Розрахунок рівней викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами автомобільних двигунів та рівней екокомпенсацій

РОЗРАХУНОК РІВНЕЙ ВИКИДІВ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН З ВІДПРАЦЬОВАНИМИ ГАЗАМИ АВТОМОБІЛЬНИХ ДВИГУНІВ ТА РІВНЕЙ ЕКОКОМПЕНСАЦІЙ

1. Методика розрахунку рівней викидів ШР з ВГ автомобільних двигунів для міського автомобільного парку

В більшості випадків для кількісної оцінки шкідливих речовин, які викидаються автомобілями з ВГ, користуються експериментальними даними по рівнях питомих пробігових викидів середнім автомобілем з кожної окремої групи автомобілей: легкові, вантажні, автобуси з різноманітними типами ДВЗ (бензиновими, дизельними, на зрідженому газі та ін.).

Розрахунок за пробіговим викидом середнього автомобіля дозволяє визначити "умовний викид" ШР в атмосферу. Для визначення більш реальних значень викидів ШР необхідне коректування значень пробігових викидів в залежності від різних природно- кліматичних умов, умов руху та технічного стану автомобілей. В результаті для автомобільного парку міста (регіону) маса викинутої за розрахунковий період шкідливої речовини (М_і) (при наявності груп автомобілей з різними ДВЗ) може визначатися за наступною залежністю

, (1)

де  - кількість груп автомобілей;

 - кількість автомобілей у j-тій групі з двигуном k-того типу в розрахунковому періоді, тис.шт.;

 - середній пробіг автомобіля j-тої групи з двигуном k-того типу за розрахунковий період, тис.км;

- пробіговий викид і-ї ШР автомобілем j-ї групи з двигуном k-го типу за розрахунковий період, г/км;

-добуток коефіціентів впливу n факторів на викид і-ї ШР автомобілем j-тої групи з двигуном k-того типу у регіоні (місті).

Звичайно враховуються наступні фактори впливу:

-      середній вік парку, рівень технічного стану автомобілей та двигунів;

-      природно-кліматичні умови експлуатації автомобілей (температура, тиск, вологість навколишнього повітря) у регіоні;

-      відміна фактичних режимів руху автомобілей від того, який використовується, при випробуванні для визначення пробігового викиду і-ї ШР з ВГ автомобіля j-ї групи з двигуном k-го типу.

Розрахунок для окремих територій (держава, область, місто, населений пункт) проводиться для парку автомобілей, які зареєстровані в даному регіоні на розрахунковий період. Факторні коефіціенти (R_ijkn) можуть визначатися, наприклад, з використанням різних даних. На рисунку 1 представлені дані по зміненню питомих пробігових рівней викидів ШР від року випуску автомобілей.

При використанні, наприклад на легкових автомобілях, систем з окислювальною каталітичною нейтралізацією ВГ пробігові викиди CO та CH знижуються відповідно в середньому у 6 та 2,5 разів. При використанні систем з окислювально-відновною (біфункціональною) каталітичною нейтралізацією ВГ питомі пробігові викиди CO, CH та NO₂ знижуються відповідно у 2 та 10, 30 разів.

Треба відзначити, що для більш глибокого урахування та розуміння ступеня забруднення атмосферного повітря автотранспортом та особливо автомобілями з дизельними двигунами необхідно також знати пробігові викиди з ВГ автомобілей: оксидів сірки (SO₂), сажових часток (Сж), канцерогенних вуглеводнів, в якості індикатора яких прийнятий бенз(а)пірен (БП), і альдегідів (RCHO). У відповідності до приведених даних раніше, наприклад, питомі пробігові рівні викидів БП з ВГ легкових автомобілей типу ГАЗ-31-029 з бензиновими двигунами складають 8,87*10^-6 г/км. З використанням на вказаних автомобілях систем окислювальної чи біфункціональної каталітичної нейтралізації ВГ забезпечується зниження пробігового викиду БП приблизно до 0,5*10^-6 г/км, тобто майже в 20 разів. Використанння на автомобілях систем каталітичної нейтралізації ВГ забезпечить також суттєве зниження питомих пробігових рівней викидів альдегідів та сажових часток. Однак, як відмічалося раніше, для надійної роботи нейтралізаторів необхідне використання в автомобілях неетильованих бензинів з гранично низьким вмістом сірки.

На рисунку 2 приведені дані по фактичним коефіціентам функціонально пов`язаних із середнім віком автомобілей (τ, роки) та їх технічним станом (ТС).

В основу побудування графіка змінення R_тс прийнято передумову, що рівень технічного стану, який впливає на рівні викидів ШР, які розглядаються, представляє собою міру охоплення експлуатуємих автомобілей контролем на токсичність. У відповідності до цього за нульовий рівень прийнятий такий стан, коли всі автомобілі перед виїздом проходять контроль на токсичність та автомобілі з перевищенням норм не випускатимуться для подальшої експлуатації. За одиницю прийняте таке положення, коли контрольна перевірка токсичності в експлуатації повністю відсутня. За рівень, рівний 0,5, принімають положення, коли всі автомобілі при ТО-2 проходять контроль на токсичність.

Одну з методик розрахунку викидів шкідливих речовин у атмосферу автомобільним транспортом розроблено Міністерством статистики України та підтверджено Міністерством охорони навколишнього середовища України в 1992 році. В основу методики полягає середній питомий викид ШР по автомобілям окремих груп з різними типами ДВЗ та врахунком виду палива, яке використовується:

-      вантажні та спеціальні вантажні з бензиновими двигунами, а також ті, що працюють на зрідженому газі;

-      вантажні і спеціальні вантажні дизельні;

-      вантажні газобалонні, що працюють на стисненому природному газі;

-      автобуси з бензиновими ДВЗ, а також ті, що працюють на зрідженому нафтовому газі;

-      автобуси дизельні;

-      легкові службові та спеціальні;

-      легкові індивідуального користування.

В загальному переліку ШР враховуються тільки три інгредієнти: оксид вуглецю (СО), неспалені (неканцерогенні) вуглеводні СН та оксиди азоту (NO_x). Для кожної групи автомобілей маса викиду конкретної ШР визначається за формулою

, (2)

де  - маса викиду і-ї ШР за звітовий період, г;

 - питомий викид і-ї ШР автомобілем даної групи з конкретним двигуном, г/км (табл. 1);

, (3)

де  - коефіціент впливу середнього віку парку автомобілей ;

 - коефіціент впливу рівня технічного стану ав томобілей (табл. 1.2);

 - пробіг автомобілей цієї групи з конкретним двигуном за розрахунковий період, км.

Таблиця 1 - Показники питомого викиду ШР автомобілями з конкретними двигунами.

	Група автомобілей	mi, г/км
		CO	CH	NOx
1	Вантажні та спеціальні вантажні з бензиновими двигунами, а також ті, що працюють на зрідженому газі	49,6	10,7	6,3
2	Вантажні і спеціальні вантажні дизельні	10,5	6,2	6,4
3	Вантажні газобалонні, що працюють на стисненому природному газі	22,3	7,9	6,0
4	Автобуси з бензиновими ДВЗ, а також ті, що працюють на зрідженому нафтовому газі;	45,6	8,5	6,2
5	Автобуси дизельні	10,8	6,2	6,4
6	Легкові службові та спеціальні	14,9	1,3	1,8
7	Легкові індивідуального користування	14,1	1,2	1,7

Таблиця 2 - Показники впливу рівня технічного стану автомобілей.

	Група автомобілей	Пk
		CO	CH	NOx
1	Вантажні та спеціальні вантажні з бензиновими двигунами, а також ті, що працюють на зрідженому газі	1,933	1,838	0,87
2	Вантажні і спеціальні вантажні дизельні	1,933	1,666	0,9
3	Вантажні газобалонні, що працюють на стисненому природному газі	1,631	1,443	0,87
4	Вантажні газобалонні, що працюють на стисненому природному газі	1,933	1,638	0,87
5	Автобуси дизельні	1,918	1,638	0,9
6	Легкові службові та спеціальні	1,711	1,596	0,9
7	Легкові службові та спеціальні	1,711	1,596	0,9

Дані по пробігу автомобілей всіх груп, крім автомобілей легкових індивідуального користування, вміщуються в статистичній звітності форми № 1-Тр (Шос) "Отчёт о автотранспорте". Розрахунок пробігу легковими автомобілями індивідуального користування, в тому числі автомобілей, що належать кооперативам та малим підприємствам, виробляється на підставі паспортних даних про витрати палива на 100 км пробігу та даних про річне споживання палива вказаними автомобілями із статистичної звітності за формою № 1-ПС (Нефть) "Отчёт о поставке продукции".

Таблиця 3 - Показники розрахунків рівней викидів ШР автотранспортом України.

Номери груп автомобілей (табл. 1)	Річний пробіг груп автомобілей, млн.км/рік	Рівні викидів ШР, т/рік
		CO	CH	NOx
1	472,4	57316,7	10544,3	2391,1
2	70,6	2539,9	940,3	476,5
3	180,6	8465,5	2104,0	1013,2
4	253,0	27992,5	4517,6	1376,3
5	22,0	754,4	285,7	148,5
6	315,0	9979,2	913,8	595,4
7	270,3	8095,1	735,0	486,5
сума за рік	1583,9	115143,3	20040,7	6487,5

Якщо є дані по випробуванням, наприклад, легкового автомобіля на стенді з біговими барабанами за Європейським їздовим циклом у відповідності до ОСТу 37.001.054- 86, то розрахунок річного рівня викидів і-ї ШР автомобілем j-ї групи може проводитись за наступними залежностями

, кг/рік (4)

чи

, кг/рік (5)

де - питомі викиди і-ї ШР відповідно на 1 км пробігу, г/км чи на 1/кг витраченого палива (бензину), г/кг;

 - відповідно середньостатичний річний пробіг автомобіля j-ї групи, тис. км та сереньостатичні витрати палива, т;

 - коефіціент, який враховує технічний стан автомобіля та двигуна (табл. 4).

Таблиця 4 - Залежність річного рівня викидів ШР від сроку експлуатації автомобіля.

Срок експлуатації автомобіля	КТС
	CO	CH	NO2	БП
до 2-х років	1	1	1	1
від 2 до 5 років	1,3	1,2	0,95	1,3
від 5 до 10 років	1,5	1,4	0,93	1,7
більше 10 років	1,7	1,6	0,9	2,0

Нижче приводиться розрахунок річного рівня викидів СО, СН, NO₂ та БП з ВГ легкового автомобіля з транспортного господарства АТ "ХарП" типу ГАЗ-31 із сроком експлуатації від 5 до 10 років (середньорічний пробіг вказаного автомобіля в Харкові відповідає 120 тис.км, річні витрати бензину АИ-93 - 12 т). Пробіг автомобіля за випробування за Європейським їздовим циклом відповідає 4,06 км їзди в умовах великого міста, а витрати бензину АИ-93 складають 0,41 кг.

Результати досліджень легкового автомобіля типу ГАЗ-31 з карбюраторним та дизельним двигунами однакової потужності представлені відповідно в таблицях 5 та

Таблиця 5 - Дані за результатами досліджень автомобіля ГАЗ-31 з карбюратоним двигуном.

Параметри	Шкідливі речовини (карбюраторний двигун)
	CO	CH	NO2	БП
mil, г/км	4,9	2,3	2,2	6,3*10-6
mig, г/кг	48,8	22,4	21,3	62,2*10-6
Mi, кг/рік

Примітка. В чисельнику приведені дані по М_і, які розраховуються через m_il, а в знаменнику - через m_ig.

Таблиця 6 - Дані за результатами досліджень автомобіля ГАЗ-31 з дизельним двигуном.

Пара-метри	Шкідливі речовини (дизельний двигун)
	CO	CH	SO2	NO2	Сж	БП
mil, г/км	1,67	0,28	2,2	1,2	0,25	32*10-6
Mi, кг/рік	301	47	264	134	51	6,5*10-6

Треба відмітити, що показник m_il для вантажних автомобілей та автобусів з бензиновими двигунами вище від представлених в таблиці 5 (в середньому):

за CO - в 3 рази, за CH - в 4 рази, за NO_X- в 3,5 рази, за БП - у 5 разів. Для вантажних автомобілей та автобусів з дизельними двигунами вказаний показник вище від представлених в таблиці 6 відповідно: за CH - в 3 рази, за NO_X - в 3,5 рази, за БП - на порядок (з урахуванням осаджування канцерогенних вуглеводнів на сажових частках).

Розрахунок річного викиду вказаних ШР всієї експлуатуємої в місті групи автомобілей розглядаємого типу може вироблятися за формулою

 т/рік , (6)

де  - кількість автомобілей j-ї групи, тис.од.;

 - коефіціент, що враховує частку автомобілей, які знаходяться в експлуатації.

Для всього автомобільного парку міста, яке розглядається, маса викинутого за розрахунковий період τ шкідливої і-ї речовини може визначатися за наступними залежностями

 т (7)

або

 т, (8)

де  - кількість груп автомобілей;

- кількість автомобілей j-тої групи з двигуном k-того типу в розрахунковому періоді, тис.од;

- коефіціент, який враховує часткову участь автомобілей даної групи в експлуатації;

- питомі викиди і-ї ШР автомобілем j-ї групи з двигуном k-того типу, відповідно в г/км прбігу та г/кг витраченого палива;

- відповідно середній пробіг та усереднені витрати палива автомобілем j-ї групи з двигуном k-того типу за розрахунковий період відповідно в тис. км та т;

 -коефіціент, який враховує технічний стан автомобілей j-ї групи з двигуном k-го типу в розрахунковий період.

Можливе також урахування факторних коефіціентів, яке пов`язане з атмосферними умовами експлуатації автомобілей.

В роботі розглядається приведена маса річного викиду забруднення в атмосферу з джерела, якавизначається за формулою

 (9)

де - число відповідно газоподібних та аерозольних шкідливих складових, наприклад, які викидаються з ВГ автомобіля;

- маса річного викиду домішок відповідно і-го та j-го виду в атмосферу, т/рік;

- поправки, які враховують характер розсіювання відповідно газоподібних домішок та аерозолей (сажові частки, БП, важкі метали) в атмосфері:для автотранспортних засобів

- показники відносної агресивності домішок відповідно і-го та j-го типу, ум.т/т.

, (10)

, (11)

де - показники відносної шкідливості присутності відповідно газоподібної домішки та аерозолей у повітрі, яким дихає людина;

- поправки, які враховують вирогідність накопичення вихідної відповідно газоподібної домішки та аерозолів у компонентах навколишнього середовища та у ланцюгах живлення, а також надходження газоподібних домішок та аерозолів у організм людини неінгаляційним шляхом;

- поправки на вирогідність утворення за участю вихідних відповідно газоподібних домішок та аерозолів, які викидаються в атмосферу, інших (другорядних) забруднювачів, більш шкідливих, ніж вихідні;

- поправки, які враховують дію на різні реципієнти, окрім людини.

Показники а_і та а_j, поправки α_i, α_j, β_i, β_j, δ_i, δ_j- безрозмірні.

Показникам А_і та А_j при їх обчисленні привласнюється розмірність ум.т/т. Чисельне значення показників а_і та а_j визначається за формулою

 (12)

де - середньодобові гранично допустимі концентрації відповідно газоподібних ШР та аерозолей в атмосферному повітрі;

- гранично допустимі концентрації відповідно газоподібних ШР та аерозолей у повітрі робочої зони;

=3 мг/м³, =20 мг/м³.