1、基于实际道路行驶的西宁市出租车排放影响研究 韩风 蔡月萍 青海交通职业技术学院 摘 要： 文章通过对西宁市出租车辆排放和试验道路两侧的 NOx 及颗粒物浓度进行检测, 并经线性回归建模和数据分析, 得到了季节变化、燃油类型、车速快慢等因素对 NOx、BC、N 4和 N28浓度的影响, 工作日与周末大气污染物浓度的变化, 指出车辆排放与 PM 值的同源性, 提出了绿色出行的重要性。关键词： 车辆排放; 排放浓度; 排放规律; 影响因素; 回归分析; 作者简介：韩风 (1977-) , 女, 青海西宁人, 工学硕士, 青海交通职业技术学院副教授, 研究方向:汽车运用工程。1 概述世界卫生组织 (W
2、HO) 的研究表明, 大气颗粒物 PM 污染是影响公共卫生安全的重要因素, 每年约有 300 万人死于呼吸疾病1。PM 是一种复杂的有机和无机物质, 包括硫酸盐、硝酸盐、铵、氯化钠、黑碳 (BC) 、矿物尘埃和水1。PM形成影响因素很多, 其中车辆排放是一个重要来源2。车辆排放量通常用 EF 定义, 即按某一车辆的行驶情况计算每公里燃料消耗的污染物的平均排放量3。建立不同车辆类别的 EF 数据, 就能得出每种车的排放清单, 从而建立排放大气扩散的模型、预测大气空气质量、帮助分析出影响健康的接触源影响4。西宁作为青海省会城市, 保持了经济的高速发展, 城市化水平逐年提高, 人们对出行舒适性有了更
3、高要求, 出租车数量也在逐年增长。截至 2016 年底, 西宁出租车数量已突破 50 万辆。如何减少出租车排放, 保护好西宁的蓝天碧水是我们重点考虑的问题。为此, 本文以西宁市的出租车为研究对象, 测试其不同行驶工况条件下的污染物排放规律, 确定影响车辆排放的主要因素, 为西宁市制定控制污染规划及措施提供科学依据。2 试验测试及数据分析方法测试试验中, 选定一台出租车作为试验样车, 将便携式排放测量系统 (PEMS) 安装在车中及道路两旁的合适位置, 进行连续数据测量。考虑观测数据的不确定性, 测试方法包括以下几个步骤:确定模型参数, 评估模型的拟合优度, 进行模型不确定性的估计。通过多元线性
4、回归分析, 计算每个测试周期对测试结果的影响。测试的参数主要包括 NOx、N 4、N 28和 BC。以 NOx 排放为例, 根据某周期 (EF i, j, k) 计算给定物种 i 和燃料类型 j 的平均EF:Ci, j, k是在 k 时间内 j 燃料排放 i 污染物的平均浓度、NOx j, k是在 k 时间内使用汽车燃料 j 排放氮氧化物的浓度均值、EF NOx, j, k是所有车辆类别由燃料 j 在时间 k 内产生氮氧化物的值。其余排放物 N4、N 28和 BC 类推。3 不同季节条件和时日条件下测试结果分析由于气候条件在大气污染物的分散和物理化学转换中所起的作用, 我们测试分析了西宁市在不
5、同季节和不同时点出租车污染物排放情况, 以确定气候条件和时日存在的差异。表 1 的结果表明:在采样周期中, 污染物平均粒子和 NOx 浓度在工作日要比周末平均高 1.3 倍以上, 说明工作日人们出行量大, 出租车使用频率高, 污染物排放现象严重。对比冬季和夏季的结果, 我们观察到在工作日和周末, 夏季比冬季颗粒物污染物浓度大幅下降, 这是夏季空气流动性要好, 污染物在空气中的散发相对较快, 因此空气质量更佳。表 1 不同季节和不同时日情况下西宁市出租车污染物排放测试结果 下载原表 表 2 不同燃料在不同季节对出租车污染物排放的影响研究 下载原表 图 1 工作日和周末日周期污染物浓度变化 下载原
6、图通过对颗粒物 BC, N4, N28的一元线性回归建模和数据分析, 并与 NOx 浓度的评估模型的进行拟合度分析, 发现两者之间的相关性都很高。表 2 显示了冬季和夏季汽油和柴油车辆排放模型的 NOx、BC、N 4和 N28浓度。表 2 的结果说明:对于同种类型的车而言, 车辆排放与季节变化差异不大, 相对而言夏季温度高, 车辆处于热启动, 污染物排放浓度稍低一点。另外, 柴油及汽油车辆的对颗粒物污染物浓度的贡献是一致的, 只是柴油比汽油车辆的贡献度要高。4 日周期测试结果分析为了研究日周期内气温条件、行车条件对出租车污染物排放的影响, 我们以西宁的五四大街为试验道路, 对比分析某天日 24
7、 小时道路两旁和出租车污染物排放情况, 试验测试结果见图 1。图 1 (a) 和 (b) 的结果表明:环境中 NOx 浓度与出租车的排放浓度相差不大, 但在工作日的一个日周其中, 与车辆数量及行驶速度有很大关联度。早 7 时到9 时上班高峰期, 车流量最大, 车速最慢, 污染物排放最多, 空气中 NOx 的浓度最高, 随后逐渐降低。晚上 10 时到第二天早上 6 时, 车辆少, 污染的空气在逐渐流稀释, 因而 NOx 浓度相对最低。此外, 通过对比工作日和周末的结果, 发现 NOx 浓度后者比前者低, 说明周末出租车用车频率比工作日低, 且较均匀, 同时出行时间节点不太集中, 因此日 NOx
8、浓度变化不大。对比图 1 中其余结果, 比较一个工作日昼夜循环的特点, 颗粒物浓度日变化情况与 NOx 浓度变化类似, 最高点集中在早 7 时到 9 时, 且与车的数量成正比关系。同时在晚 5 时到 7 时的下班高峰期, 颗粒物浓度再次出现峰值, 但明显比早峰期低。这是由于早晨温度相对较低, 空气流动性差, 对污染物的稀释作用较小, 而下午的稀释作用相对较强, 因而晚高峰颗粒物浓度相对要低。同时, 结果也显示周末的颗粒物浓度要比工作日低。5 结论5.1 在任意测试周期中, 街道上行驶车辆数量多少与 NOx 及颗粒污染物高度相关, 表明废气排放量是其共同的来源, 绿色出行是我们的首选。5.2 车速越慢, 污染物的排放浓度越高, 对大气的污染越严重, 如何提高道路通行效率是值得研究的。5.3 柴油车比汽油车对颗粒物污染物浓度的贡献度要高, 怎样提高柴油车燃烧技术, 减少排放颗粒的数量以及环境浓度很重要。参考文献1翟影, 张慧斌.环境污染源及危害研析J.黑龙江科学, 2017 (11) . 2方欣.环境污染源分类现状分析J.河南预防医学杂志, 2006 (4) . 3鲍晓峰, 吕猛, 朱仁成.中国轻型汽车排放控制标准的进展J.汽车安全与节能学报, 2017 (9) . 4张雄, 李孟良, 乔维高.汽车排放污染物测试的发展方向-汽车载排放测试J.北京汽车, 2006 (6) .
