廚房空氣環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)化控制

姚 萍

（廣東美的廚衛(wèi)電器制造有限公司，廣東 佛山 528000）

在烹飪過(guò)程中，燃燒會(huì)產(chǎn)生較大的顆粒。與室外相比，室內(nèi)的空氣污染會(huì)更嚴(yán)重，例如大量的煙霧和酸性氣溶膠。廚房中燃料的燃燒以及烹飪過(guò)程中所產(chǎn)生的煙霧，會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物質(zhì)，其具有一定的毒性和腐蝕性，長(zhǎng)期與其接觸往往會(huì)產(chǎn)生多種致癌風(fēng)險(xiǎn)。由此可見(jiàn)，廚房已經(jīng)逐漸的成為室內(nèi)最為重大的污染源，根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)研究分析，每年約有160萬(wàn)人被廚房油煙奪去生命。

1 住宅廚房空氣環(huán)境的現(xiàn)狀

1.1 廚房的分類

廚房分封閉式廚房和開(kāi)放式廚房。封閉式廚房即K型廚房，這種廚房有專門完成烹飪及烹飪準(zhǔn)備的工作空間，所有工作都能夠通過(guò)門窗隔離，形成一個(gè)較為封閉的空間環(huán)境，其他的居住環(huán)境都不會(huì)受到直接的影響[1]。開(kāi)放式廚房同時(shí)具有操作和用餐功能，受西方文化的直接影響，這種滲透生活各項(xiàng)功能、為人們生活提供便捷體驗(yàn)的開(kāi)放式廚房越來(lái)越受到人們的歡迎，當(dāng)前的住宅也在廣泛使用。但是在開(kāi)放式廚房的環(huán)境下，由于中餐的油煙較多，更多的室內(nèi)空間會(huì)直接受到油煙的影響。

1.2 住宅廚房的通風(fēng)情況

當(dāng)前住宅廚房的通風(fēng)管道主要連接排氣扇、排氣罩以及抽油煙機(jī)等，不同的連接方式效果有所不同。抽油煙機(jī)的能夠與煙道直接連接，將廚房的油煙直接排放出去，最終的排放效果較好。

自然通風(fēng)的方式是結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際空間的環(huán)境結(jié)構(gòu)，通過(guò)適當(dāng)?shù)慕ㄖ矫嬖O(shè)計(jì)規(guī)劃布局，將廚房位置設(shè)在居室的下風(fēng)，同時(shí)利用風(fēng)壓和熱壓組織室內(nèi)環(huán)境全面實(shí)施通風(fēng)作業(yè)。我國(guó)住宅設(shè)計(jì)規(guī)范提出，廚房的門應(yīng)在下部設(shè)置有效面積不小于0.02 m2的固定百葉或距離地面留有不小于30 mm的縫隙，2012年開(kāi)始實(shí)行的新《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50096-2011）規(guī)定“廚房應(yīng)有直接采光、自然通風(fēng)”“廚房的直接自然通風(fēng)開(kāi)口面積不應(yīng)小于該房間地板面積的1/10，并不得小于0.60 m2。自然通風(fēng)是經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高也是最實(shí)用的一種方式，但其本身的穩(wěn)定性相對(duì)較差。結(jié)合相關(guān)的資料分析得知，自然通風(fēng)的效果受室外溫度、風(fēng)向等多種因素的制，既不能保證定向通風(fēng)環(huán)境的實(shí)現(xiàn)，也不能保證穿堂風(fēng)的空氣質(zhì)量。

廚房使用的機(jī)械排煙設(shè)備主要涵蓋普通的換氣扇和抽油煙機(jī)，換氣扇的功率較小，耗電較少，產(chǎn)生的噪音相對(duì)較低，但同時(shí)容易使空氣的負(fù)壓逐漸降低，不利于快速吸煙，因此一般只作為輔助排煙方式。抽油煙機(jī)的工作主要是利用扇葉旋轉(zhuǎn)的方式產(chǎn)生負(fù)壓，迅速地吸收烹飪操作過(guò)程中產(chǎn)生的油煙和熱氣。由于重新?lián)Q至的新風(fēng)量不足、油煙外溢及烹飪中油煙量較大，當(dāng)前的油煙機(jī)仍不能全面控制油煙。廚房排煙系統(tǒng)主要是以集煙罩、排煙管道、排煙風(fēng)機(jī)、油煙凈化器和廚房整體補(bǔ)風(fēng)裝置為主構(gòu)建的。油煙凈化器的安裝和運(yùn)行主要依據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行選擇。在安裝油煙凈化器之前，首先對(duì)排煙系統(tǒng)中的阻力情況、排風(fēng)質(zhì)量等各個(gè)方面的參數(shù)進(jìn)行核算。若是新建項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)規(guī)劃的過(guò)程中，就應(yīng)當(dāng)充分考慮安裝油煙凈化器后對(duì)排煙系統(tǒng)的影響；如果是改造項(xiàng)目，在加設(shè)油煙凈化器時(shí)需要對(duì)排風(fēng)系統(tǒng)重新進(jìn)行核算，必要時(shí)還要對(duì)集煙罩、排煙管道和廚房整體補(bǔ)風(fēng)裝置進(jìn)行改造，并更換排煙風(fēng)機(jī)。

2 煙機(jī)的分類及使用效果探析

2.1 油煙機(jī)的分類及選擇

當(dāng)前市場(chǎng)上流行的抽油煙機(jī)主要有三種類型：歐式、中式和側(cè)吸式。歐式抽油煙機(jī)的體積較小、質(zhì)量較輕、造型外觀相對(duì)美觀，也方便懸掛，但是實(shí)際的排煙量卻相對(duì)較低，適合西餐制作，在一些做中餐較少的家庭中常見(jiàn)。中式抽油煙機(jī)是在原歐式基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)前中國(guó)家庭產(chǎn)生較大油煙數(shù)量的因烹飪習(xí)慣進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其本身的集煙罩相對(duì)較深，也可以將其稱之為深型抽油煙機(jī)，也包含了較早使用的柜式抽油煙機(jī)。中式抽油煙機(jī)的特點(diǎn)是排煙的質(zhì)量較高，其造型能夠根據(jù)不同的家居環(huán)境風(fēng)格進(jìn)行選擇，比較適用于現(xiàn)代的中國(guó)家庭。側(cè)吸式抽油煙機(jī)是一種新型的抽油煙機(jī)類型，其外觀形態(tài)相對(duì)美觀，比較適合青年人的居住環(huán)境。側(cè)吸式抽油煙機(jī)檐口距離灶臺(tái)相對(duì)較低，吸煙效果較好，排風(fēng)速度較大，但是因?yàn)闆](méi)有集煙罩，會(huì)出現(xiàn)油煙外溢的現(xiàn)象，其控?zé)熜Чc中式深型抽油煙機(jī)相比還有一定的差距。當(dāng)前，多數(shù)的油煙機(jī)公司還會(huì)針對(duì)如何提升控?zé)熧|(zhì)量、增進(jìn)吸煙效率等多方面內(nèi)容進(jìn)行綜合的探索分析，由此也衍生出下吸式煙灶和側(cè)吸式煙灶一體機(jī)等新產(chǎn)品。

2.2 普通抽油煙機(jī)的使用效果分析

歐式抽油煙機(jī)和側(cè)吸式抽油煙機(jī)的外部都沒(méi)有集煙罩。由于側(cè)吸式的抽油煙機(jī)本身距離灶臺(tái)較近，吸煙的效果比歐式抽油煙機(jī)的效果更好。中式抽油煙機(jī)雖然距灶臺(tái)較遠(yuǎn)，但是其自身的深度集煙罩能較好的收集和控制油煙，達(dá)到最佳的油煙排放效果。當(dāng)排放量逐漸增加到某數(shù)值后，提升排風(fēng)速度，排煙的實(shí)際效果也不會(huì)產(chǎn)生較為顯著的變化，由此觀之，排風(fēng)的速度并不是影響排煙效果的主要因素。

2.3 廚房煙氣的特性分析

廚房油煙氣為不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的氣溶膠，其不僅有燃燒時(shí)產(chǎn)生的污染物質(zhì)，也有在烹飪過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)污染物。油煙機(jī)經(jīng)長(zhǎng)期使用，其內(nèi)部的排煙軟管和排氣道內(nèi)部均會(huì)產(chǎn)生很多油垢，從而直接影響排氣的質(zhì)量，也會(huì)對(duì)空氣環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。另外，由于當(dāng)前應(yīng)用的大多都是重力式止回閥，在長(zhǎng)時(shí)間的使用后，所形成的阻力相對(duì)較大，想要關(guān)閉嚴(yán)密，難度較大，也會(huì)導(dǎo)致串味的現(xiàn)象，高層建筑尤其明顯。

2.4 燃料燃燒污染物

天然氣每小時(shí)的用量大約為0.55 m3，其中，甲烷占90%左右。根據(jù)甲烷在空氣中燃燒的化學(xué)方程式：

可知（其他氣體燃燒耗氧量均按1：2計(jì)算），總耗氧量大約為1.1 m3/h，空氣消耗量的理論值約為5.24 m3/h。由此得出燃燒污染物中各種成分的體積分?jǐn)?shù)。200°C時(shí)燃燒污染物的黏度為24.49×10-6Pa·s，空氣的動(dòng)力黏度為25.82×10-6Pa·s；燃燒污染物的密度為0.751 kg/m3，而同等條件下的空氣密度為0.746 kg/m3?？梢钥闯?，燃料燃燒污染物的黏度和密度與同樣條件下空氣的相應(yīng)數(shù)值相差不大，故模擬計(jì)算時(shí)可以將燃燒污染物作為空氣處理。

3 廚房排風(fēng)量的確定

在廚房影響污染物產(chǎn)生的主要因素是排風(fēng)量，因此在排風(fēng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮污染物對(duì)排風(fēng)環(huán)境的影響，同時(shí)也要充分考慮建筑節(jié)能的實(shí)際要求。在特殊季節(jié)，由于溫度的變化會(huì)導(dǎo)致排風(fēng)量的采暖熱負(fù)荷增大，而在夏季的空調(diào)房間，仍會(huì)出現(xiàn)排風(fēng)量過(guò)大導(dǎo)致房間的冷負(fù)荷增大的現(xiàn)象。為了保證凈化效果，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，要求排風(fēng)量嚴(yán)格按照排風(fēng)罩的吸入風(fēng)速計(jì)算，罩口的吸風(fēng)速度通常不低于0.5 m/s。

在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，往往采用估算的方法，根據(jù)《民用建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)措施》中對(duì)廚房排風(fēng)量的規(guī)定，廚房排風(fēng)量也可按如下?lián)Q氣次數(shù)確定：中餐廚房L=40～50（次/h），西餐廚房L=30～40（次/h），職工餐廳L=25～35（次/h）。

4 油煙控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)

集煙率是提高排煙效果的根本因素，為提高煙機(jī)的排煙效果，必須加大其集煙力度。但若加大加深集煙罩，會(huì)給使用者的操作造成影響，甚至由于距離灶面過(guò)近造成火災(zāi)。如果在灶面與集煙罩之間利用射流空氣形成風(fēng)幕，使油煙被困在這個(gè)基本封閉的空氣腔內(nèi)，在不影響使用者操作的情況下增大油煙的控制區(qū)域，能夠有效地抑制油煙外溢的現(xiàn)象。在灶面上，距爐灶一定距離加設(shè)一圈射流出風(fēng)口，以吹風(fēng)速度Vc向上吹氣，不僅形成一個(gè)空氣腔，隔離油煙與清潔空氣，同時(shí)為油煙上升熱氣流提供一個(gè)向上的導(dǎo)向引流出風(fēng)口，與爐灶之間距離以爐火不受吹風(fēng)影響為準(zhǔn)，計(jì)算并對(duì)比設(shè)置射流風(fēng)幕后對(duì)煙機(jī)吸煙效果的影響。

試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x用國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集住宅廚房（01 SJ913）中編號(hào)為K18的廚房作為研究對(duì)象，選用的抽油煙機(jī)機(jī)型為老板抽油煙機(jī)CXW-185-3008深型抽油煙機(jī)，外形尺寸為710 mm×493 mm×360 mm，最大風(fēng)量為17 m3/min，出風(fēng)口徑165 mm，最大風(fēng)壓≥300 Pa。該抽油煙機(jī)有兩檔風(fēng)速，分別為1.3 m/s和0.7 m/s。取油煙釋放速度Vo=1.0 m/s。在爐灶周圍設(shè)置吹風(fēng)口，形成風(fēng)幕，吹風(fēng)角度設(shè)為吹向煙機(jī)前擋板。兩檔排風(fēng)速度Vp分別為1.3 m/s和0.7 m/s，但由于排風(fēng)速度應(yīng)大于油煙釋放速度，因此這里選擇大檔排風(fēng)速度Vp=1.3 m/s。Vc設(shè)為2.0 m/s、1.7 m/s、1.2 m/s、0.5 m/s，分別分析排油煙情況。鍋內(nèi)產(chǎn)生的大量油煙發(fā)生外溢，并擴(kuò)散到整個(gè)廚房空間范圍，對(duì)廚房空氣環(huán)境的質(zhì)量造成嚴(yán)重污染。

這種在灶面、鍋周加設(shè)射流風(fēng)幕的方法可以使灶臺(tái)與煙機(jī)集煙罩之間形成一個(gè)誘導(dǎo)氣流的空氣腔，隨著吹風(fēng)速度的增大，增強(qiáng)這種誘導(dǎo)作用。當(dāng)吹風(fēng)速度Vc增大到1.7 m/s時(shí)，射流形成的風(fēng)幕隔斷油煙與罩外空氣，使油煙全部被控制在罩下部區(qū)域。

5 結(jié)論

在理想狀態(tài)下，排風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生空氣負(fù)壓，當(dāng)排煙速度大于油煙產(chǎn)生的速度時(shí)，既使煙機(jī)沒(méi)有集煙罩、與灶面距離較遠(yuǎn)，也可以將油煙全部排出。但實(shí)際上廚房不是封閉空間，門縫、窗縫等進(jìn)入的補(bǔ)入風(fēng)及人在廚房的操作行為都干擾空氣流場(chǎng)，使上升熱氣流產(chǎn)生偏斜，造成油煙外溢。而在灶臺(tái)周圍加設(shè)吹風(fēng)幕形成隱形的集煙腔，可減弱或消除油煙外溢的情況，提高油煙機(jī)的控?zé)熜Ч?。風(fēng)幕的控?zé)熜ЧS吹風(fēng)速度增大而增強(qiáng)，當(dāng)吹風(fēng)速度增大到1.7 m/s時(shí)，射流形成的風(fēng)幕可以將油煙與罩外空氣隔斷，使油煙全部被控制在罩下部區(qū)域。因此，可以在灶臺(tái)外圍加設(shè)吹風(fēng)速度為1.7 m/s配合中式抽油煙機(jī)，即可完全控制油煙外溢，有效解決烹飪?cè)斐傻膹N房空氣污染，為使用者提供更加安全、健康的廚房環(huán)境。

由于高溫產(chǎn)生的氣壓差的影響，油煙會(huì)直接擴(kuò)散到廚房的各個(gè)區(qū)域。廚房的主要結(jié)構(gòu)不同，所呈現(xiàn)的影響狀態(tài)也會(huì)不同，油煙外溢擴(kuò)大，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)居室環(huán)境內(nèi)的空氣質(zhì)量受到直接的影響。因此，很多企業(yè)在開(kāi)發(fā)抽油煙機(jī)的過(guò)程中，立足于開(kāi)發(fā)風(fēng)力更強(qiáng)、集煙腔更大的煙機(jī)，并通過(guò)CFD仿真技術(shù)，模擬在灶面增設(shè)風(fēng)幕后的流場(chǎng)變化，探究減弱或消除油煙外溢情況的可行方案，提高了煙機(jī)控?zé)熜Ч?，為使用者提供更加安全、健康的廚房環(huán)境。