隧道內(nèi)機(jī)動(dòng)車排放污染含量

題目摘要：本文首先在歸納總結(jié)現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車尾氣評價(jià)模型的基礎(chǔ)上，考慮機(jī)動(dòng)車保有量、排放標(biāo)準(zhǔn)、車輛排量、排放因子和交通運(yùn)行情況等因素，結(jié)合居民出行得到城市范圍內(nèi)機(jī)動(dòng)車污染物排放模型。其次，通過介紹隧道測試試驗(yàn)，推導(dǎo)排放模型中的排放因子表達(dá)式。最后，分析介紹機(jī)動(dòng)車排放污染與隧道通風(fēng)的關(guān)系，并利用實(shí)測數(shù)據(jù)，對隧道內(nèi)機(jī)動(dòng)車排放污染含量進(jìn)行建模計(jì)算。關(guān)鍵詞：機(jī)動(dòng)車污染尾氣排放因子隧道通風(fēng)Title(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)Abstract:Itfirstlydevelopedavehiclepollutantemissionmodelconsideringvariousfactorscombinedwithresidenttripincludingvehiclepossession,emissionstandard,displacement,emissionfactorsandtrafficconditionbasedonasummaryofexistingvehicleemissionevaluationmodels.Thentheexpressionofemissionfactorsinthemodelwasderivedfromtunneltests.Finally,therelationshipbetweenvehiclepollutantemissionandtunnelventilationwasanalyzedandthevehiclepollutantemissionlevelinthetunnelwascalculatedbythesimplemodeldeducedfromfiledmeasurementandtheventilationtheoryofvehiculartunnel.Keywords:vehiclepollution,emission,emissionfactors,tunnelventilation0引言機(jī)動(dòng)車排放污染己成為城市大氣污染的重要來源，而機(jī)動(dòng)車保有量高速增長和出行比例的不斷提高造成的城市交通擁堵又加劇了機(jī)動(dòng)車排放的污染程度，合理的交通出行結(jié)構(gòu)也可以促進(jìn)交通環(huán)境改善。目前，即使在機(jī)動(dòng)車排放控制嚴(yán)格、技術(shù)先進(jìn)的發(fā)達(dá)國家也是如此（黃成，2005）。例如，美國主要大氣污染物排放量中，84%的一氧化碳（CO）和42%的氮氧化物（NOx）來源于機(jī)動(dòng)車排放；歐洲76%CO和36%NOx來源于機(jī)動(dòng)車排放（Bruce，1997）。國內(nèi)調(diào)查顯示，1997年北京市67%CO、41%NOx來源于機(jī)動(dòng)車排放；上海市61.8%CO、20.9%NOx來源于機(jī)動(dòng)車排放（訾琨等，2005）；2000年北京市CO和NOx的比例分別上升到83%和43%（王京偉，2005），接近國外20世紀(jì)60、70年代的水平。2001年北京市三環(huán)路內(nèi)、三環(huán)至四環(huán)路間及四環(huán)路外，二氧化氮日均值超標(biāo)率分別為43.9%、41.0%和35.0%；一氧化碳日均值超標(biāo)率分別為38.9%、17.0%和10.0%。同時(shí)，最重要的人為溫室氣體CO2最大的增幅來源之一也是交通運(yùn)輸業(yè)（IPCC，2007），國際能署（IEA）二氧化碳排放報(bào)告指出，交通部門排放的CO2占全球總排放量的23%，中國交通業(yè)排放的CO2在2000—2005年之間增長了52%，2005交通部門排放占CO2總排放的6.6%，而道路交通排放占總交通排放的67.1%。由此，本文在歸納總結(jié)現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車尾氣評價(jià)模型的基礎(chǔ)上，考慮機(jī)動(dòng)車保有量、排放標(biāo)準(zhǔn)、車輛排量類型、排放因子和交通運(yùn)行情況等因素，結(jié)合居民出行得到城市區(qū)域內(nèi)機(jī)動(dòng)車主要污染物排放模型。最后，通過描述利用隧道測試試驗(yàn)，推導(dǎo)模型中車輛排放因子的參數(shù)

標(biāo)定式并得出結(jié)論。1排放評價(jià)的分類及定義中觀參數(shù)（如:主組諫度）nI|I|微觀參數(shù)（如：車輛實(shí)時(shí)行駛參數(shù)） M1中觀參數(shù)（如:主組諫度）nI|I|微觀參數(shù)（如：車輛實(shí)時(shí)行駛參數(shù)） M1I宏觀參數(shù)（如：平均諫度）接口圖1尾氣模型與交通模型結(jié)合結(jié)構(gòu)圖1.1宏觀尾氣評價(jià)宏觀尾氣評價(jià)的基礎(chǔ)是基于平均速度的排放因子，使用集計(jì)的分析方法得到廣域內(nèi)的排放狀況。根據(jù)排放因子和車輛行駛參數(shù)可得排放總量。宏觀評價(jià)有兩個(gè)基本組成部分：宏觀排放清單和宏觀排放因子。宏觀排放清單通過輸入車輛行駛參數(shù)、車組特性（車輛自身屬性和車組分布特征）、氣象情況、燃料排放的特性等，建立廣域內(nèi)各污染物的排放清單。宏觀排放因子的計(jì)算使用集計(jì)的方法評估按污染物、車型等分類的排放因子，并為排放總量的計(jì)算提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。典型的宏觀模型包括MOBILE、EMFAC、CORPERT等R］。1.2中觀尾氣評價(jià)中觀尾氣評價(jià)是指狹域內(nèi)的尾氣排放分析，空間單位來自標(biāo)準(zhǔn)交通需求模型中的車道、交通分析區(qū)（交通設(shè)施具有代表性的小區(qū)）參數(shù)。中觀評價(jià)不排除使用宏觀模型進(jìn)行必要車道、交通分析區(qū)排放分析。此外，中觀分析需要考慮車輛具體行駛工況的排放量，分析基于普查信息（某區(qū)域里的人口、郵政編碼等信息）、城市土地使用布局、狹域車輛行駛特征和車組時(shí)空變化特征。典型的中觀尾氣排放模型包括MEASURE.INTEGRATION等⑶。1.3微觀尾氣評價(jià)微觀尾氣評價(jià)是對特定交通走廊或交叉口的排放分析。微觀模型的特點(diǎn)是能夠評價(jià)以秒為單位的瞬間尾氣排放量。微觀尾氣評價(jià)需要輸人每一車輛的瞬間行駛工況參數(shù)，如瞬時(shí)的行駛速度及加速度等。典型的微觀尾氣模型有CMEM、ONROAD等囹。微觀尾氣評價(jià)與中觀尾氣評價(jià)的主要區(qū)別在于，微觀評價(jià)分析的對象是一個(gè)特定走廊或交叉口，中觀則分析這些具體特征點(diǎn)組成的空間、時(shí)間上范圍內(nèi)的尾氣排放量。2機(jī)動(dòng)車排放模型2.1模型影響因素分析城市范圍內(nèi)某一時(shí)段的機(jī)動(dòng)車的類型、組成、總量、出行距離、道路擁堵狀態(tài)各不相同，其機(jī)動(dòng)車尾氣排放總量也因此不同。本文考慮機(jī)動(dòng)車保有量、排放標(biāo)準(zhǔn)、車輛排量類型、排放因子和交通運(yùn)行情況等，通過描述不同排放標(biāo)準(zhǔn)下的各類車輛的污染物的單位排放量，再通過出行距離、頻次和時(shí)間等因素得到CO、CO2、NOx、PM1O等主要污染物的總排放量。2.2機(jī)動(dòng)車排放污染計(jì)算機(jī)動(dòng)車排放污染物主要為一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOx）和可吸入顆粒物（PM1O），因此，本研究選擇以上幾項(xiàng)作為排放污染物的評價(jià)指標(biāo)。根據(jù)交通運(yùn)行情況，通過道路交通的平均速度估算汽車污染物排放。EQ=彥EFPTD，i=1,…，n；j=1,…，m （1）kj kjijiii=1j=1式中：EQkj是第j類機(jī)動(dòng)車排放k類污染物的總排放量，單位是克；機(jī)動(dòng)車按照車輛發(fā)動(dòng)機(jī)功率和符合的歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)分類；EF.. ? kj是第j類機(jī)動(dòng)車的排放k類污染物的排放因子，單位是克/公里；P_r, j是第j類機(jī)動(dòng)車在車輛屬地區(qū)域i的保有量；TT是區(qū)域i的平均出行率，單位是次/天；Di是區(qū)域i的平均出行距離，單位是公里?？茖W(xué)準(zhǔn)確地標(biāo)定排放模型中的參數(shù)是進(jìn)行機(jī)動(dòng)車排放控制及評價(jià)的重要依據(jù)，而獲取準(zhǔn)確的機(jī)動(dòng)車排放因子是其關(guān)鍵⑸,利用機(jī)動(dòng)車臺架試驗(yàn)進(jìn)行排放測試，可以獲得單臺車排放因子但是建立排放清單更需要各種車型的綜合排放因子⑹。通過Mobile、MVEI、COPERT等排放因子模型可以估算機(jī)動(dòng)車的綜合排放因子，但利用隧道試驗(yàn)、遙感技術(shù)和OBD技術(shù)等方法能夠測試綜合排放因子［刀。許多研究表明，應(yīng)選取盡可能長、平坦且直、單向通車、具可控式射流式風(fēng)機(jī)、通風(fēng)口少、交通流量大、有代表性機(jī)動(dòng)車組成、各車型所占比例及車速變化幅度大的隧道進(jìn)行試驗(yàn)圓。城市隧道包括地面隧道、水下隧道和公路高架隧道3種，通常地面隧道和水下隧道適合測試機(jī)動(dòng)車排放因子［列。2.3.1質(zhì)量平衡為計(jì)算機(jī)動(dòng)車的排放因子，首先對擬選取事例時(shí)段進(jìn)出隧道的污染物進(jìn)行質(zhì)量衡算。質(zhì)量平衡原理是將隧道看成一個(gè)理想的圓柱狀活塞，在一定時(shí)間內(nèi)活塞進(jìn)出口的污染物濃度差與通風(fēng)量的乘積等于通過隧道的機(jī)動(dòng)車污染物的總排放質(zhì)量［1。］。其計(jì)算公式如下：(2)M=￡（cxV）—￡（cxV）(2)outouti ininji j式中，M為隧道運(yùn)行事例中所有機(jī)動(dòng)車污染物的總排放質(zhì)量（g）；c為i隧道出口污染物itio的濃度（g/m3）；j為j隧道進(jìn)口污染物的濃度（g/m3）；V為i隧道出口通風(fēng)量（m3）；V為j隧道進(jìn)口通風(fēng)量（m3）。n2.3.2平均排放因子計(jì)算方法由質(zhì)量平衡計(jì)算得到某選取事例中隧道機(jī)動(dòng)車排放的污染物總質(zhì)量M后，可以通過下面公式簡單計(jì)算得到事例中所有機(jī)動(dòng)車組成的車組的平均排放因子。(3)E=_M_(3)NxL式中，E為分析事例中機(jī)動(dòng)車車組的平均排放因子［g/（km-輛）］；N為分析事例中通過隧道的機(jī)動(dòng)車總數(shù)量（輛）；L為隧道內(nèi)進(jìn)出口兩采樣檢測點(diǎn)之間的實(shí)際長度（km）。平均排放因子反映不同采樣時(shí)間內(nèi)經(jīng)過隧道的所有機(jī)動(dòng)車的污染物排放水平，它可以基本代表某種平均機(jī)動(dòng)車行駛速度、機(jī)動(dòng)車類型組合、車齡分布和行駛里程分布情況下的綜合排放因子。如果選取的隧道內(nèi)行駛的機(jī)動(dòng)車反映了本地區(qū)和城市的機(jī)動(dòng)車和交通的實(shí)際狀況，那么計(jì)算得到的平均排放因子也能夠代表該地區(qū)的機(jī)動(dòng)車排放因子。2.3.3應(yīng)用多元回歸分析法計(jì)算各類車的綜合排放因子將試驗(yàn)按每小時(shí)監(jiān)測時(shí)段作為1個(gè)事例分析，由于各事例的隧道平均排放因子和各類機(jī)動(dòng)車所占百分比并不相同，而各類機(jī)動(dòng)車綜合排放因子為相對穩(wěn)定值，因此可以應(yīng)用多元回歸分析方法得到各類機(jī)動(dòng)車的綜合排放因子，如果知道各種機(jī)動(dòng)車的車齡和行駛里程等數(shù)據(jù)，那么還可以計(jì)算出各類機(jī)動(dòng)車不同車齡和行駛里程的排放因子。本文根據(jù)隧道實(shí)測結(jié)果和廣州市機(jī)動(dòng)車實(shí)際情況，將機(jī)動(dòng)車分為小客車、出租車、小貨車、大客車、大貨車、公交車、重型車和摩托車8大類，進(jìn)行下述多元回歸分析，多元回歸的方程如下：E=UFracxm+b （4）i式中，Ej為事例j的隧道平均排放因子［g/（km-輛）］；mi為事例中隧道內(nèi)i類機(jī)動(dòng)車所占百分比（%）；F,為第i類機(jī)動(dòng)車的綜合排放因子［g/（km?輛）］；b為多元回歸方程的常數(shù)項(xiàng)。解此方程即可求解出第i類機(jī)動(dòng)車的綜合排放因子即方程的回歸系數(shù)Fraci，同時(shí)還可以得到回歸方程常數(shù)項(xiàng)b。據(jù)分析可知，常數(shù)項(xiàng)b一般不為。，因?yàn)棰偎淼涝囼?yàn)測試會(huì)受到許多因素的干擾，影響隧道內(nèi)污染物質(zhì)量平衡的計(jì)算；②盡管從整體來說，各類機(jī)動(dòng)車具有穩(wěn)定的綜合排放因子，但是車群組成對它也會(huì)有影響，導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車綜合排放因子并不為唯一的恒值。另外，判定系數(shù)r2是反映回歸分析結(jié)果與變量間關(guān)系程度的標(biāo)志，它跟殘差平方和與總平方和的比值成反比例。每一點(diǎn)的y值的估計(jì)值和實(shí)際值的平方差之和稱為殘差平方和，而y的實(shí)際值和平均值的平方差之和稱為總平方和。因此一般多元回歸分析要求給出r2值。3機(jī)動(dòng)車排放與隧道通風(fēng)公路隧道中，如果通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行不符合要求，會(huì)導(dǎo)致汽車內(nèi)燃機(jī)釋放的CO和NOX不斷積累，最終達(dá)到有害水平。香港一共有11個(gè)隧道，平均每個(gè)隧道每天通車量超過65000輛。為了對隧道污染水平有一個(gè)初步了解，并確定通風(fēng)設(shè)施的提高空間，對香港11個(gè)隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行了一系列研究。本文給出了每個(gè)隧道所測得的CO濃度，測量結(jié)果表明CO和NOX對通風(fēng)速度的需求指標(biāo)是不同的，隧道管理過程中應(yīng)該明確哪個(gè)指標(biāo)更重要。由于隧道內(nèi)部通風(fēng)條件較差，車輛產(chǎn)生的熱氣無法釋放出去，隧道內(nèi)外的溫差可以用于表示空氣質(zhì)量，因此本文采用隧道內(nèi)外溫差評價(jià)空氣質(zhì)量。本文依據(jù)壓力平衡建立了一個(gè)計(jì)算CO含量的簡易模型，并利用該模型來驗(yàn)證測量值；根據(jù)當(dāng)?shù)卣h(huán)境保護(hù)署的推薦方程計(jì)算NOx含量，計(jì)算結(jié)果會(huì)與國際推薦標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比。3.1選擇待測排放污染物大部分轎車使用的都是以汽油為燃料的火花點(diǎn)火引擎，而卡車和公交車則一般使用以柴油為燃料的壓縮點(diǎn)燃引擎（柴油機(jī)），不過有些私人小汽車仍然使用柴油機(jī)，但是再生產(chǎn)的小汽車必須使用汽油引擎。一般來說，汽油和柴油機(jī)最大的不同在于二者所產(chǎn)生的CO、固體微粒物和NO2的含量不同：柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣中CO和碳?xì)浠衔餄舛认鄬^低，主要是no2、CO2、固體微粒物以及SO2；而汽油機(jī)則剛剛相反，CO為主要廢氣。CO是車輛的主要污染物，可代表汽油機(jī)污染下的空氣質(zhì)量：如果CO濃度維持在在可接受的程度，那么其它污染物例如SO2和CO2等也能維持在可接受程度。另一方面。NOx可作為柴油機(jī)排放物可接受性的指標(biāo)。目前還不確定公路隧道中柴油排放和汽油排放物孰輕孰重，所以只能同時(shí)采用兩項(xiàng)指標(biāo)，將稀釋要求較高的指標(biāo)作為最終的通風(fēng)速度。公路隧道中，由于環(huán)境封閉，車輛所產(chǎn)生的污染物會(huì)迅速積累。自然通風(fēng)能夠短隧道的通風(fēng)要求，但是對于這個(gè)“短”字卻沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此，即使短隧道，依舊設(shè)置有機(jī)械通風(fēng)。因此，從1999年便對公路隧道內(nèi)車輛污染展開了研究。研究目標(biāo)是對目前隧道的污染程度有個(gè)總體的了解。這樣，才能確定存在的關(guān)鍵問題，從而改善通風(fēng)措施。研究結(jié)果對于隧道管理非常有用，盡管隧道管理要求對內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行密切監(jiān)控。然而，除了報(bào)紙上總結(jié)性的信息以外，詳細(xì)信息并沒有打算向外界公布。因此，本文從交通出行者的角度對11個(gè)隧道展開實(shí)地調(diào)查，對每個(gè)隧道全線長度內(nèi)CO的含量進(jìn)行檢測。在行駛的車輛上安裝CO檢測器，通過檢測器檢測CO含量，并記錄CO含量的平均值，最終將測得結(jié)果與推薦標(biāo)準(zhǔn)對比，同時(shí)根據(jù)CO實(shí)測結(jié)果預(yù)測no2的含量。3.2設(shè)計(jì)參數(shù)公路隧道中污染物的混合濃度與交通流量、車速、氣象條件、道路梯度尤其是通風(fēng)布置相關(guān)，其中通風(fēng)系統(tǒng)是稀釋車輛廢氣中污染物的一個(gè)關(guān)鍵因素。污染物的排放與隧道內(nèi)的車輛數(shù)成正比。隨著車輛數(shù)的增加，車輛排放增加；高密度下的車輛排放要高于低密度下的車輛排放。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)車輛的排放要遠(yuǎn)低于空載或走走停停時(shí)的車輛排放。一般假定隧道內(nèi)車輛的自由流速度是60km/h，而實(shí)際速度則取決于交通狀況以及限速，大部分隧道的最高限速是70km/h。風(fēng)向及風(fēng)速會(huì)造成污染物的移動(dòng)。如果道路陡峭，污染物的排放速度會(huì)更高。同時(shí)高海拔道路上，車輛CO的排放量會(huì)迅速增加，人們對污染物的容忍度也會(huì)降低，劃分界限為1500m。不過香港隧道無需考了海拔因素，因?yàn)樗兴淼篮０味荚?500m以下。另外，通風(fēng)系統(tǒng)的作用會(huì)在下章進(jìn)行分析介紹。3.3隧道通風(fēng)隧道通風(fēng)的一個(gè)重要目標(biāo)是保證隧道全線長度內(nèi)空氣質(zhì)量能維持在一個(gè)可接受的水平。另外，隧道通風(fēng)會(huì)影響無空調(diào)公交車內(nèi)乘客的熱舒適性。隧道內(nèi)，人們暴露在車外的時(shí)間在任何情況下都應(yīng)小于1h，如果按照這種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，一些職業(yè)所需的暴露時(shí)間將不符合規(guī)定。因此，除了一些無法避免的維修工作外，隧道內(nèi)是不允許有工人工作的；同時(shí)，開展維修工作時(shí)，隧道暫時(shí)不向外界開放。而日常維修工作則在夜晚隧道關(guān)閉之后進(jìn)行。隧道通風(fēng)的另一個(gè)目標(biāo)是通過稀釋車輛產(chǎn)生的煙霧，來保證隧道內(nèi)部的可見度。采用消光系數(shù)表征隧道內(nèi)的可見度，香港的經(jīng)驗(yàn)值為任意一個(gè)5分鐘間隔內(nèi)消光系數(shù)小于或等于0.005m-1。消光系數(shù)是關(guān)于車輛速度的方程。交通擁堵狀況下，能見度和車速都會(huì)降低，消光系數(shù)會(huì)增加至0.009m-1。而工人在隧道內(nèi)維修時(shí)，消光系數(shù)應(yīng)該在0.002m-1和0.003m-1之間。另外，當(dāng)隧道消光系數(shù)達(dá)到0.012m-1，應(yīng)該關(guān)閉隧道。自然通風(fēng)是最簡單、成本最低的隧道通風(fēng)方式。其工作機(jī)理是依靠自然風(fēng)引起的空氣流動(dòng)，以及交通流活塞效應(yīng)引起的加壓氣流。集中排出式和豎井送排式都可以利用自然通風(fēng)。但是當(dāng)隧道內(nèi)是單向交通流時(shí)，由于車輛會(huì)行成方向一致、積極的氣流，集中排出式能夠最大程度的發(fā)揮自然通風(fēng)的作用。在建設(shè)期之前，應(yīng)對氣象條件進(jìn)行調(diào)查。隧道內(nèi)空氣的速率應(yīng)該統(tǒng)一，且污染物的濃度應(yīng)該在入口處最小，出口處最大。雙向交通流會(huì)降低自然通風(fēng)的效果，同時(shí)不利的氣候條件會(huì)加劇惡化空氣質(zhì)量。隧道的內(nèi)部阻力會(huì)減弱自然風(fēng)以及交通風(fēng)，因此，當(dāng)隧道長度大于240m時(shí)，不建議僅僅使用自然通風(fēng)。單向交通流下，縱向通風(fēng)是最為有效的通風(fēng)方式。鐵路隧道和公路隧道常常采用射流縱向通風(fēng)，通過軸流式風(fēng)機(jī)向一端注入空氣，然后與交通風(fēng)混合?？諝庾⑷朦c(diǎn)可能設(shè)在隧道口或豎井口。不同的配置，會(huì)產(chǎn)生不同等級的濃度。然而，最終的通風(fēng)效果還和一些因素影響。在一端送風(fēng)或排風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)縱向排風(fēng)系統(tǒng)較為經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樗璧慕M件最少。半橫向式通風(fēng)是另外一種通風(fēng)方式，隧道沿線統(tǒng)一進(jìn)行排風(fēng)或送風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)不受周圍環(huán)境的影響，適用于長度超過1000m的隧道。至于全橫向式通風(fēng)，一般用于大隧道。相對于送風(fēng)半橫向式通風(fēng)，增加了排風(fēng)管道，可以集中送風(fēng)、排風(fēng)，同是隧道沿線的壓強(qiáng)是已知的，不存在交通車輛產(chǎn)生的縱向氣流。這樣能夠保證所有天氣條件、以及單雙向交通流下的通風(fēng)效果。然而，通風(fēng)系統(tǒng)的能源消耗也是相當(dāng)大的。3.4健康標(biāo)準(zhǔn)不同機(jī)構(gòu)制訂了多種適用于CO的標(biāo)準(zhǔn)，例如世界衛(wèi)生組織和國家職業(yè)安全與健康研究所。香港空氣質(zhì)量目標(biāo)是1hTWHCO含量為27ppm。香港環(huán)境保護(hù)署對隧道空氣質(zhì)量控制的實(shí)施準(zhǔn)則建議隧道內(nèi)每5分鐘CO的含量應(yīng)低于100ppm。隧道公司也明確了自己的健康標(biāo)準(zhǔn)。WHO規(guī)定15minTWH1hTWH、8hTWHCO含量分別為87、25和9。由于隧道內(nèi)CO的接觸時(shí)間通常低于5分鐘，因此CO的短時(shí)指標(biāo)成為焦點(diǎn)。另外，即使短時(shí)接觸NO2、SO2,也會(huì)影響健康。小汽車排放中SO2的含量可忽略不計(jì)，因?yàn)榱蚧锛性谠椭忻芏容^大的一部分，因此只用考慮柴油中硫化物的影響。香港法律第311章規(guī)定，液體燃料中硫的重量不應(yīng)超過0.5%；后來有新的立法規(guī)定要徹底消除硫。不同的健康指標(biāo)如表1所示。表1不同標(biāo)準(zhǔn)對比表StandardConcentrationofCOinppm(timeofexposure)ConcentrationofNO2inppm(timeofexposure)ConcentrationofSO2inppm(timeofexposure)ACGIH25ppm(8h)3ppm(8h)5ppm(15min)2ppm(8h)5ppm(15min)EPD100ppm(5min)1ppm(5min)0.4ppm(5min)HKAQO27ppm(1h)0.15ppm(1h)0.25ppm(1h)HKLB25ppm(8h)3ppm(8h)2ppm(8h)5ppm(15min)5ppm(15min)0:03ppm(Annual)9ppm(8h)35ppm(1h)NAAQS0.053ppm(Annual)0.14ppm(24h)0.5ppm(3h)WHO84ppm(15min)0.1ppm(1h)0.2ppm(10min)柴油微粒也是一個(gè)主要污染物，它主要形成于內(nèi)燃?xì)飧字校艢膺^程中發(fā)生二次凝結(jié)。微粒物的主要來源是燃料的霧化、燃燒室燃料的供應(yīng)不足以及潤滑油的不完全然燃燒。美國環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)微粒物的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為150gg/m-3（24小時(shí)平均值）；歐洲環(huán)境協(xié)會(huì)對柴油微粒物也做了限制，規(guī)定24小時(shí)平均值應(yīng)在100-150gg/m-3之間，與WHO的建議值相同。3.5隧道內(nèi)CO的實(shí)地調(diào)查CO濃度檢測是在一輛車窗打開正在行駛的小汽車中進(jìn)行，使用PM7700CO測量儀，其讀數(shù)非常穩(wěn)定。每次使用前，都對該設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)；其分辨率為1：1003,90%的讀數(shù)需要30s的反映時(shí)間。制造商宣稱檢測器的重復(fù)性為2%。在車窗窗臺處進(jìn)行抽樣，該處距離司機(jī)和乘客的呼吸水平較近。1999年6月和1999年9月間對11個(gè)隧道進(jìn)行了22次出行。車輛通過隧道的時(shí)間在2-6min之間，取決于交通條件和隧道長度。車速在40km/h和50km/h之間。測量時(shí)段包含擁堵時(shí)段和非擁堵時(shí)段。檢測結(jié)果見表2。表2測量結(jié)果列表1響V 4ulyirip&(ppmlBi皿MonimuQ|叩皿皿n-nn-ptfukIhiuciMm鮮mtKoHalnj^fatcbnhUunmiu3ippm)uirwdihours■V Mh(Ugra^JiJiMik^imumNQi皿L]urran-ffakhfiiun(Ufl oiruJ-LIuhiz^hCaumuniNft仙mfjj:[wind卷冏■,偵心拍仃打IS宜II*1612炒1#14SI商i&bil扣ac4村聞1*Ih721SlND16-7]]12723c■6733t劃J=g眥M恂詁SOXAft?北FLa-隘iniunnamn12IS19踏沁1SiGL"11￡應(yīng)魅U#05&e頃|皿」J&HHEII11IM理1抽21n革4?們1LCI321J懺拈S3J209J.HIMWk.5J-金II.￡ilM隧道A長約1.4km,為雙管隧道，分別向南和向北。它是19世紀(jì)60年代最為繁忙的隧道之一，每天超過92000車次。1967年投入運(yùn)營時(shí)，隧道只是單管運(yùn)行；1978年時(shí)，增建為雙管隧道。南北向都為單向兩車道，設(shè)計(jì)交通量都為3400veh/h，單車道通行能力為1700veh/h；隧道在午夜至黎明期間，關(guān)閉一個(gè)方向，且隧道內(nèi)實(shí)行雙向交通，從而能夠使得雙管隧道的日常維修交替進(jìn)行。隧道A采用全橫向式通風(fēng)，設(shè)有8個(gè)送風(fēng)機(jī)和8個(gè)排風(fēng)機(jī)，送風(fēng)和排風(fēng)量相平衡，容量是320m3/s。為了控制煙霧濃度，隧道沿線設(shè)有22個(gè)噴射風(fēng)機(jī)。該通風(fēng)系統(tǒng)有兩種操作模式，第一種即普通模式，最大速度限制在8m/s以內(nèi)。通常來說，流速與隧道高度耦合。發(fā)生火災(zāi)時(shí)則會(huì)啟動(dòng)緊急模式，噴射風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行，將煙霧沿車輛行駛方向排出隧道。隧道A內(nèi)CO濃度隨時(shí)間的變化如圖1。隧道入口處CO濃度逐漸提高，經(jīng)歷一個(gè)高峰之后，逐漸下降，最終到達(dá)一個(gè)相對較低的水平。當(dāng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)速率較高時(shí)，CO釋放量相對較少。Time(seconds)Time(seconds)圖1隧道A內(nèi)CO含量隧道B、C是雙管單向交通流隧道，其中隧道C采用縱向通風(fēng)；隧道D分段通風(fēng)，噴射風(fēng)機(jī)給單向交通流注入空氣；隧道E長度最短，通風(fēng)方式和C相似；隧道G采用半橫向式通風(fēng)，通過縱向風(fēng)道向隧道內(nèi)注入新鮮空氣，有兩座通風(fēng)建筑，各自配有10個(gè)風(fēng)機(jī)，根據(jù)交通狀況來運(yùn)行風(fēng)機(jī)，新鮮空氣的容量是520m3/s。隧道H、I、J、K由于太長，都采用全橫向式通風(fēng)。

好的通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足能夠預(yù)測到的最差交通狀況下最大排放速率。如果交通流存在潮汐現(xiàn)象，應(yīng)該加大通風(fēng)能力。根據(jù)污染物含量以及空氣質(zhì)量來評價(jià)隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)。香港環(huán)境保護(hù)署已經(jīng)對CO和NO2標(biāo)準(zhǔn)做出了規(guī)定，還給出了不同車型車隊(duì)的平均排放清單，具體見表3、4。表3不同車型的排放組成SpeciesTax讀(gkm-1)Vans(gkm-ij〔收一勺LtiV〔&就-|卜unviPublkEighsi(gkin—i)L52.1IJ.fl譙I1J1.3CO250_9?.71X49.71.1表4測量日交通流量的變化TimeTaxi*VansPrivaoccirsBustiLGVHGVPublicIi0uTfflsl印枷14卻碩70no27?4>5126011601S3涵wJOjMJ-JLOO34387J-Ui1134舛1934M67朔，480LOSDIW瑚SOlltR*］攻_】±皿so用婀MOLOO2406027RftAxi'agi61345LIS917319434470JflIJ%21!L&4J&T1221.聞PIRAC發(fā)布了公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南，稀釋汽車廢氣所需新鮮空氣的流量Q的計(jì)算公式如式1：（1）TOC\o"1-5"\h\z￡vk入 106（1）~co oL3600 。氣表示每車每千米CO釋放量；v是速度系數(shù)，無量綱；k是梯度系數(shù)，無量綱；0是隧道內(nèi)小時(shí)車輛數(shù)；。是CO最大允許濃度；L是隧道長度。上述公式解釋了稀釋CO所需新鮮空氣的流量。由于隧道內(nèi)既有汽油車又有柴油車，因此應(yīng)該利用相同的公式計(jì)算稀釋氮氧化物對新鮮空氣的需求。式（1）中的七用￡as代替，表示每車每千米氮氧化物的釋放量；氮氧化物就是NO和NO2的混合，NO是在高溫條件下大氣中氧氣與氮反應(yīng)產(chǎn)生的，一般情況下，NO在大氣中會(huì)轉(zhuǎn)換成NO2，轉(zhuǎn)換過程受NO濃度、氧氣的存在以及隧道內(nèi)相關(guān)條件控制，因此，轉(zhuǎn)換比例是可變的。另外，二者的轉(zhuǎn)換還取決于隧道的長度、過剩的空氣以及實(shí)時(shí)溫度。如果隧道幾千米長，轉(zhuǎn)換比例達(dá)到20%。為了評價(jià)縱向通風(fēng)隧道，假定轉(zhuǎn)換比例介于30%-50%之間。在一些極端條件下，最大轉(zhuǎn)換比例能達(dá)到60%。根據(jù)實(shí)踐指南可知，通風(fēng)速度必須能夠抵消污染物CO、NO2、SO2的速度。由于SO2的排放量與其它兩種氣體相比很少，因此CO和NO2的中對新鮮空氣需求更高的將作為稀釋廢氣的最低標(biāo)準(zhǔn)。許多國家更關(guān)注NO2而不是NOx的濃度。出行者健康對新鮮空氣的需求量需要單獨(dú)計(jì)算。每個(gè)乘客每s所需新鮮空氣量為7.51。然而，稀釋廢氣對新鮮空氣的需求要遠(yuǎn)大于乘客健康的需求。據(jù)記錄，隧道內(nèi)的溫度高達(dá)36度，溫度也是一項(xiàng)反映通風(fēng)效果的指標(biāo)。高溫與汽車排放的高溫尾氣息息相關(guān)。如果新鮮空氣的供給足夠充足，隧道內(nèi)的溫度應(yīng)和隧道外的溫度十分接近。CO最大含量LCP與溫差4的回歸方程如式2（圖2）。Lcp=10.8AT+4,6（2）相關(guān)系數(shù)是0.46,二者之間不存在直接的物理關(guān)系，但是該方程為排放量的確定提供了一個(gè)選擇。Tcm^raturcdjfFcraiCi話丁Tcm^raturcdjfFcraiCi話丁廣口rEdklMJ)gsmuuj吾圖2CO最大含量與溫差的線性回歸3.7結(jié)果表2給出了檢測數(shù)據(jù)。本研究主要關(guān)注CO含量的最大值，因?yàn)椴煌瑯?biāo)準(zhǔn)除了給出累積時(shí)間平均濃度外，還都給出了CO最大值。含有氮化物的燃料會(huì)釋放NO,但是NO會(huì)轉(zhuǎn)換成NO2，NO2的速度取決于發(fā)動(dòng)機(jī)速率。因此，NO2的排放是一個(gè)過渡現(xiàn)象，且隨交通狀況的改變而改變，繼而其濃度的測定相當(dāng)困難。另一方面，當(dāng)CO濃度降低到一定程度時(shí)，電子檢測裝置仍然能迅速被檢測到其值的大小。這就保證了CO濃度的檢測值實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，因此，環(huán)境保護(hù)署開展了一系列的隧道空氣質(zhì)量檢測。而NO2的檢測并不容易，因此利用所有隧道內(nèi)CO和NO2的實(shí)地檢測值，推導(dǎo)出二者的相關(guān)方程。EPD利用CO濃度LC估算NO2濃度LN采用的經(jīng)驗(yàn)方程如式3。LN=560+0.0141LC（3）由于白天交通量相對穩(wěn)定，高峰小時(shí)排放量是平峰小時(shí)排放量的1.1倍，通風(fēng)系統(tǒng)一直按照高峰小時(shí)流量進(jìn)行通風(fēng)。檢測數(shù)據(jù)表明11個(gè)隧道內(nèi)CO的含量并沒有超過各種標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。因此，CO的含量處于可接受的水平。NO2的含量由式3推到得到，最終結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)。因此，NO2的含量也處于可接受水平。根據(jù)污染物推導(dǎo)出的通風(fēng)速度見圖3,主要取決于隧道內(nèi)通過的車輛數(shù)以及車型。梯度系數(shù)為統(tǒng)一值，因?yàn)樗兴淼蓝紟缀跏撬降模缓０蜗禂?shù)也取為統(tǒng)一值，因?yàn)樗兴淼篮０味己艿?。排放清單僅僅明確了不同車輛NOx的排放量，與實(shí)踐指南給出的健康標(biāo)準(zhǔn)并不相符。為了進(jìn)行同步分析，假定NO2比重為10%，NOx比重為60%。稀釋NO2的需求是CO的2-6倍，這是因?yàn)樗淼纼?nèi)的卡車和大車比較多。圖3需求控制得到的通風(fēng)量X-Lsfm%-一！.eJAI4UU-L20I)-2.8討論與建模很明顯，CO和no2需求控制通風(fēng)是所有設(shè)計(jì)方法的基本。根據(jù)車次推導(dǎo)出來的通風(fēng)速率大于設(shè)計(jì)值，當(dāng)設(shè)計(jì)值是320m3/s時(shí)，推導(dǎo)值是設(shè)計(jì)值的3倍。稀釋NO2高于CO的需求，這是因?yàn)樗淼纼?nèi)的卡車和大車比較多。根據(jù)隧道A的年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，將所有車輛分為3種類型，第一種由私家車、出租車以及摩托車組成，第二種由單層公共汽車、輕型公共汽車和載重小于5.5t的貨車，第三種包括雙層公共汽車、載重大于5.5t的貨車。調(diào)查結(jié)果中，三組比重分別為56%、25%、19%；年數(shù)據(jù)比重分別為68%、14%以及18%。兩組數(shù)據(jù)有些許差距。本文提出了一個(gè)估算單向交通流下CO含量的簡單模型。車頭間距為25m，車頭時(shí)距為1.5s，速度為60km/h。隧道被分為若干部分。假設(shè)平均截面積為入、平均空氣速率為U.下第i部分CO的總排放量是七，CO的平均含量LCi（%）計(jì)算公式如式4。Lci=s/A./U.（4）Ui取決于機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行，可以根據(jù)其性能計(jì)算出來。FxNxAxdx0.5xpx(u.—U' TFxNxAxdx0.5xpx(u.—U' Txl}'in 'out^Dk ■hAx0.5xAx0.5xpxU+Ax^PN第i部分的車輛數(shù)，A是第i部分車輛