抽油煙機捕集性能的研究現(xiàn)狀與展望

郭海豐 李亞鑫 楊旭升

（沈陽建筑大學市政與環(huán)境工程學院 沈陽 110168）

引言

廚房在中國住宅中扮演著重要的角色，但烹飪過程中的PM 2.5濃度可以是沒有烹飪活動的90倍以上。廚房可能會成為家里污染最嚴重的房間，其烹飪過程會產(chǎn)生多環(huán)芳烴、雜環(huán)胺等200多種污染物。因此抽油煙機對排除廚房有害物質(zhì)至關重要，且其捕集污染物的效率對整個廚房的環(huán)境和人們身體健康具有非常重要的影響。為了形成高效、節(jié)能的抽油煙機操作策略，提升室內(nèi)空氣品質(zhì)，需要充分了解抽油煙機捕集效率的影響因素。

1 干擾氣流的影響

在實際廚房中，干擾氣流無處不在且不可避免。這種氣流可能來自烹飪行為、人員移動、窗戶和門的打開、補風系統(tǒng)等。許多情況下它是隨機的，會產(chǎn)生陣風的、不穩(wěn)定的、湍流的或氣旋的復雜氣流。這些都將會對抽油煙機的捕集效率產(chǎn)生不利影響。

Lipeng Lv[1]等人采用動態(tài)網(wǎng)格法進行瞬態(tài)CFD模擬，研究了人體行走對家用廚房抽油煙機性能的影響，并進行了示蹤氣體實驗和可視化實驗。得出在人體行走過程中，人行走相關的參數(shù)對捕獲效率的波動有顯著影響，尾流與熱羽流的相互作用是熱羽流波動的主要原因，在最不利的條件下，捕獲效率下降了50 %。

田玉琳[2]設計了一種三面風幕式抽油煙機，以提高廚房油煙的捕集效率和抗人員干擾能力，并進行了油煙流場可視化實驗和示蹤氣體濃度測量實驗。結(jié)果表明，設計合理的風幕能有效阻擋人員靜止站立或行走于灶臺前對油煙氣流的干擾作用，使呼吸區(qū)油煙濃度降低80 %以上，同時開啟風幕時的抽油煙機捕集效率比不開啟風幕時提高了22 %。

Wang[3]等人指出，在開窗無組織通風條件下烹飪，廚房中的油煙顆粒濃度不斷增加。Gao[4]等人也通過實驗證實，開窗進風下的呼吸區(qū)油煙顆粒濃度是全開門進風下的9.4倍，是30°開門進風下的79.2倍。He[5]等人通過模擬和實驗得出無組織的開窗補風，造成了嚴重的食油油煙泄露和呼吸區(qū)顆粒濃度升高，但這種開窗的缺點可通過調(diào)整開窗位置或調(diào)節(jié)排風量來緩解。

圖1 廚房油煙主要成分

圖2 干擾氣流對抽油煙機的影響示意圖

由此可見，干擾氣流的影響會根據(jù)其速度和方向、抽油煙機的類型、罩類型和大小而變化，總之要盡量確保接近抽油煙機的氣流速度小于0.38 m/s，以避免干擾熱羽流，降低捕集效率。

2 類型和幾何特征的影響

目前最常見的家用抽油煙機可分為薄型、深型和柜式三種。在技術條件相同的情況下，三種抽油煙機的捕集效率有很大不同。柜式的捕集效率最高在80 %以上，深型的次之在50～ 60 %，普通型的最低為40 ～ 50 %[7]。

Zhao[6]等人為充分了解抽油煙機罩幾何形狀對捕獲效率的影響，研究了21種不同形狀的罩。得出傳統(tǒng)中式抽油煙機的小罩容積并未降低捕集效率，且側(cè)板可以提高捕集效率，尤其是在較高位置。

董倩[7]研究了抽油煙機的整流板對捕集效率的影響，提出三種優(yōu)化方案，并采用CFD數(shù)值模擬進行了分析。結(jié)果表明，三種形式的整流板都能有效控制油煙氣流，在不同時刻捕集效率可達到80 %以上。且中心圓孔整流板捕集效率最高；條縫式方形整流板捕集效率較高，更適用高風量的情況；移動式整流板適用于風量較小的情況。

卜維平[8]等人探究了深型集氣罩和淺型集氣罩對油煙捕集效率的影響。并通過實驗發(fā)現(xiàn)同為深型集氣罩結(jié)構時，排風量分別為6.17 m3/min、9.42 m3/min時，捕集效率為91.1 %、94.5 %，雖風量相差35 %，但油煙捕集效率僅差3 %；但當集氣罩結(jié)構為淺型，排風量為6.17 m3/min時，油煙捕集效率僅為74.8 %，與排風量相同的深型集氣罩油煙捕集效率相差16 %。結(jié)果表明，當排風量滿足抽油煙機的所需時，風量值的大小將不再是影響捕集效率的主要因素，而是集氣罩的結(jié)構型式。

可見抽油煙機的類型及幾何特征主要影響了抽油煙機的性能，進而影響了對油煙的捕集效率，如相同情況下達到一樣的捕集效率，壁掛式抽油煙機比島式抽油煙機需要更小的排風量；相同排風量下，深型罩要比淺型罩具有更高的捕集效率。

3 安裝高度和位置的影響

抽油煙機的性能取決于足夠的捕獲速度或無量綱速度（沿中心線的上升速度與抽油煙機入口處的吸入速度之比），它隨著距離的增加而迅速衰減。

F.W.H.Yi k和P.W.Au[9]為了研究抽油煙機安裝高度對捕集效率的影響，進行了抽油煙機在850 mm和700 mm安裝高度下的測試實驗，結(jié)果表明在相同條件下兩個安裝高度的家用廚房抽油煙機捕集效率分別為81 %和73 %。

Ann Kristin Sjaastad 和Kristin Svendsen[10]研究了挪威家庭廚房不同安裝位置及高度對頂棚抽油煙機捕集效率的影響，并進行了抽油煙機不同位置及在爐子上方不同高度的實驗，得出如果油煙機未能捕獲所有包含烹飪油煙的熱對流，抽油煙機與爐子之間的距離為500 mm時的廚師呼吸區(qū)總顆粒質(zhì)量濃度要比600 mm時高出很多。

由此可見，抽油煙機的安裝位置應位于烹飪設備的正上方，以便于污染物的捕集，而安裝高度建議取650 mm至750 mm之間，這樣即可以保證不碰頭，也能提高抽油煙機的捕集效率，保證人員的身體健康。

4 補風分配策略的影響

補風系統(tǒng)也會影響抽油煙機的捕集效率，進而對住宅環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì)產(chǎn)生很大影響。對于廚房補風，隨著局部供應的補充空氣百分比增加，補充空氣對抽油煙機性能產(chǎn)生負面影響的可能性增加。此外，補充空氣的溫度也會影響抽油煙機的性能，因為空氣密度會影響抽油煙機周圍空氣運動。一般來說，較熱的補充空氣對抽油煙機的影響比較冷的空氣要大。

Sun-Kyung Sung[11]采用數(shù)值分析的方法研究了氣幕式抽油煙機的捕集效率，污染物捕集效率隨排放格柵的角度而變化。分析得出，在低排風量下，改變排放格柵的角度對污染物的捕集效率沒有顯著影響；然而，在高排風量下，效率值隨著排放格柵角度的增加而增加，其中風幕出風角度向外傾斜30 °，速度為2 m/s時的油煙捕集效率最佳，并且效率在該角度以上降低。

朱培根[12]等人探究了不同排風量下廚房抽油煙機的捕集效率，通過CFD數(shù)值模擬了不同排風量下廚房油煙的濃度場分布。結(jié)果表明，增加排風量可以提高其捕集效率，排風量為5 m3/min、7.5 m3/min、10 m3/min時，對應的捕集效率為73 %、90 %、94 %，但排風量增加到一定值時，再一味的增加排風量不僅浪費能量，而且對改善排煙效果作用不大。

5 結(jié)語

本文主要回顧了國內(nèi)外學者對廚房抽油煙機捕集效率的研究現(xiàn)狀，闡述了捕集效率的影響因素有干擾氣流、抽油煙機的類型及幾何特征、安裝高度及位置、補風分配策略等。

通過對這些文獻的研究與分析，發(fā)現(xiàn)抽油煙機在運行時會受到外界及自身各種因素的影響，增加能耗，降低捕集效率，增大室內(nèi)污染物的含量。隨著“雙碳政策”的提出，為有效減少能源的消耗及廚房烹飪油煙的泄露，根據(jù)不同的廚房結(jié)構應采用不同的抽油煙機，并設計優(yōu)化新型抽油煙機，以提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，保障家人的健康生活。