楊曉波，阿 瓊，巫鵬飛，李 新

(1.四川川大生態(tài)環(huán)境技術(shù)有限公司，四川 成都 610065；2.西藏自治區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，西藏 拉薩 850000；3.綿陽師范學(xué)院 資源環(huán)境工程學(xué)院，四川 綿陽 621000)

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車保有量逐年增加，至2011年中國小汽車產(chǎn)銷量位居世界第一[1]，而機(jī)動(dòng)車尾氣排放所帶來的環(huán)境污染問題也越來越受到世界各國的關(guān)注。根據(jù)研究表明，城市大氣污染物中，60%～70%是車輛的排放物[2]，國內(nèi)學(xué)者也對(duì)國內(nèi)部分重點(diǎn)城市機(jī)動(dòng)車尾氣污染物排放量開展了研究工作，對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣排放系數(shù)的研究有助于推進(jìn)機(jī)動(dòng)車尾氣污染物排放量的核算。

探究特殊地區(qū)機(jī)動(dòng)車尾氣排放系數(shù)，對(duì)特定地區(qū)機(jī)動(dòng)車尾氣污染物排放量核算的準(zhǔn)確性、實(shí)用性起著至關(guān)重要的作用，拉薩市地處青藏高原，具有高寒、缺氧、干旱等特點(diǎn)，機(jī)動(dòng)車燃料燃燒特性與其他地區(qū)差異性較大，采用實(shí)測(cè)的方式對(duì)拉薩市機(jī)動(dòng)車尾氣排放開展研究工作對(duì)拉薩市乃至整個(gè)西藏地區(qū)的地動(dòng)車尾氣污染物排放量及機(jī)動(dòng)車管理工作都具有參考價(jià)值。

2 拉薩市機(jī)動(dòng)車尾氣排放因子實(shí)測(cè)方法

2.1 儀器設(shè)備

測(cè)試使用便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)(Portable Emissions Measurement System，PEMS)測(cè)試不同類型車輛氣態(tài)污染物(HC、CO、NOx)排放，所用車載排放檢測(cè)設(shè)備由美國Sensors公司生產(chǎn)的SEMTECH-DS便攜式氣體分析儀和SEMTECH-EFM尾氣流量計(jì)系統(tǒng)2部分組成，該套設(shè)備符合歐六排放法規(guī)測(cè)試要求(COMMISSION REGULATION (EU) No 582/2011 Annex XII)，測(cè)量?jī)x器每次測(cè)試前均按照測(cè)試程序進(jìn)行熱機(jī)、檢漏、標(biāo)定等操作。

2.2 測(cè)試方法

測(cè)試地點(diǎn)選在道路類型相對(duì)齊全的拉薩市。選擇了4種不同類型(微型汽車和輕型汽車、重型汽車、低速貨車)的機(jī)動(dòng)車分秋季和冬季進(jìn)行了兩次測(cè)試。

機(jī)動(dòng)車按照如下要求進(jìn)行選擇：微型汽車主要選取車長(zhǎng)不大于3500 mm，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量不大于1.0 L的載客汽車，以面包車為主；輕型汽車主要選取1.6 L家用汽油轎車和出租車；重型汽車主要選取公共汽車；低速貨車主要選取柴油機(jī)為動(dòng)力、最高設(shè)計(jì)車速小于或等于70 km/h、最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量小于或等于4500 kg的貨車。

測(cè)試時(shí)間選擇在10月和12月。秋季測(cè)試選擇在10月黃金周旅游高峰期內(nèi)進(jìn)行，冬季測(cè)試選擇在12月初進(jìn)行，秋季車輛編號(hào)為1～7號(hào)，冬季測(cè)試車輛編號(hào)為8～14號(hào)。兩次測(cè)試選擇的測(cè)試車輛參數(shù)見表1。

表1 車載排放實(shí)驗(yàn)測(cè)試車輛相關(guān)參數(shù)

2.3 測(cè)試線路選擇

測(cè)試時(shí)選擇含高速路況、暢通城市路況和擁堵城市路況的代表性道路和時(shí)段行駛，每種車型測(cè)試時(shí)間不少于1.5 h，且車輛在各典型道路的行駛時(shí)間均超過15 min。綜合考慮外部環(huán)境溫度、濕度和交通狀況等不可控因素對(duì)排放的影響，測(cè)試選擇不同工作日和周末時(shí)間，不同的交通高峰時(shí)段和非高峰時(shí)段。

城市車輛(微型汽車、輕型汽車和大型客車)的主要測(cè)試路線見圖1所示。按照低速工況到高速工況的測(cè)試原則，以市中心區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn)，經(jīng)城市主要干道和景點(diǎn)，向西逐漸駛?cè)氤鞘锌焖俾?，并最終折返回到起點(diǎn)，總的測(cè)試線路中市區(qū)道路和市郊道路的比例大致為7∶3。

圖1 拉薩市城市車輛主要測(cè)試路線

公交汽車的測(cè)試路線如圖2所示，公交車測(cè)試路線直接選用拉薩市城市公交6路汽車的運(yùn)營路線，公交線路為南北走向，中途共設(shè)35個(gè)站點(diǎn)，途經(jīng)眾多交通流量較大的路段或景點(diǎn)。

拉薩市已實(shí)施貨車白天分時(shí)段限行的政策，低速貨車的測(cè)試路線主要考慮環(huán)路和高速路況，測(cè)試路線如圖3。

圖3 拉薩市低速貨車測(cè)試路線

2.4 排放系數(shù)計(jì)算方法

基于機(jī)動(dòng)車行駛里程的排放因子，即某一類機(jī)動(dòng)車沒行駛1km所排放的某種污染物的量，其計(jì)算公式如下[3]：

(1)

式(1)中：EFi為某種污染物基于行駛距離的平均排放因子(g/km)；ERi為某種污染物逐秒排放速率(g/s)；t為某種工況持續(xù)的時(shí)間(s)；V是該工況下的逐秒速度(km/s)。

某種污染物逐秒排放速率即瞬時(shí)質(zhì)量排放速率ERi，可由以下公式得出：

ERi=Ri,wet×Vstd×ρi,std

(2)

式(2)中：Pi為第i種污染物的體積分?jǐn)?shù)；Vstd為尾氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量(m3/min)；ρi,std為第i種污染物的標(biāo)準(zhǔn)密度(g/L)。

3 拉薩市機(jī)動(dòng)車污染物排放特征

3.1 排放系數(shù)實(shí)測(cè)計(jì)算結(jié)果

車載排放氣態(tài)污染物是利用測(cè)試得到的污染物瞬時(shí)體積濃度，乘以尾氣流量數(shù)據(jù)及密度得到瞬時(shí)質(zhì)量排放速率，通過機(jī)動(dòng)車行駛里程、時(shí)間計(jì)算得到污染物基于行駛距離的平均排放因子[3]。拉薩市不同車輛類型CO、NOx和THC的排放因子如表2所示。

3.2 微型汽車排放因子

微型汽車共測(cè)試2輛，車輛編號(hào)為1號(hào)和7號(hào)，微型汽車CO、NOx、THC的平均排放因子為6.71 g/km、4.87 g/km、0.87 g/km(表3)。

表3 拉薩市微型車實(shí)際道路平均排放因子

經(jīng)實(shí)測(cè)，國Ⅲ微型車CO的排放因子為5.90 g/km，是排放限值和《道路機(jī)動(dòng)車大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南》(以下簡(jiǎn)稱《指南》)的5倍和2.57倍；NOx的排放因子為4.94 g/km，是排放限值和《指南》的32.93倍和49.4倍；THC的排放因子為0.98 g/km，是排放限值和《指南》的4.9倍和4.01倍。國Ⅳ微型車CO的排放因子為7.52 g/km，是排放限值和《道路機(jī)動(dòng)車大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南》(以下簡(jiǎn)稱《指南》)的7.52倍和11.06倍；NOx的排放因子為4.81 g/km，是排放限值和《指南》的60倍和64.1倍；THC的排放因子為0.98 g/km，是排放限值和《指南》的9.8倍和30.6倍。

3.3 輕型汽車排放因子

我國從20世紀(jì)80年代開始對(duì)機(jī)動(dòng)車排放實(shí)施監(jiān)督管理，2000年開始實(shí)施國家第一階段(簡(jiǎn)稱國Ⅰ)汽車排放標(biāo)準(zhǔn)[4]，之后又陸續(xù)頒布實(shí)施國Ⅱ、國Ⅲ、國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)、國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了新生產(chǎn)的輕型汽車氣態(tài)污染物(一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸?和顆粒物的排放控制標(biāo)準(zhǔn)和排放限值，以及配套的檢測(cè)方法、燃料要求和申報(bào)程序等。新標(biāo)準(zhǔn)不斷加嚴(yán)各類污染物的排放限值，進(jìn)一步降低汽車排放污染，輕型汽車各階段污染物排放限值見表4。

表4 輕型汽車排放限值 g/km

3.3.1 出租車排放因子

出租車測(cè)試車輛2輛，車輛編號(hào)3號(hào)和10號(hào)，均為出租車為國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)、液化石油氣(LPG)燃料車，出租車CO、NOx、THC的平均排放因子為18.38 g/km、1.52 g/km、1.26 g/km(表5)。

表5 拉薩市出租車實(shí)際道路平均排放因子

拉薩市出租車CO、NOx、THC的平均排放因子為18.38 g/km、1.52 g/km、1.26 g/km，CO排放因子是排放限值和《指南》的18倍和34倍；NOx排放因子是排放限值和《指南》的19倍和39倍；THC排放因子是排放限制和《指南》的13倍和19倍。

3.3.2 家庭轎車排放因子

家庭轎車測(cè)試車輛4輛，車輛編號(hào)為4號(hào)、8號(hào)、9號(hào)和11號(hào)，拉薩市家庭轎車CO、NOx、THC的平均排放因子為3.92 g/km、0.746 g/km、0.49 g/km(表6)。

表6 拉薩市家用轎車實(shí)際道路平均排放因子

拉薩市CO的排放因子國Ⅰ階段是排放限值和《指南》的4.07倍和1.5倍是國Ⅲ和國Ⅳ階段的5～17倍；國Ⅲ階段低于排放限值的1.17倍，與《指南》相當(dāng)；國Ⅳ階段是排放限值和《指南》的1.14倍和2.14倍。NOx排放因子國Ⅰ階段是《指南》的1.67倍，國Ⅲ和國Ⅳ階段是排放限值和《指南》的2～23倍。THC的排放因子國Ⅲ和國Ⅳ階段接近或略低于排放限值?？梢姡_市家用轎車實(shí)測(cè)CO和NOx排放因子較高。

3.4 重型汽車排放因子

重型柴油車排放標(biāo)準(zhǔn)限值一般是基于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)駕測(cè)試的，常用單位為g/kW·h和g/BHP，為了對(duì)實(shí)測(cè)排放因子和重型柴油車排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，需要將排放因子的單位進(jìn)行統(tǒng)一化[5]。根據(jù)國外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，假設(shè)g/BHP換算成g/mi的重型卡車換算系數(shù)為2.7，經(jīng)過進(jìn)一步的單位換算，最終確定g/kW·h換算成g/km的系數(shù)為1.27(這里需要指出，在理想工況下各污染物的換算系數(shù)差別不大，但是在實(shí)際行駛工況下，HC的換算系數(shù)較低，而NOx和CO的換算系數(shù)近似)[5,6]。拉薩實(shí)際道路行車排放測(cè)試對(duì)4輛重型汽車進(jìn)行了測(cè)試，包括1輛公交車及3輛大型客車(模擬公交線路運(yùn)行進(jìn)行測(cè)試)，車輛編號(hào)為2號(hào)、5號(hào)、12號(hào)和14號(hào)，拉薩市重型汽車CO、NOx、THC的平均排放因子為26.72 g/km、11.70 g/km、0.21 g/km(表7)。

表7 拉薩市重型汽車實(shí)際道路排放因子

CO排放因子國Ⅲ階段是排放限值和《指南》的12.89倍和5.16倍，國Ⅳ階段分別是國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和《指南》的12.65倍和7.39倍。NOx排放因子國Ⅲ階段低于排放限值，國Ⅳ階段分別是排放限值和《指南》的3.14倍和1.4倍。THC排放因子低于排放限值。

3.5 低速貨車排放因子

目前國內(nèi)對(duì)三輪汽車和低速載貨汽車研究的較少，國家標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件(GB7258-2004)在2004 年修訂時(shí)將農(nóng)用運(yùn)輸車名稱更換為三輪汽車與低速貨車[3]，并將這兩類車納入汽車監(jiān)管范疇，并隨之發(fā)布了污染物控制標(biāo)準(zhǔn)。2005年中國發(fā)布了三輪汽車和低速貨車用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法(中國I、Ⅱ階段)(GB19756-2005)和三輪汽車和低速貨車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法(中國I、II階段)(GB19757-2005)2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)[7]，規(guī)定了三輪汽車和低速貨車排氣和噪聲排放限值及測(cè)量方法，其中GB19756-2005首次規(guī)定了三輪汽車和低速貨車用柴油機(jī)工況法測(cè)試方法與限值。低速貨車由于排放控制起步較晚，再加上由于這類車長(zhǎng)年得不到適當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)，單車排放水平較高。

低速貨車測(cè)試車輛2輛，車輛編號(hào)為6號(hào)和13號(hào)，拉薩市低速貨車CO、NOx、THC的平均排放因子為9.33 g/km、3.87 g/km、0.15 g/km(表8)。

表8 拉薩市實(shí)際道路測(cè)試低速貨車排放因子

CO的排放因子國Ⅱ階段是排放限值、《指南》排放因子的2倍左右。NOx和THC的排放因子低于排放限值。

4 結(jié)論

(1) 拉薩市實(shí)際道路測(cè)試表明，拉薩市機(jī)動(dòng)車尾氣污染物中NOx實(shí)際道路排放因子明顯高于排放限值和《指南》，NOx為拉薩市機(jī)動(dòng)車尾氣排放特征污染物。

(2) 國Ⅰ排放標(biāo)準(zhǔn)的老舊車排放因子明顯高于國Ⅲ、國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的車，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)老舊車排放監(jiān)管，促進(jìn)老舊車淘汰。

(3) 拉薩市微型汽車實(shí)際道路污染物排放因子遠(yuǎn)高于排放限值和《指南》，加之此類車型行駛里程長(zhǎng)、保養(yǎng)不當(dāng)、保有年限長(zhǎng)等原因，導(dǎo)致其單車排放水平嚴(yán)重高于限值水平，因加強(qiáng)此類車輛管理。

(4) 低速貨車雖在實(shí)測(cè)中表現(xiàn)較好，但由于排放控制起步較晚，再加上這類車由于長(zhǎng)年得不到適當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)，單車排放水平實(shí)際較高。

(5) 由于出租車的行駛里程長(zhǎng)，車況差，劣化嚴(yán)重，單車排放因子較高，因此治理出租車尾氣污染應(yīng)成為治理拉薩市機(jī)動(dòng)車污染的重中之重。

(6) 機(jī)動(dòng)車排放的顆粒物PM也是空氣污染的重要貢獻(xiàn)力量，尤其是重型柴油車和低速貨車，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試與評(píng)估。

(7) 道路擁堵是加重機(jī)動(dòng)車尾氣排放、污染的重要原因，城市道路規(guī)劃合理、機(jī)動(dòng)車保有量適當(dāng)是保持交通暢通的重要因素，應(yīng)加強(qiáng)道路規(guī)劃、改造進(jìn)程，做好道路承載力及機(jī)動(dòng)車保有量的評(píng)估。