『從居家廚房油煙,談一般住宅空氣品質難解之問題,提升健康住宅環境的解方-局部通風。』 - 喬水氣流科技

『從居家廚房油煙,談一般住宅空氣品質難解之問題,提升健康住宅環境的解方-局部通風。』

開放式廚房設計

張沛文1、吳友烈2

1國立勤益科技大學精密製造科技研究所博士班,喬水冷凍空調技師事務所冷凍空調技師

2國立勤益科技大學冷凍空調與能源系教授

前言

居家廚房油煙油煙問題影響全家人慢性疾病,然而人們習以為常,誤將油煙洩漏的汙染物全當成是菜香味,以為如此為正常的烹飪過程。油煙中其實含有DNP、PAHs、MeIQx、Uultra Fine Particles等多種致癌物。廚房油煙,影響整體住宅室內空氣品質甚鉅,與華人家庭習慣煎、炒、炸的烹飪方法產生大量油煙,而缺乏有效的局部通風設計造成室內油煙汙染物質瀰漫息息相關。

居家廚房油煙一直存續的問題

談起居家廚房油煙問題,一般民眾應該司空見慣品牌廠商的行銷手法:「強調吸力特強、超大風量的排油煙機」,卻不常見到業者提出「真正聞不到廚房油煙味的解決方案! 」真實存續的問題就在上述兩點之間對於「如何有效處理油煙問題」的失焦與模糊。另一方面可能也與我國建築產業遲遲無法與先進國家比擬有著連帶關係。以下列舉觀察到影響居家廚房油煙問題難解的三個實務面向:

建築週期的介面更迭

臺灣建築產業在住宅規劃廚房排油煙管的設計,多由營造廠商規劃繪製、水電承包商預埋套管,而後交由廚具廠商銜接裝設系統廚具及俗稱三機其中之一的排油煙機,最後交由住戶使用。

消費者從外觀與行銷訴求判斷採購喜好的排油煙機

幾乎所有的排油煙機都在造型美觀以及強調提升吸風量方面下功夫,忽略了教育民眾:「欲有效排除油煙,需做好完整的局部通風系統。」有裝潢預算的消費者做新的廚房裝修布局與選擇喜好的排油煙機更換,若無多餘預算則依照建商附贈的排油煙機日常使用。

工程設備思維的局限

居家廚房排油煙機的建置,從起初建築階段的管道設計到消費者使用前的安裝過程,並沒有針對「油煙汙染逸散」的核心問題重視與完整考量。也難怪油煙問題的排除有如層層關卡般卡在了室內環境、排油煙機及管道之間無法順暢地排出到室外久久未解。更遑論良好局部通風管道設計必須在盡可能的降低壓損與日後長久使用下的諸多考量。

從通風設計著手-空調設計者的日常:用解決工業製程污染技術來面對居家廚房油煙問題

通風是空調設計的其中一重要環節,舉凡因室內人數多二氧化碳濃度高的問題、室內密閉環境影響COVID-19人員交叉感染可能性、裝修建材甲醛殘留、抑或是室內產生污染來源粉塵PM

2.5、廚房油煙異味、浴廁高濕度環境皆需要倚靠良好的通風設計。如果說工業製程污染(特定化學物質、粉塵與有毒物)對人體危害而要求人員暴露濃度在ppm等級才是安全!那麼在居家對於婦女肺腺癌有極大關聯性的居家廚房油煙問題也應該更謹慎看待。在通風領域裡局部通風是針對局部空間高濃度污染達到高效率捕捉與排放的一門專業技術。

局部通風技術最常見的7種氣動力的問題:

1.吸氣速度隨離開吸氣口的距離下降太快

2.流動邊界層分離

3.鈍體尾流效應

4.管道系統設計不良以及風機匹配不恰當

5.污染物質點跟隨流體運動的能力

6.環境氣流干擾的影響

7.補氣不恰當

簡單舉例說明原理:吸氣速度隨離開吸氣口的距離下降太快

各位先進前輩可以想像使用家中吸塵器的經驗,吸氣口必須非常靠近灰塵才吸得到。只要距離一個拳頭遠的灰塵,再怎麼強的吸力也很難將灰塵吸入。排油煙機也是相同的吸氣原理,一般傳統排油煙機常常被安裝在流理台上方60-80公分的高度,如果排油煙機的吸氣口直徑約10公分、吸氣口吸氣速度約10m/s,假設吸氣口距離鍋子約6D,則在鍋子高度的V/VS約等於0.22%,因此在鍋緣高度往上的氣流速度約只有0.022 m/s,非常的低,事實傳統排油煙機處理油煙主要就是靠熱浮力,是剛好利用汙染物自然往上升的甕中捉鱉原理!如下圖一進一步可看出,距離1倍的直徑遠(約10公分) 氣流速度就只剩下7.28%,距離2D就只剩下1.93%。下降的程度之快!再度闡明:不斷加大吸力不僅無法有效提升油煙的問題而且是非常耗能的做法。

從局部通風角度再次檢視居家廚房排油煙機問題的潘朵拉盒子

局部通風技術攸關上述7種氣動力學原理,不難理解為什麼局部通風的設計需要通風設計專業從業人員進行把關。為避免汙染物洩漏,通風基本原則是缺一不周延考量都將影響甚鉅。下圖二進一步闡明為何單一訴求加大吸力或是加大風量的排油煙機並不等於有效解決廚房油煙問題。也讓各位先進前輩了解在7種氣動力學原理的設計並非有所絕對,而是針對不同案例需要不同的設計手法搭配運用才能發揮最大的效果。

圖二、7個影響因素引致一個通風系統的洩漏濃度Clake隨吸氣量QS的變化以及合成效應[1]

局部通風技術的7種氣動力的問題,常常部分或同時出現在局部通風系統中,是導致污染物洩漏至作業環境中的重要因素,有興趣進一步研究的先進可參考工業通風相關書籍。

居家廚房油煙解方-技術面向

適用居家廚房的排氣罩與管道設計建議

將工業處裡汙染物的高標準應用在居家廚房範疇,可簡化7種氣動力學原理並特別注意「排氣罩的選擇」與「管道的設計」兩點:

1.氣罩選擇

排氣罩的設計與型式選擇是局部通風設計上起手式,良好的排氣罩設計將可使用小很多的吸氣量而獲得較好的污染物移除效率。廚房油煙之於排油煙機猶如工業污染物之於排氣罩,在選用考量上最簡易明白的指標就是可以把固定污燃物-廚房油煙,近乎零洩漏的補捉為至高準則。有幸在臺灣的專利技術目前已有可做到近乎零泄漏的居家廚房油煙氣罩選擇。使用的吸氣風量約僅為傳統型家用排油煙機吸風量的一半或更小,且能源消耗小、噪音低。

關於居家廚房排氣罩(排油煙機)的選擇,要達成近乎零洩漏的排除廚房油煙,需使用流體力學的技術,而非只是一昧的加大風機的吸風量[2]。

2.管道設計

家用排油煙機與一般工業排氣罩稍有不同,在於家用排油煙機可視為含有風機的排氣罩,就如陳良銅[3]在環境控制與節能減碳一書談論:

家用排油煙機內部風機的匹配以離心式風車風壓較大效果普遍優於螺旋式風車即是針對風機有效克復管道壓損的一項評估方式。

然而良好的管道設計在於減少風管壓降,其次才是風機的匹配。在此部分我們亦特別重視管道設計。

盡量降低管道管損與選擇適切的搬運風速

管路的長度、使用閥件數量、管壁粗遭度皆會有不同程度影響著管道管損,用下表一簡單說明一般居家廚房排油煙機常見使用的鋁質撓性風管,其管壁粗糙度可能是選用PVC全硬管配置的數十甚至數百倍!因此盡可能降低管道的壓損,從而用最低的能耗將油煙從室內排出至室外。其次須注意設計適切的搬運速度,管道內部需足夠的流速,使污染物保持懸浮於管內流動的空氣中,不至於沉積。對於長時間使用及維護上有著顯著的影響。居家油煙可參考美國政府工業衛生技師協會(ACGIH)對於蒸氣、氣體、煙霧汙染物質的搬運風速的建議值為5-10m/s。

表一、不同管道的粗糙度[1]

管道種類(mm)
鑄鐵管0.4~0.6
鑄鐵管內壁塗瀝青0.125
鍍鋅鋼管、鍍鋅鐵管0.09至0.15
撓性風管0.6至0.8 (some can attain 2.0)
拉製銅管、玻璃管0.0015
PVC管0.01~0.05
管道氣密銜接與日後維護考量

管道設計上不可或缺的是:考量日後工程施作上的完整性及界面銜接與使用階段長久使用下管道壽命與維護。務必使用管道系統全生命週期做為工程施作上的考量。

下面用幾張實務案例照片來說明常見居家廚房油煙管道設計上的缺失:

居家廚房油煙解方-管理面向

除了在局部通風技術上的提升,整個建築物的全生命週期對於居家廚房油煙管理面向的考量也是相當重要,以下針對不同階段給予建議。

1.建築規劃階段

空調局部通風專業技師參與規劃,包含:管道設計壓損計算及排油煙機(氣罩)形式建議。

2.營造結構及水電工程階段

排氣管道套管預留及建築水電包商管路銜接介面需密切搭配,並確保管道系統的氣密與穩健。

3.系統廚具採購及排油煙機安裝

務必使局部排氣系統從源頭至出口依照設計條件完整落實。

4.民眾日常使用階段

有好的局部通風設計及工程施作整體考量,在民眾平常使用階段自然單純許多。只需要定時簡單維護及留意局部通風裝置使否與原設計條件相符即可。

結論

台灣面臨高齡化、少子化的衝擊,讓營建業受勞力短缺的衝擊更甚其他產業。台灣營建產業勢必得轉型升級。隨著建築產業從勞力密集為主走向技術密集的趨勢,著眼角度有別以往,需涵蓋規劃設計、施工、使用到維護管理,讓建築物的全生命週期一併考量。

如同本文演繹了『局部通風技術』針對居家廚房油煙問題的良好解方,對於危害健康甚鉅的油煙汙染物,首要目標是重質(空氣品質)而不是重量(通風量)。再來,執行的過程如同建築物全生命週期考量,從設計、施工、住戶民眾日常使用到維護管理,皆須有著通風技術原理的貫徹!而不能同行銷、廣告訴求模糊與遲疑。

最後,必須更進一步的闡明:解決IAQ居家室內空氣品質中重要的污染來源-廚房油煙 1.並不是靠空調單解決廚房的燥熱、 2.亦無法靠清淨機室內循環過濾捕捉油煙,3.更不適用新風、全熱系統耗費大量能量的『整體通風』來稀釋室內高濃度油煙濃度!! 諸多片面秘方造成頭痛醫頭,腳痛醫腳不斷的歷史重演。如同建築產業技術遲遲無法推升導致延誤治療-致使國人肺癌高居不下的窘境,難以根治!

僅用居家廚房油煙問題照三餐影響住宅空氣品質的日常,與空調局通風技術有著莫大的關聯。也藉此凸顯空調設計從業人員的價值所在,期望先進同好共同發展高效率的通風技術,在全球2050近零碳排的目標才能夠有前景的一步步前進,從源頭做好管理才是永續節能的良好解方。

參考文獻

黃榮芳、林楷玲、許清閔,工業通風-原理與實務(第二版),中華環保安全衛生協會。

Hood Huang et al. (2013). Development and Characterization of an Inclined Quad-Vortex Range. Ann. Occup. Hyg., Vol. 57, No. 9, pp. 1189–1199.

陳良銅,實用環境控制與節能減碳(2020),前衛出版社。

Leave a Comment

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。

相關文章

回到頂端