車輛能耗和碳排放量化分析

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【摘要】瀝青路面建設產生的能耗高，排放量大，對環境影響嚴重，目前國際上常采用全壽命周期評價(LCA)來量化分析瀝青路面的環境影響。研究顯示，在瀝青路面使用階段，產生的能耗和碳排放占比最大。本文采用理論分析的方法，根據瀝青路面的路面結構預測出路面狀況指數（PCI）的衰變情況，進而對路面平整度指數的衰變情況進行合理預測。最終從理論層面計算出在瀝青路面使用階段所消耗的能量和碳排放。目前國內對于全壽命周期評價應用于瀝青路面的研究尚處于發展階段，應用前景廣泛。

【關鍵詞】路面狀況指數；瀝青路面；全壽命周期評價

1理論基礎

燃料燃燒并不止產生CO2，也并不只有CO2會加劇溫室效應，其他排放氣體也會多少對溫室效應起促進作用，因此需要對不同的氣體進行分類和特征化處理。下表為不同燃料在燃燒單位質量的情況下產生氣體的情況以及其他氣體同CO2之間的換算關系。本文主要以定額法為主要計算方法，參考楊建新關于能源清單分析的研究結果和《中國統計年鑒》[1]。關于排放CO2當量的計算方法，本文采用當前多數研究選用排放因子法[2]進行相關的計算，通過查閱相關研究[3]將能源的低位熱值和能源排放清單整理列入表1-2。

2理論分析

路面狀況指數PCI可以定量描述路面使用性能的衰減情況，也是公路管理部門在決定路面是否需要維修、方案決策時必須考慮的一個重要因素。參考張占軍的瀝青路面使用性能的雙參數（a，b）修正預測模型[4]，求出瀝青路面的PCI衰變方程，具體公式如下：式中，PCI0為初始路面狀況指數，t為使用時間（年），為路面壽命因子，為形狀因子，h為新建路面瀝青層厚度(cm)，ESAL為軸載作用次數（標準軸次/天/車道），為初始彎沉值(0.01mm)，a，b，c，d為回歸系數，對于半剛性基層瀝青路面，在標準軸載BZZ-100作用下的回歸參數值已計算。由于裂縫等路面破損的出現和發展，雨水進入面層和基層，降低了路面的強度。裂縫、坑槽、車轍等病害的出現，使得路面平整度變差。按上述方法得到PCI衰變方程后，根據王輝給出的PCI與國際平整度指數IRI的轉化關系式[4]即可預測IRI衰變情況。3.5(50)1.92lg0.211.54.5150PCIIRI−=−+×路面的不平整程度很大程度上會影響汽車駕駛人員對于車速的選擇，通常在平坦的路面上駕駛員會選擇較快的行駛速度。得到IRI衰變曲線后，參考張金喜給出的IRI與車速V的關系式可求得滿足舒適度前提下的車輛最大車速[5]，具體關系式如下：V=116.555−22.631lnIRI得到不同車型車速后，參考周育峰的關于汽車油耗的研究，可求得每年由于PCI和IRI衰變導致的汽車油耗變化，百公里油耗Fc與速度V的具體關系。通過以上分析可以發現，瀝青路面使用時間t、路面狀況指數PCI、國際平整度指數IRI、車輛行駛速度V與百公里油耗Fc存在一定的量化關系，即：PCI=f(t)，IRI=f(PCI)，V=f(IRI)，Fc=f(V)利用參數傳遞法，得到在一定時間段內，由于路面狀況IRI變化，導致車速變化，從而引起的不同車型百公里油耗Fci的變化。根據該時間段內的不同車型車輛數Nei，即可得到一段時間內基于路面狀況的IRI-車速-交通-能耗與排放模型：()61iiiFcNeFc==∑×運用上述方法，以淮固高速為例，假設大客車初始年平均日交通量N1為1000輛/天，交通量增長率為γ=5%，則在使用階段車輛能耗為1.35×109MJ/km。

參考文獻

[1]中華人民共和國統計局.中國統計年鑒[M].北京:中國統計出版社,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的高速公路能耗與碳排放計算方法研究及應用[D].廣州:華南理工大學,2011.

[4]王輝,孔永健.對瀝青路面破損狀況極限值的研究[J].公路工程,2006,31(6):90-92.

[5]王峰,張金喜,蘇蕊葳.基于舒適性考慮的波浪形減速路面設計方法研究[J].福州大學學報,2012,40(5):651-656.

作者:樊一凡 黃海林 單位:重慶交通大學土木工程學院