汽车尾气排放量的计算方法
浙江交通职业技术学院学报,第】0卷第3期。2009年9月
JournalofZhejiangInstituteofCommunications
V01.10No.3,Sep.2009
汽车尾气排放量的计算方法
陈永林1,曹晓春1,昊柳柳1,马林才2
(1.浙江省道路运输管理局,杭州310005;2.浙江交通职业技术学院,杭州311112)
摘要:汽车排放已成为我国大城市的主要污染源。若不采取措施降低汽车污染物的排放量,必将使城区大气环境质量恶化,更多的城市将面临光化学烟雾等机动车辆排放造成的威胁。浙江省各地区在2009。2020年间的汽车保有量将继续攀升,随之而来的是空气中更多的CO、NOx、HC及PM的排放量。如不采取强硬措施,将导致环境污染恶化局面无法得到有效的控制。
关键词:汽车尾气排放量;城市污染;计算方法;控制措施中图分类号:U46
文献标识码:A
doi:10.3969/j.issn.1671—234x.2009.03.006
文章编号:1671—234X(2009)03—0020—06
放也已成为我国典型大城市的主要污染源。北京市
0前言
汽车是能源消耗和污染物排放的主要来源。根据城市大气污染物来源的分类统计,在我国主要大城市中,已有80%左右的污染物来源于汽车废气。其主要原因就是由于城市汽车保有量急剧增加,导致排放污染物总量的过快增加。据欧美发达国家大中城市的监测数据显示,汽车排放出的各类主要污染物,如一氧化碳(CO)、二氧化碳(c02)、臭氧(03)、碳氢化合物(HC)、醛类(C。一lH2。一lclio)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(N02)、二氧化硫(S02)、铜微粒和悬浮粒子的浓度已将占城市该种污染的40%一90%。如伦敦2008年的监测数据表明,大气中78%的HC来自于机动车排放;OECD(经济合作与发展组织)国家2007年大气中92%的CO、54%的NOx和46%的HE来自于机动车排放。另据美国11个城市区域的调查,大气中68%以上的CO、92%以上的HC均是机动车排放。汽车排
收稿日期:2009—04—07
机动车排放污染占空气中CO的80.3%,HC的79.1%,rqox的54.8%;上海市co为72.8%,HC为86.7%,NOx为40.9%;广州市CO为86.8%,HC为97.4%,NOx为38.2%。我国一些城市伙浓度超标,已出现或具有发生光化学烟雾污染的潜在危险。若不采取措施降低机动车污染物的排放量,必将使城区大气环境质量恶化,更多的城市将面临光化学烟雾等机动车辆排放造成的威胁。国内外在检验排放法规实施效果、预测排放趋势、改善空气质量、治理交通环境、制定先进的城市规划、对环境状况进行评估等方面,都必须对道路上行驶的汽车排放污染物的影响程度进行评估,从而为政府制订相应的排放控制对策和排放削减目标,为建立起适合各城市具体情况的在用车辆检测与维护(L/M)体系提供可靠依据。其中一项重要工作就是计算城市汽车在不同城市运行工况下的污染物排放总
量,测量不同类型机动车在典型城市运行工况下的
污染物排放因子,以及不同类型机动车的流量。因
作者简介:陈永林(1956一),男,浙江新昌人,高级工程师,E—mail:yonglin@mall.hz.2j.cIl。
第3期
陈永林,曹晓春,吴柳柳,马林才:浙江省各地区汽车尾气排放挝的计算方法
2l
此本文针对浙江省汽车排放量及其计算方法进行了初步的探讨。
1汽车排放因子的评价模型
排放因子反映了机动车的排放水平,是机动车污染控制的重要依据。机动车排放因子的确定方法一般包括台架测试、实际工况测试、隧道实验、遥感测量和模式计算等。台架测试可以确定一定工况下的机动车排放因子,但结果离散性较大并且难以快速反映条件变化时排放因子的变化情况;在考虑了燃料特征、排放控制水平、行驶工况等实际因素的影响后,机动车排放因子可以利用MOBILE、COPERT等排放因子模型来估算,也可以通过隧道实验、实际工况测试和遥感技术等方法实际测量[1-2|。我国目前已有的机动车排放因子研究主要集中在台架测试、隧道实验的直接测量和应用美国MOBILE模型的模式计算上。2005年,我国新一轮机动车排放标准国Ⅲ开始在全国部分城市执行(相当于欧Ⅲ)。在这种情况下,应用欧洲国家广泛使用的COPERTm模型,计算了我国的机动车排放因子也已显得十分必要。
MOBILES模式利用经验公式计算各种因素对不同类型车辆排放的影响,确定该车型的排放因子,再根据各车型的登记分布和累积里程率最终计算出车型的总体排放因子。该模式将机动车分为八类进行计算:
(1)轻型汽油机车辆(LDGV—Light
DutyGaso.
1ine
Vehicles);
(2)轻型汽油机卡车(LDGT—LightDuty
Gaso—
line
Trucks);
(3)重型汽油机车辆(HDGV—HeavyDuty
Gasoline
Vehicles);
(4)轻型柴油机车辆(LDDV—LightDutyDieselVehicles);
(5)轻型柴油机卡车(LDDT—LightDutyDiesel
Trucks);
(6)重型柴油机车辆(HDDV—HeavyDuty
Diesel
Vehicles);
(7)摩托车(MC—Motorcycles)。
其中轻型汽油机卡车,MOBILF_.S按其总重量
(GVW,GiDssVehicleWeight)又分为两类,LDGTI
(GVW(2700kg)和LDGT2(2700kg<GVW<3
900
kg)。MOBILES模式的计算思路是首先根据排放控
制水平得到机动车在标准工况下的基本排放因子,在此基础上根据实际条件下各影响因素同标准工况的差别对基本排放因子进行修正,最终得到实际运行状况下的排放因子。
COPERT模型起源于欧洲委员会(EC)开展的机动车排放因子研究,COPERTⅢ模型将机动车划分为以下几大类:
(1)小客车(PassengerCars)总质量小于2.5t乘员数不超过8人的客车;
(2)轻型货车(LightDuty
Vehicles)总质量≤
3.5t的货车;
(3)重型货车(HeavyDutyVehicles)总质量>3.5t的货车;
(4)公共汽车或长途客车(UrbanBuses
&Coaches)乘员数在8人以上的客车;
(5)摩托车(TwoWheelers)二冲程、四冲程摩托车,机动脚踏两用车。
我国至今尚无全国范围内的针对汽车排放的统一调查和测算方法。参考国家环保总局发布的《城市机动车污染排放测算方法》(HJ/T180—2005)。机动车某种污染物年排放量摸型如下:
f啄=10曲×弓×屿×%
{
。
(1)
L印。=苫E%,死=l,2,…,拜。其中:叩蛔为第J.类型车,似种污染物的年排
放量,单位:t;
EQ.为所有车型埘种污染物年排放量,单位:t,_『、rl,分别为车型和车型总数;
巧为统计年份.『类型车保有量,单位:辆;
尬为,类型车年平均行驶里程,单位:km;
既为』类型车,埘种污染物的排放因子,单
位:g/km。
2研究方法
2.1
BP神经网络模型
BP网络具有高度非线性关系的映射能力,可
实现维欧氏空间(输入层单元数)到维欧氏空间
浙江交通职业技术学院学报
(输出层单元数)的任意映射。BP网络分输入层、隐含层和输出层,隐含层又有一层、两层等等,一般不会超过两层。层与层问采用全连接方式,同层单元之间不存在相互连接。BP网络每一层权值可通过学习来调节,其基本处理单元(除输入层外)为非线性输人一输出关系。网络的结构主要包括网络的层数、每层的神经元数、权重和阈值。由于输人和输出神经元数是已知的,所以需要确定的是隐含层的层数和神经元数。目前,这些只能通过试差法确定的。
2.2平滑指数模型预测
平滑指数模型是时间序列预测法中的一种基本预测模型。在这种模型中,平滑指数n的取值是非常关键的。因为0t的选取适当与否,直接影响着预测效果。一般数据接近稳定时,取a=O.05.0.20;数据序列波动不大,长期趋势变动缓慢时,取a=o.3~O.5;数据序列波动较大,长期趋势变动快捷、明显,取a=0.6—0.9。
2.3
性被用来表示因变量的经济变量的相对变化对于作为自变量的经济变量的相对变化的反应程度。在微观经济学中,弹性理论主要是研究需求量和供给量的相对变动对影响需求和供给的因素相对变动的反应程度。2.5组合预测
如前分析,BP神经网络模型、三次平滑指数模型、ARIMA模型和弹性系数法的计算工作量不同、预测效果也不完全一致,在各个时期内的预测效果各有优势。为避免单一预、狈4模型带来的预测误差,可采取不同权重,将多种模型进行组合,从而形成组合预测模型,组合预测模型的预测结果比单~模型要优越。
3浙江省汽车保有量、和各地区保有量及车型分布情况预测
为计算浙江省各地区汽车尾气排放量,必须预测出汽车保有量,汽车车型分布,汽车年行驶里程等。3.1基于弹性系数法的浙江省汽车保有量发展趋势预测
弹性系数法是弹性概念引用到经济学之后的一种实际运用。先用神经网络、三次平滑指数和ARIMA等三种方法预测2009—2020年间GDP趋势。然后用弹性系数法预测汽车保有量,见表l。
AR蹦A模型预测
一个时间序列都可以分解成三个部分的叠加,
分别是趋势部分、季节部分和随机部分。ARIMA模型处理的时间序列是平稳的随机序列。2.4弹性系数法
弹性系数法是弹性概念引用到经济学之后的一种实际运用。当经济变量之间存在函数关系时,弹
表1基于三种算法模型的组合预测模型预测2009—2020年问浙江省GDP(单位:亿元)
\方法
2∞9
201020ll201220132014201520162017201820192旺酗
年掰\
BP神经网络
模型
24594.0626738.8328658.1430|6|68.3132508.5733948.1535013.84358f记.9936642.6737281.9637724.5638034.61
三次平滑指数
模型
2cr744229942536827865
ARlMA(4,2,3)
模型
签585,68
26205.7428848.7331501.6134246.49
组合预测模型(权重各为1/3)
GDP22974,5825312.8627624.9630011.6432414.0234761,1137050.3639326.56
GDP增长率,%
9.4010.189.138.648.007.246.596.145.895.625.335.1l
3蝴
332333610239ID9542212454534{i81852307
371吃.17
40Q35.24
纰1.70
46075.95
41643.54
43984.0346328.41486913.88
钙1217.13
52442.6855740.04
其次是计算2003—2008年间的浙江省CDP增长率与汽车保有量的弹性系数,见表2。
第3期陈永林,曹晓春,吴柳柳,马林才:浙江省各地区汽车尾气排放量的计算方法表2
2003~2008年问的浙江省GDP增长率与汽车保有量的弹性系数
2(】0320.5125.971.27
200419.6721.281.08
200518.8724.231.28
200617.0922.241.30
23
年份
GDP增长率,%汽车保有量增长率,%弹性系数,E
20田
19.1021.61.13
200812.6710.320.84
皿均值
1.15
最后,取2003。2008年间的平均弹性系数1.15,再按2008年浙江省汽车保有量为335.6万辆计算,得到2009。2020年问的浙江省汽车保有量,见表3。
3.2基于l:lz侈4法的浙江省汽车保有量发展趋势预测
。
因此先预测全国保有量的发展趋势,再利用近几年的平均比例,推算出2009~2020年问的浙江省汽车保有量。比例法的结果见表3。
3.3基于组合预测法的浙江省汽车保有量发展趋势预测
将上述两种方法进行组合,各取0.5的权重,以减少误差,结果见表3。
浙江省占全国汽车保有量的比例,近年来相对稳定,2003。2008年全国平均占有率为6.28%。
表3组合预测法预测2009,2020年间浙江省汽车保有量(单位:万辆)
3.4浙江省各地区汽车保有量预测
1999~2007年间各地区占有浙江省汽车总保有量的比例,见表4。
表4
在浙江省汽车保有量总体发展形式下,可按照上述比例外推计算,得到在2009—2020年间,浙江省各地区的汽车保有量发展趋势,见表5。
1999~2007年问浙江省各地区的保有量占全省比例
表52009—2020年问浙江省各地区的保有量预测(单位:万辆)
24
浙江交通职业技术学院学报
3.5
2009—2020年间浙江省各地区汽车车型分布结合表5、表6,得到2009~2020年间各地区汽车车型分布情况,具体数据省略。
预测
2334—2006年浙江省民用车辆车型分布,见表6。
表6
汽车总量
100%
21304—2006年浙江省民用车辆车型分布载客汽车,72%
载货汽车,28%
大型
1.72%
微型
7.0%
小型
57.46%
中型
微型
2.93%
轻型
17.92%
中型
5.25%
重型
1.46%
3.53%I
4.2以杭州地区为例。计算汽车排放量过程
4浙江省各地区2009年汽车排放量计算
4.1浙江省2009年各种类型汽车污染物排放因子的确定
根据调查,微型、小型和中型载客以及微型载货汽车以汽油车为主,大型载客、轻型、中型和重型载货汽车以柴油车为主。参考国内外研究成果11。8|,选取值如表7。
按公式(1)计算汽车排放量,结果见表8。4.3。浙江省各地区2009年汽车排放量
根据以上计算方法,将各地区汽车保有量、各车型分布,年平均行驶里程,排放因子,最后计算得到汽车总排放量如表9。
由于表4中已经将全省各地区2009—2020年间汽车保有量预测出,用相同的办法可以将各地区其他年份的汽车排放量计算出。
表7浙江省2009年各种类型汽车污染物排放因子
排放物计算各项污染物排放因子,g/km
C0NOxHC
载客汽车
微型
15.5O.51.9
载货汽车
大型
17.53.11.5O.5
小型
17.31.22.2
中型
18.81.72.5
微型
18.11.82.7
轻型
1.O1.50.20.2
中型
4.21.91.10.6
重型
12.77.21.90.9
踟
表8
排放物计算各车型保有量/万辆
2009年杭州地区汽车排放总量计算
载客汽车
载货汽车
大型
1.675.01.460.260.130.04
总排放量/
重型
1.425.00.90O.510.13O.06
44.994.915.88O.35
微型
6.813.O
C0
3.17O.100.39
小型
55.9l3.533.852.354.31
中型
3.444.02.590.230.34
微型
2.853.01.550.150.23
轻型
17.443.50.610.92O.120.12
中型
5.1l4.00.860.390.220.12
万吨
年平均行驶里程/万km
各项污染物排放量,万吨
N0】【HCPM
表92009年浙江省各地区的汽车排放量(万吨)
第3期陈永林,曹晓春,吴柳柳,马林才:浙江省各地区汽车尾气排放量的计算方法
25
(2)政府制订相应的排放控制对策和排放削减
5
结语
目标,必须先计算出城市汽车在不同城市运行工况下的污染物排放总量。
(1)汽车排放也已成为我国大城市的主要污染源,若不采取措施降低汽车污染物的排放量,必将使城区大气环境质量恶化,更多的城市将面临光化学烟雾等机动车辆排放造成的威胁。参考文献:
(3)2009~2020年间的浙江省汽车保有量将继续攀升,如不采取强硬措施,将导致省内空气中CO、NOx、HC及PM的排放量无法得到有效的控制。
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Study
on
theComputational
Methodabout
theExhaustVolumefromAutomobiles
CHENYong—linl,CAOXiao—chunl,WU“u—liul,MALin—cai2
(1.RoadTransportionAdministrationBureauof
ZhejiangProvincialCommunicatiomDepartment,HangZhou310005,China;
2.酗iaIlgIrlgdtuteofCommtmicadons,HallgZlloll311112,China)
Abstract:ne
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110
automobileemissionhasbecometheprimarypollutiontakentoreducetheautomobileexhaustvolume,the
iTlore
source
of
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country’S
bigcities.Ifthere
at—
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pollution
as
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mosphericenvimnmentquali哆。andvehiclesuitsin
citieswillfacethethreatsuch
a11Bas
thephotochemicalsmogthatcreatedbymotor
tono
emissions.Automobile
lnore
inventoryinvariousofZhejiartgProviricewillcontinue
to
climbin2009—2020.re.
strong
Hleasures
andmoreCo,No)【,HCandthePMdischarged
out
theair.Ifthere
are
still
taken,t}le
enVl。mnmentaldeteriorationwillbe
ofcontr01.
nqeasul3es
Keywords:automobileexhaustvolume;municipalpollution;computationalmethod;regulatory