面向環(huán)保型家用吸油煙機(jī)的油煙凈化效率檢測方法研究

李岳洪 岳鴻宇 陳啟彩 邢 軍

（威凱檢測技術(shù)有限公司 廣州 510663）

引言

家庭廚房烹飪油煙產(chǎn)生的大氣污染，與中國傳統(tǒng)飲食中煎、炸、炒、烤等多種烹飪方式息息相關(guān)。據(jù)有關(guān)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，烹調(diào)家庭廚房油煙中PM2.5占PM10的80 %以上，PM10占總懸浮顆粒物的90 %以上。廚房家庭廚房油煙排放成分影響因素眾多，不同食材、不同加熱溫度、不同油品種類，甚至不同烹調(diào)方式等都對揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的成分有影響。家庭烹飪油煙作為城市細(xì)顆粒物及揮發(fā)性有機(jī)化合物的重要來源，也是導(dǎo)致霧霾和PM2.5的主要原因之一[1]。由于家庭烹飪油煙量較大、易分散等特點，因此采取有效的家庭廚房油煙排放措施對保護(hù)環(huán)境、減少大氣污染具有重要的意義。

隨著人們對生活質(zhì)量要求的日益提高，人們的健康環(huán)保觀念得到不斷深化，擁有一個健康生活環(huán)境越來越受到人們的重視。家用吸油煙機(jī)作為用于廚房排除油煙的家用電器產(chǎn)品，將烹飪過程中產(chǎn)生的對人體有害的油煙迅速抽走直接排出室外，雖凈化了室內(nèi)環(huán)境，但無疑對室外的大氣環(huán)境造成了不小的污染，這樣也不利于國家積極推行節(jié)能環(huán)保發(fā)展政策。只有通過油煙污染物減排來改善環(huán)境，才能真正做到減少污染物對環(huán)境和人體健康的影響。

國家及省市生態(tài)環(huán)境管理部門早已關(guān)注到餐飲行業(yè)產(chǎn)生的烹飪油煙污染危害，并出臺了排放標(biāo)準(zhǔn)及管理措施。GB 18483-2001《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)（試行）》是我國唯一現(xiàn)行有效的關(guān)于油煙方面的國家標(biāo)準(zhǔn)，在國家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，隨后也出臺了一些地方標(biāo)準(zhǔn)。但目前不論國家還是地方，都還未對家庭廚房油煙排放提出控制要求，市面上的家用吸油煙機(jī)主要也是依靠濾網(wǎng)攔截家庭廚房油煙，尚缺乏對家庭廚房油煙的有效凈化，因此需要加裝油煙污染物凈化設(shè)備或使用具有油煙凈化的吸油煙機(jī)產(chǎn)品。近幾年，越來越多吸油煙機(jī)企業(yè)也紛紛加入到這種油煙凈化功能的環(huán)保型家用吸油煙機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)隊伍。

本文依據(jù)T/GZAEPI 001-2018《環(huán)保型家用吸油煙機(jī)》[11]團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，并基于本標(biāo)準(zhǔn)提出的油煙凈化效率檢測方法，搭建了油煙凈化效率實驗室檢測系統(tǒng)，通過測試數(shù)據(jù)對比和分析，驗證了本標(biāo)準(zhǔn)檢測方法具有可操作性及檢測結(jié)果可重復(fù)性。通過開展標(biāo)準(zhǔn)方法預(yù)期研究，提出檢測方法合理改進(jìn)建議，為后續(xù)開展環(huán)保型家用吸油煙機(jī)檢測認(rèn)證具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 市場上典型結(jié)構(gòu)的家用吸油煙機(jī)產(chǎn)品

中國家庭吸油煙機(jī)由薄型機(jī)，到深型機(jī)，再到側(cè)吸煙機(jī)，進(jìn)而發(fā)展為集成灶或者環(huán)保灶產(chǎn)品，吸油煙機(jī)正逐漸邁向中高端化方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在大吸力、速排、低能耗，綠色環(huán)保、智能化等特點。目前國內(nèi)家用吸油煙機(jī)產(chǎn)品典型結(jié)構(gòu)主要為中式（深型）、塔型（歐式）、側(cè)吸式等典型結(jié)構(gòu)，如表1所示。

表1 典型結(jié)構(gòu)類型

吸油煙機(jī)通過電能驅(qū)動電機(jī)，使風(fēng)輪高速運轉(zhuǎn)，并且在爐灶上方一定的空間內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)域，將室內(nèi)的廚房油煙吸入吸油煙機(jī)內(nèi)部，經(jīng)過濾網(wǎng)等裝置進(jìn)行第一次油煙分離，然后進(jìn)入吸油煙機(jī)風(fēng)道內(nèi)部，通過渦輪旋轉(zhuǎn)對油煙進(jìn)行第二次油煙分離，使油霧凝集成油滴，并通過內(nèi)部油路收集到油杯內(nèi)，最后達(dá)到將凈化后的煙氣通過排氣管排出室外目的。目前市場上吸油煙機(jī)在結(jié)構(gòu)上，集油一般以普通網(wǎng)格、冷凝板、過濾網(wǎng)為主，但隨著吸油煙機(jī)的更新?lián)Q代，部分吸油煙機(jī)在功能已陸續(xù)出現(xiàn)蒸汽自清洗、甚至搭載空氣凈化等功能，如表2所示。例如蒸汽自清洗可以通過高溫加熱溶解殘留油污，又如搭載空氣凈化濾芯可以過濾掉空氣中的細(xì)小顆粒。從綠色環(huán)保角度來看，帶有除油濾油結(jié)構(gòu)或油煙凈化功能的吸油煙機(jī)可在油煙排出之前先對油煙進(jìn)行過濾、凈化，這樣排出的氣體所帶的油煙較少，可以減少排出的氣體對環(huán)境的污染。

表2 典型結(jié)構(gòu)類型

2 家用吸油煙機(jī)油煙凈化效率檢測方法

2.1 檢測依據(jù)和方法

本文基于GB 18483-2001《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)（試行）》標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)，主要研究T/GZAEPI 001-2018《環(huán)保型家用吸油煙機(jī)》[11]標(biāo)準(zhǔn)所引入的吸油煙機(jī)油煙凈化效率指標(biāo)，具體包括油煙排放濃度、油煙去除效率、油脂回收效率的檢測方法，通過吸油煙機(jī)的油煙去除效率和油脂回收效率，評估吸油煙機(jī)的環(huán)保性能。

2.2 檢測指標(biāo)和數(shù)學(xué)模型

2.2.1 油煙排放濃度

油煙排放濃度可以反映一定空間范圍內(nèi)油煙污染的情況。本文研究的標(biāo)準(zhǔn)采用金屬濾筒吸收和紅外分光光度法測定油煙排放濃度，即用等速采樣法抽取油煙排氣管道內(nèi)的氣體，使油煙被吸附到油煙霧采集頭內(nèi)，并將收集油煙的采集濾芯放置在帶蓋的聚四氟乙烯套筒里，然后再用四氯化碳做溶劑進(jìn)行超聲清洗，最后移入比色管中進(jìn)行定容，利用紅外分光光度法達(dá)到測定油煙含量的目的。油煙排放濃度計算方法見公式（1）：

式中：

C排—油煙排放濃度，mg/m3；

C溶液—濾筒清洗液的油煙濃度，mg/L；

V—濾筒清洗液的稀釋定容體積，mL；

V0—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干氣體采樣體積，m3，其采樣系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)和計算方法可參考GB/T 16157-1996。

2.2.2 油煙凈化效率（油煙去除效率、油脂回收效率）

油煙凈化效率由油煙去除效率和油脂回收效率兩個指標(biāo)衡量。其中，油煙去除效率指油煙經(jīng)過吸油煙機(jī)處理后，被去除的油煙質(zhì)量與進(jìn)入的油煙量的百分比。計算方法見公式（2）：

式中：

P去除—吸油煙機(jī)的油煙去除效率，%；

m油煙—進(jìn)入吸油煙機(jī)的油煙質(zhì)量，mg；

C排—排風(fēng)口的油煙排放濃度，mg/m3；

Q排—排風(fēng)口的排風(fēng)量，m3/h；

T—吸油煙機(jī)在高風(fēng)檔位的運行時間，h。

油脂回收效率指經(jīng)過吸油煙機(jī)處理后，回流到集油盒中油脂的質(zhì)量占整個測試過程中滴入油煙發(fā)生器中油脂的質(zhì)量所占的百分比。計算方法見公式（3）：

式中：

P回收—吸油煙機(jī)的油脂回收效率，%；

m滴加—測試中滴入油煙發(fā)生器油脂質(zhì)量，g；

m回收—回流到吸油煙機(jī)集油盒的油脂質(zhì)量，g。

3 油煙凈化效率實驗室檢測系統(tǒng)搭建

3.1 油煙凈化效率檢測系統(tǒng)構(gòu)成

依據(jù)T/GZAEPI 001-2018《環(huán)保型家用吸油煙機(jī)》搭建家用吸油煙機(jī)油煙凈化效率實驗室檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由灶臺、溫控加熱系統(tǒng)、試驗鍋、滴液系統(tǒng)、模擬櫥柜、垂直采樣管道、廢氣處理系統(tǒng)等組成，具體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 油煙凈化效率檢測系統(tǒng)示意圖

3.2 油煙凈化效率檢測系統(tǒng)實物平臺

如圖2所示，油煙凈化效率檢測系統(tǒng)的試驗環(huán)境滿足GB/T 17713-2011[7]附錄F 密封要求的模擬廚房，吸油煙機(jī)和兩側(cè)的櫥柜采用定制掛架安裝方式，在灶臺正中位置安放帶溫控?zé)犭娕嫉碾娂訜岚澹ㄟ^油煙機(jī)掛架調(diào)節(jié)吸油煙機(jī)和加熱臺面的距離，使其滿足吸油煙機(jī)安裝說明書中要求的最低安裝高度。灶臺、櫥柜、通風(fēng)窗、散氣屏、門布置按GB/T 17713-2011規(guī)定的要求進(jìn)行布置。溫控系統(tǒng)通過試驗灶臺上設(shè)置的功率為2 000 W溫控電加熱板為試驗鍋加熱，使試驗過程中鍋底溫度始終保持在（290±10） ℃。滴液系統(tǒng)用于定時、定量向電爐上加熱至（290±10） ℃的輕質(zhì)試驗鍋內(nèi)滴加室溫蒸餾水和試驗油，滴水和滴油管道并列放置且滴頭與鍋底的距離為（225±25） mm，保證總量為69 mL的室溫蒸餾水和試驗油在（30 min±15）s內(nèi)勻速滴完。通過觸摸屏設(shè)置滴油和滴水的速度，使其在單位時間流出的試驗油和蒸餾水的體積為1:1。使用業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)油煙采集系統(tǒng)，配合專業(yè)油煙采集槍進(jìn)行測試過程中的油煙采集。系統(tǒng)可以依據(jù)設(shè)定參數(shù)實現(xiàn)自動化測試。油煙濃度分析系統(tǒng)使用3012型自動煙塵測試儀，儀器應(yīng)用皮托管平行等速采樣法采集固定污染源排氣中的顆粒物。

圖2 模擬廚房油煙檢測平臺和油煙濃度分析系統(tǒng)

4 測試與結(jié)果分析

4.1 測試方法基本流程

油煙機(jī)油煙凈化效率測試方法基本流程如圖3所示。

圖3 油煙機(jī)油煙凈化效率測試方法基本流程

4.2 測試樣機(jī)選型

結(jié)合目前吸油煙機(jī)品牌及機(jī)型市場占有和分布情況，本次試驗共選取20款樣機(jī)，結(jié)構(gòu)類型為中式、歐式和側(cè)吸式三種主流機(jī)型，集油以普通網(wǎng)格、冷凝板、過濾網(wǎng)為主，風(fēng)量主要集中在（10～21）m3/min，油脂分離度主要集中在（80～92） %，具體參數(shù)情況如表3所示。

表3 20款吸油煙機(jī)技術(shù)參數(shù)匯總表

4.3 測試結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

4.3.1 油煙排放濃度、油煙凈化效率檢測數(shù)據(jù)分析

為驗證基于T/GZAEPI 001-2018 《環(huán)保型家用吸油煙機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)檢測的家庭廚房油煙平均排放濃度和油煙凈化效率（油煙去除效率和油脂回收效率）情況，針對上述選型的20臺樣機(jī)進(jìn)行摸底測試，每臺樣機(jī)測試三次，每次油煙采樣時間持續(xù)30 min，計算求取平均值最為輸出結(jié)果。

從表4測試結(jié)果可以看出，本次選取的20款樣機(jī)中，產(chǎn)生的油煙平均排放濃度最低為4.3 mg/m3，最高則達(dá)到了12.4 mg/m3，平均水平為7.9 mg/m3，這說明不同吸油煙機(jī)排放的油煙具有較大的差異；本次測試樣機(jī)中，油煙去除效率均高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的85 %的最低限值要求，其平均油煙去除效率值90.2 %；最低油脂回收效率為46.2 %，最高為57.3 %，其平均油脂截留效率為49.9 %，油脂回收效率僅7臺樣機(jī)高于標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定50 %的最低限值要求，占選樣總數(shù)的35.0 %。

表4 20款吸油煙機(jī)測試結(jié)果匯總表

圖4給出了不同測試樣機(jī)下的油脂分離度與油煙去除效率和油脂回收效率之間的關(guān)系曲線圖，由對比曲線可知，本次測試的20款機(jī)型中，發(fā)現(xiàn)油煙去除效率值較高于其油脂分離度值，此外，油煙去除效率、油脂回收率與油脂分離度并沒有呈現(xiàn)明顯或直接的關(guān)系。這說明油脂分離度較高的機(jī)型并不一定代表其油煙凈化效率好。

圖4 不同測試樣機(jī)下的油脂分離度、油煙去除效率和油脂回收效率

圖5給出了不同集油結(jié)構(gòu)的測試樣機(jī)下的油煙平均排放濃度、油煙去除效率和油脂回收效率，通過對比可知，本次測試的20款機(jī)型中，發(fā)現(xiàn)具有過濾網(wǎng)的吸油煙機(jī)機(jī)型的油煙去除效率和油脂回收效率相對較高，說明對廚房油煙凈化效率較好。

圖5 油煙平均排放濃度、油煙去除效率和油脂回收效率

4.3.2 檢測方法可重復(fù)性驗證

標(biāo)準(zhǔn)檢測方法的可重復(fù)性是指在相同測量條件下，測試方法對重復(fù)使用測試提供非常相近數(shù)值的能力。通過式（4）計算實驗數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差來體現(xiàn)，用s(x)表示。

式中：

n—獨立重復(fù)實驗次數(shù)，；

xj—第次試驗的數(shù)據(jù)結(jié)果；

本文選擇其中一款吸油煙樣機(jī)在一定時間內(nèi)，采用相同的測量條件下獨立重復(fù)測量9次，測得9組數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 油煙去除效率、油脂回收效率測試結(jié)果

由表5的測試數(shù)據(jù)，求得油煙去除效率和油脂回收效率的平均值分別為87.80 %和46.39 %，其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.011 1和0.009 2。

4.4 測試方法改進(jìn)建議

4.4.1 油脂回收效率與滴油穩(wěn)定時間研究

T/GZAEPI 001-2018《環(huán)保型家用吸油煙機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)要求“待集油盒上方無油滴落下時，移走集油盒并清理干凈，此時，吸油煙機(jī)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。” 判定的依據(jù)是“無油滴下落，以試驗結(jié)束后吸油煙機(jī)關(guān)機(jī)30 min 為限，之后滴下的油滴忽略?！睒?biāo)準(zhǔn)判定為無油滴是以關(guān)機(jī)后的30 min為限，實際上油煙機(jī)內(nèi)部腔體和油網(wǎng)上還可能存在較多的殘留油脂，并沒有被收集到油杯里，如圖6所示。

圖6 吸油煙機(jī)集油裝置上的殘留油脂

為了驗證油脂回收效率與滴油穩(wěn)定時間的關(guān)系，如圖7給出了其中一款吸油煙機(jī)油脂回收效率與滴油穩(wěn)定時間關(guān)系曲線圖。

圖7 油脂回收效率與滴油穩(wěn)定時間關(guān)系

從圖7中可以看出，通過油脂回收率試驗來分析研究油脂回收率與油煙機(jī)滴油穩(wěn)定時間（30 min、40 min、50 min、60 min、70 min、80 min、90 min等的關(guān)系），通過測試數(shù)據(jù)結(jié)果及曲線關(guān)系圖分析，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的30 min滴油穩(wěn)定時間實際樣品上一般很難達(dá)到真正穩(wěn)定狀態(tài)，因為樣機(jī)的濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)、大小、油杯結(jié)構(gòu)、冷凝板結(jié)構(gòu)等不同，不同樣機(jī)滴油穩(wěn)定時間差異比較大，從油脂回收量與滴油穩(wěn)定時間關(guān)系曲線圖，可以看出30～60 min內(nèi)的油脂回收率還有較大的增加。這說明油煙機(jī)上冷凝下來的油脂并不會輕易都流到油杯內(nèi)，而會聚集在濾網(wǎng)或冷凝板甚至油煙機(jī)腔內(nèi)內(nèi)殼上，對于標(biāo)準(zhǔn)定義的油脂回收率只計算在油杯內(nèi)的，會導(dǎo)致油脂回收率計算結(jié)果偏低。因此，建議增加油煙機(jī)滴油穩(wěn)定的測試時間，可以提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.4.2 標(biāo)準(zhǔn)檢測方法模型改進(jìn)建議

如圖8給出了模擬家庭廚房吸油煙機(jī)測試工況，從實際測試可以看出，不同吸油煙機(jī)的入口結(jié)構(gòu)和形狀不同，導(dǎo)致產(chǎn)生的油煙在吸油煙機(jī)入口的密度和流量分布不均勻，由于吸油煙機(jī)進(jìn)風(fēng)口的非均勻性，很難做到保證產(chǎn)生的油煙全部進(jìn)入吸油煙機(jī)。此外，還有未進(jìn)入油煙機(jī)存在于室內(nèi)空氣中逃逸的油煙量，以及在滴定產(chǎn)生油煙過程中濺射到實驗臺上的油煙量，另外也不排除油煙機(jī)本身結(jié)構(gòu)排氣管密封性不良的因素的影響等等，這些所有影響因素在標(biāo)準(zhǔn)中對油煙機(jī)穩(wěn)定性的判定難以精準(zhǔn)控制，檢測結(jié)果具有一定的誤差。

圖8 家用吸油煙機(jī)測試工況狀態(tài)

本標(biāo)準(zhǔn)檢測方法模型考慮的產(chǎn)生的滴定產(chǎn)生的油煙量與鍋底殘留的油煙量差值量都算到進(jìn)入吸油煙機(jī)的油煙量，暫無考慮滴定過程濺射出來的油煙量及產(chǎn)生的油煙滯留在廚房空氣中的逃逸油煙量，因此吸油煙機(jī)不可能完全把產(chǎn)生的油煙全部吸入到油煙機(jī)里，從而導(dǎo)致油煙計算時比油煙機(jī)實際吸入的油煙量偏大，油煙去除效率比實際值偏大。

為此，本文筆者通過實測和理論分析，提出了一種模擬家庭廚房環(huán)境下的家用吸油煙機(jī)油煙流體模型，如圖9所示。本系統(tǒng)模型試驗滴定產(chǎn)生的油脂量包含了吸油煙機(jī)進(jìn)入油煙量、滴定飛濺的油脂量和油煙逃逸量，通過改善滴定系統(tǒng)和精準(zhǔn)控制來減小滴定飛濺的油脂量，以保證產(chǎn)生的油煙量進(jìn)入吸油煙機(jī)，同時需要盡量減少油煙逃逸量。通過采用質(zhì)量守恒的稱重法，對于排放到大氣的油煙量可以采用高效過濾網(wǎng)裝置使用稱重法測量排放的油煙量，附著機(jī)體上的油脂量也可以通過稱重法測量，可以提高檢測方法的準(zhǔn)確性。

圖9 家用吸油煙機(jī)油煙流體模型

5 結(jié)論

筆者通過研究環(huán)保型家用吸油煙機(jī)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法，搭建環(huán)保型家用吸油煙機(jī)試驗測試系統(tǒng)，對選取的20款吸油煙機(jī)樣機(jī)，完成了家用吸油煙機(jī)的油煙平均排放濃度和油煙凈化效率（油煙去除效率、油脂回收效率）關(guān)鍵指標(biāo)的測試研究，驗證了本標(biāo)準(zhǔn)檢測方法的可操作性和檢測結(jié)果的可重復(fù)性。最后通過本標(biāo)準(zhǔn)測試方法的研究，提出了一些方法上的改進(jìn)建議，比如增加油煙機(jī)滴油穩(wěn)定的判定時間提高油脂回收效率測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用高效過濾網(wǎng)裝置測量煙管排出來的油煙量，采用質(zhì)量守恒的稱重方法等等。本文的研究成果可以為實施家庭廚房油煙減排與環(huán)境效益預(yù)期課題研究提供參考價值，促進(jìn)家用吸油煙機(jī)產(chǎn)業(yè)向綠色環(huán)保轉(zhuǎn)型升級，同時也為開展環(huán)保型家用吸油煙機(jī)檢測認(rèn)證提供參考價值。