机动车尾气排放量计算方法研究

王晓宁，张宏智，付亚君

(哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院， 哈尔滨　150090)



机动车尾气排放量计算方法研究

王晓宁，张宏智，付亚君

(哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院， 哈尔滨150090)

摘要：为了使用不同的预测数据来计算机动车尾气主要污染物排放量，在油耗模型基础上提出利用国家第3阶段排放标准计算污染物的方法，简称“油耗法”。该方法主要是利用已建立的油耗计算模型，按照不同的车型并选择相应的排放系数来计算污染物排放量。采用该方法对广东省某高速公路污染物排放量进行计算，并将计算结果与环评规范中规定的利用排放因子计算污染物排放量的结果进行对比。结果表明：2种方法计算误差在6%以内，油耗法计算结果略大于排放因子法的计算结果，其更符合实际情况。

关键词：交通环境；机动车排放量；排放系数；排放因子

目前，机动车尾气排放已经成为我国空气污染的一个重要污染源，致使我国空气质量日益恶化。根据交通运输部发布的《2014年交通运输行业发展统计公报》，到2014年底，我国公路总里程已经达到446.39万km。据报道，大气污染中60%～70%是机动车排放的污染物；而随着机动车保有量的不断增加，机动车尾气排放量将会持续上升。因此，对尾气计算进行研究具有一定意义。

计算机动车尾气排放量时，通常采用规范提供的排放因子法。排放因子法是根据某种车型行驶距离，以及每种污染物排放因子系数来计算污染物排放量。本文在油耗模型基础上提出了利用国家第3阶段排放标准计算尾气排放量的的方法。该方法是根据某种车型机动车行驶一段距离后所消耗的油量以及对应的油耗排放系数来计算污染物排放量。

美国早在20世纪60年代末就开始研究汽车污染物排放MOBILE模型，之后又推出了其改进模型，同时对其排放因子进行了研究。美国加利福尼亚空气资源局开发的EMFAC因其地域针对性较强，在中国应用不多。目前，中国郝吉明等研究模拟的多个大城市机动车排放因子，是目前中国机动车排放研究领域引用比较广泛的模型。此外，蔡皓、马因韬等[1-2]应用COPERT模型计算了中国2002年机动车排放因子，并与MOBILE模拟结果进行了比较，结果表明COPERT模型计算的排放因子更符合实际。上述2种模型同样是考虑单位里程排放量来计算排放因子。

另外，樊守彬、王海龙、霍红等[3-5]对机动车排放特性也进行了一定研究。冯业荣等[6]针对华南地区道路网格化对道路机动车污染排放量做了估算与分析。于跃等[7]针对不同交通拥堵等级对机动车尾气排放进行了研究。林秀丽[8]根据中国机动车污染物排放对模型进行了修正。郝艳召等[9]根据浮动车数据提出了机动车排放实时测算模型。

国内利用油耗量来计算机动车尾气排放量的方法没有得到广泛引用，因此，本文着重阐述利用油耗法计算机动车尾气排放量的方法。

1排放因子

JTG B03—2006《公路建设项目环境影响评价规范》中提出了如下污染物排放量计算公式。

(1)

式中：Qj为1年内j类污染物排放量，g/a；AADTi为i类型车年平均日交通量，veh/d；Eij为i类型车单车j类排放因子，g/km；L为高速公路路段长度，km；i=1，2，3，分别代表小型车、中型车、大型车；j=1，2，3，分别代表一氧化碳、氮氧化物和颗粒物。

为定量确定车辆在高速公路上行驶过程中排放的污染物数量，需确定各种车型在一定速度时的单车污染物排放因子，即每辆车行驶单位里程所排放的污染物数量，排放因子公式根据环评规范中给出的排放值范围来拟合。以颗粒物为例，对各车型速度与颗粒物排放进行拟合，其拟合结果如表1～3所示，拟合曲线如图1～3所示，其他污染物拟合公式如表4所示。

表1　小型车速度与颗粒物排放因子

表2　中型车速度与颗粒物排放因子

表3　大型车速度与颗粒物排放因子

图1　小型车速度颗粒物排放因子拟合

图2　中型车速度与颗粒物拟合

图3　大型车速度与颗粒物拟合

表4中，速度值对于已建公路取调查的平均速度，新建公路取预测速度，预测速度计算公式采用JTG B03—2006规定的公式，见式2和式3。

(2)

ui=vol(ηi+mi(1-ηi))

(3)

式中：Vi为第i种车型车辆的预测车速，km/h，当设计车速小于120 km/h时，该车型预测车速按比例降低；ui为该车型的当量车数，veh；ηi为该车型的车型比；vol为单车道车流量，veh/h；Ki为计算系数，见表5；mi为不同车型的加权系数，见表5。

表4　污染物排放因子拟合一览

2油耗计算法

目前，我国常用尾气排放量计算方法为JTG B03—2006给出的排放因子方法。本文着重研究油耗模型，即利用各种污染物的排放系数来计算其排放量，称为油耗计算法。

油耗法计算公式如下：

(4)

式中：Kj为表示第j种尾气排放量；Li为第i类车的油耗量，i=1，2，3，…，8，分别代表小汽车、中客车(一半汽油车)、中客车(一半柴油车)、大客车、小货车、中货车、大货车、特大型货车；Pij为第i类车j类尾气排放系数。

根据欧洲排放标准，并对应本文油耗计算采用的车型分类，得到各车型各类排放系数，见表6。

本文采用彭勃[10]提出的高速公路油耗模型来计算机动车在高速公路消耗的总油耗量，具体公式如下：

p=a+b×V+cV2+d×IRI+e×h

(5)

式中：p为公路消耗的总油耗量；a，b，c，d，e为回归参数，见表7；IRI为国际平整度指数，m/km；h为纵坡，%，上坡为正，下坡为负。

油耗模型回归参数拟合结果见表7。

表5　车速计算公式系数

表6　油耗排放系数　g/L

表7　油耗模型拟合结果一览

注：R2为拟合优度。

3实例计算

以广东省某高速公路尾气排放量计算为例，对机动车尾气排放量计算方法进行分析。该高速公路2015年通车，使用年限为25年。对该高速公路尾气排放量采用排放因子法和油耗法进行了计算。为计算道路全寿命周期内的环境成本，需计算2015—2039年的尾气排放量，进而计算排气排放费用。计算按照本文前述公式进行，计算结果见表8。经分析，2种方法计算的污染物排放量相差基本在6%以内，符合实际情况。2种方法计算的污染物量一览见表8。

表8　2种方法计算污染物量一览

4结束语

本文介绍了2种机动车尾气污染物排放量计算方法，同时对广东省某高速公路机动车污染物排放量进行了计算。2种尾气排放方法计算结果表明，误差范围基本在6%以内，只有远期个别年份超出了6%。利用油耗法计算的污染物排放量都要略大于规范排放因子法计算的污染物排放量。因此，在公路机动车尾气污染物排放量预测中采用油耗法较合理，实际应用中采用较高的预测结果对环境更有利。

参 考 文 献

[1]蔡皓，谢绍东.中国不同排放标准机动车排放因子的确定[J].北京大学学报(自然科学版)， 2010(3)：319-326.

[2]马因韬.机动车排放模型的应用及其适用性比较[J]. 北京大学学报(自然科学版)，2008，44(2)：308-316.

[3]樊守彬.北京机动车尾气排放特征研究[J].环境科学与管理，2011(4)：28-31.

[4]王海龙，冯斌.机动车非常规污染物排放特性研究[J].环境工程，2014(S1)：474-477.

[5]霍红，贺克斌，王歧东.机动车污染排放模型研究综述[J].环境污染与防治，2006(7)： 526-530.

[6]冯业荣，王安宇，吴兑，等.华南地区网格化在路机动车污染排放量估算与分析[J].热带气象学报，2007(03)：229-236.

[7]于跃，唐夕茹，原方方，等.不同交通拥堵等级的北京市机动车尾气排放研究[J].交通标准化，2011(19)：156-159.

[8]林秀丽.中国机动车污染物排放因子及其修正方法研究[J].环境科学与管理，2009(9)：38-43.

[9]郝艳召，宋国华，邱兆文，等.基于浮动车数据的机动车排放实时测算模型[J].中国环境科学，2015(2)：396-402.

[10]彭勃.高速公路汽车油耗模型研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，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

文章编号：1009-6477(2016)01-0130-05

中图分类号：U473.9

文献标识码：A

作者简介：王晓宁(1974-)，女，山东省泰安市人，博士，副教授。

收稿日期：2015-07-20

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.029