拉薩市機動車尾氣排放因子研究

楊曉波，阿 瓊，巫鵬飛，李 新

(1.四川川大生態環境技術有限公司，四川 成都 610065；2.西藏自治區生態環境監測中心，西藏 拉薩 850000；3.綿陽師范學院 資源環境工程學院，四川 綿陽 621000)

1 引言

隨著我國經濟高速發展，機動車保有量逐年增加，至2011年中國小汽車產銷量位居世界第一[1]，而機動車尾氣排放所帶來的環境污染問題也越來越受到世界各國的關注。根據研究表明，城市大氣污染物中，60%～70%是車輛的排放物[2]，國內學者也對國內部分重點城市機動車尾氣污染物排放量開展了研究工作，對機動車尾氣排放系數的研究有助于推進機動車尾氣污染物排放量的核算。

探究特殊地區機動車尾氣排放系數，對特定地區機動車尾氣污染物排放量核算的準確性、實用性起著至關重要的作用，拉薩市地處青藏高原，具有高寒、缺氧、干旱等特點，機動車燃料燃燒特性與其他地區差異性較大，采用實測的方式對拉薩市機動車尾氣排放開展研究工作對拉薩市乃至整個西藏地區的地動車尾氣污染物排放量及機動車管理工作都具有參考價值。

2 拉薩市機動車尾氣排放因子實測方法

2.1 儀器設備

測試使用便攜式排放測試系統(Portable Emissions Measurement System，PEMS)測試不同類型車輛氣態污染物(HC、CO、NOx)排放，所用車載排放檢測設備由美國Sensors公司生產的SEMTECH-DS便攜式氣體分析儀和SEMTECH-EFM尾氣流量計系統2部分組成，該套設備符合歐六排放法規測試要求(COMMISSION REGULATION (EU) No 582/2011 Annex XII)，測量儀器每次測試前均按照測試程序進行熱機、檢漏、標定等操作。

2.2 測試方法

測試地點選在道路類型相對齊全的拉薩市。選擇了4種不同類型(微型汽車和輕型汽車、重型汽車、低速貨車)的機動車分秋季和冬季進行了兩次測試。

機動車按照如下要求進行選擇：微型汽車主要選取車長不大于3500 mm，發動機排氣量不大于1.0 L的載客汽車，以面包車為主；輕型汽車主要選取1.6 L家用汽油轎車和出租車；重型汽車主要選取公共汽車；低速貨車主要選取柴油機為動力、最高設計車速小于或等于70 km/h、最大設計總質量小于或等于4500 kg的貨車。

測試時間選擇在10月和12月。秋季測試選擇在10月黃金周旅游高峰期內進行，冬季測試選擇在12月初進行，秋季車輛編號為1～7號，冬季測試車輛編號為8～14號。兩次測試選擇的測試車輛參數見表1。

表1 車載排放實驗測試車輛相關參數

2.3 測試線路選擇

測試時選擇含高速路況、暢通城市路況和擁堵城市路況的代表性道路和時段行駛，每種車型測試時間不少于1.5 h，且車輛在各典型道路的行駛時間均超過15 min。綜合考慮外部環境溫度、濕度和交通狀況等不可控因素對排放的影響，測試選擇不同工作日和周末時間，不同的交通高峰時段和非高峰時段。

城市車輛(微型汽車、輕型汽車和大型客車)的主要測試路線見圖1所示。按照低速工況到高速工況的測試原則，以市中心區域為起點，經城市主要干道和景點，向西逐漸駛入城市快速路，并最終折返回到起點，總的測試線路中市區道路和市郊道路的比例大致為7∶3。

圖1 拉薩市城市車輛主要測試路線

公交汽車的測試路線如圖2所示，公交車測試路線直接選用拉薩市城市公交6路汽車的運營路線，公交線路為南北走向，中途共設35個站點，途經眾多交通流量較大的路段或景點。

拉薩市已實施貨車白天分時段限行的政策，低速貨車的測試路線主要考慮環路和高速路況，測試路線如圖3。

圖3 拉薩市低速貨車測試路線

2.4 排放系數計算方法

基于機動車行駛里程的排放因子，即某一類機動車沒行駛1km所排放的某種污染物的量，其計算公式如下[3]：

(1)

式(1)中：EFi為某種污染物基于行駛距離的平均排放因子(g/km)；ERi為某種污染物逐秒排放速率(g/s)；t為某種工況持續的時間(s)；V是該工況下的逐秒速度(km/s)。

某種污染物逐秒排放速率即瞬時質量排放速率ERi，可由以下公式得出：

ERi=Ri,wet×Vstd×ρi,std

(2)

式(2)中：Pi為第i種污染物的體積分數；Vstd為尾氣標準體積流量(m3/min)；ρi,std為第i種污染物的標準密度(g/L)。

3 拉薩市機動車污染物排放特征

3.1 排放系數實測計算結果

車載排放氣態污染物是利用測試得到的污染物瞬時體積濃度，乘以尾氣流量數據及密度得到瞬時質量排放速率，通過機動車行駛里程、時間計算得到污染物基于行駛距離的平均排放因子[3]。拉薩市不同車輛類型CO、NOx和THC的排放因子如表2所示。

3.2 微型汽車排放因子

微型汽車共測試2輛，車輛編號為1號和7號，微型汽車CO、NOx、THC的平均排放因子為6.71 g/km、4.87 g/km、0.87 g/km(表3)。

表3 拉薩市微型車實際道路平均排放因子

經實測，國Ⅲ微型車CO的排放因子為5.90 g/km，是排放限值和《道路機動車大氣污染物排放清單編制技術指南》(以下簡稱《指南》)的5倍和2.57倍；NOx的排放因子為4.94 g/km，是排放限值和《指南》的32.93倍和49.4倍；THC的排放因子為0.98 g/km，是排放限值和《指南》的4.9倍和4.01倍。國Ⅳ微型車CO的排放因子為7.52 g/km，是排放限值和《道路機動車大氣污染物排放清單編制技術指南》(以下簡稱《指南》)的7.52倍和11.06倍；NOx的排放因子為4.81 g/km，是排放限值和《指南》的60倍和64.1倍；THC的排放因子為0.98 g/km，是排放限值和《指南》的9.8倍和30.6倍。

3.3 輕型汽車排放因子

我國從20世紀80年代開始對機動車排放實施監督管理，2000年開始實施國家第一階段(簡稱國Ⅰ)汽車排放標準[4]，之后又陸續頒布實施國Ⅱ、國Ⅲ、國Ⅳ標準、國Ⅴ標準，詳細規定了新生產的輕型汽車氣態污染物(一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化物)和顆粒物的排放控制標準和排放限值，以及配套的檢測方法、燃料要求和申報程序等。新標準不斷加嚴各類污染物的排放限值，進一步降低汽車排放污染，輕型汽車各階段污染物排放限值見表4。

表4 輕型汽車排放限值 g/km

3.3.1 出租車排放因子

出租車測試車輛2輛，車輛編號3號和10號，均為出租車為國Ⅳ排放標準、液化石油氣(LPG)燃料車，出租車CO、NOx、THC的平均排放因子為18.38 g/km、1.52 g/km、1.26 g/km(表5)。

表5 拉薩市出租車實際道路平均排放因子

拉薩市出租車CO、NOx、THC的平均排放因子為18.38 g/km、1.52 g/km、1.26 g/km，CO排放因子是排放限值和《指南》的18倍和34倍；NOx排放因子是排放限值和《指南》的19倍和39倍；THC排放因子是排放限制和《指南》的13倍和19倍。

3.3.2 家庭轎車排放因子

家庭轎車測試車輛4輛，車輛編號為4號、8號、9號和11號，拉薩市家庭轎車CO、NOx、THC的平均排放因子為3.92 g/km、0.746 g/km、0.49 g/km(表6)。

表6 拉薩市家用轎車實際道路平均排放因子

拉薩市CO的排放因子國Ⅰ階段是排放限值和《指南》的4.07倍和1.5倍是國Ⅲ和國Ⅳ階段的5～17倍；國Ⅲ階段低于排放限值的1.17倍，與《指南》相當；國Ⅳ階段是排放限值和《指南》的1.14倍和2.14倍。NOx排放因子國Ⅰ階段是《指南》的1.67倍，國Ⅲ和國Ⅳ階段是排放限值和《指南》的2～23倍。THC的排放因子國Ⅲ和國Ⅳ階段接近或略低于排放限值。可見，拉薩市家用轎車實測CO和NOx排放因子較高。

3.4 重型汽車排放因子

重型柴油車排放標準限值一般是基于發動機臺駕測試的，常用單位為g/kW·h和g/BHP，為了對實測排放因子和重型柴油車排放標準進行比較，需要將排放因子的單位進行統一化[5]。根據國外相關經驗，假設g/BHP換算成g/mi的重型卡車換算系數為2.7，經過進一步的單位換算，最終確定g/kW·h換算成g/km的系數為1.27(這里需要指出，在理想工況下各污染物的換算系數差別不大，但是在實際行駛工況下，HC的換算系數較低，而NOx和CO的換算系數近似)[5,6]。拉薩實際道路行車排放測試對4輛重型汽車進行了測試，包括1輛公交車及3輛大型客車(模擬公交線路運行進行測試)，車輛編號為2號、5號、12號和14號，拉薩市重型汽車CO、NOx、THC的平均排放因子為26.72 g/km、11.70 g/km、0.21 g/km(表7)。

表7 拉薩市重型汽車實際道路排放因子

CO排放因子國Ⅲ階段是排放限值和《指南》的12.89倍和5.16倍，國Ⅳ階段分別是國家標準規定和《指南》的12.65倍和7.39倍。NOx排放因子國Ⅲ階段低于排放限值，國Ⅳ階段分別是排放限值和《指南》的3.14倍和1.4倍。THC排放因子低于排放限值。

3.5 低速貨車排放因子

目前國內對三輪汽車和低速載貨汽車研究的較少，國家標準機動車運行安全技術條件(GB7258-2004)在2004 年修訂時將農用運輸車名稱更換為三輪汽車與低速貨車[3]，并將這兩類車納入汽車監管范疇，并隨之發布了污染物控制標準。2005年中國發布了三輪汽車和低速貨車用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法(中國I、Ⅱ階段)(GB19756-2005)和三輪汽車和低速貨車加速行駛車外噪聲限值及測量方法(中國I、II階段)(GB19757-2005)2項標準[7]，規定了三輪汽車和低速貨車排氣和噪聲排放限值及測量方法，其中GB19756-2005首次規定了三輪汽車和低速貨車用柴油機工況法測試方法與限值。低速貨車由于排放控制起步較晚，再加上由于這類車長年得不到適當的保養，單車排放水平較高。

低速貨車測試車輛2輛，車輛編號為6號和13號，拉薩市低速貨車CO、NOx、THC的平均排放因子為9.33 g/km、3.87 g/km、0.15 g/km(表8)。

表8 拉薩市實際道路測試低速貨車排放因子

CO的排放因子國Ⅱ階段是排放限值、《指南》排放因子的2倍左右。NOx和THC的排放因子低于排放限值。

4 結論

(1) 拉薩市實際道路測試表明，拉薩市機動車尾氣污染物中NOx實際道路排放因子明顯高于排放限值和《指南》，NOx為拉薩市機動車尾氣排放特征污染物。

(2) 國Ⅰ排放標準的老舊車排放因子明顯高于國Ⅲ、國Ⅳ排放標準的車，應進一步加強老舊車排放監管，促進老舊車淘汰。

(3) 拉薩市微型汽車實際道路污染物排放因子遠高于排放限值和《指南》，加之此類車型行駛里程長、保養不當、保有年限長等原因，導致其單車排放水平嚴重高于限值水平，因加強此類車輛管理。

(4) 低速貨車雖在實測中表現較好，但由于排放控制起步較晚，再加上這類車由于長年得不到適當的保養，單車排放水平實際較高。

(5) 由于出租車的行駛里程長，車況差，劣化嚴重，單車排放因子較高，因此治理出租車尾氣污染應成為治理拉薩市機動車污染的重中之重。

(6) 機動車排放的顆粒物PM也是空氣污染的重要貢獻力量，尤其是重型柴油車和低速貨車，應對其進行進一步的測試與評估。

(7) 道路擁堵是加重機動車尾氣排放、污染的重要原因，城市道路規劃合理、機動車保有量適當是保持交通暢通的重要因素，應加強道路規劃、改造進程，做好道路承載力及機動車保有量的評估。