2022年11月，课题组尹奕卉博士在工程技术1区TOP期刊《Building and Environment》（影响因子IF：7.093）上发表了最新研究成果：The effectiveness of kitchen ventilation for organic gaseous compound control in Chinese residential buildings（https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109764），该研究由国家十三五重点研发计划项目“居住建筑室内通风策略与室内空气质量营造”（2016YFC0700500）资助。

作者： 

Yihui Yin（尹奕卉），Jingjing Pei（裴晶晶，通讯作者），Junjie Liu（刘俊杰）

研究亮点：

基于实测调研给出120户家庭厨房烹饪过程中醛酮类化合物污染现状

对比不同气候分区下人员厨房通风行为模式

分析不同厨房通风行为下醛酮类化合物控制效果

探讨烹饪过程中气态化合物的合理通风量

研究背景： 

肺癌是全球第六大死亡原因，特别是在东亚国家肺癌负担更为严重。已有研究证明，烹饪油烟（COFs）与肺癌之间存在一定的甚至定量的关系，同时与宫颈癌、口腔癌等疾病呈正相关关系。COFs是一种复杂的气液固多相混合流，包括颗粒物（PM）、液化油滴、无机和有机气态化合物。其中气态化合物具有更强的扩散作用，既有厨房通风模式是否可对其进行有效控制有待探究。 

醛类是烹饪污染中具有代表性的气态化合物。而以醛类为目标化合物的研究中目前主要分为三类：1）在密闭的Pyrex反应器或实验室中加热食用油或特定食材，通过测量散发速率来识别和量化醛类（C1-C11）的源散发特性。此类研究无法直接获得浓度数据；2）在实验室重复烹饪同种选定食材，以获得醛的种类和浓度；并定量探究烹饪方式、食物材料和油类型对烹饪过程中醛酮类化合物生成的影响。此类研究所测排风浓度不能直接反映人员对COFs的暴露浓度；3）以商业餐厅为环境的实测研究，分析不同餐厅类型（如中式炒菜、烧烤、火锅、西餐等）中的醛类物质的浓度和质量占比。此类研究重点关注对大气环境的影响。综上，既有研究中鲜有针对于普通住宅建筑内厨房烹饪工况下的人员污染物暴露水平的探究。另一方面，对于建筑环境的通风效果，大多数研究关注于流场分布及对于颗粒物的捕集效率，而针对于气态污染物控制的研究很少。

本研究基于120户真实住宅厨房烹饪工况下的实测数据，探究了既有通风方式能否有效控制以醛酮类为代表的气态化合物。

主要成果： 

1．烹饪期间人员厨房通风行为

v 98%的被调研住户家安装了抽油烟机并在烹饪时开启，64%住户选择了抽油烟机最高档。50%住户抽油烟机开启时长与燃气一致，另有33%住户烹饪后继续开启抽油烟机排风2-5 min。综上，居民普遍具有较强的通风意识和污染物去除的意愿。

v 在供暖地区，烹饪工况下41%住户（比非烹饪工况增加11%）选择完全关闭厨房门窗，以防止烹饪污染物进入邻间；烹饪工况下23%住户（增量8%）选择同时打开厨房门窗（多数窗户开启角度小于45°），以牺牲部分热舒适来减少人员的污染物暴露量。在非供暖地区，80%住户在非烹饪工况时保持厨房门窗开启，烹饪时35%住户关闭门或者窗以减少污染物传播。

图1. 供暖地区/非供暖地区烹饪期间人员开关窗行为

2．烹饪期间室内醛酮类化合物浓度

v 21种醛酮类化合物均值浓度具有数量级上的差异，分布在0.1 ~ 153.6 μg/m³之间。总体而言，开油烟机蒸煮过程中总羰基的平均浓度为496.2 μg/m³，其中甲醛（153.6 μg/m³）、乙醛（121.3 μg/m³）、丙烯醛&甲基异丁基酮（92.8 μg/m³）的质量浓度占比最高（共74%）。与餐厅用餐区相比，家庭烹饪使得烹饪人员暴露在更高的污染物浓度中，该醛酮类浓度甚至与部分商业餐馆的排气浓度相当。

图2. 不同烹饪环境中醛酮类化合物浓度对比

3．不同开关窗行为下，厨房通风对于气态污染物控制效果

v 虽然居民通常具备较强的通风意识，但厨房有效通风量仍不足以稀释气态污染物。关门关窗工况下，供暖地区总醛酮类化合物平均浓度由597.1μg/m³（非烹饪工况）增加到798.4 μg/m³（烹饪工况），非供暖地区由203.5μg/m³增加到372.8μg/m³。说明即使开启抽油烟机，在“关门关窗”工况下醛酮类化合物总浓度增量仍可达200 μg/m³。而在“开门开窗”工况下，超过一半的醛酮类化合物平均浓度呈下降趋势。

a) 供暖地区

b) 非供暖地区

图3. 烹饪前与烹饪中污染物浓度对比（以关门关窗工况为例，其他工况见原文）

4．实际通风率与污染物浓度的关系

v 在实际使用中，25th - 75th有效排风量分布在4.3-8.9 m³/min，实际平均厨房排风量仅为抽油烟机额定排风量的44%，63%的住宅有效通风量不到抽油烟机额定通风量的一半。这是一方面是由于部分住户并非满档运行抽油烟机，另一方面是由于真实环境下抽油烟机需要克服烟道阻力及建筑围护结构阻力，导致排风阻力增强，降低了有效排风量。

图4. 抽油烟机额定风量与厨房有效通风量对比图

v 在四种开窗/开门行为下，随着厨房门窗的开启，有效通风率逐渐增大（平均值分别为5.2 m³/min、5.9 m³/min、8.3m³/min和8.6 m³/min）。与开启厨房门（约0.5 m³/min）相比，开启厨房窗户（约3 m³/min）对于增大厨房有效通风率的效果更佳。

图5. 不同开关窗行为下住宅厨房实测通风率

v C_cooking/C_non-cooking ≤1被认为是可接受的气体污染物控制标准，在换气次数<15 h^-1、15-25 h^-1、25-35 h^-1和>35 h^-1的厨房中，分别只有39%、43%、56%和65%的住宅满足该指标。建议厨房实际有效通风率至少要高于25h ^-1，以确保一半以上的住户在烹饪过程中人员不暴露在更高的污染物浓度中。有组织补风对于增加厨房通风量至关重要。

图6. 烹饪工况下，换气次数与气态化合物控制效果关系图

本文引用格式

Yin, Y., Pei, J., Liu, J., 2022. The effectiveness of kitchen ventilation for organic gaseous compound control in Chinese residential buildings. Build. Environ. 109764.

原文出处

https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109764