淺析機動車排放因子的模型預(yù)測法

蔣文明

(廣東技術(shù)師范學院天河學院)

1 概述

機動車污染物排放因子的測試方法主要有：臺架測試法和道路車載測試法。臺架測試法可以測得機動車的單車排放因子，車載測試法可以獲取機動車在實際道路上的實時排放數(shù)據(jù)，但是，這兩種測試方法均局限于單車的排放污染物，不能夠體現(xiàn)出某區(qū)域、某車型和某個時間段的機動車排放水平，即機動車車隊的綜合排放因子。臺架測試法沒有反映出機動車實際行駛工況與標準工況的差異以及環(huán)境參數(shù)等外部因素對排放因子的影響，車載測試法雖然考慮了各種參數(shù)對排放因子的影響，但是測試所需的設(shè)備價格昂貴，測量對象單一，缺少對不同車型的代表性。機動車排放模型預(yù)測法是通過綜合臺架測試法和車載測試法的測試數(shù)據(jù)，并對單車排放數(shù)據(jù)進行長期統(tǒng)計的基礎(chǔ)上開發(fā)的，該方法很好的彌補了臺架測試法和車載測試法的不足，模型預(yù)測法不但可以計算某區(qū)域機動車的綜合排放因子、排放因子清單及分擔率、排放總量，而且還可以用來預(yù)測未來某區(qū)域機動車的排放水平。

2 排放因子的模型預(yù)測

2.1 MOVES 模型預(yù)測

MOVES(Motor Vehicle Emission Simulator)模型是美國環(huán)保局從2001年開始研發(fā)的新一代綜合移動源排放模型，該模型具有良好的人機交互界面，相比其他預(yù)測模型，操作更加簡單、方便。MOVES模型的計算界面如圖1所示，應(yīng)用該模型預(yù)測機動車排放因子時，首先，在圖1所示計算界面右側(cè)的11個控制選項中，按照從上往下的順序依次選取確定計算所需要的相關(guān)參數(shù)然后把排放率與不同車型機動車的行駛特征一一對應(yīng)，由于每一次排放測試中基礎(chǔ)排放率對應(yīng)的排放源和工況是不相同的，再加上車況、外部環(huán)境、油品與I/M制度的影響，因此，需運用排放源部分與工況部分計算加權(quán)排放率;最后，MOVES模型就會按照確定的預(yù)測時間、車輛類型與油品等計算出排放量。

圖1 MOVES模型的計算界面

2.2 IVE 模型預(yù)測

IVE(International Vehicle Emission)模型由加州大學環(huán)境研究與技術(shù)工程中心和全球可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)研究組織以及全球可持續(xù)發(fā)展研究中心共同合作開發(fā)，最新版本為IVE Model 2.0.2，該模型支持英語、漢語與俄語等五種語言。IVE模型也具有良好的人機交互界面，計算界面如圖2所示，主要由4個操作界面組成，分別為計算界面、工況界面、車隊界面和基礎(chǔ)排放因子校正界面。在IVE模型所提供的4個界面中，后3個界面分別用來建立車況信息文件、車隊信息文件和基礎(chǔ)排放因子校正信息文件，建立了這3個文件之后，就可以在計算界面中調(diào)用不同的文件對車隊的綜合排放因子進行計算。在工況界面中，輸入當?shù)氐沫h(huán)境參數(shù)和比功率單元信息，并在燃油品質(zhì)、I/M制度以及基本校正系數(shù)下拉框中選擇相應(yīng)的計算參數(shù);在車隊界面中，輸入當?shù)剀囕v的技術(shù)類別信息;為了使測算結(jié)果能夠真實地反映機動車的實際排放情況，IVE模型還在基礎(chǔ)排放因子校正界面中提供了輸入當?shù)鼗A(chǔ)排放率修正因子的窗口。

圖2 IVE模型的計算界面

2.3 CMEM 模型預(yù)測

CMEM(Comprehensive Modal Emission Model)模型是由美國加州大學河邊分校環(huán)境研究和技術(shù)工程中心學院、密歇根大學及勞倫斯·貝克利國家實驗室從1995年8月起，經(jīng)過4年時間合作開發(fā)的綜合模式排放模型，隨后的幾年又進行了改進和增加了重型車輛的排放研究，該模型能夠計算出不同車型在不同行駛工況下每秒的污染物排放量與油耗值。

應(yīng)用CMEM模型計算機動車的排放因子可以分四步進行：(1)根據(jù)機動車的總質(zhì)量和技術(shù)狀況進行車型分類，分類時要特別注意區(qū)分不同的車型分類標準與模型中分類標準的統(tǒng)一。(2)收集該模型計算所需的參數(shù)信息，該模型所需的輸入?yún)?shù)分為物理參數(shù)和行駛參數(shù)兩類，共19個參數(shù)。物理參數(shù)包括發(fā)動機排量、車輛質(zhì)量、氣缸數(shù)、發(fā)動機速率與最大車速比、轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、機動車最大功率、最大功率時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速等。行駛參數(shù)包括：車速、加速度、道路等級與空調(diào)使用頻率等。(3)計算。模型中有2個供選擇的可執(zhí)行程序：cmemCore.exe和cmemBatch.exe，后者只適用于輕型機動車。應(yīng)用該模型預(yù)測機動車排放因子時，只需運行相應(yīng)的可執(zhí)行程序，在輸入文件中輸入已整理好參數(shù)即可。(4)驗證分析。為了驗證該模型是否具有良好的模擬效果，可以用模擬結(jié)果與實際道路上車載測試的機動車污染物排放數(shù)據(jù)進行對比。

2.4 MOBILE 模型預(yù)測

MOBILE模型是美國環(huán)保局1978年開發(fā)的計算機動車平均排放的法規(guī)程序模型。該模型的最新版本為MOBILE6.2，充分反映了新的排放標準、政策法規(guī)、測試方法與汽車技術(shù)的應(yīng)用，可以模擬汽油、柴油、天然氣和零排放汽車等不同燃料的汽車1970～2040年間的排放因子。利用MOBILE模型計算機動車排放因子主要分為三個步驟：(1)根據(jù)模型的車型分類標準劃分車型，獲取各車型的單車排放因子和計算所需的各項參數(shù)，單車排放因子可以通過實驗室臺架測試或簡易瞬態(tài)工況測試獲得，需收集的參數(shù)主要包括：環(huán)境參數(shù)、車隊特征、里程分布、活動強度、油品特征、國家政策等;(2)通過分析找出在不同道路行駛條件下，對不同車型綜合排放因子影響較大的參數(shù)，在該模型中輸入該類參數(shù)，從而獲得修正后的綜合排放因子，這一步關(guān)鍵在于理解好每個參數(shù)所代表的含義及其對計算結(jié)果影響的大小;(3)通過模型的計算值與實際的測試值進行驗證分析，這一步關(guān)鍵要注意計算結(jié)果的時效性，即預(yù)測時間段的選擇。

2.5 EMFAC 模型預(yù)測

EMFAC模型是由美國加州空氣資源局開發(fā)的獨立于MOBILE模型的機動車排放模型。該模型是宏觀的基于臺架測試和平均車速的排放模型，其使用基礎(chǔ)校正因子和其他參數(shù)來計算車隊的綜合排放因子，因此，計算之前與其他模型一樣，要按照模型規(guī)定的車型分類標準對機動車進行分類，然后再設(shè)置好以下參數(shù)：計算年份、年型或車型分類、夏季或冬季清單、車速范圍、溫度范圍、I/M制度、需要輸出的文件類型，最后運行該模型。EMFAC以機動車標準檢測工況數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，如果運用該模型與MOBILE模型綜合就能測算出機動車的排放清單，還能夠衡量新機動車的排放標準、燃料品質(zhì)與I/M制度的效果，測算結(jié)果以表格形式的匯總數(shù)據(jù)文件輸出，此方法還可以用來計算在用機動車對國家總污染物排放清單的分擔率和預(yù)測未來趨勢。

2.6 COPERT 模型預(yù)測

COPERT模型源于歐洲委員會開展的機動車排放因子研究，應(yīng)用該模型預(yù)測機動車排放因子時，首先確定：車型、平均車速、車齡分布、行駛里程分布、燃料參數(shù)以及環(huán)境參數(shù)，相關(guān)參數(shù)的確定方法與MOBILE模型相似，主要注意不同的車型分類標準;其次，利用COPERT模型進行排放因子預(yù)測還需要確定車隊組成，城市、鄉(xiāng)村道路以及高速公路的平均速度以及這三種道路上的行車里程百分比，當進行分等級道路排放因子預(yù)測時，基于COPERT模型對道路交通屬性的類似考慮，可根據(jù)MOBILE模型參數(shù)確定方法;最后，在COPERT模型中輸入以上參數(shù)運行后，可以獲得機動車的排放因子。

3 結(jié)語

盡管模型預(yù)測法在我國機動車排放污染物的檢測中發(fā)揮了巨大的作用，但是模型預(yù)測所需要的大量參數(shù)是以國外的實際情況為基礎(chǔ)的，因此，在利用這些模型對我國的機動車進行排放因子測算時，必須對相應(yīng)的參數(shù)進行本土化處理，利用修正后的模型測算機動車綜合排放因子，否則，在計算過程中就會導(dǎo)致機動車的污染物排放量與實際值產(chǎn)生較大的誤差，同時也期待中國化的機動車排放因子預(yù)測模型早日問世。

：

［1］郝吉明，傅立新，賀克斌，等.城市機動車排放污染控制［M］.北京：中國環(huán)境科學出版社，2000.

［2］馬因韜，劉啟漢，等.機動車排放模型的應(yīng)用及其適用性比較［J］.北京大學學報(自然科學版)，2008，2(44)：308-316.

［3］Estevez-Booth A，Muneer A，Kubie T，eta1.A review of vehicular emission models and driving cycles.Mechanical Engineering Science，2002，216：777-797.

［4］Koupal J，Michaels H，Cumberworth M，eta1.EPA’s Plan for MOVES：A Comprehensive Mobile Source Emissions Model.U.S .EPA.2010.

［5］U.S.Environmental Protection Agency.User’s Guide to MOBILE6.1 and MOBILE6.2：Mobile Source Emission Factor Model［S］.Washington，DC：USEPA，2002：9-18.

［6］謝紹東.宋翔宇.申新華.應(yīng)用COPERTⅢ模型計算中國機動車排放因子［J］.環(huán)境科學，2006，3(27)：415-419.