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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機動車尾氣排放量計算方法研究

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)來計算機動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算模型，按照不同的車型并選擇相應(yīng)的排放系數(shù)來計算污染物排放量。采用該方法對廣東省某高速公路污染物排放量進行計算，并將計算結(jié)果與環(huán)評規(guī)范中規(guī)定的利用排放因子計算污染物排放量的結(jié)果進行對比。結(jié)果表明：2種方法計算誤差在6%以內(nèi)，油耗法計算結(jié)果略大于排放因子法的計算結(jié)果，其更符合實際情況。

關(guān)鍵詞：交通環(huán)境；機動車排放量；排放系數(shù)；排放因子

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

計算機動車尾氣排放量時，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)計算尾氣排放量的的方法。該方法是根據(jù)某種車型機動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模型，同時對其排放因子進行了研究。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，在中國應(yīng)用不多。目前，中國郝吉明等研究模擬的多個大城市機動車排放因子，是目前中國機動車排放研究領(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模型計算了中國2002年機動車排放因子，并與MOBILE模擬結(jié)果進行了比較，結(jié)果表明COPERT模型計算的排放因子更符合實際。上述2種模型同樣是考慮單位里程排放量來計算排放因子。

另外，樊守彬、王海龍、霍紅等[3-5]對機動車排放特性也進行了一定研究。馮業(yè)榮等[6]針對華南地區(qū)道路網(wǎng)格化對道路機動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對機動車尾氣排放進行了研究。林秀麗[8]根據(jù)中國機動車污染物排放對模型進行了修正。郝艷召等[9]根據(jù)浮動車數(shù)據(jù)提出了機動車排放實時測算模型。

國內(nèi)利用油耗量來計算機動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算機動車尾氣排放量的方法。

1排放因子

JTG B03—2006《公路建設(shè)項目環(huán)境影響評價規(guī)范》中提出了如下污染物排放量計算公式。

(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)計車速小于120 km/h時，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油耗計算法

目前，我國常用尾氣排放量計算方法為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)來計算其排放量，稱為油耗計算法。

油耗法計算公式如下：

(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算機動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實例計算

以廣東省某高速公路尾氣排放量計算為例，對機動車尾氣排放量計算方法進行分析。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行了計算。為計算道路全壽命周期內(nèi)的環(huán)境成本，需計算2015—2039年的尾氣排放量，進而計算排氣排放費用。計算按照本文前述公式進行，計算結(jié)果見表8。經(jīng)分析，2種方法計算的污染物排放量相差基本在6%以內(nèi)，符合實際情況。2種方法計算的污染物量一覽見表8。

表8　2種方法計算污染物量一覽

4結(jié)束語

本文介紹了2種機動車尾氣污染物排放量計算方法，同時對廣東省某高速公路機動車污染物排放量進行了計算。2種尾氣排放方法計算結(jié)果表明，誤差范圍基本在6%以內(nèi)，只有遠(yuǎn)期個別年份超出了6%。利用油耗法計算的污染物排放量都要略大于規(guī)范排放因子法計算的污染物排放量。因此，在公路機動車尾氣污染物排放量預(yù)測中采用油耗法較合理，實際應(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

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

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

[3]樊守彬.北京機動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.機動車非常規(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.機動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)格化在路機動車污染排放量估算與分析[J].熱帶氣象學(xué)報，2007(03)：229-236.

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

[8]林秀麗.中國機動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.基于浮動車數(shù)據(jù)的機動車排放實時測算模型[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：1009-6477(2016)01-0130-05

中圖分類號：U473.9

文獻標(biāo)識碼：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