淺析機(jī)動(dòng)車排放因子的模型預(yù)測法

蔣文明

(廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院)

1 概述

機(jī)動(dòng)車污染物排放因子的測試方法主要有：臺架測試法和道路車載測試法。臺架測試法可以測得機(jī)動(dòng)車的單車排放因子，車載測試法可以獲取機(jī)動(dòng)車在實(shí)際道路上的實(shí)時(shí)排放數(shù)據(jù)，但是，這兩種測試方法均局限于單車的排放污染物，不能夠體現(xiàn)出某區(qū)域、某車型和某個(gè)時(shí)間段的機(jī)動(dòng)車排放水平，即機(jī)動(dòng)車車隊(duì)的綜合排放因子。臺架測試法沒有反映出機(jī)動(dòng)車實(shí)際行駛工況與標(biāo)準(zhǔn)工況的差異以及環(huán)境參數(shù)等外部因素對排放因子的影響，車載測試法雖然考慮了各種參數(shù)對排放因子的影響，但是測試所需的設(shè)備價(jià)格昂貴，測量對象單一，缺少對不同車型的代表性。機(jī)動(dòng)車排放模型預(yù)測法是通過綜合臺架測試法和車載測試法的測試數(shù)據(jù)，并對單車排放數(shù)據(jù)進(jìn)行長期統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上開發(fā)的，該方法很好的彌補(bǔ)了臺架測試法和車載測試法的不足，模型預(yù)測法不但可以計(jì)算某區(qū)域機(jī)動(dòng)車的綜合排放因子、排放因子清單及分擔(dān)率、排放總量，而且還可以用來預(yù)測未來某區(qū)域機(jī)動(dòng)車的排放水平。

2 排放因子的模型預(yù)測

2.1 MOVES 模型預(yù)測

MOVES(Motor Vehicle Emission Simulator)模型是美國環(huán)保局從2001年開始研發(fā)的新一代綜合移動(dòng)源排放模型，該模型具有良好的人機(jī)交互界面，相比其他預(yù)測模型，操作更加簡單、方便。MOVES模型的計(jì)算界面如圖1所示，應(yīng)用該模型預(yù)測機(jī)動(dòng)車排放因子時(shí)，首先，在圖1所示計(jì)算界面右側(cè)的11個(gè)控制選項(xiàng)中，按照從上往下的順序依次選取確定計(jì)算所需要的相關(guān)參數(shù)然后把排放率與不同車型機(jī)動(dòng)車的行駛特征一一對應(yīng)，由于每一次排放測試中基礎(chǔ)排放率對應(yīng)的排放源和工況是不相同的，再加上車況、外部環(huán)境、油品與I/M制度的影響，因此，需運(yùn)用排放源部分與工況部分計(jì)算加權(quán)排放率;最后，MOVES模型就會(huì)按照確定的預(yù)測時(shí)間、車輛類型與油品等計(jì)算出排放量。

圖1 MOVES模型的計(jì)算界面

2.2 IVE 模型預(yù)測

IVE(International Vehicle Emission)模型由加州大學(xué)環(huán)境研究與技術(shù)工程中心和全球可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)研究組織以及全球可持續(xù)發(fā)展研究中心共同合作開發(fā)，最新版本為IVE Model 2.0.2，該模型支持英語、漢語與俄語等五種語言。IVE模型也具有良好的人機(jī)交互界面，計(jì)算界面如圖2所示，主要由4個(gè)操作界面組成，分別為計(jì)算界面、工況界面、車隊(duì)界面和基礎(chǔ)排放因子校正界面。在IVE模型所提供的4個(gè)界面中，后3個(gè)界面分別用來建立車況信息文件、車隊(duì)信息文件和基礎(chǔ)排放因子校正信息文件，建立了這3個(gè)文件之后，就可以在計(jì)算界面中調(diào)用不同的文件對車隊(duì)的綜合排放因子進(jìn)行計(jì)算。在工況界面中，輸入當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境參數(shù)和比功率單元信息，并在燃油品質(zhì)、I/M制度以及基本校正系數(shù)下拉框中選擇相應(yīng)的計(jì)算參數(shù);在車隊(duì)界面中，輸入當(dāng)?shù)剀囕v的技術(shù)類別信息;為了使測算結(jié)果能夠真實(shí)地反映機(jī)動(dòng)車的實(shí)際排放情況，IVE模型還在基礎(chǔ)排放因子校正界面中提供了輸入當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)排放率修正因子的窗口。

圖2 IVE模型的計(jì)算界面

2.3 CMEM 模型預(yù)測

CMEM(Comprehensive Modal Emission Model)模型是由美國加州大學(xué)河邊分校環(huán)境研究和技術(shù)工程中心學(xué)院、密歇根大學(xué)及勞倫斯·貝克利國家實(shí)驗(yàn)室從1995年8月起，經(jīng)過4年時(shí)間合作開發(fā)的綜合模式排放模型，隨后的幾年又進(jìn)行了改進(jìn)和增加了重型車輛的排放研究，該模型能夠計(jì)算出不同車型在不同行駛工況下每秒的污染物排放量與油耗值。

應(yīng)用CMEM模型計(jì)算機(jī)動(dòng)車的排放因子可以分四步進(jìn)行：(1)根據(jù)機(jī)動(dòng)車的總質(zhì)量和技術(shù)狀況進(jìn)行車型分類，分類時(shí)要特別注意區(qū)分不同的車型分類標(biāo)準(zhǔn)與模型中分類標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。(2)收集該模型計(jì)算所需的參數(shù)信息，該模型所需的輸入?yún)?shù)分為物理參數(shù)和行駛參數(shù)兩類，共19個(gè)參數(shù)。物理參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)排量、車輛質(zhì)量、氣缸數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)速率與最大車速比、轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、機(jī)動(dòng)車最大功率、最大功率時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速等。行駛參數(shù)包括：車速、加速度、道路等級與空調(diào)使用頻率等。(3)計(jì)算。模型中有2個(gè)供選擇的可執(zhí)行程序：cmemCore.exe和cmemBatch.exe，后者只適用于輕型機(jī)動(dòng)車。應(yīng)用該模型預(yù)測機(jī)動(dòng)車排放因子時(shí)，只需運(yùn)行相應(yīng)的可執(zhí)行程序，在輸入文件中輸入已整理好參數(shù)即可。(4)驗(yàn)證分析。為了驗(yàn)證該模型是否具有良好的模擬效果，可以用模擬結(jié)果與實(shí)際道路上車載測試的機(jī)動(dòng)車污染物排放數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

2.4 MOBILE 模型預(yù)測

MOBILE模型是美國環(huán)保局1978年開發(fā)的計(jì)算機(jī)動(dòng)車平均排放的法規(guī)程序模型。該模型的最新版本為MOBILE6.2，充分反映了新的排放標(biāo)準(zhǔn)、政策法規(guī)、測試方法與汽車技術(shù)的應(yīng)用，可以模擬汽油、柴油、天然氣和零排放汽車等不同燃料的汽車1970～2040年間的排放因子。利用MOBILE模型計(jì)算機(jī)動(dòng)車排放因子主要分為三個(gè)步驟：(1)根據(jù)模型的車型分類標(biāo)準(zhǔn)劃分車型，獲取各車型的單車排放因子和計(jì)算所需的各項(xiàng)參數(shù)，單車排放因子可以通過實(shí)驗(yàn)室臺架測試或簡易瞬態(tài)工況測試獲得，需收集的參數(shù)主要包括：環(huán)境參數(shù)、車隊(duì)特征、里程分布、活動(dòng)強(qiáng)度、油品特征、國家政策等;(2)通過分析找出在不同道路行駛條件下，對不同車型綜合排放因子影響較大的參數(shù)，在該模型中輸入該類參數(shù)，從而獲得修正后的綜合排放因子，這一步關(guān)鍵在于理解好每個(gè)參數(shù)所代表的含義及其對計(jì)算結(jié)果影響的大小;(3)通過模型的計(jì)算值與實(shí)際的測試值進(jìn)行驗(yàn)證分析，這一步關(guān)鍵要注意計(jì)算結(jié)果的時(shí)效性，即預(yù)測時(shí)間段的選擇。

2.5 EMFAC 模型預(yù)測

EMFAC模型是由美國加州空氣資源局開發(fā)的獨(dú)立于MOBILE模型的機(jī)動(dòng)車排放模型。該模型是宏觀的基于臺架測試和平均車速的排放模型，其使用基礎(chǔ)校正因子和其他參數(shù)來計(jì)算車隊(duì)的綜合排放因子，因此，計(jì)算之前與其他模型一樣，要按照模型規(guī)定的車型分類標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)動(dòng)車進(jìn)行分類，然后再設(shè)置好以下參數(shù)：計(jì)算年份、年型或車型分類、夏季或冬季清單、車速范圍、溫度范圍、I/M制度、需要輸出的文件類型，最后運(yùn)行該模型。EMFAC以機(jī)動(dòng)車標(biāo)準(zhǔn)檢測工況數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，如果運(yùn)用該模型與MOBILE模型綜合就能測算出機(jī)動(dòng)車的排放清單，還能夠衡量新機(jī)動(dòng)車的排放標(biāo)準(zhǔn)、燃料品質(zhì)與I/M制度的效果，測算結(jié)果以表格形式的匯總數(shù)據(jù)文件輸出，此方法還可以用來計(jì)算在用機(jī)動(dòng)車對國家總污染物排放清單的分擔(dān)率和預(yù)測未來趨勢。

2.6 COPERT 模型預(yù)測

COPERT模型源于歐洲委員會(huì)開展的機(jī)動(dòng)車排放因子研究，應(yīng)用該模型預(yù)測機(jī)動(dòng)車排放因子時(shí)，首先確定：車型、平均車速、車齡分布、行駛里程分布、燃料參數(shù)以及環(huán)境參數(shù)，相關(guān)參數(shù)的確定方法與MOBILE模型相似，主要注意不同的車型分類標(biāo)準(zhǔn);其次，利用COPERT模型進(jìn)行排放因子預(yù)測還需要確定車隊(duì)組成，城市、鄉(xiāng)村道路以及高速公路的平均速度以及這三種道路上的行車?yán)锍贪俜直?，?dāng)進(jìn)行分等級道路排放因子預(yù)測時(shí)，基于COPERT模型對道路交通屬性的類似考慮，可根據(jù)MOBILE模型參數(shù)確定方法;最后，在COPERT模型中輸入以上參數(shù)運(yùn)行后，可以獲得機(jī)動(dòng)車的排放因子。

3 結(jié)語

盡管模型預(yù)測法在我國機(jī)動(dòng)車排放污染物的檢測中發(fā)揮了巨大的作用，但是模型預(yù)測所需要的大量參數(shù)是以國外的實(shí)際情況為基礎(chǔ)的，因此，在利用這些模型對我國的機(jī)動(dòng)車進(jìn)行排放因子測算時(shí)，必須對相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行本土化處理，利用修正后的模型測算機(jī)動(dòng)車綜合排放因子，否則，在計(jì)算過程中就會(huì)導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車的污染物排放量與實(shí)際值產(chǎn)生較大的誤差，同時(shí)也期待中國化的機(jī)動(dòng)車排放因子預(yù)測模型早日問世。

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