道路建设环境排放（共7篇）
道路建设环境排放 篇1
近年来,伴随着城市的发展,各地每年都有大量城市道路进行建设。旧路的拓宽改造,新路的打通,给城市发展起到了助推作用。在带来交通便利和城市美化的同时,城市道路的施工过程给城市居民出行带来了困扰,同时城市道路的建设施工也给环境带来了一定的污染。根据《中华人民共和国环境影响评价法》及相关政策规定,城市道路建设在施工之前应进行环境影响评价,本文根据近年来城市道路建设项目的施工环保工作及环评经验对城市道路建设项目施工期大气环境影响分析进行了探讨,旨在指导城市道路建设施工期的环境保护工作。
1 城市道路施工期大气环境影响分析
施工期主要大气环境影响为扬尘对周围大气环境的影响,其次为沥青烟及临时营地生活炉灶排放的烟气。施工期大气污染物的主要产生情况为下述几个方面:
1)露天堆场及裸露场地产生的扬尘,加工易产尘的建筑材料,也会产生扬尘;2)建筑材料的运输,如不采取有效的遮盖措施,会产生扬尘;3)道路铺设产生的扬尘及沥青路面铺设沥青产生的烟气;4)施工临时营地生活炉灶产生烟气;5)拆迁过程中产生的扬尘。
施工期污染源多是间歇性的,主要对近距离形成局部污染。施工现场的污染物未经充分扩散稀释就进入地面呼吸地带,会给现场施工人员及近距离的居民的生活和健康带来一定的影响。如遇大风等不良气候条件,也会加大污染浓度并向远处扩散,造成空气中TSP浓度加大。
1.1 露天堆场及裸露场地风力扬尘环境影响分析
易产生扬尘的露天堆场有:土石方堆场,建筑材料露天堆料场。尘粒在空气中的传播扩散情况与风速等气象条件有关,也与尘粒本身的沉降速度有关。不同粒径尘粒的沉降速度见表1。
由表1可知,尘粒的沉降速度随粒径的增大而迅速增大。当粒径为250μm时,沉降速度为1.005 m/s,因此可以认为当尘粒粒径大于250μm时,主要影响范围在扬尘点下风向近距离范围内,而真正对外环境产生影响的是一些微小尘粒。根据现场的气候情况不同,其影响范围也有所不同。比如根据太原市长期气象资料,主导风向为NNW范围,因此太原市城市道路建设施工扬尘主要影响道路的东南侧区域。
1.2 汽车运输扬尘环境影响分析
表2为一辆10 t卡车,通过一段长度为1 km的路面时,不同路面清洁程度P,不同行驶速度情况下的扬尘量。由此可见,在同样路面清洁程度条件下,车速越快,扬尘量越大;而在同样车速情况下,路面越脏,则扬尘量越大。因此限速行驶及保持路面的清洁是减少汽车扬尘的有效手段。
kg/(辆·km)
1.3 沥青路面铺设沥青产生的烟气
根据有关资料介绍,沥青加热时会产生沥青烟,沥青烟中含有大量的有毒有害物质,对大气环境造成很大影响,危害人体健康。现城市道路建设基本不允许现场进行沥青搅拌,铺路所用沥青必须为商品沥青混凝土,这样沥青熔融、搅拌过程的沥青烟影响在施工现场就可以消除。拌和好的物料采用无热源移动式高温容器运送至铺浇工地,这样沥青烟对大气的影响就会降低到最小程度,对周围环境影响相对较小。
1.4 临时营地施工人员生活炉灶产生的污染
城市道路建设施工工期较紧,施工过程中需在施工场地处设置临时食堂,因城市道路周围环境的敏感性,采用炭火炉灶会对城市大气环境产生一定的影响。
1.5 拆迁扬尘影响
城市道路建设项目一般均会涉及到拆迁工程,拆迁过程中短时间内会产生大量扬尘,如不采取相应的防治措施,拆迁扬尘会对大气环境带来影响。
2 施工期大气环境污染防治措施
结合HJ/T 393-2007防治城市扬尘污染技术规范要求,针对城市道路施工期产生的大气污染物的特点,环评可提出以下防治措施。
2.1 工程物料堆存及施工扬尘控制措施
1)施工中使用的混凝土、砂土等建筑材料,尽量减少现场加工,混凝土必须使用预拌商品混凝土,路基石灰土拌和应采取工厂化生产,不得现场露天搅拌混凝土、消化石灰及拌石灰土等。对于少量的现场物料加工场地应设置围挡,并附以洒水抑尘措施。2)土石方堆场在产生扬尘的情况下应进行洒水,堆置超过一周的,则应采取覆盖防尘布、防尘网,防止风蚀起尘及水蚀迁移。3)施工现场应设置2.5 m以上围挡,必要时采取封闭施工方式。施工现场道路须采取临时硬化方式,并对施工场地以及需回填的土方表面洒水或硬化处理,以减轻施工扬尘。4)遇有4级～5级以上大风天气时,施工工地应停止土方施工。5)工地应有专人负责逸散性材料、渣土、裸地等密闭、覆盖、洒水作业及车辆清洗作业等。
2.2 减少运输扬尘措施
1)配备一定数量的洒水车定期洒水,施工期间,对于工地内裸露地面,应在无雨天气时,视情况每周洒水2次～7次,扬尘严重时应加大洒水频率;对于施工工地道路积尘,可采用水冲洗的方法清洁施工工地道路积尘,不得在未实施洒水等抑尘措施情况下进行直接清扫。2)进出工地的物料、渣土运输车辆,应尽可能采用密闭车斗,并保证物料不遗撒外漏;若无密闭车斗,物料、渣土的装载高度不得超过车辆槽帮上沿,车斗应用苫布遮盖严实,苫布边缘至少要遮住槽帮上沿以下15 cm,保证物料、渣土等不露出;车辆应按照批准的路线和时间进行物料、渣土的运输。3)施工期间,施工机动车在工地内应低速行驶。4)施工期间应在物料、渣土运输车辆的出口内侧设置洗车平台,车辆驶离工地前,应在洗车平台清洗轮胎及车身,不得带泥上路;洗车平台四周应设置防溢座、废水导流渠、废水收集池、沉砂池及其他防治设施,收集洗车、施工以及降水过程中产生的废水和泥浆;工地出口处铺装道路上可见粘带泥土不得超过10 m,并应及时清扫冲洗。
2.3 沥青烟防治措施
修筑道路的沥青烟气污染主要来自沥青熔融、搅拌和摊铺行为。摊铺时产生的有害物质比沥青熔融和搅拌时要少很多。城市道路建设采取商品沥青混凝土形式,熔融和拌和过程全部在专业工厂进行,可以大大减轻施工现场沥青烟对环境空气的影响。
同时环评应提出禁止在施工现场焚烧油毡、橡胶、塑料、皮革、树叶、枯草,以及其他会产生有毒、有害烟尘和恶臭气体的物质,防止对周围环境空气的影响。
2.4 临时营地食堂环保要求
环境影响评价一般要求临时食堂在做饭时使用清洁能源,严禁设置燃煤炉灶,必要时在临时食堂内安装油烟净化设施,并设置隔油池,以减轻对周围环境的影响。施工营地的选择尽量因地制宜地选择基础设施健全的道路附近场所,利用场地原有的管道燃气及排水管网等基础设施,以减轻施工营地人员生活对周围环境的影响。
2.5 拆迁扬尘防治措施
拆迁工程进行时,应在拆除现场边界设置1.8 m以上的围挡,同时在拆迁作业时,应使用高压喷淋、洒水等方式降尘。拆迁工程即拆即清,渣土应及时清运,防止堆放时间过长,造成二次扬尘污染。
2.6 加强施工现场的管理、防止施工过程中的扬尘污染
城市道路建设过程中应配备专人负责现场污染控制监督管理人员,对不符合环保要求的工段和场所及时纠正,加强施工现场环境保护管理工作,督促环保措施的落实。
在采取以上防治措施以后,可有效防止城市道路建设施工期的大气污染。
3 结语
城市道路建设是一项提升城市形象的惠民工程,做好城市道路建设施工期大气污染防治,提倡文明施工、环保施工,减少施工期扬尘的污染,将对城市空气质量的改善起到一定的作用。
摘要：简要介绍了城市道路建设施工期的大气环境影响,并对城市道路建设施工期大气环境影响进行了分析,同时提出了防治城市道路建设施工期大气污染的措施,以供参考。
关键词：城市道路,施工期,大气环境影响
参考文献
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[2] 张彩芬.居住建筑与节能环保[J].现代装饰(理论),2011(5):67- 68.
道路建设环境排放 篇2
城市道路作为城市经济发展的重要基础设施, 在国民经济和社会生活中发挥着重要的作用。城市道路的建设也同其他建设项目一样, 在建设过程中及建成后均会对周围环境产生一定的影响。如何正确分析评价道路建设各阶段对环境的影响, 采取何种措施减少或避免环境污染, 这是摆在广大环保工作者面前的一项长期而艰巨的任务[1]。
环境影响评价是环境保护的一项重要工作, 也是决策和开发建设活动中, 实施可持续发展战略的一种有效手段和方法[2]。城市道路的环境影响评价就是通过对城市道路建设项目所产生的环境影响进行识别、预测和评价, 提出工程施工期、运营期应采取的环境保护措施, 并分析其技术的可行性和经济合理性, 为工程建设和环境管理提供科学依据[3], 使经济发展和环境保护相协调。
2 城市道路建设项目环境影响识别
城市道路建设大致可分为三类:第一类是城市中心区的道路改造工程, 而且有些道路为居民区或闹市区道路;第二类是城市新区建设道路;第三类是在城市外围规划区建设道路[4]。其中对周围环境影响较大的主要是前两种城市道路建设项目, 由于是在用道路, 其施工必然会带来很多社会问题和环境问题。
根据城市道路建设项目的工程特点, 对工程施工期、运营期产生的环境问题进行识别和筛选, 其结果见表1。
3 城市道路建设项目环境影响分析
根据环境问题和环境影响要素的识别与筛选结果 (见表1) , 本文重点对施工期和运营期大气环境、噪声环境影响进行分析, 以减少城市道路建设对周围环境的影响。
3.1 施工期的环境影响分析
3.1.1 环境空气
施工过程中基础土石方的开挖、堆放、回填和运输过程, 建筑材料 (水泥、石灰、砂石料) 的装卸、运输、堆砌过程, 施工垃圾堆放和房屋拆迁清运过程产生的扬尘, 沥青铺设路面产生的沥青烟以及各类施工机械和运输车辆所排放的废气, 均对周围区域的空气质量产生一定影响。但这些影响是暂时的, 随着施工期结束, 影响也随之消失。
3.1.2 声环境
施工期噪声主要来源于施工机械和运输车辆辐射的噪声, 其中对声环境影响较大的施工机械有推土机、装载机、压路机、挖掘机、摊铺机和自卸卡车等。施工噪声可近似看作点声源处理, 利用点声源噪声衰减模式, 可以估算声源不同距离处的噪声值:
式中:LA——距声源r 米处的施工噪声预测值dB (A) ;L0——距声源r0米处的参考声级dB (A) 。
通过上式计算出主要施工机械噪声对环境的影响范围, 见表2。
由计算可知, 施工机械噪声在无遮挡情况下, 如果使用单台机械, 对环境的影响范围为昼间51m, 夜间281m。
3.2 运营期的环境影响分析
3.2.1 环境空气
运营期对环境空气的影响主要来自行驶的机动车尾气。它由三部分组成, 一是汽车排气管排出的含有CO、HC、NOx等污染物的内燃机燃烧废气, 约占总排放量的60%;二是曲轴箱排出的含CO、CO2气体, 约占20%;三是从油箱、气化器燃烧系统蒸发出来的HC等气体, 约占20%。机动车尾气所含成分比较复杂, 但排放的主要污染物为CO、HC、NOx等[5]。
这些污染源属于线性流动污染源, 对于城市道路而言, 汽车尾气对道路20～50m以内影响较大, 50m以外随着距离的增加影响逐渐减少。
3.2.2 声环境
道路建成后, 运营期噪声源主要是道路行驶的各种车辆在行驶过程中产生的交通噪声 (包括机动车发动机噪声、排气噪声、车体振动噪声、传动和制动噪声等) 。其大小与车速、车流量、机动车类型、道路结构、道路表面覆盖物、道路两侧建筑物、地形等多因素有关。
4 城市道路建设项目污染防治措施
4.1 施工期大气污染防治措施
(1) 施工场地周围采用挡板围挡、封闭施工方式, 围挡一段、施工一段, 严禁敞开式作业。
(2) 配备足够的洒水车, 对施工便道、施工场地、物料堆场等进行洒水, 保持一定湿度, 抑制扬尘污染。
(3) 加强回填土方堆放场的管理, 采取土方表面压实、定期喷水、覆盖等措施;对于渣土、垃圾、砂石等应及时清运, 不宜长时间堆积。
(4) 运输车辆应按规定配置防洒装备, 装载不宜过满, 保证运输过程中不散落;出入施工现场必须采取冲洗轮胎等措施, 防止车辆携带泥沙出现场。并规划好运输车辆的运行路线与时间, 尽量避免在繁华区、交通集中区和居民住宅等敏感区行驶。
(5) 施工堆料场、拌和站应设在环境敏感点下风向的空旷地区, 相距200m范围内, 不应有集中的居民区、学校等。
(6) 沥青路面施工尽量使用商品沥青, 不应在施工现场拌合, 以减少沥青烟对周围环境及人体的危害。
4.2 施工期噪声防治措施
(1) 严禁高噪音、高振动的设备在中午休息时间作业, 施工单位应选用低噪音机械设备或带隔声、消声设备, 禁止使用柴油发电机组。
(2) 合理安排好施工时间与施工场所, 高噪声作业区应远离声敏感点, 对个别影响较严重的施工场地, 需采取临时的隔音围护结构, 土方工程应尽量安排多台设备同时作业, 缩短影响时间。将施工现场的固定振动源相对集中, 以减少振动干扰的范围。
(3) 施工运输车辆进出场地应安排在远离住宅区、学校、医院等声敏感点一侧;车辆进入声敏感区附近应限速, 减少或杜绝鸣笛。
(4) 禁止夜间 (22:00～次日6:00) 施工。
4.3 运营期大气污染防治措施
(1) 加强对道路的养护, 使道路保持良好运营状态, 以减少扬尘的产生。
(2) 加强汽车保养管理, 严格执行国家制定的汽车尾气排放标准, 无尾气排放合格证车辆禁止上路, 以减少有害气体的排放量。
(3) 加强道路两侧绿化, 栽种可吸收或吸附汽车尾气中污染物的乔木、灌木等树种或草坪, 不仅可以美化路容、改善景观, 更重要的是可以降低噪声干扰和防止环境污染, 还可以起到保护道路的作用[6]。
(4) 执行环境监测制度, 定期对道路沿线环境空气质量进行监测, 尤其对学校、医院等环境空气敏感点的监测, 并建立环境质量报告制度, 以便根据实际污染状况采取必要措施, 减轻不利影响。
4.4运营期噪声防治措施
(1) 临路首排不宜建设集中居民区、医院、学校等声环境敏感点。对于已建成的城区应通过限速、禁鸣、设置隔声等降噪措施减轻对现有敏感点的影响;对于规划建设的集中居民区、医院、学校, 建议在规划噪声敏感建筑的建设过程中, 其建设单位应组织实施跟踪监测。根据具体情况采取如间隔一定距离、植树绿化、修建隔声屏障、隔声窗等降噪措施, 以减轻、避免交通噪声的影响, 保证声环境满足区域要求。
(2) 执行环境监测制度, 定期对道路沿线声环境质量进行监测。并建立环境质量报告制度, 以便根据实际污染状况采取必要措施, 减轻不利影响。
(3) 加强对机动车鸣笛的管理, 禁止在环境保护目标较多的路段鸣笛。
5结语
对于城市道路建设项目, 必须把好环境保护第一关, 认真做好环境影响评价工作, 为环保管理部门的项目审批提供充分依据, 把城市道路建设和道路环境保护提高到一个新水平。但城市道路建设项目的环境影响评价除了本文探讨的几个问题外, 还有诸如不确定性评价、环境管理、施工监理、总量控制、公众参与等, 需要进一步地探讨。
摘要：分析了城市道路建设项目的特点, 阐述了市政道路建设过程中及建成后对环境产生的不良影响, 重点评价了项目施工期和运营期大气环境、噪声环境影响, 提出了相应的防治措施, 对城市道路建设的环境影响评价工作具有一定的借鉴作用。
关键词：城市道路建设,环境影响,措施,评价
参考文献
[1]李方敏.道路交通环境影响评价思考[J].江苏环境科技, 2004 (17) :43～44.
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[5]郭卫东, 吕科, 梁青槐.城市交通对环境的影响及其对策[J].北方交通大学学报, 2003, 27 (2) :105～109.
道路建设环境排放 篇3
水滨按其毗邻水体性质的不同可分为河滨、江滨、湖滨和海滨。当前, 滨水 (滨河、滨江、滨湖、滨海) 区域道路已成为最能够集中体现一个城市发展水平和城市文明程度, 城市个性魅力的亮点, 提升城市竞争力的重要要素, 因此倍受社会的普遍关注[1]。山东省济宁市滨湖大道工程规划建设长约200km, 已完成两期建设, 第三、四期正在实施。该项目沿京杭运河大堤、南四湖湖西大堤修建, 具有较典型的滨水道路性质, 本文结合该项目建设探讨滨水道路建设对水生态环境防治的问题。
2 项目概况
2.1 路线与建设意义
道路北起济宁、泰安交界的东平湖, 经6 个县市区, 南止微山县韩庄, 全长222.366km。项目串联泰安市东平湖和济宁水泊梁山、南旺旅游区、运河之都旅游区、南阳湖旅游区、独山湖旅游区、微山岛旅游区, 将配合南水北调、运河航道北延和济宁内河航运建设, 促进济宁市旅游事业和沿线区域经济的发展。
2.2 路基与排水
以第三期工程为例。项目位于平原地区, 地下水位较高, 有低填浅挖路基、河堤加宽路基、桥头高填路基等多种类型, 设计中根据不同的路基类型采取不同处理措施以确保路基整体稳定。全线路基、路面排水设施与桥涵沟渠形成完整的排水系统, 以便及时排除路基、路面积水, 同时不影响沿线的农田灌溉, 路面水不污染农田及沿线开放性水体。
3 滨水道路建设对水生态环境防治的分析与措施
为降低滨水道路建设对水生态的影响, 从滨水道路建设全程管理控制出发, 分析滨水区域水生态环境防治相关工程措施。
3.1 滨水道路功能定位
滨水道路应根据其主要承担的功能 (过境交通、观光休闲等) 并结合与水体功能、水体生态的相互影响有一个明确的定位[2]。功能定位将直接影响道路的设计理念、设计标准以及诸多设计细节的处理, 同时道路建设与水体之间也将相互影响, 相互促进。有时在多因素分析论证过程中, 有些功能无法实现或者对其他主要功能有限制性影响时, 应以突出道路主要功能为基础, 确保主要功能的实现。
3.2 滨水道路设计
滨水道路在达到功能定位的前提下, 其平、纵、横断面设计应与滨水区域地形地貌特征相协调一致, 实现道路功能与人文要素的有机结合, 符合滨水区城市道路美学的要求。在满足相关设计规范、标准的基础上, 使滨水道路与水系滨岸地形协调统一, 实现路滨水而不近水, 路到水之间形成一个环境保护缓冲带, 达到保护水生态环境的目的。滨河大道工程设计做到了:
1) 合理利用地形, 因地制宜地选线, 同当地景观和环境相配合;
2) 对景观敏感地段, 应用直观透视演示法进行检验, 提出相应的景观控制要求;
3) 不因追求某种道路等级标准而损伤景源与地貌, 不损坏景物和景观;
4) 避免了深挖高填, 因道路通过而形成的竖向创伤面的高度或竖向砌筑面的高度, 均不大于道路宽度。并应对创伤面提出恢复性补救措施。
3.3 滨水道路排水
当滨水道路承担大量过境交通时, 道路与水体之间的距离宜适当加大, 在确保自然景观不过分分散驾驶人员注意力的前提下, 使得道路这种硬性的景观与水体软性景观之间有更广阔的过渡而不显得突变。同时道路应采用集中排水的方式, 避免对路侧边坡的冲刷, 也避免路面污水对水体及周边环境的污染。
当滨水道路需要达到近水、亲水的景观效果时, 道路与水体之间的距离宜适当缩小, 弯曲道路与自然景色之间需要的过渡也相应缩小。此时, 道路往往与水面的高度接近, 进而造成路基路面排水不畅, 引发路基沉陷、路面浸浆、开裂等早期破坏。应迅速将路基、路面范围内的雨水、污水分类排走, 以免影响行车安全和污染周边滨水区域水生态环境。
滨水道路排水设计除满足基本功能 (排水和防污染) 外, 应考虑利用相应工程结构物 (如盲沟、盲管及充填物等) 的吸附作用对雨水的净化效果, 有效地保护滨水区水生态环境。
滨河大道工程对环境保护措施进行了细化设计, 主要内容包括路侧绿化、大气降水收集、事故水池、防侧翻设施、施工期间的临时覆盖、临时用地的整修绿化等。河堤路段为减少路面积水对河堤的冲刷, 并满足南水北调工程对水质的要求, 采用集中排水方式, 设雨水井和横向排水管将路面水排向河堤外侧边沟。
3.4 建筑材料
滨水道路系统应营造一个生态化的道路系统, 要想达到这样的要求, 滨水道路系统规划设计应研究分析建筑材料对水系生态的影响, 打造一个生态、环保的建筑材料设计方案[3]。该工程天然筑路材料包括石料、砂砾料、水、土, 其他筑路材料包括沥青、水泥、石灰、木材、钢材。项目区周围建材资源十分丰富。在路线踏勘中, 对各类筑路材料进行了调查分析, 完全能够满足工程建设需要及生态环保的要求。
3.5 建设施工
施工阶段对滨水路段水生态环境影响及相应保护工程措施是非常必要的, 其环保措施主要体现在:1) 选择合理的滨水道路建设施工方法, 尽量减少因施工方法、废水排放以及建筑垃圾存放等问题对滨水区水生态环境造成的污染;2) 优化滨水道路建设施工工序, 能够有效控制和预防相关施工工序对周边水生态影响;3) 强化施工过程控制管理, 制定切实可行的符合国家和地方有关控制环境污染法规要求的环境保护计划, 并在施工过程中具体落实。
滨湖大道工程针对施工期的环境影响采取如下环境保护措施:
1) 水质保护措施:砂料废水、混凝土拌和养护碱性废水采用二级沉降处理后循环利用, 不需排放;含油废水采用隔油沉淀措施;生活污水采用流动式污水处理设施进行处理;河道扩挖中的淤泥排水, 主要集中在排泥场, 排放相对集中, 在污泥脱水场建沉淀池, 对排泥水进行加药沉淀处理。
2) 大气保护措施:燃油采用轻柴油等清洁能源、加强车辆的管理和维修、配备洒水车。
3) 声环境保护措施:距离居民点较近施工时, 合理安排施工时间, 加强运输车辆管理, 选用低噪声设备, 加强设备的维护与管理。
4) 固体废物处置措施:工程弃方运到指定地点处置, 弃渣场按照环境保护方案要求做好水土流失预防工作;施工人员生活垃圾及时清运;禁止将有毒有害废弃物用作土方回填。
3.6 道路运营
汽车尾气污染、交通噪声、路面径流对水质污染、各种化学危险品运输时发生泄漏事故产生的污染等方面是滨水道路在运营阶段造成水生态环境污染的主要源头, 针对污染源制定可行的水生态环境保护措施, 加强交通管理和路面养护。在本工程设计中, 增设事故水池, 处理各种化学危险品运输时发生泄漏事故产生的污染。
4 结语
综上所述, 基于道路生态学理念, 全面系统地研究滨水道路建设的全过程管理, 治理环滨水道路水生态破坏的相关工程措施, 对环滨水道路水生态环境影响及相应防治措施是非常必要的, 对未来滨水道路建设与生态环境和谐具有十分重要的意义。实现滨水道路设计阶段、施工阶段、运营阶段与环滨水道路水生态环境保护和谐一致。
参考文献
[1]廖礼鹏, 邱毅敏.滨水区道路景观规划设计的原则及步骤[J].广东建材, 2012 (4) :41-43.
[2]张瑞.城市滨水区道路景观规划设计研究[J].交通与安全, 2009 (10) :198-201.
道路建设环境排放 篇4
近年来, 交通占我国石油消耗的比重不断升高, 其中道路交通既是各交通方式中能耗排放最大 (占比70%以上) 和增速最快的主体, 也是大城市空气污染的首要污染源。我国石油对外依存度在2009年已超过50%的警戒线水平, 温室气体 (GHG) 排放接近最大排放国 (国外研究机构称已超过美国) , 正面临着能源安全和GHG减排双重压力。2008年底, 我国城市道路和公路里程达400万公里, 其客货运量均占交通总体的70%以上。2009年, 中国汽车销量同比增长46%成为世界最大汽车市场, 机动车保有量同比增长18%达1.87亿辆。另外, 我国道路交通还存在机动车能耗比世界平均水平高, 以及日趋严重的城市交通拥堵等问题。针对如此庞大复杂且迅速增长的道路交通系统, 交通能耗排放和污染控制面临着严峻挑战, 而准确测算和评价道路交通油耗和排放是应对挑战需解决的重要问题。
2 油耗和排放测算模型的分类
按照测算模型的应用角度, 可从宏观和微观将油耗排放模型分为两个层次。宏观模型 (如COPERT、MOBILE、EMFAC等) 可以用来测算国家或城市的交通油耗排放总量和发展趋势, 但不能用于测算和评价交通管理 (未来交通节能减排的重要手段) , 如信号控制、电子收费等措施的节能减排效果。我国学者对宏观排放模型已有较多论述, 本文重点从微观层次阐述和分析国外各类微观油耗和排放模型的研究方法和最新进展, 旨在为开发油耗排放的测算和评价模型提供有益借鉴。
出于汽车在能耗和排放方面的设计需求, 微观油耗排放模型最早出现在汽车工程领域里[1,2,3,4], 而在交通领域中, 微观油耗模型的研究早于排放模型。直到上世纪90年代宏观模型在交通项目评估的缺陷被得到广泛认识后, 在美国公路研究合作项目 (NCHRP) 组织下, 微观排放模型[5]成为了交通领域的研究热点。理论上, 微观油耗模型和排放模型有很大的共同点, 但由于受各种驾驶状态下富燃贫燃以及催化转化的影响, 排放模型所考虑的因素更多, 开发难度更大。假设存在有准确的微观排放模型, 则根据碳平衡原理[6], 一定可建立出准确的油耗模型, 但反之不成立。根据模型的理论基础和开发方法, 微观油耗排放模型可分为四类:基于发动机动力分析的模型、基于驾驶模式分解的模型、基于速度-加速度的统计模型、以及基于功率需求的物理模型。下面从模型结构、输入变量、测算原理等方面展开分析。
3 各类模型的结构原理与测算方法
3.1 基于发动机动力仿真的模型
ADVISOR[1], PSAT[2]和EVSIM[3]是汽车工程领域内被广泛应用的油耗模型。这些模型使用行驶周期来模拟所选车辆的运行状态和相应的功率流, 需要复杂的车辆、发动机、排放控制、行驶周期等参数, 来计算扭矩、功率、车辆牵引力、以及油耗。以ADVISOR为例:模型由行驶周期模块提供汽车所应该满足的行驶轨迹, 向整车模块请求所需的速度, 整车模块利用汽车行驶方程式计算出满足这一速度请求所需的车轮转速和力, 再向车轮和车轴模块发出请求, 请求沿后向路径逐级向上级模块主减速器、变速器、离合器、机械负载等模块传递, 直到发动机和燃料转换模块, 计算出需要发动机提供的实际功率和燃料。
上述模型能够以非常高的精度计算特定车辆在指定行驶周期下的油耗排放, 但缺点也很明显, 需要繁多的输入参数和计算过程, 并只能针对特定的车辆。为了评价某车辆技术而非特定车辆的油耗, Simpson[4]设计了PAMVEC模型, 使用三个参数 (平均速度、速度比、加速特征值) 来刻画车辆行驶模式进而预测其燃油消耗。
3.2 基于驾驶模式分解的模型
这类模型将机动车在不同条件下所能遇到的典型驾驶状况进行了分类, 并按照各驾驶模式测算对应油耗排放。Akcelik[7]等人划分了怠速、匀速、加减速三种驾驶模式, 在后期发展为四种模式并应用于SIDRA[8]模型中。这类模型假设各模式的油耗排放是相互独立的, 且总油耗排放等于各模式的油耗排放之和。由于这类模型概念清楚、结构简单, 而且容易和交通模型建立接口, 模型的应用比较广泛。该模型的基本公式可以由式 (1) 表示:
其中, F为行驶区间的总油耗或排放, g;Xs为行驶区间的距离, km;ds为每个车辆的平均延误, s;h为每个车辆的平均停车次数;f1为车辆匀速行驶时的油耗或排放因子, g/km;f2为车辆怠速时的油耗或排放率, g/s;f3为车辆每次停车造成的额外油耗或排放, g。为了计算更准确, 模型建议使用者提供各加减速的初速度和终速度。如果不能提供, 模型将按照观测的时间和距离计算或者以完全停车的方式替代。关于停车, 模型需要定义最小匀速行车速度和加速度以区别两种不同的停车:匀速行驶过程中的停车和排队过程中的停车。
这类模型简单易用, 但缺点在于以平均驾驶状态下的加减速给出模型的油耗排放参数, 而不能区分由于不同驾驶者、不同交通状况等因素下的加减速的区别。后来的测试证明, 不同加速对油耗排放的影响非常大, 而且短距离出行的排放和油耗受加减速的影响更大, 因此该模型在短距离的预测效果不好。Post等人[9]的研究表明, 4km是这类模型应用的最小出行距离, 这类模型能够解释4km以上出行的90%的油耗变化。
3.3 基于速度-加速度的统计模型
对机动车行驶状态最直观的描述方法就是建立速度-加速度矩阵。因此, 最方便的微观建模方法[5]莫过于建立速度-加速度矩阵对应的查询表, 即根据实验数据对矩阵下的每一个速度-加速度单元给出平均油耗排放率。Andre等人和Joumard等人使用速度和加速度的乘积来代替加速度变量, MODEM模型是这一方法的代表模型, 该模型将油耗排放数据依据“速度”和“速度加速度乘积”进行分类, 在预测瞬时油耗排放时按照“速度”和“速度加速度乘积”组合进行选择和计算数值。
Cernuschi[13]将数据分成了五类加速模式, 分别代表高减速、低减速、匀速、高加速、低加速模式, 他对每一类模式都应用回归方法对排放-速度曲线进行了最佳拟合, 同时对怠速油耗排放进行区别对待。这种方法其实是速度-加速度矩阵方法的特例, 将加速度矢量的维数定义为5, 从而减少建模的数据需求, 也能减少模型预测时的计算量。Ahn[14]等人没有直接应用速度、加速度变量组成矩阵查询表, 而对速度、加速度进行了不同幂次的乘积组合。
在Ahn等人建立的VT-Micro模型中, 首先用分类回归树的方法把测试车辆分成几类, 然后将每一类的车辆把排放数据根据速度、加速度平均形成具有代表性的车辆排放数据。对每一类的车辆针对每一种排放物用速度、加速度不同幂次的乘积组合来确定最佳的拟合。VT-Micro[14]的基本形式如式 (2) 所示:
其中, MOEe为瞬时油耗率或排放率, mg/s;Lei, j为加速时速度幂次为“i”, 加速度幂次为“j”时的模型回归系数;Mei, j为减速时速度幂次为“i”, 加速度幂次为“j”时的模型回归系数;s为车辆的瞬时速度, km/h;a为车辆的瞬时加速度, m/s2。
基于速度-加速度统计模型的问题首先在于速度-加速度的分辨率。理论上, 矩阵的分辨率越高预测精度就越高。然而, 高矩阵分辨率也对各种车型基础数据收集和模型计算效率提出了非常高的要求。Kenworthy等人[15]指出, 以0.1 km/h为分辨率构建速度-加速度矩阵是不现实的。其次, 这种纯粹根据速度、加速度来拟合的统计模型虽然对特定的车辆数据可能有较好的拟合效果, 但是没有考虑车辆的油耗排放原理, 因此模型的通用性有待进一步验证。
3.4 基于功率需求的物理模型
为了克服统计方法不能解释车辆排放原理的缺点, 很多研究工作从车辆功率需求的角度建立模型。这种方法在很大程度上借鉴了基于汽车发动机动力的模型方法, 但在参数选择的微观程度上有别于汽车工程领域研究。最早油耗模型中的“功”需求的概念出现在Watson等人[16]上世纪80年代的研究中, 他们在基于平均速度的油耗模型中加入了用于和车辆动能变化的变量, 来反映车辆在加速时的功的需求, 如式 (3) , (4) 所示。
其中, F为行驶区间的总油耗, L;Vs为区间平均速度, km/h;K1、K2、K3、K4为系数;PKE为车辆在加速过程中的动能变化, 由公式 (4) 计算:
其中, Vf为车辆加速后的终速度;Vt为车辆加速前的始速度;Xs为车辆的行驶距离。在Post等人[9]的模型中, 特定车辆的瞬时油耗和功率需求开始得到比较深入的研究。这些模型试图计算车辆克服空气阻力、滚动阻力, 以及改变车辆动能来获得加速度时功的需求。该计算是在特定的行驶周期上完成的, 车辆所需要的能量被看作是车辆自身参数 (车重、风阻、胎阻系数、变速箱效率、发动机大小等) 以及车辆运行参数的函数。
由Barth等人[5]建立的CMEM模型被认为是对后续微观模型开发影响最大的基于功率需求的物理模型, CMEM通过车辆行驶模式和发动机运行参数计算逐秒排放, 能够与交通仿真模型较好结合。CMEM刻画了车辆排放的内部过程, 模型的物理意义更清楚, 尤其在车辆的排放控制措施的考虑上, 引入了“时变催化率模型”, 如图1所示。
CMEM模型结构特征可以归纳为两类输入变量、三个核心参数、六个主要模块。两类输入变量为车辆的自身变量 (车重、最大扭矩等) 和活动变量 (速度、加速度) 。三个核心参数为:燃油消耗率、发动机排放率、催化转换器的排放通过率。发动机排放是指在催化转换前的排放, 而尾气管排放是经催化转换后的排放, 排放通过率是尾气管排放与发动机排放的比值, 最终的排放是上述三个核心参数的乘积。六个主要模块是:发动机功率模块、发动机转速模块、空燃比模块、油耗模块、发动机排放模块、催化通过率模块。其中关键在于确定发动机功率, CMEM采用了式 (5) 、 (6) 估算发动机功率:
其中, Ptract为车辆在速度为v加速度为a行驶状态下的所需的牵引功率, k W;M为车辆重量, kg;g为重力加速度常数;θ为道路坡度;A、B、C分别为滚动阻力系数, 速度校正系数和风阻系数。ε为车辆的传动系统效率;Pacc为车辆的附属设备功率, 如空调等。
尽管CMEM仍然是目前应用最多的微观模型, 但其复杂参数设置和计算需求以及误差也使模型受到越来越多的质疑。Cappiello等人[17]针对这些问题, 在CMEM基础上建立了EMIT模型。EMIT的基础数据与CMEM相同, 均源自NCHRP排放数据库;模型结构也采用从发动机排放到尾气管排放的模拟过程;发动机功率也采用了与式 (6) 、 (7) 一致的算法。与CMEM不同的是, EMIT的预测目标不是特定型号车辆的排放, 而是将轻型汽油车看作一类预测对象;EMIT的模型结构简单, 仅设置了发动机排放和尾气管排放两个模块, 如图2所示;EMIT采用“碳平衡”的方法由排放计算油耗, 而CMEM则采用了由油耗到尾气的建模思路;EMIT模型直接建立了时变催化率和发动机排放之间的分段线形函数, 而CMEM模型建立了时变催化率同油耗的函数。
MOVES是美国EPA从2001后研发的新一代排放模型。目前已经发布MOVES2010, 两年过渡期后将取代MOBILE成为法规排放模型。MOVES (包括Nam为其开发的PERE模型) 代表了近年来油耗排放微观建模的最新进展。MOVES与CMEM和EMIT模型不同的是, 该模型在功率需求计算上采用了独立于车重的机动车比功率 (VSP, Vehicle Specific Power) 变量, 利用聚类分析的方法刻画VSP与油耗排放的关系。VSP的定义如式 (7) :
其中, m为车辆质量, t;v为车辆瞬时速度, m/s;a为车辆瞬时加速度, m/s2;ε为质量因子, 表示传动系中转动部分的当量质量;grade为道路坡度;g为重力加速度;CR为滚动阻力系数;CD为风阻系数;A为车辆前横截面积;ρ为空气密度。
对比MOVES和CMEM中采用的车辆功率需求公式, 式 (8) 和 (6) , 不难发现这两个方法有共同之处, 都以车辆速度、加速度、坡度为独立自变量。如果假定典型的车重和其他车辆系数, 两者会得到相同的结果, 因此, 这两种方法在本质上是相似的。
4 结论
出于汽车在能耗和排放方面的设计需求, 微观油耗排放模型最早出现在汽车工程领域里, 尽管其模型参数与交通参数相差甚远, 但这些模型对后来交通领域中的模型开发具有很大参考价值。在交通领域中, 油耗排放模型的研究很长一段时间局限在对速度、加速度的统计分析以及建立矩阵查询表等方法上, 计算效率较低且无法阐述油耗排放与交通行为的物理关系。以CMEM、MOVES模型为代表, 基于机动车功率需求变量的模型开发方法是目前主流方法。尤其是独立于车重的机动车比功率 (VSP) 变量, 既保留了汽车工程领域的物理模型的优点, 又减少了模型深入参数的复杂性, 适用于与交通参数的衔接, 是油耗排放模型的研究与应用方向。
参考文献
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[5]王晓东, 孙丽玮.基于碳平衡法的汽油机与柴油机油耗模型研究[J].交通节能与环保.2009, 03期, pp.29-32.
[6]Akcelik, R.and M.Besley.Operating Cost, Fuel Consumption, and Emission Models in SIDRA and aaMotion[C]Paper Presented at the 25th Conference of Australian Institutes of Transport Research, Uni-versity of South Australia, Adelaide, Australia, 2003.
[7]Ahn, K., H.Rakha, A.Trani, and M.Van Aerde.Estimating Vehi-cle Fuel Consumption and Emissions based on Instantaneous Speed and Acceleration Levels[J].Journal of Transportation Engineering.Vol.128, No.2, 2002, pp.182-190.
[8]Cappiello, A., I.Chabini, E.Nam, M.Abou-Zeid, and A.Lue.A Statistical Model of Vehicle Emissions and Fuel Consumption[C].Proceedings of IEEE5th International Conference on Intelligent Transportation Systems, 2002, pp.801-809.
道路建设环境排放 篇5
1 相关法律标准文件的梳理
对农业机械行业领域涉及农用柴油机排放标准升级和非道路移动机械排放信息公开的相关法律政策文件进行整理, 可分为3 个方面。
1.1 法律法规 (部分)
《中华人民共和国大气污染防治法》 (主席令第三十一号) (以下简称《大气法》) 2015 年8 月29 日发布, 2016 年1 月1 日起施行涉及农机方面的主要有:非道路移动机械 (包含农业机械) 生产企业应当对新生产的非道路移动机械进行排放检验。经检验合格的, 方可出厂销售。检验信息应当向社会公开。 以及违反规定的相关罚则。
1.2 环保部发布的相关标准和文件 (部分)
(1) 《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法》 (中国第三、 四阶段) 》 (GB 20891—2014) 。2014 年5 月16 日发布, 2014 年10 月1 日实施。 标准规定了非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值和测量方法, 柴油机的型式核准、生产一致性检测和耐久性要求以及实施时间。
(2) 《关于实施国家第3 阶段非道路移动机械用柴油机排气污染物排放标准的公告》 (环保部公告2016 年第5 号) 2016 年1 月14 日发布实施。 对农用机械执行国Ⅲ排放标准延至2016 年12 月1 日, 农用柴油机的执行时间不变。
(3) 《关于取消新生产机动车排放污染申报检测机构核准的公告》 (环保部公告2016 年第30 号) 2016 年4 月11 日发布实施。 取消新生产机动车 (包含农用柴油机) 排放污染申报检测机构核准, 并规定了机动车排放检验机构的资质条件、开展排放检测的具体要求和责任等。
(4) 《信息公开工作指南》, 2015 年12 月环保部召开信息公开工作会议, 介绍了非道路移动用发动机、非道路移动用机械环保排放信息公开的工作流程、 公开的内容、技术要求等。包括的生产一致性信息、信息公开的内容等。会议课件可在机动车环保网上下载。
1.3 农业部发布相关文件 (部分)
(1) 《关于印发部级推广鉴定受理和信息变更有关审查规定的通知》 (农机鉴〔2015〕63 号) (以下简称63 号文) 2015 年5 月6 日发布实施。 对部级推广鉴定有效期内信息变更、受理审查、定型文件把握等进行了明确。 涉及柴油机排放标准升级后获得部级推广鉴定证书的农业机械产品信息变更的情况。
(2) 《关于涉及农用柴油机排放标准升级的部级推广鉴定信息变更的通知》 (农机鉴 〔2015〕95 号) (以下简称95 号文) 2015 年8 月10 日发布实施。 明确了农用柴油机、农用拖拉机、其他农业机械涉及国Ⅱ升国Ⅲ排放的部级推广鉴定信息变更的变更范围、申报要求、时限要求和审查要求等。
由于柴油机排放标准升级导致柴油机结构需要进行较大的改进, 农机鉴〔2015〕95 号文与农机鉴〔2015〕63 号文要求相比, 在进气方式、外廓尺寸和净质量等变化上, 要求放宽。 具体见表1。
由于柴油机排放标准升级导致柴油机结构变化较大, 以及由此引起的整机参数的变化。 农机鉴〔2015〕95 号文件与农机鉴〔2015〕63 号文件要求相比, 在整机配套柴油机进气方式、标定功率和消声器消音腔尺寸、质量等变化上要求相对较宽。
(3) 《农业部办公厅关于做好当前农业机械推广鉴定有关工作的通知》 (农办机〔2016〕6 号) (以下简称6 号文) 2016 年3 月29 日发布实施。 其中“明确排放标准升级后证书信息变更原则”一条, 进一步明确了推广鉴定涉及柴油机排放标准升级信息变更的申报和审查要求。
2 柴油机排放标准升级与非道路移动机械排放信息公开
据了解, 很多农机企业存在重国Ⅲ排放标准轻排放信息公开的情况, 甚至不知排放信息公开为何物, 还有人将柴油机国Ⅲ排放和非道路移动机械排放信息公开混为一谈, 其实不然。
农机行业国Ⅲ排放主要是指生产和销售的柴油机以及主机配套的柴油机必须是通过中国第三阶段排放型式核准, 这是国家强制性标准GB 20891—2014 的要求。 主要对象是非道路移动用柴油机。
排放信息公开是《大气法》的要求, 如果不按要求进行信息公开, 或排放达不到要求处罚和后果相当严重。 从农机行业而言, 主要对象不仅是非道路移动机械用柴油机, 还包括非道路移动机械用汽油机以及所有装用柴油机或小型点燃式发动机的非道路移动机械。
《大气法》“第五十一条机动车船、非道路移动机械不得超过标准排放大气污染物。 禁止生产、进口或者销售大气污染物排放超过标准的机动车船、非道路移动机械。
第五十二条机动车、 非道路移动机械生产企业应当对新生产的机动车和非道路移动机械进行排放检验。 经检验合格的, 方可出厂销售。 检验信息应当向社会公开。
第一百零九条违反本法规定, 生产超过污染物排放标准的机动车、非道路移动机械的, 由省级以上人民政府环境保护主管部门责令改正, 没收违法所得, 并处货值金额1 倍以上3 倍以下的罚款。 ”
排放信息公开是指生产企业对生产的非道路移动机械和柴油机在指定公开平台或随车文件上公开相关环保信息, 非道路移动机械信息公开内容主要包括:①生产企业基本信息;②污染控制技术信息 (污染控制技术内容、生产一致性和在用符合性相关资料) ; ③排放检验信息 (核准、企业自检、检验车机型状态信息、检验条件、检验结果) ;④企业信息公开工作计划 (申报和检验计划时间/ 地点/ 系族/ 源机) ;⑤召回相关信息;⑥随车文件 (说明书、标签) 等。按照标准要求, 安装在非道路移动机械上的柴油机应满足该柴油机型式核准的下列特征:进气压力降不应超过型式核准的柴油机规定的压力降。 排气被压不应超过型式核准的柴油机规定的背压。
柴油机国Ⅲ排放和排放信息公开两者在依据来源、主要对象和主要内容上都有明显区别, 见表2。 表中排放信息公开的依据“相关检测方法标准”, 是指非道路移动机械 (农业机械) 排放检测方法标准, 但是目前还没出台 (汽车行业已有相关标准, GB 17691—2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排放污染物排放限值及测量方法》) , 相关部门还需加快非道路移动机械 (农业机械) 的排放检测方法标准的制定工作。
3 国Ⅱ升国Ⅲ的推广鉴定信息变更分析
3.1 不用再申报信息变更的情况
农办机〔2016〕6 号文规定“农用柴油机、拖拉机以及其他农业机械, 因农用柴油机排放标准升级到中国第3阶段而引起的产品信息变化, 企业可在现行相关规定允许变化范围内自主变更, 无需申报变更和备案” 是对95号文部分内容进行修订, 是进一步简政放权、提高效率、增加企业的自主权。 但是自主变更需满足两个前提条件:一是不涉及推广鉴定证书信息的变更, 仅仅是产品信息变化, 二是仅限由国Ⅱ升国Ⅲ排放升级引起的变更, 如果不是, 还得按63 号文的要求执行。 如轮式拖拉机的配重、转向系、制动系发生变化, 还得向原发证机构申请变更, 有些变更还得加作相关的检测, 出具报告。 还有一种情况是, 63 号文没有明确变更范围的产品因国Ⅱ升国Ⅲ排放标准升级导致发动机参数发生变化且符合要求的 (可参考其他自走式农业机械) 也无需申报, 自主变更即可, 如自走式喷杆喷雾机、自走风送式喷雾机、棉花收获机等自走式农业机械。
3.2 农用柴油机型号变更
柴油机国Ⅱ升国Ⅲ的产品型号变更存在两种情况。
一是大部分柴油机生产企业原来的形式核准的柴油机都是执行国Ⅱ的技术路线, 升国Ⅲ之后, 产品结构和技术路线等改变较大, 等于重新研发了一款新的柴油机产品, 对于环保部的型式核准来说不是简单的换证, 而是一个新的机型重新按照排放的要求进行检测核准, 所以国Ⅲ的型式核准证书是一个全新的型号。
二是只有部分企业的柴油机原来就能达到国Ⅲ的要求, 只是当时没有国Ⅲ排放型式核准。 这次升国Ⅲ之后, 同款产品还是能满足, 产品结构和型号与原来的完全一样, 那么型式核准证书的产品型号没变的话, 就不用申请更换农用柴油机部级推广鉴定证书。
对于柴油机型号发生变化的企业还得向发证机构申请, 对申请企业提交的产品信息变更申请材料, 鉴定部门采用文件审查评价方式进行确认, 主要审查申请变更的产品信息是否符合变更要求。 全部项目审查合格后方能确认变更。 审查确认后向申请企业出具推广鉴定产品有效期内变更审查确认报告, 可与变更后的推广鉴定证书和原报告一同使用。
3.3 拖拉机增配发动机或变更发动机企业的情况
6 号文只是明确了申报和审查的方式, 但是对相关文件规定的变更范围没有改变。 其中95 号文的附件2 对拖拉机配套的柴油机规定“生产企业名称允许变化, 但所配发动机必须为推广鉴定证书有效期内产品, 并已通过中国第3 阶段排放确认。 配套发动机数量不得多于原检验报告中的配套数量。 ”这对很多农用拖拉机企业来说是一个难点。 如果之前推广鉴定时产品规格确认表填的发动机数量少, 那么在国Ⅲ变更时就会受限。 有两个限制点。
一是选择柴油机厂家的限制。 若不更换发动机厂家, 则可选择未通过推广鉴定的国Ⅲ柴油机。 若更换发动机厂家, 该产品需是获得推广鉴定证书的国Ⅲ柴油机, 但是截至2016 年4 月底尚未有取得推广鉴定证书的国Ⅲ柴油机, 即使陆续会有, 但是这数量也不会很多, 对于很多企业来说选择柴油机的余地确实不大。
二是配套柴油机数量的限制。对于配套发动机数量不得多于原检验报告中的配套数量, 有不同的理解。 既然6号文已经明确允许企业自主变更, 不用再申报。 这个变更没有时间限制, 也没有变更次数限制, 那么企业在推广鉴定证书有效期内或许会这么理解, 如企业这段时间配套A型号柴油机, 过段时间自主变更又配套B型号柴油机, 但是不允许同一时间段配套发动机的数量超过原检验报告中的发动机数量。
4 申请农机部级推广鉴定需注意的问题
4.1 需提供型式核准证书或在机动车环保网可查
95 号文提到“从2016 年4 月1 日起, 不再受理配套中国第二阶段排放柴油机的其他农业机械的部级推广鉴定申请。 ”, 从这可以看出, 除了鉴定大纲有规定的申请时必须提供型式核准证书的轮式拖拉机、 履带式拖拉机、手扶拖拉机和柴油机产品外, 鉴定大纲没做规定的其他申请部级推广鉴定的自配动力 (柴油机) 移动式农业机械, 2016 年4 月1 日以后也需要在申请时提供配套通过国Ⅲ排放柴油机的型式核准证书。 这是跟原来推广鉴定申请要求不一样的地方。 农机生产企业申报推广鉴定时候, 申请材料必需填写通过国Ⅲ排放型式核准的柴油机, 将配套发动机的型式核准证书一并提供。 如果没有型式核准证书, 也可以在机动车环保网上输入发动机型号进行确认是否通过国Ⅲ排放型式核准。
4.2 额定净功率和标定功率的关系
型式核准证书的第二部分试验报告信息及机型参数 (见附页) 中有柴油机的“额定净功率/ 转速”的数值, 但是申请推广鉴定的农业机械产品规格确认表上一般称为“标定功率”, 《江西省关于规范农机购置补贴产品配套发动机标志标识的通知》 (赣农机综﹝2016﹞7 号规定:“发动机铭牌至少包括以下标注内容:生产企业、产品型号、标定功率 (12h标定功率) 、出厂编号及制造年月等信息。 ”那么额定净功率和标定功率存在什么样的关系。
GB 20891—2014 标准规定:“净功率”是指在柴油机试验台架上, 按照GB/T17692—1999 规定的净功率测量方法, 在本标准规定的试验条件下, 在柴油机曲轴末端或其等效部件上测得的功率;“额定净功率”是指制造企业为柴油机型式核准时标明的净功率。 但是农机整机上的“标定功率”是指持续能够发挥稳定发挥的功率, 拖拉机的标定功率是指拖拉机用柴油机带有与装在整机上时相同附件, 在一定环境条件下所能发出的12 h功率值, GB/T24646—2009《拖拉机标定功率测试方法》规定了标定功率的测试相关要求。 柴油机的标定功率在不同的转速、排气量及所带附件等条件下是不相同的, 而且可能相差很大, 取决于柴油机经济性和动力性的一种平衡, 但厂家应注明是在什么状态下测得的功率。
有人认为, 柴油机排放的额定净功率, 是在不带附件 (风扇、冷却泵等) 的试验条件下测得, 所以附件消耗的功率小, 则额定净功率一般比标定功率大。 也有人认为, 通过等效计算方法, 已将试验时台架上风扇和冷却泵等附件消耗的功率扣除。 业内对这点还有争议。
“额定净功率”和“标定功率”的定义、检测方法和所带附件都不相同。但是额定净功率值毕竟是通过环保型式核准验证的标准值, 是柴油机功率的参照, 所以标定功率值也可以简单的采用额定净功率值 (功率值相同, 转速也应相同) 。对于标定功率小于等于额定净功率, 从排放角度是可以的, 一般来说功率越小, 升功率 (每升排量功率值) 越小, 排放指标越好。企业在申报推广鉴定时需认真核对产品规格确认表上发动机的产品型号、企业名称、标定功率、转速与型式核准证书上相应信息是否一致。
4.3 配套小功率柴油机 (单缸柴油机机) 的产品
对于单缸柴油机国Ⅲ排放来说, 需要在国Ⅱ排放技术路线的基础上提高油泵、油嘴喷油压力, 以及采用后处理、电控技术等新技术, 需要做进行750 h以上国Ⅲ排放耐久台架试验。 技术难度比较大, 试验时间长、费用也比较高。 即使通过国Ⅲ排放, 1 台单缸柴油机采用机内净化及后处理措施的成本比原来高250~400 元, 增加15%左右;如果电控单体泵技术, 其成本增加800 元/ 台左右, 增加30%以上。
目前, 汽油机排放标准仍执行GB 26133—2010《非道路移动机械用小型点燃式发动机排气污染物排放限值和测量方法 (中国第一、二阶段) 》, 尚未开始实行国Ⅲ排放。目前部级推广鉴定产品中微耕机、田园管理机、耕整机和插秧机等配套小动力的产品既可配柴油机也可配汽油机作为自带动力。 对于这些产品建议可适当增加配套动力为汽油机的产品, 并及时申请推广鉴定和补贴归档, 为柴油机国Ⅲ排放标准实施后的市场变化做好准备。
目前63 号文允许部分产品申报推广鉴定时, 定型文件中配套发动机的燃油种类发生改变, 既定型文件中原来配的是柴油机, 新申报推广鉴定可改为汽油机。 有企业反映说柴油机比汽油机动力性能更好, 如果新申请产品改为配套汽油机, 那么标定功率需要相应的增加, 这在63 号文里也是允许的。 甚至由企业研发了新的产品, 将原来配套的柴油机或汽油机改为电机驱动, 如目前市场上出现的电动微耕机、电动插秧机及无线遥控电动植保机械等。 这对于负荷相对较小、动力性能要求不高的产品来说是一种大胆尝试。电力是清洁能力, 电动农机相对减排效果更好, 这与目前国家大力提倡新能源汽车相一致。 但是目前鉴定大纲是否适用电动农机产品的鉴定还需进一步研究, 因为大纲中部分指标没法考核。
4.4 推广鉴定大纲
有人误以为柴油机排放标准升级后, 原来的鉴定大纲不适用国Ⅲ农机产品的鉴定, 所以需要重新修订推广鉴定大纲。其实不然, 此次修订推广鉴定大纲是因为2016 年1月1 日起实施了新的《农业机械推广鉴定实施办法》, 鉴定内容和相关要求有了较大变化, 原鉴定大纲也应相应调整修订。 这与柴油机排放标准升级无关, 因为推广鉴定是对整机的一致性检查以及性能、安全性、可靠性、适用性等进行考核评价, 与柴油机的排放标准升级关系不大。
5 违反环保规定与农机购置补贴资格的探讨
农机购置补贴是国家强农惠农富农政策的重要内容, 依据的是《中华人民共和国农业机械化促进法》。笔者查询相关文件, 没有直接找到违反环保相关法律法规文件与补贴资格关联条款。需要注意的是, 《2015—2017 年农机购置补贴实施指导意见》 规定的补贴产品资质是最起码的条件, 要想获得补贴还需不违反有关部门的规定和补贴政策规定。 而且可以从其他相关的法律法规中找到相关依据。
《中华人民共和国农业机械化促进法》第十五条规定, “禁止生产、 销售不符合国家技术规范强制性要求的农业机械产品。 ” 这里的强制性技术规范理解为包含GB20891—2014 标准。
2015 年之前, 补贴机具必须是已列入国家支持推广目录或省级支持推广目录的产品。《国家支持推广的农业机械产品目录管理办法》 (农机发〔2005〕7 号) 规定“违法相关法律、法规的”予以取消《目录》资格。 这里的法律、法规理解为包括《大气法》。
《大气法》第五十六条规定“环境保护主管部门应当会同交通运输、住房城乡建设、农业行政、水行政等有关部门对非道路移动机械的大气污染物排放状况进行监督检查, 排放不合格的, 不得使用。”这里是否可以理解为环境保护主管部门会同农业行政部门 (农机化主管部门) 对非道路移动机械 (农业机械) 的大气污染物排放状况进行监督检查。
《农业机械试验鉴定办法》 第二十七条规定的七种应撤销推广鉴定证书的情形中, 没有直接跟国Ⅲ排放或《大气法》相关联。 但是违反环保相关规定同样面临被撤证的风险, 理由有两点。一是推广鉴定大纲《轮式和履带式拖拉机》 (DG/T001—2011) , 配套的柴油机必须提供相应的型式核准证书。 可以理解为配套未通过国Ⅲ排放型式核准的柴油机, 就不满足推广鉴定申请资质要求, 那么推广鉴定证书资格亦不存在。 二是95 号文明确规定“2016 年4月1 日起, 通过部级推广鉴定并在有效期内的农业机械产品, 配套未通过中国第3 阶段排放型式核准的柴油机, 不允许使用推广鉴定证书。 ”由于环保部对农机产品执行国Ⅲ排放推迟到2016 年12 月1 日, 那么可以理解为2016 年12 月1 日以后如果使用推广鉴定证书时农机产品配套柴油机未通过国Ⅲ排放型式核准, 则可能面临被撤销推广鉴定证书。 根据《2015—2017 年农机购置补贴实施指导意见》推广鉴定证书被原发证机构注销后, 其补贴资格自动取消。
农机生产和经销企业产品补贴资格或经销补贴产品的资格被暂停、取消, 所引起的纠纷和经济损失由违规农机生产或经销企业自行承担。
《大气法》第五十八条规定“国家建立机动车和非道路移动机械环境保护召回制度。生产、进口企业获知机动车、非道路移动机械排放大气污染物超过标准, 属于设计、生产缺陷或者不符合规定的环境保护耐久性要求的, 应当召回;未召回的, 由国务院质量监督部门会同国务院环境保护主管部门责令其召回。”如果在召回之前, 如已经产生农机购置补贴资金的, 那么这些国库资金也就有可能被追回, 所引起的纠纷和经济损失也就由违规农机生产或经销企业自行承担。
6 农机企业成立检验检测机构的设想
柴油机国Ⅲ排放型式核准、《大气法》信息公开以及农机推广鉴定、自身产品试验定型等涉及到检验检测业务都非常广泛, 农机企业每年不仅承担的大量的检测费用 (据了解, 一些大企业一年检测费就好几百万) , 还面临找不到合适机构承担检测任务, 即使检测机构愿意承担检测任务, 由于任务多排队时间长, 耽误了产品的生产和销售, 甚至影响企业长远的发展规划。
国家对产品的质量和环保等要求越来越高, 但是确实存在检验检测机构不能满足日益增长的检验检测业务量的需求。 随着检验检测机构的放开, 企业也能根据相关法律法规要求成立独立的第三方检验检测机构或通过实验室认可的企业实验室。 有企业在选择是成立单独的检验机构还是企业实验室时很困惑, 这里可以梳理下相关部门和文件对检测机构和企业实验室的要求。
6.1 成立检验检测机构可行性分析
《中华人民共和国产品质量法》“第十九条产品质量检验机构必须具备相应的检测条件和能力, 经省级以上人民政府产品质量监督部门或者其授权的部门考核合格后, 方可承担产品质量检验工作。第二十条从事产品质量检验、认证的社会中介机构必须依法设立, 不得与行政机关和其他国家机关存在隶属关系或者其他利益关系。 ”
《国家认监委关于实施< 检验检测机构资质认定管理办法> 的若干意见》 (国认实〔2015〕49 号) 规定:
“关于检验检测机构主体准入条件
凡是依法设立的法人和其他组织, 其依法注册、登记的经营范围或者业务范围包括检验检测, 并且能够独立、公正从业的, 均可申请检验检测机构资质认定。 其他组织包括:依法取得工商行政机关颁发的《营业执照》的企业法人分支机构、特殊普通合伙企业及民政部门登记的民办非企业单位 (法人) 等符合法律法规规定的机构。
生产企业内部的检验检测机构不在检验检测机构资质认定范围之内。生产企业出资设立的具有法人资格的检验检测机构可以申请检验检测机构资质认定, 应当遵循检验检测机构客观独立、公正公开和诚实守信的相关从业规定。”
可见, 农机企业也可以依法成立独立的的第三方检验机构。 不隶属于任何政府部门和事业单位, 依法设立经有关部门考核合格后, 依法独立承担产品质量检验任务。
6.2 环保部门对检验检测机构的要求
从目前的环保要求看, 涉及农业机械行业的主要有两方面, 一是柴油机排放要符合GB 20891—2014 中国第3阶段的要求, 小型点燃式发动机要符合GB 26133—2010中国第2 阶段的要求;二是非道路移动机械 (装用柴油机或小型点燃式发动机的非道路移动机械) 、 非道路移动机械用发动机 (非道路移动机械用柴油机或小型点燃式发动机) 需按照《大气法》要求进行排放检测达标, 并信息公开。 这两个方面都需要进行大量的检测, 检测机构承担着主要工作。
环保部发布公告《关于取消新生产机动车排放污染申报检测机构核准的公告》 (环保部公告2016 年第30 号) 规定, 对新生产机动车排放污染申报检测机构不再进行核准。 废止相关办法, 撤销已经发布的检测机构目录。 其中, “三、机动车排放检验机构应当依法通过计量认证, 使用经依法检定合格的机动车排放检验设备, 按照国务院环境保护主管部门制定的规范, 对机动车进行排放检验, 并与环境保护主管部门联网, 实现检验数据实时共享。 机动车排放检验机构及其负责人对检验数据的真实性和准确性负责。 ” (这也是《大气法》第五十四条的规定)
笔者认为, 这个文件的出台产生的影响不亚于之前农机推迟执行国Ⅲ排放标准。 在检测机构核准机制下, 现有的排放检测机构确实不能满足大量的发动机排放试验以及信息公开声明的大量检测的要求。 环保部门顺势而为, 取消检测机构核准, 实现市场化。 检测放开之后, 让生产企业有更多的自主权, 能有效解决目前排放试验任务紧的现状。 对于农机企业来说, 一是检测机构放开了, 国Ⅲ柴油机的型式核准审批也会加快, 这样更容易找到适合企业产品的发动机。 二是现在《大气法》规定农机整机也要进行排放检测自我公开声明, 现在检测机构放开了, 以后整机排放检测寻找检验机构就会相对容易。目前还没有非道路移动机械 (农业机械) 排放检测方法标准, 相关部门还需加快农机整机的排放检测方法标准的制定工作。
这里的检验机构的前提条件是通过资质认定 (计量认证) , 还得满足环保部门其他有关要求。
6.3 推广鉴定对检验机构和企业实验室的要求
从推广鉴定的申请要求看, 农机企业可以涉及检验检测机构的两个方面:一是定型证明文件, 二是推广鉴定的检测。
《农业机械推广鉴定实施办法》第七条规定“ (四) 其他单位按相关部门规定出具的产品鉴定证书; (五) 具有资质的产品质量检验机构或通过实验室认可的企业实验室出具的型式试验报告。 ”可以作为定型证明文件之一。
《农业机械推广鉴定实施办法》 第十六条规定:“农机鉴定机构独立完成推广鉴定任务的, 应当由该机构出具农机推广鉴定报告。 与具有资质的产品质量检验机构合作完成的, 由鉴定机构出具农机推广鉴定报告。
《农业机械推广鉴定大纲编写规则》 (TZ 1—2016) (中华人民共和国农业部公告第2367 号) 规定“6.9.4 可靠性评价可以采信具有资质的产品质量检验机构按照相关产品的国家标准、行业标准规定的生产试验法完成的可靠性试验报告进行评价。 ”
《福建省农业厅关于开展农业机械推广鉴定工作改革的通知》 (闽农机[2016]76 号) 规定“由申请农机推广鉴定的企业委托具有资质的产品质量检验机构, 按照农业机械推广鉴定大纲要求进行检验并出具检验报告。 该检验报告可作为颁发农业机械推广鉴定证书的依据。 ”
上述“产品质量检验机构”前提是需通过资质认定 (计量认证) 的检验机构, 当然还需满足其他相关要求。
综上所述, 不管从环保部门还是推广鉴定对检验检测机构的要求看, 成立独立的通过资质认定 (计量认证) 的第三方检验机构比通过实验室认可的企业实验室应用更广泛、发挥的作用更大。 但是成立通过资质认定的检验机构的硬件等条件比企业实验室要求高、难度更大, 农机企业应根据自身情况理性选择 (如拥有柴油机、拖拉机和收获机械等产品的大型农机生产企业) , 不要盲目跟风。
7 结束语
环境保护是建设“五位一体”中生态文明建设的重要组成部分, 可见积极推进农机排放升级和排放信息公开的重要意义。 由于笔者技术水平有限, 本文只是仅限于对一部分内容的表面理解和粗浅认识, 而对更深层次的技术问题理解和分析尚不够透彻。 本文只是抛砖引玉, 各农机生产企业是环境保护的第一责任主体, 应加强相关法律法规、标准、文件及政策等进行认真研究学习, 把握相关要领, 不仅能坚守底线不睬红线, 还能做到尽得先机、事半功倍和游刃有余, 在当前农机工业和农机化产业供给侧改革和结构调整中掌握主动权。
摘要：本文梳理了涉及农用柴油机排放标准升级和非道路移动机械排放信息公开要求的相关法律、标准等文件资料, 分析了两者的联系和区别, 从推广鉴定申请、信息变更、违规追责及企业成立检验检测机构等方面对国Ⅲ排放和排放信息公开进行分析和探讨, 为农机生产企业做好当前环保有关工作提供一些思路。本文仅代表笔者观点, 是基于现有的文件资料有效的基础上的技术分析和探讨, 如果相关文件进行修订换版, 本文的一些观点亦需调整。
道路建设环境排放 篇6
首先, 所谓非道路移动机械指的是以内燃机为动力的各种移动式机械设备, 如工程机械、农业机械、叉车等, 与道路车辆同属移动污染源范畴。简单来说, 非道路柴油机器械排放控制主要针对农用柴油机器械、其他功能性柴油机器械。
国二柴油机和国三柴油机最大的区别在于柴油机使用污染物的排放上, 国三柴油机对污染物排放的控制标准更加严格。其中国三标准的概念:又称国家第三阶段排放标准, 与欧洲三号排放标准在排放控制程度上相同, 即对柴油机排放出来的尾气进行严格监管和控制, 将NOx、PM、HC等主要大气污染物的排放量控制在较低水平, 这是国三柴油机排放控制的中心环节。
一、非道路国三柴油机排放控制的难点
1) 柴油机是以柴油为主要能源供给, 这就意味着其排放控制就相对困难。一般的汽油机都可以以混合燃料为动力供给, 或者在汽油中混合乙醇作为燃料添加材料来实现排放量的降低和控制, 但是柴油机不能通过上述两种途径解决。柴油机的活塞运动机理、喷油控制机理与汽油机不同。尾气中因柴油燃烧产生PM、CH、NOx等大气污染物, 这也是国三排放标准中要严格控制的污染物, 柴油机的排放控制不能做到严格意义上的无排放, 只能尽可能地想办法降低排放。
2) 柴油作为能源物质本身也是存在问题的, 但是又不可避免地将其作为主要能源物质之一, 非道路柴油机大多作业环境比较恶劣, 机械需要具备较强的推动力、扭矩, 提供更强、更充足持久的机械动力, 而这些机械动力是无法通过汽油机达成的条件, 因此必须要使用柴油作为主要能量供给材料。柴油分子量较大, 在原油中处于中下层位置, 其成分中含有大量碳分子, 能够通过内燃机实现大量内能-机械能的转化, 碳分子量大意味着能量充足, 但是也意味着无法充分燃烧, 碳分子无法充分燃烧时就会形成污染物质, 并且还会有少量碳元素以分子形式漂浮在空气中, 这是农用机械“冒黑烟”的实质。但是这一问题以现阶段的内燃机技术无法解决, 柴油的不充分燃烧是柴油机排放控制中的难点问题。
3) 非道路柴油机排放控制本身存在较大难度, 首先非道路柴油机器械具备其自身较强的功能性, 在一般驾驶功能的同时还承载着其他功能, 因此在其工作时必然需要持续稳定的发动机供能, 因此柴油机需要经常处于高功率状态, 这期间燃料供给较大, 燃烧程度较为剧烈, 柴油机结构处在高负荷工作状态, 极容易出现过热现象, 当结构过热时机械对喷油量、进气量的控制精确度就会降低, 燃料就难以达到最佳燃烧状态, 因此排放量就更加难以控制。
二、非道路柴油机排放控制建议
(一) 选用适当的柴油机类型
柴油有多种牌号, 其有不同的适合的工作环境, 选用合适牌号的柴油的决定了其热机时间、在不同环境下柴油的燃烧程度不同, 排放量也不相同, 尽可能使柴油机处于最佳工作环境, 达到最佳燃烧程度, 以减少排放量。下面列举几种柴油机的适用环境根据GB 252-2000标准:
1) 10号轻柴油适用于有预热设备的柴油机;
2) 5号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在8℃以上的地区使用;
3) 0号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在4℃以上的地区使用;
4) -10号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-5℃以上的地区使用;
5) -20号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-14℃以上的地区使用;
6) -35号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-29℃以上的地区使用;
7) -50号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-44℃以上的地区使用;
(二) 重视柴油养护工作
非道路用柴油机器械由于长期处于高负荷状态, 机械零件老化速度较快, 其中有些零件直接关乎柴油机排放问题, 例如喷油嘴、配气机构、润滑系、冷却系等, 这些部件直接影响柴油机的工作效率, 因此有必要对非道路柴油机器械进行定期的部件检查和养护, 保持各个机构处于最佳作业待机状态, 保证柴油的燃烧效率, 进而降低不充分燃烧造成的污染物排放程度, 以及对出现问题的部件进行及时的更新和修复等。
(三) 改进制动系统
柴油机没有被完全取缔的一个原因是由于其可以提供更加强大的扭矩、驱动力。因此在柴油机排放控制上可以在机械传动系统上下功夫, 进一步将柴油机的特点扩大, 以提高柴油机工作效率的方式降低排放情况。
改进机械传动系统, 可以提高柴油机工作过程中对外输出功率, 柴油机将燃料的热能转化为机械能, 通过传动系统的优化避免做功过程中的机械能流失。
(四) 建立EGR系统
通过建立EGR (柴油机废气再循环) 系统, 对柴油机排放气体在对外输出之前进行再利用和循环, 一方面能够将尾气中的污染物实现循环再利用, 符合环保理念, 其次能够通过循环再利用系统将排放中的CH及NOx在内燃机供气燃烧过程中实现进一步转化, 使有害污染物转化为对环境影响较小的氧化物, 进而排放到大气中, 从而对环境的损害程度也相应较低。
三、结语
非道路柴油机器械在很多作业中仍具备不可替代的作用, 但是对其排放的控制工作不能放松, 还有许多研究需要更加深入细致的工作。未来的发展趋势是尽可能使用其他类型内燃机替代柴油机, 开发更清洁的柴油替代能源等。
摘要：随着社会经济的发展, 我国对生态文明建设、环境保护等相关工作日益重视。柴油机作为我国主要内燃机类型, 处在节能减排的“风口浪尖之上”, 虽然我国柴油机已经由国二阶段发展到国三型, 排放量控制上有了较大的进步, 但是在日益严峻的环境形势下, 如何实现对非道路国三柴油机的进一步排放控制依然是社会关注的重点问题。
关键词：柴油机,排放控制,污染物
参考文献
[1]酒建刚, 李志丹, 杨卫平.用于非道路国三柴油机的排放控制系统, 2015.
[2]张庆, 刘志华, 陈希颖.满足非道路国三排放单缸柴油机燃油喷射系统优化.现代车用动力, 2016.
道路建设环境排放 篇7
针对沥青路面施工、养护的能耗及排放测算, 国外学者已经开展了较多的研究, 取得了一定的成果, 探索了路面建设过程评价的能耗及排放指标, 建立了原始材料的寿命周期清单 (Life Cycle Inventory, LCI) 基础数据库, 为准确测算分析评价不同技术的能耗排放奠定了基础, 同时也为推广新型节能减排材料、工艺提供了数据支撑[1]。本文通过对国内外道路专业寿命周期分析 (LCA) 软件进行调研, 重点关注软件测算指标、数据库来源、软件框架等信息, 并从中吸收借鉴先进理念和经验, 为我国道路LCA发展提供思路和参考。
1 美国道路工程能耗及排放软件
美国道路建设在二十世纪六、七十年代经历了一个快速发展时期, 建成了世界上最庞大的高速公路网络。近年来, 越来越多的研究机构和政府部门开始重视道路建设、养护过程中的资源和能耗消耗问题, 并开发了不同的能耗或排放测算软件。
1.1 工程项目排放评价软件PE-2
工程项目排放评价软件 (Project Emission Estimator, PE-2) 是由美国密西根科技大学开发的一款基于网页的温室气体排放测算软件, 主要用于测算工程温室气体排放和确定工程的碳足迹。软件测算范围包括路面建设及养护过程中的原材料生产、运输、施工过程中设备使用、养护阶段路面维修及养护产生的延误、直至路面寿命周期结束全过程。
PE-2软件数据收集自美国14个沥青及水泥路面的建设和养护工程, 材料及机械设备的排放系数主要来源于3个方面: (1) 材料排放系数, 由专业LCA软件提供, 如Sima Pro, 经济环境寿命周期评价系统 (Economic Input Output-Life Cycle Assessment, EIO-LCA) 等; (2) 机械设备排放系数, 根据设备的功率和负载系数测算排放, 其中设备功率来源于加州环境质量法案 (California Environmental Quality Act, CEQA) 部分设备还采用了美国环境保护署出版的非道路机械排放系数手册中的数据; (3) 运营阶段排放, 采用美国环境保护署的MOVES交通仿真软件 (2010a) 进行估算。
1.2 温室气体计算器GHGC
温室气体计算器 (Greenhouse Gas Calculator, GHGC) 是由美国沥青路面协会开发的针对沥青混合料生产过程温室气体排放的网页版计算软件。其架构较为简单, 根据用户输入的拌和楼、场内机械设备以及电力的消耗数量, 结合各种能源的温室气体排放系数, 在线计算各种能源的排放数据, 并利用图表形式给出计算结果, 同时根据温拌、再生混合料的比例测算可减少的温室气体排放量[2]。
该软件中的排放系数来源于气候变化注册组织 (The Climate Registry, TCR) 发布的针对北美地区的能源排放系数。需要注意的是, 该机构发布的CO2排放系数是根据燃料的C含量和质量守恒定律计算得到的。
1.3 污染物排放计算器E-CALC
污染物排放计算器 (Emissions Calculator, E-CALC) 是由亚利桑那州立大学和Vermeer公司联合开发的基于Excel的排放指标计算软件。E-CALC软件可测算的指标覆盖了常见的污染气体, 包括HC、CO2、NOx、PM10、SO2、CO等, 可计算沥青路面施工过程中原材料生产、机械设备的使用产生的排放[3]。
排放基础数据来源于美国环境保护署发布的AP-42报告, 其中, VolumeⅠ中主要涉及原材料的排放系数, VolumeⅡ中主要涉及各种机械设备的排放系数。
1.4路面环境及经济影响寿命周期分析软件Pa LATE
路面环境及经济影响寿命周期分析软件 (Pavement Life-cycle Assessment Tool for Environmental and Economic Effects, Pa LATE) 是由美国加州伯克利大学开发的基于Excel的寿命周期费用和环境评价软件。Pa LATE软件测算指标主要包括寿命周期费用、能耗、CO2、NOx、PM10、SO2、CO以及从路面沥出的其他污染物, 分析阶段主要包括了道路项目的总体设计、初始施工、设备使用、养护阶段等[4]。
材料、能源排放系数主要来源于美国环境保护署发布的专业报告。
1.5 温室气体排放计算器GASCAP
温室气体排放计算器 (GASCAP) 是由美国罗格斯大学交通研究中心联合新泽西交通部共同开发的基于Excel的温室气体排放测算软件[5]。GASCAP可测算道路寿命周期内温室气体排放, 包括CO2、CH4、N2O以及炭黑等, 同时还可测算可氧化为CO2的有机化合物和CO。
GASCAP软件基础数据来源广泛, 主要包括美国环境保护署和能源部以及研究中心的研究成果。数据包括EPA发布AP-42排放系数, 能源部开发的GREET Life-cycle Analysis模型, 加州大学开发的Pa LATE模型, NCHRP开发的用于照明排放的Green DOT模型, MOVES和NONROAD中道路和非道路机械排放数据。
1.6 美国道路工程能耗排放软件对比
本节重点调研了美国的5种能耗及排放测算软件, 各软件均有各自的特点, 主要差异见表1。
2 欧洲道路工程能耗及排放软件
欧洲国家针对道路LCA的研究始于2003年, 法国Colas道路建设集团在《道路环境的未来》报告中提出, 对道路方案的评价不仅要考虑费用, 还要考虑对环境的影响, 即能源消耗和温室气体排放, 实现了从寿命周期费用评估到寿命周期评估的转变。
2.1 ÉCOLOGICIEL
沥青路面节能减排分析软件 (ÉCOLOGICIEL) 是由法国Colas道路建设集团基于Excel的节能减排计算软件, 主要测算道路寿命周期内能耗及排放两大指标, 考虑了寿命周期内的原材料、路面建设方案 (包括材料生产、运输、施工) 、路面养护方案 (30年) 、寿命期内的交通排放以及道路附属设施等部分[1]。
软件基础数据主要来源于欧洲沥青材料报告 (Eurobitume 2011) , 雅典娜可持续材料研究院 (Athena Sustainable Materials Institute 2001) 及瑞典环境研究所 (IVL Swedish Environment Research Institute 2001) 。
2.2 as PECT
沥青路面碳排放分析工具 (asphalt Pavement Embodied Carbon Tool, as PECT) 是由英国TRL实验室开发的用于计算道路建设及养护期CO2排放当量的软件。软件包括了原材料、拌和场以及施工现场三大块内容, 10个环节, 涵盖了原材料生产、运输、混合料生产、摊铺碾压、养护以及寿命结束等阶段。
软件基础数据库中各种材料或设备使用产生的温室气体排放标准数据, 根据类型的不同, 其排放系数来源也不同, 沥青类材料参考了Eurobitume 2011的数据, 燃料类材料参考了欧洲寿命周期评价组织 (European Commission platform on LCA) 的数据。
2.3 SEVE
路面技术方案评价系统 (Assessment System for Ecological Technical Alternatives, SEVE) 是由法国道路联盟开发的用于比较不同的道路设计低碳程度的评价软件[6]。SEVE软件的测算指标主要包括能耗、温室气体排放、自然资源节约和RAP料的使用情况, 测算阶段包括原材料、原材料运输至沥青拌合场、拌合、运输至施工场地、施工等5个环节, 而道路使用阶段及寿命末期的回收利用不在软件的考虑范围内。
SEVE软件的基础数据主要来源于道路专业协会的统计数据, 部分数据来源于Ecoinvent数据库, 这些数据代表了法国及欧洲的路面施工技术水平。
2.4 Gaia.BE
寿命周期分析软件Gaia.BE是由法国Eurovia公司于2007年开发的用于比较不同养护方法对环境影响的计算软件。Gaia.BE可以计算以下6个指标:自然资源的消耗、集料的消耗、能耗、直接燃料的消耗、温室气体排放和道路运输影响。软件通过输入运输距离、运输方式、拌合方式和摊铺设备等参数, 即可调用基础数据库, 计算相应的指标值。软件基础数据来源于NF P 01-010和NF EN 14040LCA标准。
2.5 WLCO2T
费用及温室气体排放计算器 (WLCO2T) 是由英国URS Scott Wilson公司基于Excel平台开发的计算软件, 用于计算寿命周期不同阶段的费用和温室气体排放两大指标。WLCO2T基础数据主要来源于CESSM3 Carbon&Price Book:2011和ICE Publishing。软件通过输入路面方案、养护方案类型、运输距离等基本信息, 即可根据设定的费率和排放系数计算相应的费用和温室气体排放。
2.6 Dubo Calc
工程项目可持续性计算器Dubo Calc是由荷兰交通部开发的一款用于定量评价工程项目可持续性的工具软件。Dubo Calc通过输入项目建设阶段材料、机械设备的消耗量以及养护、寿命末期的能耗及拆除能耗, 测算项目的可持续性指标, 并以环境成本指标MKI值表示, MKI值越低, 说明建设方案的可持续性越好。
软件基础数据来源于其自带的基础数据库Dubo Calc Database, 该软件的基础数据库是在不断地完善和改进的, 用户在使用软件进行项目的可持续性评价时, 其数据通过网络被传递到软件的中心数据库, 经过后台程序的分析处理以及管理人员的审核, 该数据也会加入到数据库中供其他用户使用。
2.7 欧洲道路工程能耗及排放软件对比
本节重点调研了欧洲的6种能耗及排放测算软件, 各软件之间主要差异见表2。
3 其他道路能耗及排放软件
3.1 CHANGER
道路温室气体排放评价计算器 (Calculator for Harmonised Assessment and Normalisation of Greenhousegas Emissions for Road, CHANGER) 是由国际道路联盟开发的用于计算道路基础设施建设产生的温室气体排放软件。测算指标包括CO2、甲烷、氮氧化物等为温室气体排放, 并用CO2当量表示。
软件中材料、燃料的排放系数来源于国际气候变化组织 (International Panel on Climate Change, IPCC) 中的推荐值, IPCC的数据来自于188个国家和地区, 几乎涵盖了全球各地的情况。
3.2 Athena Impact Estimator
雅典娜环境影响评价系统 (Athena Impact Estimator) 是由加拿大雅典娜可持续发展材料研究院 (Athena Sustainable Materials Institute) 开发的基于寿命周期的环境评估工具软件, 为道路设计人员提供公路设计方案对环境影响评价工具, 并根据评价结果进行决策。软件综合考虑了材料生产、材料的运输、资源的循环利用、机械设备的使用以及养护期道路养护维修活动对环境的影响。
软件测算指标包括化石燃料消耗、潜在酸雨可能性、潜在的全球变暖、居民健康、臭氧层破坏的潜在趋势、雾霾可能性、水体富营养化潜在可能性等。
软件所采用的基础数据一方面来源于软件开发者的实际调查分析结果数据, 另一方面采用了美国的寿命周期分析清单数据库 (US Life Cycle Inventory Database) 中的基础数据。
4 国内道路能耗及排放软件发展
在中国, 量化的LCA评价正得到日益广泛的应用, 为实现节能减排、低碳发展、循环经济、绿色制造等政策目标提供了支持, 由亿科环境科技有限公司 (IKE) 研发的、国内首个具有自主知识产权的通用型生命周期评价软件e Balance, 提供了中国以及世界范围的高质量数据库支持。
但是, 道路能耗及排放测算软件开发还处于起步阶段, 长安大学在2012年构建了基于Excel的沥青路面节能减排评价系统E3SAP, 用于测算沥青路面整个寿命周期内的能耗及排放[7], 其中排放指标包括CO2、CH4、SO2、NOx、CO、NMVOC、PM10及PM2.5, 并将排放指标归类特征化成全球变暖、酸化效应、健康危害和颗粒物质4个影响指标, 测算过程中环境排放系数主要参考了欧美发达国家相关数据[8]。
苏交科集团股份有限公司在2013年开展了沥青路面能耗及排放测算研究, 建立了本地化的能耗及排放基础数据库, 在此基础上, 开发了路面工程能耗及排放测算软件 (P-LCA) 以及路面养护节能减排评价系统 (EEES) , 推动了道路工程寿命周期分析在中国的发展。
5 结论
通过对国内外道路工程能耗及排放测算相关软件的调研, 可以得出以下结论:
(1) 欧美发达国家针对沥青路面建设、运营及养护阶段的能源消耗和排放已经开展了大量研究, 积累了丰富的基础数据, 建立了相关资源和能源的排放数据库, 为道路LCA的研究提供了数据支撑;
(2) 不同的软件测算的指标存在差异, 道路专业的分析软件测算指标集中在能耗、温室气体排放两大指标上;
(3) 根据软件的使用目的, 其测算边界不同, 部分软件仅测算道路建设阶段能耗及排放, 对于寿命周期内的其他阶段考虑较少;
(4) 由于不同国家和地区资源分布的不平衡、建设水平的不同、能源结构的不对称, 因此, 这些软件主要特征就是其所依赖的基础数据库大多来源于本国行业的平均数据, 确保了软件测算结果能够符合本国的实际情况。
结合调研结果, 可以为我国道路工程能耗及排放测算的发展和软件开发提供以下借鉴和参考:
(1) 必须建立符合我国施工工艺特点的基础数据库, 获取原材料的生产能耗和排放系数, 使测算结果更好地符合我国实际情况;
(2) 结合我国节能减排宏观政策和需求, 确定测算评价指标体系, 以能耗和温室气体排放为主要指标, 综合考虑污染气体和资源循环利用指标, 合理选择测算分析阶段和范围;
(3) 软件开发应具有开放性, 随着道路建设水平和材料科学的发展, 可及时更新软件基础数据库内容。
摘要：随着全球性能源紧张和环境变化, 交通运输业已成为节能减排工作的重点领域之一。道路在建设、运营及养护过程中消耗了大量的能源和资源, 国外研究机构基于寿命周期评价理念, 开发了定量测算能耗及排放的软件。文章通过对国内外相关测算软件的调研分析, 吸收借鉴先进成果和经验, 为我国道路专业LCA发展提供思路和参考。
关键词：道路工程,能耗,排放,节能减排,寿命周期分析
参考文献
[1]Colas Group.The environmental road of the future-life cycle analysis[R].2003.
[2]Project Emission Estimator[EB/OL].[2015-07-15]http://www.construction.mtu.edu/cass_reports/webpage/index.html.
[3]Asphalt Pavement Embodied Carbon Tool[EB/OL].[2015-07-15]http://www.sustainabilityofhighways.org.uk/Index.aspx.
[4]Pavement Life-cycle Assessment Tool for Environmental and Economic Effects[EB/OL].[2015-07-15]http://www.ce.berkeley.edu/~horvath/palate.html.
[5]International Road Federation[EB/OL].[2015-07-15]http://www.irfnews.org.
[6]Eco comparateur/SEVE[EB/OL].[2015-07-15]http://www.usirf.com/les-actions-de-la-profession/developpement-durable/eco-comparateurseve/.
[7]杨博.沥青路面节能减排量化分析方法及评价体系研究[D].西安:长安大学, 2012.