廚房空氣環境質量的優化控制

姚 萍

（廣東美的廚衛電器制造有限公司，廣東 佛山 528000）

在烹飪過程中，燃燒會產生較大的顆粒。與室外相比，室內的空氣污染會更嚴重，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程中所產生的煙霧，會產生大量的有機或無機污染物質，其具有一定的毒性和腐蝕性，長期與其接觸往往會產生多種致癌風險。由此可見，廚房已經逐漸的成為室內最為重大的污染源，根據相關的數據研究分析，每年約有160萬人被廚房油煙奪去生命。

1 住宅廚房空氣環境的現狀

1.1 廚房的分類

廚房分封閉式廚房和開放式廚房。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備的工作空間，所有工作都能夠通過門窗隔離，形成一個較為封閉的空間環境，其他的居住環境都不會受到直接的影響[1]。開放式廚房同時具有操作和用餐功能，受西方文化的直接影響，這種滲透生活各項功能、為人們生活提供便捷體驗的開放式廚房越來越受到人們的歡迎，當前的住宅也在廣泛使用。但是在開放式廚房的環境下，由于中餐的油煙較多，更多的室內空間會直接受到油煙的影響。

1.2 住宅廚房的通風情況

當前住宅廚房的通風管道主要連接排氣扇、排氣罩以及抽油煙機等，不同的連接方式效果有所不同。抽油煙機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。

自然通風的方式是結合當地實際空間的環境結構，通過適當的建筑平面設計規劃布局，將廚房位置設在居室的下風，同時利用風壓和熱壓組織室內環境全面實施通風作業。我國住宅設計規范提出，廚房的門應在下部設置有效面積不小于0.02 m2的固定百葉或距離地面留有不小于30 mm的縫隙，2012年開始實行的新《住宅設計規范》（GB50096-2011）規定“廚房應有直接采光、自然通風”“廚房的直接自然通風開口面積不應小于該房間地板面積的1/10，并不得小于0.60 m2。自然通風是經濟價值最高也是最實用的一種方式，但其本身的穩定性相對較差。結合相關的資料分析得知，自然通風的效果受室外溫度、風向等多種因素的制，既不能保證定向通風環境的實現，也不能保證穿堂風的空氣質量。

廚房使用的機械排煙設備主要涵蓋普通的換氣扇和抽油煙機，換氣扇的功率較小，耗電較少，產生的噪音相對較低，但同時容易使空氣的負壓逐漸降低，不利于快速吸煙，因此一般只作為輔助排煙方式。抽油煙機的工作主要是利用扇葉旋轉的方式產生負壓，迅速地吸收烹飪操作過程中產生的油煙和熱氣。由于重新換至的新風量不足、油煙外溢及烹飪中油煙量較大，當前的油煙機仍不能全面控制油煙。廚房排煙系統主要是以集煙罩、排煙管道、排煙風機、油煙凈化器和廚房整體補風裝置為主構建的。油煙凈化器的安裝和運行主要依據實際環境進行選擇。在安裝油煙凈化器之前，首先對排煙系統中的阻力情況、排風質量等各個方面的參數進行核算。若是新建項目，在設計規劃的過程中，就應當充分考慮安裝油煙凈化器后對排煙系統的影響；如果是改造項目，在加設油煙凈化器時需要對排風系統重新進行核算，必要時還要對集煙罩、排煙管道和廚房整體補風裝置進行改造，并更換排煙風機。

2 煙機的分類及使用效果探析

2.1 油煙機的分類及選擇

當前市場上流行的抽油煙機主要有三種類型：歐式、中式和側吸式。歐式抽油煙機的體積較小、質量較輕、造型外觀相對美觀，也方便懸掛，但是實際的排煙量卻相對較低，適合西餐制作，在一些做中餐較少的家庭中常見。中式抽油煙機是在原歐式基礎上，針對當前中國家庭產生較大油煙數量的因烹飪習慣進行優化設計，其本身的集煙罩相對較深，也可以將其稱之為深型抽油煙機，也包含了較早使用的柜式抽油煙機。中式抽油煙機的特點是排煙的質量較高，其造型能夠根據不同的家居環境風格進行選擇，比較適用于現代的中國家庭。側吸式抽油煙機是一種新型的抽油煙機類型，其外觀形態相對美觀，比較適合青年人的居住環境。側吸式抽油煙機檐口距離灶臺相對較低，吸煙效果較好，排風速度較大，但是因為沒有集煙罩，會出現油煙外溢的現象，其控煙效果與中式深型抽油煙機相比還有一定的差距。當前，多數的油煙機公司還會針對如何提升控煙質量、增進吸煙效率等多方面內容進行綜合的探索分析，由此也衍生出下吸式煙灶和側吸式煙灶一體機等新產品。

2.2 普通抽油煙機的使用效果分析

歐式抽油煙機和側吸式抽油煙機的外部都沒有集煙罩。由于側吸式的抽油煙機本身距離灶臺較近，吸煙的效果比歐式抽油煙機的效果更好。中式抽油煙機雖然距灶臺較遠，但是其自身的深度集煙罩能較好的收集和控制油煙，達到最佳的油煙排放效果。當排放量逐漸增加到某數值后，提升排風速度，排煙的實際效果也不會產生較為顯著的變化，由此觀之，排風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結構所構成的氣溶膠，其不僅有燃燒時產生的污染物質，也有在烹飪過程中產生的有機污染物。油煙機經長期使用，其內部的排煙軟管和排氣道內部均會產生很多油垢，從而直接影響排氣的質量，也會對空氣環境產生一定的影響。另外，由于當前應用的大多都是重力式止回閥，在長時間的使用后，所形成的阻力相對較大，想要關閉嚴密，難度較大，也會導致串味的現象，高層建筑尤其明顯。

2.4 燃料燃燒污染物

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

可知（其他氣體燃燒耗氧量均按1：2計算），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數。200°C時燃燒污染物的黏度為24.49×10-6Pa·s，空氣的動力黏度為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。可以看出，燃料燃燒污染物的黏度和密度與同樣條件下空氣的相應數值相差不大，故模擬計算時可以將燃燒污染物作為空氣處理。

3 廚房排風量的確定

在廚房影響污染物產生的主要因素是排風量，因此在排風設計過程中，應充分考慮污染物對排風環境的影響，同時也要充分考慮建筑節能的實際要求。在特殊季節，由于溫度的變化會導致排風量的采暖熱負荷增大，而在夏季的空調房間，仍會出現排風量過大導致房間的冷負荷增大的現象。為了保證凈化效果，在實際設計時，要求排風量嚴格按照排風罩的吸入風速計算，罩口的吸風速度通常不低于0.5 m/s。

在實際的工程設計中，往往采用估算的方法，根據《民用建筑暖通空調設計技術措施》中對廚房排風量的規定，廚房排風量也可按如下換氣次數確定：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 油煙控制的優化設計

集煙率是提高排煙效果的根本因素，為提高煙機的排煙效果，必須加大其集煙力度。但若加大加深集煙罩，會給使用者的操作造成影響，甚至由于距離灶面過近造成火災。如果在灶面與集煙罩之間利用射流空氣形成風幕，使油煙被困在這個基本封閉的空氣腔內，在不影響使用者操作的情況下增大油煙的控制區域，能夠有效地抑制油煙外溢的現象。在灶面上，距爐灶一定距離加設一圈射流出風口，以吹風速度Vc向上吹氣，不僅形成一個空氣腔，隔離油煙與清潔空氣，同時為油煙上升熱氣流提供一個向上的導向引流出風口，與爐灶之間距離以爐火不受吹風影響為準，計算并對比設置射流風幕后對煙機吸煙效果的影響。

試驗模型選用國家建筑標準設計圖集住宅廚房（01 SJ913）中編號為K18的廚房作為研究對象，選用的抽油煙機機型為老板抽油煙機CXW-185-3008深型抽油煙機，外形尺寸為710 mm×493 mm×360 mm，最大風量為17 m3/min，出風口徑165 mm，最大風壓≥300 Pa。該抽油煙機有兩檔風速，分別為1.3 m/s和0.7 m/s。取油煙釋放速度Vo=1.0 m/s。在爐灶周圍設置吹風口，形成風幕，吹風角度設為吹向煙機前擋板。兩檔排風速度Vp分別為1.3 m/s和0.7 m/s，但由于排風速度應大于油煙釋放速度，因此這里選擇大檔排風速度Vp=1.3 m/s。Vc設為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。鍋內產生的大量油煙發生外溢，并擴散到整個廚房空間范圍，對廚房空氣環境的質量造成嚴重污染。

這種在灶面、鍋周加設射流風幕的方法可以使灶臺與煙機集煙罩之間形成一個誘導氣流的空氣腔，隨著吹風速度的增大，增強這種誘導作用。當吹風速度Vc增大到1.7 m/s時，射流形成的風幕隔斷油煙與罩外空氣，使油煙全部被控制在罩下部區域。

5 結論

在理想狀態下，排風扇旋轉產生空氣負壓，當排煙速度大于油煙產生的速度時，既使煙機沒有集煙罩、與灶面距離較遠，也可以將油煙全部排出。但實際上廚房不是封閉空間，門縫、窗縫等進入的補入風及人在廚房的操作行為都干擾空氣流場，使上升熱氣流產生偏斜，造成油煙外溢。而在灶臺周圍加設吹風幕形成隱形的集煙腔，可減弱或消除油煙外溢的情況，提高油煙機的控煙效果。風幕的控煙效果隨吹風速度增大而增強，當吹風速度增大到1.7 m/s時，射流形成的風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域。因此，可以在灶臺外圍加設吹風速度為1.7 m/s配合中式抽油煙機，即可完全控制油煙外溢，有效解決烹飪造成的廚房空氣污染，為使用者提供更加安全、健康的廚房環境。

由于高溫產生的氣壓差的影響，油煙會直接擴散到廚房的各個區域。廚房的主要結構不同，所呈現的影響狀態也會不同，油煙外溢擴大，會導致整個居室環境內的空氣質量受到直接的影響。因此，很多企業在開發抽油煙機的過程中，立足于開發風力更強、集煙腔更大的煙機，并通過CFD仿真技術，模擬在灶面增設風幕后的流場變化，探究減弱或消除油煙外溢情況的可行方案，提高了煙機控煙效果，為使用者提供更加安全、健康的廚房環境。