王詩(shī)琪 徐先港 董建鍇 劉京 王昭俊

哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院 寒地城鄉(xiāng)人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 黑龍江哈爾濱 150090

0 引言

廚房烹飪是住宅內(nèi)污染物的重要來(lái)源之一。廚房?jī)?nèi)空氣品質(zhì)的下降，一部分是由于燃料（天然氣、液化氣等）燃燒釋放有害氣體和廢熱，另一部分來(lái)自于食材加熱過(guò)程中產(chǎn)生的油煙、油霧滴、水蒸氣和異味等[1]，其中含有大量的CO、CO2、NOx、SO2、可吸入顆粒物和多環(huán)芳烴、醛類、酮類、脂肪酸等多種致癌組分[2-4]。因此，需要采取有效措施來(lái)減輕污染物擴(kuò)散、營(yíng)造良好廚房環(huán)境、保障人體生命健康。

當(dāng)前，住宅廚房污染物排除方式主要有被動(dòng)式開窗通風(fēng)與油煙機(jī)機(jī)械排風(fēng)[5,6]兩種。其中，油煙機(jī)是目前住宅廚房?jī)?nèi)普遍使用的吸排污染物設(shè)備，其內(nèi)部電機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，在進(jìn)風(fēng)口處形成一定范圍的負(fù)壓區(qū)，烹飪過(guò)程中產(chǎn)生的油煙、蒸汽和廢熱在壓差的作用下向油煙機(jī)吸風(fēng)口聚集，經(jīng)油煙機(jī)分離過(guò)濾后排放到室外[7]。

國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中油煙機(jī)的性能指標(biāo)包括安全性能、空氣性能（風(fēng)量、風(fēng)壓、全壓效率）、氣味降低度（常態(tài)氣味降低度、瞬時(shí)氣味降低度）、油脂分離度、噪聲、調(diào)速六項(xiàng)[8,9]。其中，氣味降低度多用于評(píng)價(jià)油煙機(jī)捕集污染物的性能。然而，氣味降低度的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試條件與實(shí)際應(yīng)用條件間存在差異[10]，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)難以衡量真實(shí)工況下油煙機(jī)的實(shí)際性能。針對(duì)該問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者進(jìn)行了大量研究并提出了捕集效率的概念，并對(duì)其影響因素進(jìn)行分析。

為掌握國(guó)內(nèi)外對(duì)于油煙機(jī)捕集性能的研究進(jìn)展，明晰未來(lái)油煙機(jī)捕集性能的研究方向，本文調(diào)研油煙機(jī)捕集性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，總結(jié)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)試方法，分析捕集性能影響因素，以期完善油煙機(jī)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系，提出研究新思路。

1 捕集效率

1.1 定義

捕集效率通常定義為油煙機(jī)捕集的污染物量與污染源散發(fā)的污染物總量的比值。如圖1所示，假設(shè)油煙機(jī)排風(fēng)量為qf，污染源持續(xù)散發(fā)的污染物總量為Sp，排風(fēng)罩捕集的污染物量為Sc，排風(fēng)罩罩口的污染物濃度為Cc，則油煙機(jī)的捕集效率CE定義如式（1）所示[11]。

圖1 經(jīng)典廚房排煙模型

未被油煙機(jī)捕獲的污染物量稱為逃逸量Se，根據(jù)式（2）計(jì)算。

由于Sc、Sp、Se難以準(zhǔn)確測(cè)量，Wolbrink等人[12]在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)公式（3），將區(qū)域劃分為烹飪區(qū)和房間其他區(qū)域。

式中，cr為房間其他區(qū)域的污染物濃度，c0為室外環(huán)境中的污染物濃度，cc為排氣管處污染物濃度。

考慮到烹飪區(qū)與房間其他區(qū)域之間存在空氣交換，Li等人[13]對(duì)公式（3）做出改進(jìn)，提出公式（4）。

式中，qv為全面通風(fēng)率，qf為通過(guò)排氣管的流量?？梢?，若qv=0，式（4）將與式（3）相同。圖2為相應(yīng)的模型，qe為從排風(fēng)罩前部逃逸的流量，污染源處產(chǎn)生的總污染物量為S0p+(qf+qc)cr，油煙機(jī)所捕集的污染物量為qf cc。

圖2 考慮空氣交換的廚房排煙兩區(qū)模型

1.2 測(cè)試方法

捕集效率的測(cè)試一般不在實(shí)際烹飪過(guò)程中進(jìn)行。實(shí)際烹飪過(guò)程所產(chǎn)生的油煙組分極為復(fù)雜，各組分之間可能互相影響，而且烹飪方式、加熱溫度、食物種類等的變化較大，此時(shí)的污染物散發(fā)量較難直接測(cè)量和計(jì)算。且傳感器等測(cè)量?jī)x器長(zhǎng)期暴露在油煙中，容易受到損壞，使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。因此，通常在實(shí)驗(yàn)室條件下采用示蹤氣體法、煮水法和顆粒物法進(jìn)行捕集效率的測(cè)試。

1.2.1 示蹤氣體法

示蹤氣體法通常使用CO2和SF6等無(wú)毒、不燃、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、易測(cè)量的高純度示蹤氣體來(lái)模擬污染物[14]，并由一套穩(wěn)定可操控的裝置進(jìn)行釋放，是目前ASTM（美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)，American Society of Testing Materials）標(biāo)準(zhǔn)所用的方法，也是近年來(lái)所提出的一種較為新穎的方法[15]。

測(cè)試室由操作臺(tái)、示蹤氣體散發(fā)裝置、機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)和機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)4部分組成，見圖3。機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)有油煙機(jī)、排氣管道、流量測(cè)試裝置、流量控制裝置和輔助風(fēng)扇5大部件。油煙機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)在室內(nèi)形成較大負(fù)壓，為避免未經(jīng)處理的氣體通過(guò)門窗縫隙等滲入，測(cè)試時(shí)需要設(shè)置機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)。機(jī)械送風(fēng)主要分為天花板送風(fēng)和操作臺(tái)下側(cè)送風(fēng)兩種形式。測(cè)試過(guò)程中需保持較低風(fēng)速（ASTM標(biāo)準(zhǔn)推薦值＜0.5 m/s），以免對(duì)測(cè)試環(huán)境形成擾動(dòng)；同時(shí)在50 Pa泄漏量下，測(cè)試室每小時(shí)的換氣次數(shù)應(yīng)小于2.5次。此外，送風(fēng)管道需設(shè)置過(guò)濾裝置，以免送入空氣影響測(cè)試結(jié)果。

圖3 測(cè)試室示意圖

示蹤氣體散發(fā)裝置主要由示蹤氣體氣瓶、流量控制裝置、風(fēng)機(jī)、電加熱器、散發(fā)鍋體及各閥門、連接管道組成，以創(chuàng)建一個(gè)在熱量上和幾何上與實(shí)際烹飪等價(jià)的過(guò)程。而ASTM所采用的方法中，示蹤氣體散發(fā)系統(tǒng)前部與國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相似，但在末端處由上下均勻布滿圓孔的均流板代替散發(fā)鍋體，示蹤氣體通過(guò)圓孔均勻被釋放，與熱羽流充分混合。圓孔直徑為3.5 mm，上表面至少需要30個(gè)孔，下表面至少需要15個(gè)孔。

在計(jì)算捕集效率時(shí)，一般分為兩種方法。一種是直接法，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)T/CAS 337-2019《吸油煙機(jī)捕集性能測(cè)試與評(píng)價(jià)》[16]，由所測(cè)數(shù)據(jù)直接求出油煙機(jī)捕集量和散發(fā)裝置散發(fā)量，如公式（5）所示。首先將散發(fā)裝置安裝在油煙機(jī)正下方10 cm的位置，油煙機(jī)風(fēng)量調(diào)整至Q2，保證散發(fā)物全部被油煙機(jī)抽吸而排出，穩(wěn)定后連續(xù)測(cè)試30 min內(nèi)特征污染物的排風(fēng)管濃度及測(cè)試室背景濃度；然后調(diào)整散發(fā)裝置的位置至灶臺(tái)處，風(fēng)量調(diào)整至Q2，穩(wěn)定后連續(xù)測(cè)試30 min內(nèi)特征污染物的排風(fēng)管濃度及測(cè)試室背景濃度。該方法可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性。

式中：Q1為散發(fā)量測(cè)試時(shí)的油煙機(jī)風(fēng)量；Q2為捕集量測(cè)試時(shí)的油煙機(jī)風(fēng)量；C0為房間的污染物背景濃度；Cp1為散發(fā)量測(cè)試時(shí)排氣管內(nèi)污染物濃度；Cp2為捕集量測(cè)試時(shí)排氣管內(nèi)污染物濃度；t1為散發(fā)量測(cè)試時(shí)污染物濃度達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)刻；t2為捕集量測(cè)試時(shí)污染物濃度達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)刻。

另一種是間接法，由逃逸率得出捕集效率。根據(jù)穩(wěn)態(tài)時(shí)各測(cè)點(diǎn)的污染物濃度進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)排氣管內(nèi)濃度為Ce，廚房背景濃度為Cc，送風(fēng)口處濃度為Ci。排氣管處和送風(fēng)口處可在其截面上均勻布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)求平均值。背景濃度測(cè)點(diǎn)位于灶臺(tái)中心線上，高度和與灶臺(tái)距離的選取應(yīng)能具有代表性。則計(jì)算如公式（6）所示[13]。

使用示蹤氣體模擬特征污染物的方法，對(duì)測(cè)試儀器、測(cè)試用具和測(cè)試環(huán)境等的要求較高，尤其是示蹤氣體釋放裝置，需要保證示蹤氣體能與熱羽流充分混合。釋放裝置與家用燃?xì)庠?、電磁爐等存在一定差異，使用該方法時(shí)熱源性能的測(cè)試將受到限制，與實(shí)際家庭烹飪情況不太相符。但該方法有利于形成一套標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試流程，實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性和重復(fù)性較好，受額外因素的影響較小，污染物的釋放較為可控和穩(wěn)定，更適合應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)油煙機(jī)的測(cè)試。

1.2.2 煮水法

煮水法采用煮沸的方式，該過(guò)程人員操作方便，所產(chǎn)生污染物的組分相對(duì)簡(jiǎn)單，主要為燃料的燃燒產(chǎn)物和水蒸氣，一般采用CO2作為燃燒器的污染物標(biāo)志。該方法也分為直接法和間接法。

直接法認(rèn)為產(chǎn)生的CO2僅為燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的污染物散發(fā)量，在假設(shè)燃料完全燃燒的情況下，CO2散發(fā)量通過(guò)化學(xué)計(jì)量法求得，CO2捕集量為油煙機(jī)風(fēng)量與排氣濃度的乘積。捕集效率計(jì)算如公式（7）所示。

式中：Qe為油煙機(jī)風(fēng)量；Ce為排氣管內(nèi)CO2濃度；Cr為房間的CO2背景濃度；Qfuel為燃料流量；N為燃料中碳的摩爾分?jǐn)?shù)（每摩爾燃料中含有碳的摩爾數(shù)），基于燃料組分。

間接法與示蹤氣體法的間接法原理相似。但煮水法所測(cè)試的污染物主要來(lái)源于燃料燃燒，因此不適用于使用電磁爐的情況。該方法具有操作方便的優(yōu)點(diǎn)，適用于一般的測(cè)試或作為其他實(shí)驗(yàn)的附屬實(shí)驗(yàn)。但該方法也存在一些缺點(diǎn)，CO2傳感器對(duì)水蒸氣較為敏感，會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。實(shí)際烹飪過(guò)程更為復(fù)雜，人員活動(dòng)更頻繁會(huì)帶來(lái)擾動(dòng)。用鍋煮水需要更多熱量用于液態(tài)水到水蒸氣的相變，因此在對(duì)鍋輸入相同熱量的情況下所產(chǎn)生熱羽流更少。兩種方法中部分參數(shù)需在數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)再進(jìn)行讀取。

1.2.3 顆粒物法

顆粒物法是以烹飪時(shí)產(chǎn)生的顆粒物為測(cè)試對(duì)象的方法。Lunden[17]的測(cè)試中以765 L/s的體積流量向房間內(nèi)送入經(jīng)過(guò)過(guò)濾的空氣，并在室內(nèi)設(shè)置兩臺(tái)風(fēng)扇均勻混合空氣，氣流在兩處分別降低至292 L/s和552 L/s?？紤]到顆粒物擴(kuò)散時(shí)會(huì)在排風(fēng)罩和管道內(nèi)附著，使得在排氣管處測(cè)得的顆粒物濃度與實(shí)際存在一定偏差，因此通過(guò)測(cè)試油煙機(jī)開啟和關(guān)閉狀態(tài)時(shí)房間內(nèi)的顆粒物濃度得到逃逸率，從而間接計(jì)算出油煙機(jī)的捕集效率，如公式（8）所示。

式中：Croom,hood_on為烹飪時(shí)油煙機(jī)開啟狀態(tài)下房間中的顆粒物濃度；Croom,hood_off為烹飪時(shí)油煙機(jī)關(guān)閉狀態(tài)下房間中的顆粒物濃度；Cbkg為無(wú)烹飪活動(dòng)時(shí)房間背景顆粒物濃度。

顆粒物在擴(kuò)散、傳播的過(guò)程中，易于沉降、附著，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量油煙機(jī)捕集的顆粒物濃度，只能通過(guò)測(cè)量油煙機(jī)處于不同狀態(tài)時(shí)廚房?jī)?nèi)的濃度而間接求出捕集效率。廚房?jī)?nèi)的干擾因素較多，易造成結(jié)果不準(zhǔn)確。且顆粒物傳感器的成本較高，因此使用該方法的實(shí)際測(cè)試研究較少。

2 氣味降低度

2.1 定義

氣味降低度是指油煙機(jī)在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，降低室內(nèi)異常氣味的能力，又可分為常態(tài)氣味降低度和瞬時(shí)氣味降低度[8]。

常態(tài)氣味降低度是指在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)驗(yàn)室持續(xù)、定量產(chǎn)生異味時(shí)，油煙機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，30 min內(nèi)降低室內(nèi)異常氣味的能力，如公式（9）所示。瞬時(shí)氣味降低度是指在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)驗(yàn)室異味濃度達(dá)到最大時(shí)，開啟油煙機(jī)，3 min內(nèi)降低室內(nèi)異常氣味的能力，如公式（10）所示。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中要求常態(tài)氣味降低度應(yīng)不小于90%，瞬時(shí)氣味降低度應(yīng)不小于50%。

式中：b1為實(shí)驗(yàn)室最大氣味濃度；b2為油煙機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)3 min時(shí)實(shí)驗(yàn)室最大氣味濃度；b3為油煙機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)30 min時(shí)實(shí)驗(yàn)室最大氣味濃度。

2.2 測(cè)試方法

GB/T 17713-2011《吸油煙機(jī)》[8]中氣味降低度的測(cè)試裝置由溫控系統(tǒng)、滴液系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)三部分組成。溫控系統(tǒng)提供熱源并進(jìn)行控制，用電爐為試驗(yàn)鍋加熱，通過(guò)該系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)使鍋底保持（170±10）℃；滴液系統(tǒng)采用液體為（300±1）g的室溫蒸餾水和（12±1）g的丁酮組成的混合液；采樣系統(tǒng)在垂直于地面每隔500 mm等間距布置四個(gè)采樣點(diǎn)，將四個(gè)采樣管匯合成一根總管進(jìn)行測(cè)試采樣。實(shí)驗(yàn)條件為，環(huán)境條件達(dá)到環(huán)境溫度（20±5）℃，相對(duì)濕度40%～70%，大氣壓力86～106 kPa。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具有一定的密封性，封閉實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行采樣測(cè)得最大氣味濃度，1 h之后再次采樣，其下降值應(yīng)不大于5%。油煙機(jī)默認(rèn)安裝高度為制造商隨機(jī)提供的用戶使用說(shuō)明書中標(biāo)識(shí)出的最小安裝高度。

為方便操作，如圖4所示，氣味降低度的測(cè)試形式可以采用示蹤氣體法的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)形式，在此基礎(chǔ)上增加采樣系統(tǒng)和攪拌的風(fēng)扇。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室尺寸和特征污染物散發(fā)量，垂直于地面均勻布置多個(gè)采樣點(diǎn)。

圖4 氣味降低度測(cè)試流程

3 影響因素

在針對(duì)捕集性能的相關(guān)研究中，關(guān)注點(diǎn)多集中在捕集效率上，油煙機(jī)的捕集效率與安裝高度、風(fēng)量、風(fēng)壓、排風(fēng)罩類型、補(bǔ)風(fēng)、熱源位置和強(qiáng)度等因素有關(guān)。

3.1 安裝高度

安裝高度決定了烹飪污染物到排風(fēng)罩的運(yùn)動(dòng)距離，對(duì)油煙機(jī)的捕集效率造成直接影響。6種排風(fēng)量在187 m3/h～594 m3/h具有高低檔位的油煙機(jī)在61 cm、69 cm和76 cm的安裝高度下，捕集效率值為42.8%～96.2%。其中，在50%的時(shí)間中61 cm工況的捕集效率最高，在67%的時(shí)間中76 cm工況的捕集效率最低，在52%的時(shí)間中69 cm工況的捕集效率介于其他安裝高度工況之間。當(dāng)安裝高度由76 cm下降至69 cm和由69 cm下降至61 cm時(shí)，分別有50%和25%的配置表現(xiàn)出捕集效率有顯著變化[18]。對(duì)于同一油煙機(jī)，燃燒器輸入功率為450 W，在360～720 m3/h區(qū)間內(nèi)改變油煙機(jī)風(fēng)量，安裝高度為61 cm的捕集效率普遍大于安裝高度為81 cm的捕集效率，且在風(fēng)量小于540 m3/h時(shí)更明顯[19]。但對(duì)于具有深凹或其寬度擴(kuò)展到覆蓋前燃燒器排風(fēng)罩的油煙機(jī)，其在低安裝高度和高安裝高度的捕集性能差異較小[20]。

因此，適當(dāng)降低油煙機(jī)的安裝高度可以提高其捕集性能，且安裝高度的變化對(duì)于較高安裝高度下的捕集性能影響更大。但是，過(guò)低安裝高度的油煙機(jī)也存在一些問(wèn)題。人員的操作空間受到限制，易造成碰撞。對(duì)于大功率灶具存在溫升超標(biāo)問(wèn)題，火苗有被風(fēng)口吸入的風(fēng)險(xiǎn)，易導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生，也會(huì)給爐灶造成不必要的熱損失。

3.2 風(fēng)量與風(fēng)壓

在低風(fēng)量范圍內(nèi)，風(fēng)量是影響捕集性能的重要因素。將風(fēng)量從180 m3/h增加到540 m3/h，捕集效率可提高30%[21]。風(fēng)量為300～600 m3/h時(shí)，捕集效率隨風(fēng)量增大而增大，倒錐深腔型油煙機(jī)的捕集效率從68.1%逐漸增長(zhǎng)到88.7%，增量為20.6%；平板導(dǎo)煙型油煙機(jī)的捕集效率從74.1%逐漸增長(zhǎng)到91.3%，增量為11.2%。但當(dāng)風(fēng)量大于600 m3/h時(shí)，兩種油煙機(jī)的捕集效率均無(wú)明顯變化[22]。

對(duì)8種型號(hào)油煙機(jī)在不同風(fēng)量范圍和不同安裝高度下的捕集效率進(jìn)行測(cè)試，所測(cè)得的值為58%～97%。在一定范圍內(nèi)，風(fēng)量與捕集效率之間存在一般正相關(guān)關(guān)系。但無(wú)論是在相同型號(hào)油煙機(jī)（不同的安裝高度）的測(cè)試中，還是在不同型號(hào)油煙機(jī)的測(cè)試中，都表現(xiàn)出捕集效率在較高的風(fēng)量下有減小的趨勢(shì)。當(dāng)風(fēng)量≥540 m3/h時(shí)，全部油煙機(jī)的捕集效率均超過(guò)80%；當(dāng)風(fēng)量小于540 m3/h時(shí)，捕集效率隨風(fēng)量的變化顯著[20]。

可見，存在某一風(fēng)量可以使油煙機(jī)捕集效率達(dá)到峰值。并且，過(guò)度追求大風(fēng)量并不能有效增大油煙機(jī)的捕集效率，并且滿足大風(fēng)量需要更高性能的風(fēng)機(jī)，往往易帶來(lái)更多的噪聲、更高的成本和能耗，廚房?jī)?nèi)的新鮮空氣也會(huì)隨著油煙一同被油煙機(jī)抽吸，不適合日常在住宅中使用。從整體來(lái)看，若某一住戶采用風(fēng)量過(guò)大的油煙機(jī)，會(huì)使得煙道內(nèi)壓力不均，給使用小風(fēng)量油煙機(jī)的住戶帶來(lái)油煙倒灌的困擾[23]。所以使油煙機(jī)在相對(duì)較低的流量下具有足夠高的捕集效率是很重要的。

風(fēng)壓對(duì)于捕集性能的作用效果與風(fēng)量類似。通過(guò)數(shù)值模擬的手段，在原型機(jī)壓力-300 Pa前后選取4個(gè)等距壓力點(diǎn)-200 Pa、-250 Pa、-350 Pa、-400 Pa來(lái)探究風(fēng)機(jī)抽吸壓力對(duì)集成灶捕集效率的影響。-300 Pa時(shí)最低捕集效率為84.52%，-400 Pa時(shí)最低捕集效率為97.27%[24]。隨著風(fēng)機(jī)壓力絕對(duì)值的增大，捕集效率的最低值有明顯提升，且捕集效率總體上也有一定提升。但風(fēng)壓的增加同風(fēng)量一樣，會(huì)帶來(lái)能耗、噪聲和油煙倒灌等問(wèn)題。

3.3 排風(fēng)罩類型

排風(fēng)罩是油煙機(jī)的重要組成部分，如表1所示，采取加裝導(dǎo)煙、整流裝置或改變罩的深淺等措施，對(duì)排風(fēng)罩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化，可以在一定程度上提高油煙機(jī)的捕集效率。

從表1可以看出，數(shù)值模擬的結(jié)果較實(shí)際測(cè)試結(jié)果偏大，由于沒(méi)有考慮運(yùn)行時(shí)的阻力等情況，數(shù)值模擬的結(jié)果更加理想化。數(shù)值模擬的方法可以研究更多工況下的捕集效率，尤其是在實(shí)際中由于條件限制無(wú)法測(cè)試到的工況，可以驗(yàn)證實(shí)際測(cè)試的結(jié)果可行性。因此，該方法一般可以用于油煙機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化階段，或者作為實(shí)際測(cè)試的輔助來(lái)驗(yàn)證實(shí)際測(cè)試的可行性和準(zhǔn)確性。

表1 對(duì)排風(fēng)罩采取優(yōu)化措施后的捕集效率

3.4 補(bǔ)風(fēng)參數(shù)

單獨(dú)使用抽油煙機(jī)作為廚房排風(fēng)系統(tǒng)時(shí)易產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，從而無(wú)法有效地將烹飪產(chǎn)生的油煙快速排向室外，往往依靠自然送風(fēng)也無(wú)法完全解決。因此有時(shí)需要合理的補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)來(lái)改善廚房氣流組織[30]。增設(shè)空氣幕系統(tǒng)是目前常用的且逐漸成熟的一種補(bǔ)風(fēng)方式[31]。如圖5所示，主要有三種形式。

合理使用空氣幕可以有效改善油煙機(jī)的捕集效率。使用圖5 b）形式的空氣幕進(jìn)行研究，結(jié)果表明：窗戶開啟時(shí)的改善程度大于窗戶關(guān)閉時(shí)；窗戶關(guān)閉時(shí)，當(dāng)空氣幕關(guān)閉時(shí)，捕集效率為78.25%～82.5%；當(dāng)空氣幕速度為0.5 m/s、1.0 m/s和1.5 m/s時(shí)，捕集效率分別為82.12%～86.52%、79.81%～86.73%和72.20%～77.46%?？諝饽辉谳^低速度范圍內(nèi)，速度越大則捕集效率越高；而在高速度范圍內(nèi)，捕集效率隨速度增大而有所降低。同時(shí)，當(dāng)窗戶關(guān)閉時(shí)，大多數(shù)情況下捕集效率隨檔位的升高而增大。當(dāng)窗戶關(guān)閉時(shí)，捕集效率的最高值86.3%出現(xiàn)在油煙機(jī)高速檔、補(bǔ)風(fēng)速度1.0 m/s的工況。而當(dāng)油煙機(jī)為低速檔、補(bǔ)風(fēng)速度為0.5 m/s時(shí)捕集效率為85.25%，非常接近最高值，從節(jié)能的角度考慮，可以認(rèn)為此時(shí)為最佳工況[32]。

圖5 空氣幕示意圖

3.5 熱源位置和強(qiáng)度

熱源的強(qiáng)度和位置會(huì)對(duì)烹飪活動(dòng)的污染物散發(fā)產(chǎn)生影響，從而影響油煙機(jī)的捕集性能。

由表2可得，在一定范圍內(nèi)，捕集效率隨熱源輸入功率的增大而減小。當(dāng)熱源強(qiáng)度大時(shí)，形成的熱羽流較粗壯，增加了逃逸率。在使用家用燃?xì)庠顣r(shí)，國(guó)內(nèi)家庭多數(shù)使用單眼灶或雙眼灶，而國(guó)外家庭使用多眼灶居多。在使用雙眼灶時(shí)，排除開窗位置等擾動(dòng)因素外，熱源位置對(duì)捕集效率的影響較小。而在使用多眼灶時(shí)，由于排風(fēng)罩不能完全覆蓋住前熱源，會(huì)造成部分熱羽流的逃逸，后熱源能被很好地覆蓋，使得在使用后熱源時(shí)油煙機(jī)的捕集效率大于使用前熱源時(shí)，使用左側(cè)和右側(cè)熱源時(shí)的捕集效率值相當(dāng)。

表2 不同熱源位置和強(qiáng)度的捕集效率

4 討論

由于受測(cè)試方法、測(cè)試條件、測(cè)試對(duì)象和測(cè)試工況等因素的影響，捕集效率值的研究結(jié)果差異較大。影響油煙機(jī)捕集效率各因素之間的關(guān)系還不夠明確，可以考慮進(jìn)行交互作用的正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響因素做顯著性排序，并對(duì)顯著因素做單因素分析，從而發(fā)掘關(guān)鍵影響因素并設(shè)法改進(jìn)。

由于使用電磁爐時(shí)無(wú)明火，所以熱源處不會(huì)產(chǎn)生污染物，可以通過(guò)能產(chǎn)生污染物排放的實(shí)際烹飪過(guò)程來(lái)進(jìn)行捕集效率測(cè)試。中式烹飪多為煎炸、爆炒等高強(qiáng)度方式，烹飪時(shí)的污染物濃度、溫濕度較高，在進(jìn)行捕集效率測(cè)試以及將來(lái)對(duì)油煙機(jī)捕集性能優(yōu)化時(shí)，應(yīng)該根據(jù)這些實(shí)際情況對(duì)已有方法進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

在測(cè)試時(shí)，為防止廚房?jī)?nèi)負(fù)壓過(guò)大，往往需要對(duì)廚房進(jìn)行送風(fēng)，這也是影響油煙機(jī)捕集效率的一個(gè)因素。然而現(xiàn)有研究中有的采用自然送風(fēng)，有的設(shè)置專門的機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)于送風(fēng)方式和送風(fēng)量并沒(méi)有規(guī)范化的要求。為解決由此差異性對(duì)結(jié)果的影響，應(yīng)該根據(jù)房間大小和油煙機(jī)工況對(duì)送風(fēng)方式和送風(fēng)量進(jìn)行明確規(guī)定。目前的測(cè)試多基于封閉式廚房展開，對(duì)開放式廚房環(huán)境中的油煙機(jī)捕集性能研究較少。而開放式廚房中的污染物更容易擴(kuò)散到客廳等鄰室，這對(duì)油煙機(jī)的捕集性能將要求更高。

在設(shè)計(jì)或評(píng)價(jià)油煙機(jī)時(shí)，需要將捕集性能與噪聲、能耗、空氣性能等其他指標(biāo)相結(jié)合，得到整體最優(yōu)工況。廚房油煙機(jī)還需要形成一套綜合性的測(cè)試與評(píng)價(jià)體系，在各個(gè)性能指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重劃分，得到一個(gè)反映油煙機(jī)綜合性能的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。同時(shí)，在日常烹飪中油煙機(jī)與燃?xì)庠钔ǔＪ桥涮资褂玫?，它們之間的聯(lián)系緊密，可以考慮設(shè)計(jì)一種綜合油煙機(jī)捕集效率與燃?xì)庠顭嵝实臏y(cè)試與評(píng)價(jià)方法。

5 結(jié)論

提高油煙機(jī)的捕集性能，有效控制污染物的捕集與排放是目前亟需解決的問(wèn)題。研究總結(jié)了關(guān)于油煙機(jī)捕集性能評(píng)價(jià)指標(biāo)與測(cè)試方法，并分析不同影響因素對(duì)油煙機(jī)捕集性能的影響，主要結(jié)論可歸納如下：

（1）捕集性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系有捕集效率和氣味降低度。捕集效率的概念應(yīng)用更加廣泛，而氣味降低度的概念被國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所采用。

（2）捕集效率的測(cè)試方法主要有示蹤氣體法、煮水法和顆粒物法。示蹤氣體法有利于形成一套標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試流程；煮水法操作簡(jiǎn)便；顆粒物法由于涉及顆粒物的沉降、附著，易造成結(jié)果不準(zhǔn)確。

（3）氣味降低度可分為常態(tài)氣味降低度和瞬時(shí)氣味降低度。為方便操作，可以采用示蹤氣體法的測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試。

（4）影響捕集性能的因素主要有安裝高度、風(fēng)量、風(fēng)壓、排風(fēng)罩類型、熱源位置和強(qiáng)度。在一定范圍內(nèi)降低安裝高度和熱源強(qiáng)度、增大風(fēng)量風(fēng)壓、使用后熱源并采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)風(fēng)可以有效提升油煙機(jī)的捕集性能，而超過(guò)該范圍后，捕集性能變化不明顯，還會(huì)增加能耗與噪聲。