淺析機動車排放因子的模型預測法

蔣文明

(廣東技術師范學院天河學院)

1 概述

機動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動車的單車排放因子，車載測試法可以獲取機動車在實際道路上的實時排放數據，但是，這兩種測試方法均局限于單車的排放污染物，不能夠體現出某區域、某車型和某個時間段的機動車排放水平，即機動車車隊的綜合排放因子。臺架測試法沒有反映出機動車實際行駛工況與標準工況的差異以及環境參數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對排放因子的影響，但是測試所需的設備價格昂貴，測量對象單一，缺少對不同車型的代表性。機動車排放模型預測法是通過綜合臺架測試法和車載測試法的測試數據，并對單車排放數據進行長期統計的基礎上開發的，該方法很好的彌補了臺架測試法和車載測試法的不足，模型預測法不但可以計算某區域機動車的綜合排放因子、排放因子清單及分擔率、排放總量，而且還可以用來預測未來某區域機動車的排放水平。

2 排放因子的模型預測

2.1 MOVES 模型預測

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

圖1 MOVES模型的計算界面

2.2 IVE 模型預測

IVE(International Vehicle Emission)模型由加州大學環境研究與技術工程中心和全球可持續發展系統研究組織以及全球可持續發展研究中心共同合作開發，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交互界面，計算界面如圖2所示，主要由4個操作界面組成，分別為計算界面、工況界面、車隊界面和基礎排放因子校正界面。在IVE模型所提供的4個界面中，后3個界面分別用來建立車況信息文件、車隊信息文件和基礎排放因子校正信息文件，建立了這3個文件之后，就可以在計算界面中調用不同的文件對車隊的綜合排放因子進行計算。在工況界面中，輸入當地的環境參數和比功率單元信息，并在燃油品質、I/M制度以及基本校正系數下拉框中選擇相應的計算參數;在車隊界面中，輸入當地車輛的技術類別信息;為了使測算結果能夠真實地反映機動車的實際排放情況，IVE模型還在基礎排放因子校正界面中提供了輸入當地基礎排放率修正因子的窗口。

圖2 IVE模型的計算界面

2.3 CMEM 模型預測

CMEM(Comprehensive Modal Emission Model)模型是由美國加州大學河邊分校環境研究和技術工程中心學院、密歇根大學及勞倫斯·貝克利國家實驗室從1995年8月起，經過4年時間合作開發的綜合模式排放模型，隨后的幾年又進行了改進和增加了重型車輛的排放研究，該模型能夠計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。

應用CMEM模型計算機動車的排放因子可以分四步進行：(1)根據機動車的總質量和技術狀況進行車型分類，分類時要特別注意區分不同的車型分類標準與模型中分類標準的統一。(2)收集該模型計算所需的參數信息，該模型所需的輸入參數分為物理參數和行駛參數兩類，共19個參數。物理參數包括發動機排量、車輛質量、氣缸數、發動機速率與最大車速比、轉矩、最大轉矩時發動機的轉速、機動車最大功率、最大功率時發動機的轉速、發動機怠速轉速等。行駛參數包括：車速、加速度、道路等級與空調使用頻率等。(3)計算。模型中有2個供選擇的可執行程序：cmemCore.exe和cmemBatch.exe，后者只適用于輕型機動車。應用該模型預測機動車排放因子時，只需運行相應的可執行程序，在輸入文件中輸入已整理好參數即可。(4)驗證分析。為了驗證該模型是否具有良好的模擬效果，可以用模擬結果與實際道路上車載測試的機動車污染物排放數據進行對比。

2.4 MOBILE 模型預測

MOBILE模型是美國環保局1978年開發的計算機動車平均排放的法規程序模型。該模型的最新版本為MOBILE6.2，充分反映了新的排放標準、政策法規、測試方法與汽車技術的應用，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模型計算機動車排放因子主要分為三個步驟：(1)根據模型的車型分類標準劃分車型，獲取各車型的單車排放因子和計算所需的各項參數，單車排放因子可以通過實驗室臺架測試或簡易瞬態工況測試獲得，需收集的參數主要包括：環境參數、車隊特征、里程分布、活動強度、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，在該模型中輸入該類參數，從而獲得修正后的綜合排放因子，這一步關鍵在于理解好每個參數所代表的含義及其對計算結果影響的大小;(3)通過模型的計算值與實際的測試值進行驗證分析，這一步關鍵要注意計算結果的時效性，即預測時間段的選擇。

2.5 EMFAC 模型預測

EMFAC模型是由美國加州空氣資源局開發的獨立于MOBILE模型的機動車排放模型。該模型是宏觀的基于臺架測試和平均車速的排放模型，其使用基礎校正因子和其他參數來計算車隊的綜合排放因子，因此，計算之前與其他模型一樣，要按照模型規定的車型分類標準對機動車進行分類，然后再設置好以下參數：計算年份、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，最后運行該模型。EMFAC以機動車標準檢測工況數據為基礎，如果運用該模型與MOBILE模型綜合就能測算出機動車的排放清單，還能夠衡量新機動車的排放標準、燃料品質與I/M制度的效果，測算結果以表格形式的匯總數據文件輸出，此方法還可以用來計算在用機動車對國家總污染物排放清單的分擔率和預測未來趨勢。

2.6 COPERT 模型預測

COPERT模型源于歐洲委員會開展的機動車排放因子研究，應用該模型預測機動車排放因子時，首先確定：車型、平均車速、車齡分布、行駛里程分布、燃料參數以及環境參數，相關參數的確定方法與MOBILE模型相似，主要注意不同的車型分類標準;其次，利用COPERT模型進行排放因子預測還需要確定車隊組成，城市、鄉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里程百分比，當進行分等級道路排放因子預測時，基于COPERT模型對道路交通屬性的類似考慮，可根據MOBILE模型參數確定方法;最后，在COPERT模型中輸入以上參數運行后，可以獲得機動車的排放因子。

3 結語

盡管模型預測法在我國機動車排放污染物的檢測中發揮了巨大的作用，但是模型預測所需要的大量參數是以國外的實際情況為基礎的，因此，在利用這些模型對我國的機動車進行排放因子測算時，必須對相應的參數進行本土化處理，利用修正后的模型測算機動車綜合排放因子，否則，在計算過程中就會導致機動車的污染物排放量與實際值產生較大的誤差，同時也期待中國化的機動車排放因子預測模型早日問世。

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