时间：2024-08-21 点击量：
“室内空气环境质量控制”天津市重点实验室建造环境(BERL)课题组与香港理工大学、韩国LG电子Air Solution R&D Lab合作，在中科院一区期刊《Building and Environment》（影响因子IF：7.1）上发表了最新研究成果：A longitudinal study of volatile organic compounds from cooking under ventilation and purification intervention: Health risk assessment and odor nuisance control.
1. 题目：通风和净化干预下烹饪挥发性有机化合物的长期研究：健康风险评估和气味滋扰控制
A longitudinal study of volatile organic compounds from cooking under ventilation and purification intervention: Health risk assessment and odor nuisance control
2.作者
Jiaru Jianga（蒋佳汝）, Junjie Liua（刘俊杰）, Chenhua Wanga（王晨华）, Yihui Yinb （尹奕卉，通讯作者）, Muhammad Azher Hassana（亚瑟尔）, Jingjing Peia（裴晶晶）, Okchun Hyunc, Hyungho Parkc
a天津大学环境学院“室内空气环境质量控制”天津市重点实验室
b香港理工大学建筑环境与能源工程系
c韩国LG电子Air Solution R&D Lab
3.研究亮点
l考虑到季节性环境变化，获得了居住者与烹饪相关的 VOC 暴露水平
l计算了机械通风和空气净化对住宅烹饪的健康风险评估
l重点介绍烹饪过程中的主要气味和净化器的干预效果
l提出健康与舒适双重要求下的厨房推荐通风量及有效干预模式
4.研究背景
烹饪作为人类在家庭环境中最常见的活动，是住宅建筑中空气污染的主要来源。在现代社会中，人们每天暴露在烹饪产生的污染物中长达3-4小时。烹饪具有短时间内“爆炸性”散发，污染物种类多、浓度高、气味浓等特点，对室内空气质量有严重影响。烹饪产生的污染物危害健康，导致妇女和儿童发病。几项流行病学研究表明，暴露于烹饪油烟（COF）与肺癌的发病率显著相关。因此，应减少和有效解决烹饪产生的过量污染物，导致感知空气质量恶化和健康风险增加。
目前，研究烹饪产生的挥发性有机化合物（VOCs）的组成主要是在受控实验室中进行的基于油、调味品和典型食物类型等变量的组合测试方式或实际商业厨房的现场测试。然而，研究没有任何通风的情况下烹饪污染物的累积暴露将被高估，并且不能反映实际烹饪期间对室内环境中气态污染物的健康暴露。一些研究测试了当抽油烟机和通风系统打开时厨房环境中的油烟，但对住宅厨房的测量较少，并且大多数是单次测试，无法解释同一住宅中不同季节的变化。室内外温差会引起居住者开窗行为的变化和集中排烟系统的烟囱效应，进而影响季节差异下的室内自然通风和机械通风。因此，横截面测试无法提供居民全年暴露于烹饪环境和相关健康危害的完整情况。此外，文献主要集中在气态污染特征的分析，并且很少有关于现有厨房通风和净化方法对控制烹饪油烟中气态污染物的有效性的研究。
室内空气质量控制主要有三个形式：源头控制、通风换气和净化。在污染源方面，人们很难通过改变饮食习惯来减少烹饪造成的污染。自然通风作为一种室内空气品质控制方法，存在新风量控制不佳、室外污染物有害等缺点，限制了其应用。目前，住宅厨房消除油烟的主要方式是采用抽油烟机加强机械通风，但在实际工作中抽油烟机COF捕集效率较低。因此，净化是控制厨房油烟污染的可行途径。在厨房中使用净化器可显著降低烹饪过程中颗粒物的浓度。然而，净化对住宅厨房环境中气态污染物的控制效果却很少被考虑，从气态污染物浓度和异味控制的角度评价净化与通风的联合效果的研究还很不足。综上所述，现有的通风净化方式能否长期有效去除现实厨房环境中的气态污染物及其气味，减少真实的生活中的人员暴露，值得探索。
因此，现场测量的目的是：1）量化烹饪过程中全年挥发性有机化合物的分布和暴露浓度; 2）评估在通风和净化双重控制下暴露于烹饪产生的挥发性有机化合物的终身健康风险;以及3）探索烹饪过程中涉及的主要气味物质以及净化去除气味的有效性。这项研究促进了我们对通风和净化技术在管理室内空气质量方面的协同效应的理解，从而为优化厨房环境以促进健康生活提供了基于证据的建议。
5.主要成果
不同季节烹饪过程中挥发性有机化合物的分布
测试得到家庭厨房在不同季节的挥发性有机化合物分布。烹饪过程中共检测出59种挥发性有机物，其中烷烃类14种，醛类14种，芳烃类10种，酮类6种，酯类6种，醇类4种，烯烃类1种，其它4种。（图1）
不同季节厨房环境中排名前15的挥发性有机化合物浓度的差异。（图2）
测试得到在所有季节影响VOC控制效果的关键环境参数，包括厨房的实际ACH以及实验室和室外的温度和湿度。（图3）
Fig. 1. VOC profiles during cooking in different seasons.
图1. 不同季节烹饪过程中的VOC特征。
Fig. 2. Variations in the concentrations of the top 15 VOCs during cooking (μg/m3).
图2. 烹饪过程中前15种挥发性有机化合物的浓度变化（μg/m3）。
Fig. 3. Comparison of the impact factors of VOCs in the kitchen environment during different seasons.
图3. 不同季节厨房环境中VOCs影响因素的比较。
厨房中的主要VOC为醛类和芳烃类。由于室内外温差小，夏季吸油烟机有效排风量减少24%，∑ VOC浓度增加1.7倍。在考虑厨房VOC暴露时不能忽略季节差异，需要引入热环境参数对年度暴露评估进行修正。
空气净化器干预下VOCs的控制效果及健康风险评价
测试得到在开启便携式净化器和关闭便携式净化器条件下烹饪期间不同类别VOC的增加速率。（图4）
通过聚类分析，比较了不同有效换气次数下烹调过程中各种VOC的控制效果。（图5）
对于不同干预模式，评估了与居住者终生吸入相关的估计过量癌症风险及非致癌风险，以及中国烹饪VOCs暴露带来的疾病负担和经济损失。（图6，表3，表4）
比较了不同排风量对有害空气污染物暴露风险的控制效果，以讨论在不引入额外健康风险的情况下合理的控制模式和所需的通风量。（图7）
Fig. 4. Effect of air purifier on VOC control during cooking a) 5th concentration; b) mean value; c) 95th concentration.
图4. 空气净化器对烹饪过程中VOC控制的影响a）第5分位数浓度; B）平均值; c）第95分位数浓度。
Fig. 5. Effect of effective ACH on VOC concentrations.
图1.有通风量对VOC浓度的影响。
Table 4. Disease burden and costs attributable under the exposure of cooking VOCs in different intervention modes.
表4. 不同干预模式下烹饪VOCs暴露的疾病负担和成本。
Fig. 7. Health risk assessment under different intervention modes.
图7. 不同干预模式下的健康风险评估。
甲醛、乙醛和苯在日常烹饪条件下的平均估计致癌风险（即，仅打开抽油烟机）分别为9.20 × 10−5、1.11 × 10−5和6.05 × 10−6。经净化干预后，在双重控制方法下，3种有害VOCs的吸入致癌风险降低了约130.9%，但在处理下仍大于1 E-6。在现有的只开抽油烟机的模式下，做饭造成3080亿美元的额外归因经济损失。在厨房机械通风和净化模块的双重控制下，烹饪仍然可以带来400亿美元的额外归因经济损失。
空气净化器干预下的油烟异味去除效果
计算得到不同季节厨房环境中羰基化合物的气味指数和比例。（图8）
根据高检测频率（> 75%）、高浓度（年平均浓度>30 μg/m3）和高气味（OAVi > 10）三个标准确定烹饪过程中排放的关键气味VOC。（图9）
评估通风和净化对烹饪过程中由乙醛和己醛散发的气味的控制的影响。（图10）
Fig. 8. Odor activity value (OAV) calculations for carbonyl compounds.
图8. 羰基化合物的气味活性值（OAV）计算。
Fig. 9. Key odor compounds emitted during cooking.
图9. 烹饪过程中散发的主要气味化合物。
Fig. 10. The control effect of the exhaust air volume of the range hood on the key odorants.
图10. 抽油烟机排风量及净化器使用对关键气味物的控制效果。
乙醛和己醛被筛选为厨房环境中的关键气味物质，因为它们相对较高的检出率（DR > 50%）、较高的平均浓度（C > 30 μg/m3）和较高的气味指数（OAV > 10）。单靠抽油烟机难以控制厨房VOCs，难以保证居住者的健康和舒适。基于活性炭的净化方法受现有技术单程净化效率的限制，但可以作为减少疾病负担的辅助手段。机械通风的有效排风量应至少为12 m3/min，并结合内循环净化模块，可控制健康舒适的室内烹饪环境。
致谢：
国家重点研发计划项目大气专项 (2023YFC3708400)， 香港Global STEM Professorship 项目，国际能源属IEA EBC-Annex 78 "Supplementing ventilation with gas phase air cleaning, implementation and energy implications". LG Electronics 提供了空气净化器.
本文引用格式：J. Jiang, J. Liu, C. Wang, Y. Yin, M.A. Hassan, J. Pei, O. Hyun, H. Park, A longitudinal study of volatile organic compounds from cooking under ventilation and purification intervention: Health risk assessment and odor nuisance control, Building and Environment, (2024) 111951.
原文阅读：https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2024.111951
