面向環(huán)保型家用吸油煙機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產(chǎn)品。近幾年，越來越多吸油煙機企業(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》[11]團體標(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建議，為后續(xù)開展環(huán)保型家用吸油煙機檢測認(rèn)證具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 市場上典型結(jié)構(gòu)的家用吸油煙機產(chǎn)品

中國家庭吸油煙機由薄型機，到深型機，再到側(cè)吸煙機，進而發(fā)展為集成灶或者環(huán)保灶產(chǎn)品，吸油煙機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

吸油煙機通過電能驅(qū)動電機，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內(nèi)部，經(jīng)過濾網(wǎng)等裝置進行第一次油煙分離，然后進入吸油煙機風(fēng)道內(nèi)部，通過渦輪旋轉(zhuǎn)對油煙進行第二次油煙分離，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，但隨著吸油煙機的更新?lián)Q代，部分吸油煙機在功能已陸續(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可在油煙排出之前先對油煙進行過濾、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》[11]標(biāo)準(zhǔn)所引入的吸油煙機油煙凈化效率指標(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，通過吸油煙機的油煙去除效率和油脂回收效率，評估吸油煙機的環(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行超聲清洗，最后移入比色管中進行定容，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)過吸油煙機處理后，被去除的油煙質(zhì)量與進入的油煙量的百分比。計算方法見公式（2）：

式中：

P去除—吸油煙機的油煙去除效率，%；

m油煙—進入吸油煙機的油煙質(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》搭建家用吸油煙機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^油煙機掛架調(diào)節(jié)吸油煙機和加熱臺面的距離，使其滿足吸油煙機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

油煙機油煙凈化效率測試方法基本流程如圖3所示。

圖3 油煙機油煙凈化效率測試方法基本流程

4.2 測試樣機選型

結(jié)合目前吸油煙機品牌及機型市場占有和分布情況，本次試驗共選取20款樣機，結(jié)構(gòu)類型為中式、歐式和側(cè)吸式三種主流機型，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》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臺樣機進行摸底測試，每臺樣機測試三次，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排放的油煙具有較大的差異；本次測試樣機中，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款吸油煙機測試結(jié)果匯總表

圖4給出了不同測試樣機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型并不一定代表其油煙凈化效率好。

圖4 不同測試樣機下的油脂分離度、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款機型中，發(fā)現(xiàn)具有過濾網(wǎng)的吸油煙機機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》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)束后吸油煙機關(guān)機30 min 為限，之后滴下的油滴忽略。”標(biāo)準(zhǔn)判定為無油滴是以關(guān)機后的30 min為限，實際上油煙機內(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)檢測方法模型改進建議

如圖8給出了模擬家庭廚房吸油煙機測試工況，從實際測試可以看出，不同吸油煙機的入口結(jié)構(gòu)和形狀不同，導(dǎo)致產(chǎn)生的油煙在吸油煙機入口的密度和流量分布不均勻，由于吸油煙機進風(fēng)口的非均勻性，很難做到保證產(chǎn)生的油煙全部進入吸油煙機。此外，還有未進入油煙機存在于室內(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入吸油煙機的油煙量，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，因此吸油煙機不可能完全把產(chǎn)生的油煙全部吸入到油煙機里，從而導(dǎo)致油煙計算時比油煙機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進入油煙量、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)生的油煙量進入吸油煙機，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)保型家用吸油煙機標(biāo)準(zhǔn)檢測方法，搭建環(huán)保型家用吸油煙機試驗測試系統(tǒng)，對選取的20款吸油煙機樣機，完成了家用吸油煙機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建議，比如增加油煙機滴油穩(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，促進家用吸油煙機產(chǎn)業(yè)向綠色環(huán)保轉(zhuǎn)型升級，同時也為開展環(huán)保型家用吸油煙機檢測認(rèn)證提供參考價值。