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车辆能耗和碳排放量化分析

【摘要】沥青路面建设产生的能耗高,排放量大,对环境影响严重,目前国际上常采用全寿命周期评价(LCA)来量化分析沥青路面的环境影响。研究显示,在沥青路面使用阶段,产生的能耗和碳排放占比最大。本文采用理论分析的方法,根据沥青路面的路面结构预测出路面状况指数(PCI)的衰变情况,进而对路面平整度指数的衰变情况进行合理预测。最终从理论层面计算出在沥青路面使用阶段所消耗的能量和碳排放。目前国内对于全寿命周期评价应用于沥青路面的研究尚处于发展阶段,应用前景广泛。

【关键词】路面状况指数;沥青路面;全寿命周期评价

1理论基础

燃料燃烧并不止产生CO2,也并不只有CO2会加剧温室效应,其他排放气体也会多少对温室效应起促进作用,因此需要对不同的气体进行分类和特征化处理。下表为不同燃料在燃烧单位质量的情况下产生气体的情况以及其他气体同CO2之间的换算关系。本文主要以定额法为主要计算方法,参考杨建新关于能源清单分析的研究结果和《中国统计年鉴》[1]。关于排放CO2当量的计算方法,本文采用当前多数研究选用排放因子法[2]进行相关的计算,通过查阅相关研究[3]将能源的低位热值和能源排放清单整理列入表1-2。

2理论分析

路面状况指数PCI可以定量描述路面使用性能的衰减情况,也是公路管理部门在决定路面是否需要维修、方案决策时必须考虑的一个重要因素。参考张占军的沥青路面使用性能的双参数(a,b)修正预测模型[4],求出沥青路面的PCI衰变方程,具体公式如下:式中,PCI0为初始路面状况指数,t为使用时间(年),为路面寿命因子,为形状因子,h为新建路面沥青层厚度(cm),ESAL为轴载作用次数(标准轴次/天/车道),为初始弯沉值(0.01mm),a,b,c,d为回归系数,对于半刚性基层沥青路面,在标准轴载BZZ-100作用下的回归参数值已计算。由于裂缝等路面破损的出现和发展,雨水进入面层和基层,降低了路面的强度。裂缝、坑槽、车辙等病害的出现,使得路面平整度变差。按上述方法得到PCI衰变方程后,根据王辉给出的PCI与国际平整度指数IRI的转化关系式[4]即可预测IRI衰变情况。3.5(50)1.92lg0.211.54.5150PCIIRI−=−+×路面的不平整程度很大程度上会影响汽车驾驶人员对于车速的选择,通常在平坦的路面上驾驶员会选择较快的行驶速度。得到IRI衰变曲线后,参考张金喜给出的IRI与车速V的关系式可求得满足舒适度前提下的车辆最大车速[5],具体关系式如下:V=116.555−22.631lnIRI得到不同车型车速后,参考周育峰的关于汽车油耗的研究,可求得每年由于PCI和IRI衰变导致的汽车油耗变化,百公里油耗Fc与速度V的具体关系。通过以上分析可以发现,沥青路面使用时间t、路面状况指数PCI、国际平整度指数IRI、车辆行驶速度V与百公里油耗Fc存在一定的量化关系,即:PCI=f(t),IRI=f(PCI),V=f(IRI),Fc=f(V)利用参数传递法,得到在一定时间段内,由于路面状况IRI变化,导致车速变化,从而引起的不同车型百公里油耗Fci的变化。根据该时间段内的不同车型车辆数Nei,即可得到一段时间内基于路面状况的IRI-车速-交通-能耗与排放模型:()61iiiFcNeFc==∑×运用上述方法,以淮固高速为例,假设大客车初始年平均日交通量N1为1000辆/天,交通量增长率为γ=5%,则在使用阶段车辆能耗为1.35×109MJ/km。

参考文献

[1]中华人民共和国统计局.中国统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2011.115-116.

[2]National…Greenhouse…Gas…Inventories…Programme.2006…IPCC…Guidelines…for…National…Green-house……Gas…Inventories[M].Hayama,Kanagawa:IGES,Japan,2006.

[3]潘美萍.基于LCA的高速公路能耗与碳排放计算方法研究及应用[D].广州:华南理工大学,2011.

[4]王辉,孔永健.对沥青路面破损状况极限值的研究[J].公路工程,2006,31(6):90-92.

[5]王峰,张金喜,苏蕊葳.基于舒适性考虑的波浪形减速路面设计方法研究[J].福州大学学报,2012,40(5):651-656.

作者:樊一凡 黄海林 单位:重庆交通大学土木工程学院

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