機(jī)動(dòng)車尾氣排放量計(jì)算方法研究

王曉寧，張宏智，付亞君

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院， 哈爾濱　150090)

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機(jī)動(dòng)車尾氣排放量計(jì)算方法研究

王曉寧，張宏智，付亞君

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院， 哈爾濱150090)

摘要：為了使用不同的預(yù)測數(shù)據(jù)來計(jì)算機(jī)動(dòng)車尾氣主要污染物排放量，在油耗模型基礎(chǔ)上提出利用國家第3階段排放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算污染物的方法，簡稱“油耗法”。該方法主要是利用已建立的油耗計(jì)算模型，按照不同的車型并選擇相應(yīng)的排放系數(shù)來計(jì)算污染物排放量。采用該方法對廣東省某高速公路污染物排放量進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與環(huán)評(píng)規(guī)范中規(guī)定的利用排放因子計(jì)算污染物排放量的結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明：2種方法計(jì)算誤差在6%以內(nèi)，油耗法計(jì)算結(jié)果略大于排放因子法的計(jì)算結(jié)果，其更符合實(shí)際情況。

關(guān)鍵詞：交通環(huán)境；機(jī)動(dòng)車排放量；排放系數(shù)；排放因子

目前，機(jī)動(dòng)車尾氣排放已經(jīng)成為我國空氣污染的一個(gè)重要污染源，致使我國空氣質(zhì)量日益惡化。根據(jù)交通運(yùn)輸部發(fā)布的《2014年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，到2014年底，我國公路總里程已經(jīng)達(dá)到446.39萬km。據(jù)報(bào)道，大氣污染中60%～70%是機(jī)動(dòng)車排放的污染物；而隨著機(jī)動(dòng)車保有量的不斷增加，機(jī)動(dòng)車尾氣排放量將會(huì)持續(xù)上升。因此，對尾氣計(jì)算進(jìn)行研究具有一定意義。

計(jì)算機(jī)動(dòng)車尾氣排放量時(shí)，通常采用規(guī)范提供的排放因子法。排放因子法是根據(jù)某種車型行駛距離，以及每種污染物排放因子系數(shù)來計(jì)算污染物排放量。本文在油耗模型基礎(chǔ)上提出了利用國家第3階段排放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算尾氣排放量的的方法。該方法是根據(jù)某種車型機(jī)動(dòng)車行駛一段距離后所消耗的油量以及對應(yīng)的油耗排放系數(shù)來計(jì)算污染物排放量。

美國早在20世紀(jì)60年代末就開始研究汽車污染物排放MOBILE模型，之后又推出了其改進(jìn)模型，同時(shí)對其排放因子進(jìn)行了研究。美國加利福尼亞空氣資源局開發(fā)的EMFAC因其地域針對性較強(qiáng)，在中國應(yīng)用不多。目前，中國郝吉明等研究模擬的多個(gè)大城市機(jī)動(dòng)車排放因子，是目前中國機(jī)動(dòng)車排放研究領(lǐng)域引用比較廣泛的模型。此外，蔡皓、馬因韜等[1-2]應(yīng)用COPERT模型計(jì)算了中國2002年機(jī)動(dòng)車排放因子，并與MOBILE模擬結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明COPERT模型計(jì)算的排放因子更符合實(shí)際。上述2種模型同樣是考慮單位里程排放量來計(jì)算排放因子。

另外，樊守彬、王海龍、霍紅等[3-5]對機(jī)動(dòng)車排放特性也進(jìn)行了一定研究。馮業(yè)榮等[6]針對華南地區(qū)道路網(wǎng)格化對道路機(jī)動(dòng)車污染排放量做了估算與分析。于躍等[7]針對不同交通擁堵等級(jí)對機(jī)動(dòng)車尾氣排放進(jìn)行了研究。林秀麗[8]根據(jù)中國機(jī)動(dòng)車污染物排放對模型進(jìn)行了修正。郝艷召等[9]根據(jù)浮動(dòng)車數(shù)據(jù)提出了機(jī)動(dòng)車排放實(shí)時(shí)測算模型。

國內(nèi)利用油耗量來計(jì)算機(jī)動(dòng)車尾氣排放量的方法沒有得到廣泛引用，因此，本文著重闡述利用油耗法計(jì)算機(jī)動(dòng)車尾氣排放量的方法。

1排放因子

JTG B03—2006《公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范》中提出了如下污染物排放量計(jì)算公式。

(1)

式中：Qj為1年內(nèi)j類污染物排放量，g/a；AADTi為i類型車年平均日交通量，veh/d；Eij為i類型車單車j類排放因子，g/km；L為高速公路路段長度，km；i=1，2，3，分別代表小型車、中型車、大型車；j=1，2，3，分別代表一氧化碳、氮氧化物和顆粒物。

為定量確定車輛在高速公路上行駛過程中排放的污染物數(shù)量，需確定各種車型在一定速度時(shí)的單車污染物排放因子，即每輛車行駛單位里程所排放的污染物數(shù)量，排放因子公式根據(jù)環(huán)評(píng)規(guī)范中給出的排放值范圍來擬合。以顆粒物為例，對各車型速度與顆粒物排放進(jìn)行擬合，其擬合結(jié)果如表1～3所示，擬合曲線如圖1～3所示，其他污染物擬合公式如表4所示。

表1　小型車速度與顆粒物排放因子

表2　中型車速度與顆粒物排放因子

表3　大型車速度與顆粒物排放因子

圖1　小型車速度顆粒物排放因子擬合

圖2　中型車速度與顆粒物擬合

圖3　大型車速度與顆粒物擬合

表4中，速度值對于已建公路取調(diào)查的平均速度，新建公路取預(yù)測速度，預(yù)測速度計(jì)算公式采用JTG B03—2006規(guī)定的公式，見式2和式3。

(2)

ui=vol(ηi+mi(1-ηi))

(3)

式中：Vi為第i種車型車輛的預(yù)測車速，km/h，當(dāng)設(shè)計(jì)車速小于120 km/h時(shí)，該車型預(yù)測車速按比例降低；ui為該車型的當(dāng)量車數(shù)，veh；ηi為該車型的車型比；vol為單車道車流量，veh/h；Ki為計(jì)算系數(shù)，見表5；mi為不同車型的加權(quán)系數(shù)，見表5。

表4　污染物排放因子擬合一覽

2油耗計(jì)算法

目前，我國常用尾氣排放量計(jì)算方法為JTG B03—2006給出的排放因子方法。本文著重研究油耗模型，即利用各種污染物的排放系數(shù)來計(jì)算其排放量，稱為油耗計(jì)算法。

油耗法計(jì)算公式如下：

(4)

式中：Kj為表示第j種尾氣排放量；Li為第i類車的油耗量，i=1，2，3，…，8，分別代表小汽車、中客車(一半汽油車)、中客車(一半柴油車)、大客車、小貨車、中貨車、大貨車、特大型貨車；Pij為第i類車j類尾氣排放系數(shù)。

根據(jù)歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)，并對應(yīng)本文油耗計(jì)算采用的車型分類，得到各車型各類排放系數(shù)，見表6。

本文采用彭勃[10]提出的高速公路油耗模型來計(jì)算機(jī)動(dòng)車在高速公路消耗的總油耗量，具體公式如下：

p=a+b×V+cV2+d×IRI+e×h

(5)

式中：p為公路消耗的總油耗量；a，b，c，d，e為回歸參數(shù)，見表7；IRI為國際平整度指數(shù)，m/km；h為縱坡，%，上坡為正，下坡為負(fù)。

油耗模型回歸參數(shù)擬合結(jié)果見表7。

表5　車速計(jì)算公式系數(shù)

表6　油耗排放系數(shù)　g/L

表7　油耗模型擬合結(jié)果一覽

注：R2為擬合優(yōu)度。

3實(shí)例計(jì)算

以廣東省某高速公路尾氣排放量計(jì)算為例，對機(jī)動(dòng)車尾氣排放量計(jì)算方法進(jìn)行分析。該高速公路2015年通車，使用年限為25年。對該高速公路尾氣排放量采用排放因子法和油耗法進(jìn)行了計(jì)算。為計(jì)算道路全壽命周期內(nèi)的環(huán)境成本，需計(jì)算2015—2039年的尾氣排放量，進(jìn)而計(jì)算排氣排放費(fèi)用。計(jì)算按照本文前述公式進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果見表8。經(jīng)分析，2種方法計(jì)算的污染物排放量相差基本在6%以內(nèi)，符合實(shí)際情況。2種方法計(jì)算的污染物量一覽見表8。

表8　2種方法計(jì)算污染物量一覽

4結(jié)束語

本文介紹了2種機(jī)動(dòng)車尾氣污染物排放量計(jì)算方法，同時(shí)對廣東省某高速公路機(jī)動(dòng)車污染物排放量進(jìn)行了計(jì)算。2種尾氣排放方法計(jì)算結(jié)果表明，誤差范圍基本在6%以內(nèi)，只有遠(yuǎn)期個(gè)別年份超出了6%。利用油耗法計(jì)算的污染物排放量都要略大于規(guī)范排放因子法計(jì)算的污染物排放量。因此，在公路機(jī)動(dòng)車尾氣污染物排放量預(yù)測中采用油耗法較合理，實(shí)際應(yīng)用中采用較高的預(yù)測結(jié)果對環(huán)境更有利。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]蔡皓，謝紹東.中國不同排放標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)車排放因子的確定[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2010(3)：319-326.

[2]馬因韜.機(jī)動(dòng)車排放模型的應(yīng)用及其適用性比較[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，44(2)：308-316.

[3]樊守彬.北京機(jī)動(dòng)車尾氣排放特征研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2011(4)：28-31.

[4]王海龍，馮斌.機(jī)動(dòng)車非常規(guī)污染物排放特性研究[J].環(huán)境工程，2014(S1)：474-477.

[5]霍紅，賀克斌，王歧東.機(jī)動(dòng)車污染排放模型研究綜述[J].環(huán)境污染與防治，2006(7)： 526-530.

[6]馮業(yè)榮，王安宇，吳兌，等.華南地區(qū)網(wǎng)格化在路機(jī)動(dòng)車污染排放量估算與分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2007(03)：229-236.

[7]于躍，唐夕茹，原方方，等.不同交通擁堵等級(jí)的北京市機(jī)動(dòng)車尾氣排放研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2011(19)：156-159.

[8]林秀麗.中國機(jī)動(dòng)車污染物排放因子及其修正方法研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2009(9)：38-43.

[9]郝艷召，宋國華，邱兆文，等.基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的機(jī)動(dòng)車排放實(shí)時(shí)測算模型[J].中國環(huán)境科學(xué)，2015(2)：396-402.

[10]彭勃.高速公路汽車油耗模型研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

Research on Computing Method for Amount of Emission of Motor Vehicle Exhaust

WANG Xiaoning, ZHANG Hongzhi, FU Yajun

Abstract:In order to use different forecast data to compute amount of emission of main pollutants of motor vehicle exhaust, this paper proposes the method for computing pollutants by means of the 3rd stage emission standards of the state on the basis of fuel consumption model, simply called the "fuel consumption method". This method mainly utilizes the established fuel consumption computing model to compute amount of emission of pollutants based on different vehicle types and selecting corresponding emission coefficients. With this method, the paper computes amount of emission of pollutants of some expressway in Guangdong Province, and compares the computed results with the results of amount of emission of pollutants computed by means of emission factors specified in environmental evaluation norm. The results show that the computed error of 2 methods is within 6%, the computed results in fuel consumption method are slightly larger than those in emission factor method and are more compliant with the actual conditions.

Keywords:traffic environment; amount of emission of motor vehicles; emission coefficient; emission factor

文章編號(hào)：1009-6477(2016)01-0130-05

中圖分類號(hào)：U473.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡介：王曉寧(1974-)，女，山東省泰安市人，博士，副教授。

收稿日期：2015-07-20

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.029