紫外线油烟机的光生物安全测试与分析

程 敏，刘 磊，夏清明，江志勇，俞安琪

(上海时代之光照明电器检测有限公司，上海 201114)

引言

当前，随着科技发展和各种紫外灯具的广泛应用，它影响着生活的多个方面，例如感光油漆或油墨等光敏材料的固化、照相制版、光刻、复印、皮肤病及内外科疾病治疗、杀菌消毒、保健、荧光分析等领域的应用都有了快速发展。但同时紫外线辐射也产生了被人忽略的影响人体健康的负面因数，所以对其进行光生物安全测试是非常有必要的。

电磁波谱中的100nm～400nm部分为紫外线辐射。太阳的紫外线辐射是人类接收到的紫外线辐射的主体，但由于紫外线在大气中长距离的传播会有很大的衰减，真正能辐射到地面的紫外含量只占总辐射量的4%[1]。国际照明委员会(CIE)为讨论紫外线辐射的生物学效应而把紫外光谱划分为3个波段：UV-A为320～400nm，UV-B为280～320nm，UV-C为100～280nm。而波长在180nm以下很易被空气吸收，所以实际上没有太大的生物学意义。

餐饮行业油烟污染是居民长期以来反映强烈的热点问题之一，所以整治餐饮行业油烟、解决“油烟扰民”、改善城市空气质量是当前科技创新所面临的一大新问题。针对这种问题，目前市面上呈现出了一种紫外线油烟机，它是利用特质的高性能UV-C紫外线C波段光束照射油烟，改变油脂的分子结构，使高分子化合物降解成小分子化合物，并且进一步将小油脂分子冷燃烧生成棕榈酸等有机成分和水，通过抽风管道排出室外。

然而过多的紫外线辐射也会对人类健康造成负面影响。所以人类在开发和利用紫外线的同时又要防护紫外线伤害。其中最容易受紫外线辐射的器官是眼睛和皮肤，因为它们完全暴露在空气当中，所以对于油烟机中紫外光的防护成了我们重点考虑的光生物安全问题。针对油烟机的光生物安全问题本文也做了相应的测试，通过测试的数据提出了目前紫外线油烟机需要通过加强防护紫外光的外漏以保护人身安全。

1 紫外线辐射对人体的伤害

紫外光对人体的危害主要体现在对人眼和皮肤的光化学紫外辐射危害和对眼睛的近紫外辐射危害。

1.1 眼睛和皮肤的光化学紫外辐射

光化学紫外辐射对人体的危害不仅受到照射时间的影响，另外不同波长紫外光的危害权重也是不同的。式(1)为光源的有效积分光谱辐照度ES计算式，在辐射不超过8小时的情况下，有效辐射的限值为30J·m-2。

(1)

式中，Eλ——光谱辐照度，单位为W·m-2·nm-1；

Suv(λ)——光化学紫外危害加权函数；

Δλ——波长带宽，单位为nm；

t——辐射持续时间，单位为s。

1.2 眼睛的近紫外辐射

近紫外指的是波长在315nm～400nm范围内的光谱。近紫外对眼睛的曝辐射限值在1000s内不能超过10000 J·m-2；在时间大于1000s时，对没有保护措施的眼睛的辐照度EUVA不应该超过10W·m-2，如式(2)、式(3)所示：

(2)

EUVA≤10(W·m-2) (t≥1000s)

(3)

2 紫外线油烟机的介绍

将紫外线用于净化油烟是近年来新出现的技术，它是通过紫外线将空气中的氧气转化为臭氧，利用臭氧的强氧化作用将油烟氧化为二氧化碳、水和一些粉末，彻底改变油烟的性质，让油烟机的风机叶轮和通风管道上没有油垢的堆积，实现无烟垢的排放。

该类油烟机在净化油烟方面具有很好的效果，对于一定浓度的油烟，它的排放净化率通常可达97%[2]。但是由于受到通风的影响，使得油烟机的构造一般都采用格栅来挡光透风，如图1所示。同时，为了提高油烟净化率，需要增加紫外管的数量和功率，如图2所示，图中每根灯管为28W，共112W。这样也就在透风和挡光的矛盾中产生了紫外线泄漏照射到人体的现象。

图1 油烟机的挡光格栅Fig.1 Cooker hood’s light shield

图2 油烟机中紫外线灯的安装情况Fig.2 The placement of cooker hood’s UV light

3 紫外线油烟机的光生物安全测试

为了对紫外线油烟机进行安全分析及评价，本文用光生物安全测试系统Bentham对市场上家用的112W紫外光源的紫外线油烟机和同样应用于餐饮业的大功率200W紫外光源进行了相应的紫外安全测试，测试都是在它们正常工作情况下进行的。根据标准IEC 62471—2006，本文对油烟机的测试距离定为200mm(探头到挡光格栅的出光口面的距离)[3]。

通过测试，得到112W的光谱辐照度分布如图3所示。

图3 112W紫外光源测试结果Fig.3 The testing result of 112W UV light source

光照度为3.6lx；辐射照度为24.3mW/m2,净化油烟用254nm有效辐射照度为10.0mW/m2, 皮肤和眼睛的光化学危害有效辐射照度为10.5mW/m2,眼睛的近紫外危害有效辐射照度为2.1mW/m2。

同样，对用于大功率紫外光源进行了相应的测试，这种测试也是在它正常使用的环境下进行的，如图4所示，图中每根灯管50W，共200W。测试得到的光谱辐照度分布如图5所示。

图4 用于紫外线油烟机的紫外光源Fig.4 UV light source for the cooker hood

图5 200W紫外光源测试结果Fig.5 The testing result of 200 watts UV light source

光照度为11.2lx，辐射照度为50.1mW/m2，净化油烟用254nm有效辐射照度为20.7mW/m2，皮肤和眼睛的光化学危害有效辐射照度为21.9mW/m2，眼睛的近紫外危害有效辐射照度为4.0mW/m2。

由于紫外线汞灯正常工作时光谱辐照度分布是固定不变的，又因各加权函数V(λ)、SUV(λ)等也是固定不变的，由此可知各类有效辐照度与光照度之比为常数。由此可知，只要将该紫外线模组光源光照度控制在一定范围内，即可控制各类危害的有效辐射照度值。由式(1)可以得到眼睛和皮肤不受紫外辐射损伤的时间和辐照度的关系式如下：

(4)

结合式(4)可以得到112W紫外光源的紫外线油烟机的紫外线汞灯对眼睛和皮肤的光化学危害的光照度E和时间t的限定关系式如下：

(5)

同样可以得到眼睛的近紫外危害的光照度和时间的限定关系式如下：

(6)

通过式(5)、式(6)可以清楚的知道该紫外线油烟机对人的眼睛和皮肤的光化学危害要远远大于对眼睛的近紫外危害，因为在315nm～400nm内的光谱辐照度很小。这些危害主要由透过挡光板的光的多少和光的照射时间决定，但是由于它的应用场所，所以最好的办法就是通过减少挡板透光率或通过其他方式来减少光照射到人体来减少紫外线辐射对人体的危害。

另外，对于功率更大的200W紫外光源来说，光照度和辐照度都相应的增大了，相应曝辐时间也就缩短了，如式(7)、式(8)所示：

=15342.5(J·m-2)

(7)

(8)

通过式(5)、式(6)、式(7)、式(8)可以推算出对于112W和200W两款紫外线脱排油烟机所对应的光照度和曝辐时间的限值关系。同时也可以推断出其他紫外线光源对人体危害大小和其照射到人体的光照度大小是成正比的。

4 结论

本文通过对紫外线油烟机进行光生物安全测试和分析，发现到紫外线在很好的分解油烟的同时，如果对紫外光处理不好还会带来人体的危害。通过对112W和200W的紫外光源的测试，并对结果结合标准IEC 62471—2006进行分析得到，两种规格的紫外光源的光化紫外危害都达到了中度危险，而近紫外危害是处于无危险类之中。

另外，紫外危害和光照度大小还与接触时间有一定的关系。如果要减小危害，对于油烟机来说，最好的办法就是通过改进设计方法减少从挡光板透出来的紫外光或利用其他方法尽量减少紫外光照射到人体。

[1] 虞建栋,牟同升.紫外光源的光安全性参数测量及评价方法//走近CIE 26th——中国照明学会(2005)学术年会论文集[C].北京：中国照明学会，2005:90-93.

[2] 赵志喜.家用油烟机的发展和紫外线油烟净化技术[J].家电科技,2008,11:22-24.

[3] IEC. IEC 62471—2006 Photobiolvgical safety of lamps and lamp systems[S]. IEC,2006.