guī)格根據(jù)被測樣機(jī)的出風(fēng)口規(guī)格進(jìn)行選擇。管道上采樣孔的設(shè)置應(yīng)符合GB/T 16157標(biāo)準(zhǔn)[7]要求，內(nèi)徑不小于80 mm，如圖2所示。測試時，采樣管道安裝在主箱體的頂部，采樣槍安裝在采樣口進(jìn)行樣本采集。

d等于吸油煙機(jī)出風(fēng)口直徑（單位為mm）

2.3　煙塵煙氣檢測裝置

煙塵煙氣檢測裝置是采集油煙顆粒物的關(guān)鍵儀器，主要由采樣槍和主機(jī)2部分組成，如圖3所示。

1.采樣嘴；2.濾膜托架；3.S型皮托管；4.溫度探頭；5.溫度測量傳感器；6.全壓測量傳感器；7.動壓測量傳感器；8.支撐管（煙道內(nèi)裝置）；9.冷卻和干燥系統(tǒng)；10.抽氣單元和氣體計(jì)量裝置；11.關(guān)閉閥；12.調(diào)節(jié)閥；13.泵；14.流量計(jì)；15.氣體積流量計(jì)；16.溫度測量傳感器；17.氣壓計(jì)；18.加熱裝置（可選）。

采樣槍上集成了多種傳感器，可測試煙道動壓、靜壓、溫度、流速、標(biāo)干流量等參數(shù)，實(shí)物圖如圖4所示。

圖4 采樣槍實(shí)物圖

采樣槍由煙氣采樣管、S型皮托管、熱電偶或鉑電阻溫度計(jì)和采樣頭等部分組成。采樣頭由采樣嘴、濾膜、密封鋁圈等部件組成，如圖5所示。

濾膜由聚四氟乙烯、玻璃纖維和石英纖維材質(zhì)組成，直徑為47 mm。在30 L/min～50 L/min的流量下，對平均粒徑為0.3μm和0.6μm的粒子捕集效率不低于99.5%和99.9%[9]。

主機(jī)部分由抽氣單元和氣體計(jì)量裝置、調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、溫度測量傳感器、加熱裝置組成，如圖6所示。主機(jī)部分的微處理器測控系統(tǒng)，可根據(jù)傳感器檢測的靜壓、動壓、溫度及含濕量等參數(shù)，計(jì)算出煙氣的流速、流量值，并提示選擇合適采樣嘴。測試時，煙塵煙氣檢測裝置會實(shí)時計(jì)算標(biāo)況采樣體積。建議每次采樣時間不少于30 min，標(biāo)干采樣體積不少于 1.0 m3。

圖6 主機(jī)實(shí)物圖

3　油煙顆粒物排放濃度檢測實(shí)驗(yàn)

被測吸油煙機(jī)按要求安裝在主箱體內(nèi)；選擇與煙機(jī)出風(fēng)口相同直徑的采樣管道；將組裝好的采樣槍與煙塵煙氣檢測裝置連接，并按標(biāo)準(zhǔn)要求安裝在采樣口，使采樣嘴背對煙氣氣流方向。

3.1　采樣前準(zhǔn)備

1）前彎管、密封鋁圈和不銹鋼托網(wǎng)應(yīng)先使用去離子水進(jìn)行超聲波清洗，清洗5 min后再用去離子水沖洗干凈，以去除可能吸附的顆粒。

2）將濾膜、不銹鋼托網(wǎng)、密封鋁圈等稱量部件放入恒溫干燥箱內(nèi)干燥1 h，干燥溫度為105℃～110℃；自然冷卻后，放入玻璃干燥器內(nèi)，室溫下干燥2 h以上備用。

3）用分析天平稱量濾膜、不銹鋼托網(wǎng)、密封鋁圈等部件，記錄其重量為0；放入密封袋或密封盒內(nèi)備用。

3.2　采樣

首先，對滴液系統(tǒng)進(jìn)行排空處理，調(diào)整滴頭與試驗(yàn)鍋的距離為（225±25） mm，應(yīng)保證滴液過程均勻，每分鐘滴液（2.3±0.02）mL的室溫蒸餾水；然后，在滴液系統(tǒng)量筒內(nèi)加入室溫蒸餾水；接著，在試驗(yàn)鍋內(nèi)加入400 mL玉米油；最后，當(dāng)試驗(yàn)鍋油溫加熱到（290±5）℃時，啟動滴液系統(tǒng)。采樣過程如下：

1）拿掉密封帽，使采樣嘴背對煙氣氣流方向；

2）啟動煙塵煙氣檢測裝置，并迅速將采樣槍旋轉(zhuǎn)180°，使采樣嘴正對氣流方向，開始采集樣本；

3）當(dāng)采樣時間不少于30 min，標(biāo)干采樣體積不少于1.0 L時，快速將采樣槍旋轉(zhuǎn)，使采樣嘴背對氣流方向；

4）停止抽氣后，將采樣槍從煙道內(nèi)取出，采樣嘴用密封帽蓋好，取下采樣頭，放入密封袋內(nèi)保存。

每次采樣，至少采集3個樣本，取其平均值。

3.3　采樣樣本的處理

處理采樣（放置、安裝、取出、標(biāo)記、轉(zhuǎn)移）、稱重稱量容器以及稱量部件時應(yīng)戴無粉末、抗靜電的一次性手套。

3.4　數(shù)據(jù)分析

通過對不同吸油煙機(jī)產(chǎn)品的分析，最終選取A（T型）、B（帶靜電T型）、C（側(cè)吸式）3種典型結(jié)構(gòu)的樣機(jī)進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，得到的測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　3種典型結(jié)構(gòu)樣機(jī)測試數(shù)據(jù)

由表1可知，樣機(jī)A實(shí)測均值為5.40 mg/m3。樣機(jī)A進(jìn)風(fēng)口過濾網(wǎng)較密，可收集直徑較大的油煙顆粒物，同時風(fēng)道出風(fēng)口與進(jìn)風(fēng)口成90°方向，且風(fēng)道長度較長，通過離心作用，可有效吸附進(jìn)入風(fēng)道的油煙顆粒物，減少油煙顆粒物外排[10]。

由表1可知，樣機(jī)B實(shí)測均值為1.56 mg/m3。樣機(jī)B比樣機(jī)A多了一個靜電吸敷裝置，油煙經(jīng)過靜電吸敷裝置處理后，大部分油煙顆粒物被靜電吸敷裝置吸敷收集，實(shí)測油煙顆粒物排放濃度較低[11]。

由表1可知，樣機(jī)C的實(shí)測均值為12.26 mg/m3。樣機(jī)C進(jìn)風(fēng)口有2層濾網(wǎng)，但網(wǎng)孔較疏，對油煙顆粒物的攔截作用不大，且風(fēng)道的設(shè)計(jì)尺寸較短，風(fēng)輪的進(jìn)風(fēng)口方向與樣機(jī)的進(jìn)風(fēng)口方向平行，進(jìn)入風(fēng)道的油煙顆粒物直接排出。

通過數(shù)據(jù)分析可知：該檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、可重復(fù)性較好，滿足標(biāo)準(zhǔn)測試要求。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：采用小孔過濾網(wǎng)、優(yōu)化出風(fēng)管道設(shè)計(jì)、增加凈化裝置可有效降低油煙顆粒物排放濃度。限于篇幅，本文僅對過濾網(wǎng)吸附、管道吸附和靜電處理方法進(jìn)行測試研究，其他凈化技術(shù)，如催化劑凈化法、濕式凈化法等[12]將在以后進(jìn)一步研究。

目前，本檢測系統(tǒng)已應(yīng)用于多家吸油煙機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，可優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，對產(chǎn)品創(chuàng)新起到推動作用。同時，通過大量的樣機(jī)數(shù)據(jù)比對，制訂了吸油煙機(jī)油煙顆粒物排放濃度技術(shù)要求，制定了CQC6101—2018《家用吸油煙機(jī)節(jié)能環(huán)保認(rèn)證技術(shù)規(guī)范》和CQC61—448151—2018《吸油煙機(jī)節(jié)能環(huán)保認(rèn)證規(guī)則》，推出環(huán)保檢測認(rèn)證，引導(dǎo)吸油煙機(jī)生產(chǎn)企業(yè)提升環(huán)保產(chǎn)品開發(fā)能力，有效地降低油煙污染物的排放。

4　結(jié)論

本文基于油煙顆粒物排放濃度檢測方法，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主箱體結(jié)構(gòu)、定制采樣管道和煙塵煙氣檢測裝置，搭建吸油煙機(jī)油煙顆粒物排放濃度檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對不同吸油煙機(jī)產(chǎn)品油煙顆粒物排放濃度的檢測。通過制訂吸油煙機(jī)油煙顆粒物濃度技術(shù)規(guī)范，推出環(huán)保檢測認(rèn)證，引導(dǎo)技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代。

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Detection System of Particulate Matter Emission Concentration from Range Hood

Li Zongliang Wang Pan Fang Peipan Xie Jun Hu Dongqing Liao Zhixiang

(Guangdong CQC South China Testing Technology Co., Ltd. Zhongshan 528427, China)

Based on the detection method of particulate matter emission concentration, test system of particulate emission concentration of range hood is built, analyzed the data of three typical structures of the smoke emission concentration of range hood, which proves that the test system meets the standard detection requirements. According to the comparison data of various products of different enterprises, the technical specifications for the emission concentration of particulate matter of range hood are formulated, the environmental protection testing certification is launched, the production enterprises of range hood are guided to improve the development capacity of environmental protection products, and the emission of lampblack is effectively reduced.

range hood; lampblack; particulate emission concentration; filtration; environmental protection; detection technology

李宗亮，男，1975年生，碩士研究生，高級工程師，主要研究方向：智能制造與標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。E-mail: lizongliang@ cqclab.com.cn

王攀，男，1977年生，本科，高級工程師，主要研究方向：家電產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。E-mail: wangpan@cqclab.com.cn

方培潘，男，1986年生，碩士研究生，中級工程師，主要研究方向：家電檢測技術(shù)。E-mail: fangpeipan@cqclab.com.cn

謝軍，男，1985年生，大專，主要研究方向：家電檢測技術(shù)。E-mail: xiejun@cqclab.com.cn

胡冬青，女，1986年生，本科，中級工程師，主要研究方向：智能制造評估技術(shù)。E-mail: hudongqing@cqclab.com.cn

廖志祥，男，1988年生，本科，初級工程師，主要研究方向：高分子材料分析。E-mail: liaozhixiang@cqclab.com.cn

TM301

A

1674-2605(2020)03-0009-05

10.3969/j.issn.1674-2605.2020.03.009