抽油烟机捕集性能的研究现状与展望

郭海丰 李亚鑫 杨旭升

（沈阳建筑大学市政与环境工程学院 沈阳 110168）

引言

厨房在中国住宅中扮演着重要的角色，但烹饪过程中的PM 2.5浓度可以是没有烹饪活动的90倍以上。厨房可能会成为家里污染最严重的房间，其烹饪过程会产生多环芳烃、杂环胺等200多种污染物。因此抽油烟机对排除厨房有害物质至关重要，且其捕集污染物的效率对整个厨房的环境和人们身体健康具有非常重要的影响。为了形成高效、节能的抽油烟机操作策略，提升室内空气品质，需要充分了解抽油烟机捕集效率的影响因素。

1 干扰气流的影响

在实际厨房中，干扰气流无处不在且不可避免。这种气流可能来自烹饪行为、人员移动、窗户和门的打开、补风系统等。许多情况下它是随机的，会产生阵风的、不稳定的、湍流的或气旋的复杂气流。这些都将会对抽油烟机的捕集效率产生不利影响。

Lipeng Lv[1]等人采用动态网格法进行瞬态CFD模拟，研究了人体行走对家用厨房抽油烟机性能的影响，并进行了示踪气体实验和可视化实验。得出在人体行走过程中，人行走相关的参数对捕获效率的波动有显著影响，尾流与热羽流的相互作用是热羽流波动的主要原因，在最不利的条件下，捕获效率下降了50 %。

田玉琳[2]设计了一种三面风幕式抽油烟机，以提高厨房油烟的捕集效率和抗人员干扰能力，并进行了油烟流场可视化实验和示踪气体浓度测量实验。结果表明，设计合理的风幕能有效阻挡人员静止站立或行走于灶台前对油烟气流的干扰作用，使呼吸区油烟浓度降低80 %以上，同时开启风幕时的抽油烟机捕集效率比不开启风幕时提高了22 %。

Wang[3]等人指出，在开窗无组织通风条件下烹饪，厨房中的油烟颗粒浓度不断增加。Gao[4]等人也通过实验证实，开窗进风下的呼吸区油烟颗粒浓度是全开门进风下的9.4倍，是30°开门进风下的79.2倍。He[5]等人通过模拟和实验得出无组织的开窗补风，造成了严重的食油油烟泄露和呼吸区颗粒浓度升高，但这种开窗的缺点可通过调整开窗位置或调节排风量来缓解。

图1 厨房油烟主要成分

图2 干扰气流对抽油烟机的影响示意图

由此可见，干扰气流的影响会根据其速度和方向、抽油烟机的类型、罩类型和大小而变化，总之要尽量确保接近抽油烟机的气流速度小于0.38 m/s，以避免干扰热羽流，降低捕集效率。

2 类型和几何特征的影响

目前最常见的家用抽油烟机可分为薄型、深型和柜式三种。在技术条件相同的情况下，三种抽油烟机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 %，普通型的最低为40 ～ 50 %[7]。

Zhao[6]等人为充分了解抽油烟机罩几何形状对捕获效率的影响，研究了21种不同形状的罩。得出传统中式抽油烟机的小罩容积并未降低捕集效率，且侧板可以提高捕集效率，尤其是在较高位置。

董倩[7]研究了抽油烟机的整流板对捕集效率的影响，提出三种优化方案，并采用CFD数值模拟进行了分析。结果表明，三种形式的整流板都能有效控制油烟气流，在不同时刻捕集效率可达到80 %以上。且中心圆孔整流板捕集效率最高；条缝式方形整流板捕集效率较高，更适用高风量的情况；移动式整流板适用于风量较小的情况。

卜维平[8]等人探究了深型集气罩和浅型集气罩对油烟捕集效率的影响。并通过实验发现同为深型集气罩结构时，排风量分别为6.17 m3/min、9.42 m3/min时，捕集效率为91.1 %、94.5 %，虽风量相差35 %，但油烟捕集效率仅差3 %；但当集气罩结构为浅型，排风量为6.17 m3/min时，油烟捕集效率仅为74.8 %，与排风量相同的深型集气罩油烟捕集效率相差16 %。结果表明，当排风量满足抽油烟机的所需时，风量值的大小将不再是影响捕集效率的主要因素，而是集气罩的结构型式。

可见抽油烟机的类型及几何特征主要影响了抽油烟机的性能，进而影响了对油烟的捕集效率，如相同情况下达到一样的捕集效率，壁挂式抽油烟机比岛式抽油烟机需要更小的排风量；相同排风量下，深型罩要比浅型罩具有更高的捕集效率。

3 安装高度和位置的影响

抽油烟机的性能取决于足够的捕获速度或无量纲速度（沿中心线的上升速度与抽油烟机入口处的吸入速度之比），它随着距离的增加而迅速衰减。

F.W.H.Yi k和P.W.Au[9]为了研究抽油烟机安装高度对捕集效率的影响，进行了抽油烟机在850 mm和700 mm安装高度下的测试实验，结果表明在相同条件下两个安装高度的家用厨房抽油烟机捕集效率分别为81 %和73 %。

Ann Kristin Sjaastad 和Kristin Svendsen[10]研究了挪威家庭厨房不同安装位置及高度对顶棚抽油烟机捕集效率的影响，并进行了抽油烟机不同位置及在炉子上方不同高度的实验，得出如果油烟机未能捕获所有包含烹饪油烟的热对流，抽油烟机与炉子之间的距离为500 mm时的厨师呼吸区总颗粒质量浓度要比600 mm时高出很多。

由此可见，抽油烟机的安装位置应位于烹饪设备的正上方，以便于污染物的捕集，而安装高度建议取650 mm至750 mm之间，这样即可以保证不碰头，也能提高抽油烟机的捕集效率，保证人员的身体健康。

4 补风分配策略的影响

补风系统也会影响抽油烟机的捕集效率，进而对住宅环境和室内空气品质产生很大影响。对于厨房补风，随着局部供应的补充空气百分比增加，补充空气对抽油烟机性能产生负面影响的可能性增加。此外，补充空气的温度也会影响抽油烟机的性能，因为空气密度会影响抽油烟机周围空气运动。一般来说，较热的补充空气对抽油烟机的影响比较冷的空气要大。

Sun-Kyung Sung[11]采用数值分析的方法研究了气幕式抽油烟机的捕集效率，污染物捕集效率随排放格栅的角度而变化。分析得出，在低排风量下，改变排放格栅的角度对污染物的捕集效率没有显著影响；然而，在高排风量下，效率值随着排放格栅角度的增加而增加，其中风幕出风角度向外倾斜30 °，速度为2 m/s时的油烟捕集效率最佳，并且效率在该角度以上降低。

朱培根[12]等人探究了不同排风量下厨房抽油烟机的捕集效率，通过CFD数值模拟了不同排风量下厨房油烟的浓度场分布。结果表明，增加排风量可以提高其捕集效率，排风量为5 m3/min、7.5 m3/min、10 m3/min时，对应的捕集效率为73 %、90 %、94 %，但排风量增加到一定值时，再一味的增加排风量不仅浪费能量，而且对改善排烟效果作用不大。

5 结语

本文主要回顾了国内外学者对厨房抽油烟机捕集效率的研究现状，阐述了捕集效率的影响因素有干扰气流、抽油烟机的类型及几何特征、安装高度及位置、补风分配策略等。

通过对这些文献的研究与分析，发现抽油烟机在运行时会受到外界及自身各种因素的影响，增加能耗，降低捕集效率，增大室内污染物的含量。随着“双碳政策”的提出，为有效减少能源的消耗及厨房烹饪油烟的泄露，根据不同的厨房结构应采用不同的抽油烟机，并设计优化新型抽油烟机，以提高室内空气品质，保障家人的健康生活。