重型柴油货车排放因子本地化研究：以辽中南为例.pdf

收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目().作者简介:李 娜()女云南大理人东北大学博士研究生 高成康()女河南周口人东北大学教授博士生导师.第卷第期 年 月东北 大 学 学 报(自 然 科 学 版)().:./.重型柴油货车排放因子本地化研究:以辽中南为例李 娜 高成康 巴 乔 那洪明(.东北大学 冶金学院 辽宁 沈阳 .东北大学 国家环境保护生态工业重点实验室 辽宁 沈阳)摘 要:以低温地区典型城市辽中南城市群的重型柴油货车为研究对象结合辽中南城市群的环境条件、行驶特征等交通信息通过车载测试方法、指南法和 模型建立辽中南城市群本地化的重型柴油货车排放因子数据库.结果显示:重型柴油货车冬季各道路类型上的平均车速均大于夏季且车流量在市郊路最大其次是市区路和高速路.重型柴油货车各污染物排放因子随排放标准提高而降低 负载时各污染物排放是无负载状态的 倍冬季各污染物排放是夏季排放的 倍.对于国重型柴油货车和 排放因子实测值分别是指南法和 模型的 倍和 倍.关 键 词:低温区域重型柴油货车车载测试排放因子对比分析本地化中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.:.):.:近年来我国日益增长的经济以及快速的城市化进程推动了我国以公路运输为主货运方式的迅速发展.重型柴油货车因具有燃料效率高、动力性强等优势在公路货运中占有较大比例约为.重型柴油货车仅占机动车总量的 但其 的排放却占机动车排放总量的 颗粒物的排放占 是机动车 和颗粒物排放的主要来源.因此确定重型柴油货车的污染物排放因子是减少污染物排放中至关重要的一环.目前确定机动车排放因子的方法包括实 测法和模型法两大类.实测法包括实验室台架测试、遥 感 测 试、隧 道 测 试 以 及 车 载 排 放 测 试等.其中相较于前三者车载排放测试通过车辆上的测试系统记录车辆的行驶特征参数和污染物排放数据具有测试结果准确、可直接反映车辆实际运行过程排放状况和反映车辆瞬时运行状况对污染物排放的影响等优点.例如高成康等采用 车载测试系统得出了长春市国汽油车的真实排放因子.刘蒙蒙等使用 排放监控系统得出了南京、常州、镇江 个城市的国重型柴油客车排放因子.结果表明不同城市等级和不同路段类型对油耗和污染物排放有较大影响.黄成等采用 车载测试系统获得了重型柴油公交车的 和 排放因子分析了柴油公交车在实际行驶道路上的油耗与排放水平.结果表明模拟结果与实测值基本吻合实时模拟的油耗和排放因子与实测值之比均在 倍左右.模型法主要包括 模型、模型、模型和 模型等方法.模型相较于其他模型其优点是对发展中国家和地区具有很强的适应性.例如高成康等利用 模型得出了哈长城市群的机动车排放因子系统分析了车辆排放的时空分布特征并模拟了不同情景下的预计排放.结果表明淘汰老旧车辆是减少污染物排放最有效的措施.郭辉等在杭州城市案例研究中对 模型与遥感测试的车辆排放因子进行了比较分析发现 模型得到的排放因子被高估了.此外还建立了基于燃料的排放清单.王海坤等利用 模型得出了上海市机动车排放因子分析了道路类型对车辆排放的评 估 以 及 时 空 分 布 特 征.结 果 表 明 比 起 模型 模型计算的排放因子更符合道路测试结果.加强交通管理采取措施使各道路之间的交通更均匀将减少污染物排放.总之国内很多研究机构利用国外的模型分别获得了北京、上海、澳门等地的排放因子但是众多研究中很少有针对重型柴油货车的研究并且研究区域主要集中在京津冀地区、长三角地区以及珠三角地区针对低温地区的研究较为欠缺.辽中南城市群地处中国东北冬季气温变化直接与冷空气活动有关.在西伯利亚冷高压控制之下东亚大槽加深后的西北气流加强有利于高纬度地区的冷空气南下造成辽中南城市群的冬季气温偏低 月的平均气温约为 .辽中南城市群冬季漫长且天气寒冷温度过低导致燃料存在未充分燃烧现象产生的污染物比起夏季更难扩散.同时低温地区路面多积雪覆盖造成污染物扩散能力差.由于冬季的低温因素以及常出现的超载问题重型柴油货车单位行驶里程能耗远大于其他地区其污染物排放对大气污染的影响更为突出.环境保护部发布的道路机动车大气污染物排放清单编制技术指南(以下简称指南法)、国外相关排放因子模型及国内其他地区的科研数据难以适应低温地区的情况.基于上述背景本文采用车载测试、指南法和 模型三种方法根据辽中南城市群地理位置特征、气候特征、车辆行驶特征等建立一套适合于低温地区的重型柴油货车排放因子库解决了目前针对低温地区机动车污染物排放因子的研究较为欠缺的问题为该地区机动车尾气及颗粒物污染研究治理提供数据支撑.研究方法本研究采用车载测试结果对指南法和 模型的排放因子进行本地化修正最终建立辽中南城市群的重型柴油货车排放因子数据库.测试车辆与路线的选取重型柴油货车的排放标准是影响污染物排放因子的重要因素因此本研究的测试车辆选取应用较广的国、国、国 重型柴油货车.测试的辽中南城市群包括沈阳市、大连市、鞍山市、抚顺市等共 个城市如图 所示.沈阳市是辽中南城市群中最大的综合性重工业基地地理位置靠近京哈高速造就其成为从南方往来物流运输、工业材料运输以及重型柴油货车停靠的必经之地.因此本研究选择沈阳市作为辽中南城市群重型柴油货车出现地的代表.根据重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)的实验路段选择要求分别设立三种不同的实验路段(市区路、市郊路和高速路)所选路段柴油货车全天可通行并无典型时间段车流量变化如图 所示.车载测试通过 模型和指南法获得的辽中南城市群柴油货车污染物排放因子存在不确定性采用车载测试对车辆在实际运行工况下的污染物排放因子进行测试可验证 排放因子和指南排放因子的准确性.本研究选择国、国、国重型柴油货车在 的气温下进行实验如表 所示.重型柴油货车在市区路、市郊路和高速路的实际行驶过程中使用 尾气分析东北大学学报(自然科学版)第 卷 图 辽中南城市群地理位置 图 测试路线图 系统.该仪器具有核心分析模块小型化、防震、精度高等优点.该设备包括非分散紫外分析仪、非分散红外分析仪和 定位仪等众多精准仪器适合分析重型柴油货车尾气中 等气体成分.为了真实地反映实际道路上重型柴油货车的行驶特征本研究采用两种数据采集方法:一是在所选路段采用带有录像功能的雷达测速仪拍摄后对车辆类型和车流量进行统计分析二是进行实地调研对不同道路的重型柴油货车司机发放调查问卷内容包括车辆型号、发动机型号、排放标准、燃料类型、车辆行驶里程等信息.对这些数据进行筛选、补充和处理进而获得低温地区不同道路的运行工况.表 车载测试技术参数 型号排放标准发动机型号最大输出功率整备质量最大总质量出厂年限尾气净化装置车身长度福田牌国.无解放牌国 无解放牌国 有 模型 模型的原理是模型内置的排放因子乘以一系列的修正系数.用于精确估算车辆排放尤其是在 具 有 各 种 技 术 参 数 的 发 展 中 国 家.与 模型相比 模型可以有效估计各种行驶条件下的车辆排放因子公式为 ()()()()/().()第 期 李 娜等:重型柴油货车排放因子本地化研究:以辽中南为例 式中:为不同类型车辆的启动排放因子和运行排放因子/为不同类型车辆修正后的启动和运行排放因子/为不同类型车辆的保有量比例为不同类型车辆运行状况为 标准工况下车辆的平均速度/为特定运行工况下车辆的平均速度/.模型拥有包括车型、燃油、发动机尺寸、行驶里程、蒸发控制和尾气净化技术在内的 种技术参数以及用户自己定义的 种参数.其中机动车比功率()包含速度、加速度、道路坡度、风阻等参数单位为/或者/可以良好反映机动车瞬时工作状态.发动机负荷()可以得出机动车历史工作状态对现在的影响.计算公式为 ()().()式中:是机动车行驶速度/是机动车行驶瞬时加速度/是道路坡度 是机动车比功率 的平均数/是经验系数/是发动机的转速指数最小值可取 .综上采用 模型模拟获取重型柴油货车的排放因子需要的数据主要包括车辆类型、车辆运行工况、车辆技术参数、燃料类型、燃料品质、启动分布及环境参数等.指南法环境保护部发布的道路机动车大气污染物排放清单编制技术指南根据 年典型城市当地的车辆行驶信息、里程、车辆类型、燃料质量等各种参数来校准排放系数提出了综合基准排放系数().不同地区可根据本地实际情况通过指南的排放系数进行本地化修正.计算公式为 .()式中:是 类型车辆在地区 的排放因子是 类型车辆的综合基准排放因子是地区 的环境修正系数是地区 的平均速度修正系数是 类型车辆的其他条件修正系数.本研究根据辽中南城市群的地理位置特征、气候特征和重型柴油货车的平均行驶速度等参数采用指南法进行本地化修正最终得出基于指南法的辽中南城市群重型柴油货车排放因子.)环境修正因子.()式中:是温度修正因子是湿度修正因子是海拔修正因子.经调研东北区域平均海拔在 之间(低于 )故本研究中无需修正.)速度修正因子.可通过当地车辆平均行驶速度得出不同类型车辆的运行状况辽中南城市群重型柴油货车平均行驶速度如表 所示.表 机动车平均行驶速度修正因子 污染物排放标准速度区间/()国 国 国 国 国 国 )劣化修正因子.本研究所选取劣化修正因子具体数据如表 所示.)其他条件参数.指南中的其他条件参数主要包括重型柴油货车的载重系数对污染物排放的影响.本研究根据车用汽油国家标准 和车用柴油国家标准中的相关规定和要求确定了辽中南城市群区域重型柴油货车的载重系数为 和 .表 车型劣化修正因子 污染物机动车类型国前国国国国国微型、轻型载客车.其他车辆.出租车.微型、小型载客车.其他车辆.出租车.微型、小型载客车.其他车辆.出租车.东北大学学报(自然科学版)第 卷 结果与讨论 重型柴油货车活动水平 重型柴油货车行驶特征行驶速度是造成机动车污染物排放因子变化的主要因素如图 所示.重型柴油货车 和 排放因子随着行驶速度的增加而降低表明合理地提高车辆速度有助于减少重型柴油货车和 的排放.图 速度对排放因子的影响 从图 可知不同道路上车辆速度分布差异明显平均速度市区路 市郊路 负载 无负载的特征温度变化对各污染物排放有强烈影响冬季道路工况要好于夏季车辆的行驶速度也更高国 重型柴油货车冬季各污染物排放是夏季排放的 倍.东北大学学报(自然科学版)第 卷 图 冬季不同道路上国 重型柴油货车不同负载下排放因子 图 夏季不同道路上国 重型柴油货车不同负载下排放因子 基于 模型和指南法建立的排放因子库本研究根据在市区路、市郊路、高速路三种道路上实测的数据输入 模型所需的机动车活动水平信息如表 所示.采集表征当地实际的车辆行驶工况、车辆技术特征及行驶环境等数据并基于沈阳市的车载测试结果对 模型进行本地化修正采用修正后的 模型建立辽中南城市群国、国、国重型柴油货车排放因子表 模型测试车辆与模拟车辆技术参数 车型喷油方式排放标准燃料类型行驶/模拟车速/()模型车型参数重型货车多点喷射国柴油:/:/:重型货车多点喷射国柴油:/:/:重型货车多点喷射国柴油.:/:/:第 期 李 娜等:重型柴油货车排放因子本地化研究:以辽中南为例 库.同时本研究根据辽中南城市群地理位置特征、温湿度、载重系数及测试车辆劣化情况建立基于指南法的本地化排放因子库.排放因子对比分析 三种排放因子对比分析将车载测试排放因子与基于指南法和 模型的排放因子进行对比分析结果如图 所示.)车载测试与指南法对比.对于国 重型柴油货车和 排放因子实测结果明显低于指南法得到的排放因子分别是指南法的 倍、倍和 倍说明指南法对辽中南城市群国 重型柴油货车污染物排放因子存在一定程度高估对于国、国 重型柴油货车和 排放因子实测结果明显高于指南法分别是指南法的 倍和 倍但 排放因子实测结果小于指南法.)车载测试与 模型对比.对国 重型柴油货车和 排放因子实测结果分别是 模型的 倍、倍和 倍说明 模型对污染物排放因子存在一定程度低估对于国、国 重型柴油货车 和 排放因子实测结果分别是 模型的 倍和 倍 模型得到的 排放因子与实测结果相近.图 三种方法排放因子对比分析 同类排放因子的对比分析本研究将本地化重型柴油货车排放因子与其他城市重型柴油货车排放因子进行比较结果如表 所示.不同地区的重型柴油货车排放因子存在一定的差异.主要原因是东北地区重型柴油货车的污染物排放具有地域独特性不同城市的重型柴油货车用途不一致导致重型柴油货车劣化程度不相同.此外各城市获得排放因子的方法不相同导致不同地区重型柴油货车的排放因子存在差异.表 辽中南城市群与其他城市重型柴油货车排放因子的比较 .研究区域排放标准重型柴油货车排放因子/()数据来源辽中南城市群国.本研究唐山国.参考文献成都国.参考文献南昌国.参考文献 结 论)重型柴油货车 和 排放因子整体均呈现随速度增加逐渐下降的趋势反映出适度提高车辆速度有助于降低重型柴油车各污染物的排放.重型柴油货车冬季各道路类型上的平均车速均大于夏季且车流量在市郊路最大为 辆/占总体交通流量的 .其次是市区路和高速路分别为 辆/和 辆/分别占总体交通流量的 和 .)重型柴油货车各污染物排放因子随排放标准提高而降低 负载时各污染物排放是无负载状态的 倍 负载时各污染物排放是无负载状态的 倍温度变化对各污染物排放有强烈影响各污染物排放冬季是夏季的 倍.)将车载测试得到的排放因子与指南、排放因子进行对比分析得出指南法对国 重型柴油货车污染物排放因子存在一定程度高估 模型对污染物排放因子存在一定程度低估.对于国、国 重型柴油货车指南法和 模型得到的 排放因子存在一定程度低估指南法对 排放因子存在高估 模型得到的 排放因子与实测结果相近.)交通拥堵会使机动车污染排放增加.改善东北大学学报(自然科学版)第 卷 交通管制水平加强机动车污染物排放控制加快淘汰国 重型柴油货车进一步推广天然气重型货车的使用对减少机动车污染物排放具有重要意义.参考文献:中华人民共和国环境保护部.中国机动车环境管理年报/.().:/./.(./.().:/./.)丁焰王军方尹航.京津冀地区机动车污染防治重点及建议.环境保护():.(.():.).:.():.:.():.():.():.:.:():.():.():.高成康许庆江邢玉红等.冬季低温地区道路移动源大气污染物排放清单.东北大学学报(自然科学版)():.(.()():.)刘蒙蒙常玉林张玮等.基于 的国重型柴油客车排放特性研究.重庆理工大学学报(自然科学)():.(.()():.)黄成陈长虹楼狄明等.重型柴油车实际道路油耗与排放模拟及其应用研究.环境科学学报():.(.():.).():.():.():.:.():.():.贾丽伟.东北地区大气环流型与气候关系的研究.北京:中国气象科学研究院.(.:.)中华人民共和国环境保护部.国家市场监督管理总局.重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段).北京:环境保护部.(.().:.)王志伟刘士光.唐山市在用重型柴油车排放清单研究.中国环保产业:.(.:.)孙蜀.成都市柴油车颗粒物排放特征分析.成都:西南交通大学:.(.:.)张景文咸月陈报章.南昌市移动源排放清单研究.环境科学学报():.(.():.)第 期 李 娜等:重型柴油货车排放因子本地化研究:以辽中南为例