基准排放因子更新对隧道需风量的影响研究

王旭; 王明年; 严涛; 于丽

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20210585

基准排放因子更新对隧道需风量的影响研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210585

王旭^{1, 2, 3,},
王明年^4, ,,
严涛⁴,
于丽⁴

1.
中国铁道科学研究院集团有限公司，北京 100081
2.
国铁川藏科创中心（成都）有限公司，四川成都 610213
3.
川藏铁路技术创新中心有限公司，四川成都 610213
4.
西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031

基金项目: 中国国家铁路集团科研开发重点项目（N2020G045）；西藏自治区重点研发与转化计划（XZ201801-GB-07）

详细信息

作者简介:
王旭（1993—），男，助理研究员，博士，研究方向为隧道与地下工程，E-mail：soar1618@163.com

通讯作者:
王明年（1963—），男，教授，博士，研究方向为隧道与地下工程，E-mail：19910622@163.com

中图分类号: U459.2
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出版历程
- 收稿日期: 2021-07-20
- 修回日期: 2022-04-26
- 网络出版日期: 2023-08-07
- 刊出日期: 2022-07-06

Influence of Base Emission Factor Update on Tunnel Fresh-Air Demand

WANG Xu^{1, 2, 3
,},
WANG Mingnian^{4
, ,},
YAN Tao⁴,
YU Li⁴

1.
China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081, China
2.
Sichuan—Tibet Technology Innovation Center (Chengdu) of National Railway Co., Ltd., Chengdu 610213, China
3.
Sichuan—Tibet Railway Technology Innovation Center Co., Ltd., Chengdu 610213, China
4.
School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China

摘要

摘要:
为解决交通车辆持续更新导致的城市隧道内通风系统设计浪费和运营闲置，研究基准排放因子更新对隧道需风量的影响，并建立2种应对车辆更新的基准排放因子计算方法. 首先，通过理论分析明确需风量计算式中随时间更新的关键参数为基准排放因子；随后，根据定量分析得到基准排放因子和纵坡-车速系数更新对需风量的影响；最后，结合国外理念和实际设计经验，提出2种考虑时间更新的基准排放因子计算方法. 研究结果表明：我国道路隧道通风设计规范在制定基准排放因子时参考了世界道路协会（PIARC）通风报告，并分析得到了参考理由；与2000年相比，2021年的CO、NO_x和PM基准排放限值分别降低了81.6%、76.7%和97.9%；建立了使用机动车污染物排放限值作为基准排放因子的最不利设计方法，计算出2018年各污染物基准排放因子（CO为0.0011 m³/（辆·km），PM为0.4610 m²/（辆·km）），相比于2014年《细则》分别降低84.3%和77.0%. 建立并验证了基准排放因子计算方法，为城市道路隧道通风系统设计提供参考.
- 城市道路隧道 /
- 通风设计 /
- 需风量 /
- 基准排放因子 /
- 排放清单
Abstract:
To solve the design waste and idle operation of ventilation systems in urban tunnels caused by the continuous update of traffic vehicles, the influence of base emission factor update on tunnel fresh-air demand was studied, and two calculation methods of base emission factor in response to vehicle update were established. To begin with, the key parameters updating over time in the fresh-air demand formula were determined as base emission factors through theoretical analysis. Then, the influence of base emission factors and gradient-speed factor update on fresh-air demand was obtained based on quantitative analysis. Finally, according to foreign concepts and actual design experience, two calculation methods for base emission factors considering time were proposed. The results show that Chinese road tunnel ventilation design standards refer to the PIARC ventilation report when formulating the base emission factors, with the reasons explained. Compared with those in 2000, the base CO, NO_x, and PM emission limits in 2021 are reduced by 81.6%, 76.7%, and 97.9% respectively. The most unfavorable design method using vehicle pollutant emission limits as base emission factors is established, and the base emission factors of each pollutant in 2018 are calculated as follows: the base CO emission factor is 0.0011 m³/(veh·km), and the base PM emission factor is 0.4610 m²/(veh·km), which are reduced by 84.3% and 77.0% compared with China Standard in 2014. The research results establish and verify the calculation method of base emission factors, which provides a reference for the design of urban road tunnel ventilation systems.
- urban road tunnel /
- ventilation design /
- fresh-air demand /
- base emission factor /
- emission inventory

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图 1 柴油各车型不同坡度不同车速下PM基准排放因子

Figure 1. Comparison of base PM emission factors for different diesel vehicles under different gradients and speeds

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图 2 算例隧道需风量计算结果对比

Figure 2. Comparison of calculation results for tunnel fresh air demand

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表 1 3个计算式中排放产生率计算参数对比

Table 1. Comparison of calculation parameters for emission generation rate in three calculation formulas

计算式	基准排放因子	区域因子	交通量	海拔因子	纵坡-车速系数	时间因子	质量因子	非排放颗粒
式（1）	q_co=0.007/0.015	f_a	f_dLN_m	f_h	f_iv	每年 2% 衰减	f_m,j
式（2）	q_ex,j(v,i)	f_e	n_veh,j=DLα_cat,j	f_h	v,i	f_t,j	f_m,j	4.7vq_ne,j（v）/1000
式（3）	g_cat,j(v,i)	f_e	n_veh,j=DLα_cat,j	f_h	v,i	f_t,j	f_m,j	g_non-ex,j

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表 2 我国道路隧道需风量计算规范中随时间变化参数取值对比

Table 2. Comparison of parameter values updating over time in Chinese road tunnel ventilation design standards

参数	2014年《细则》	2017年上海《标准》
基准排放因子	q_co=0.007/0.015；q_pm=2. 来源：综合参考 2004 年PIARC 通风报告和国内科研单位成果	不同车型、燃油类型、坡度和车速下 NO₂、CO 和 PM 的基准排放因子. 来源：参考 2012年 PIARC 通风报告
基准排放年	2000 年. 来源：我国车辆保有量中绝大部分机动车为 2000 年后生产的	2010 年. 来源：2012 年PIARC 通风报告排放因子基准排放年为 2010 年
时间因子	2%，最高 30 年. 来源：尾气污染物年递减率一般超过 10%，但安全考虑按 2% 取值	不同车型、燃油类型、污染物类别每 5 年一个衰减系数，最高至 2030 年. 来源：参考 2012 年 PIARC 通风报告
纵坡-车速系数	给出了车速为 10～100 km/h、坡度为−4%～4% 的修正因子. 来源：参照了1987 年和1991年 PIARC 通风报告	已集成在基准排放因子中，车速范围为 0～100 km/h，坡度为−6%～6%. 来源：参考 2012 年 PIARC通风报告

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表 3 汽车排放标准对比（以轻型汽车为例）

Table 3. Comparison of vehicle emission standards（light-duty vehicles） g/km

排放标准	执行年	CO	NO_x	PM
欧 1/国 Ⅰ	1992 年/2001 年	2.72/2.72		0.140 0/0.140 0
欧 2/国 Ⅱ	1997 年/2004 年	2.20/2.20		0.140 0/0.140 0
欧 3/国 Ⅲ	2000 年/2007 年	2.30/2.30	0.150/0.150	0.140 0/0.140 0
欧 4/国 Ⅳ	2005 年/2010 年	1.00/1.00	0.080/0.080	0.140 0/0.140 0
欧 5/国 Ⅴ	2008 年/2018 年	1.00/1.00	0.060/0.060	0.005 0/0.004 5
欧 6/国 Ⅵ a	2014 年/2019 年	1.00/ 0.70	0.060/0.060	0.005 0/0.004 5
国 Ⅵ b	2021 年	0.50	0.035	0.003 0

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表 4 汽油小客车基准排放因子

Table 4. Base emission factors for gasoline passenger cars g/km

排放标准	CO	NO_x	PM 2.5
国Ⅰ前	25.72	1.971	0.028
国Ⅰ	6.71	0.409	0.026
国 Ⅱ	2.52	0.324	0.011
国 Ⅲ	1.18	0.100	0.007
国Ⅳ	0.68	0.032	0.003
国Ⅴ	0.46	0.017	0.003

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表 5 各排放标准下汽车组成比例

Table 5. Proportion of vehicles under various emission standards %

排放标准	2012PIARC 通风报告	2019PIARC 通风报告	2018 年汽车环境管理年报
欧 1 前/ 国Ⅰ前	12.37	2.12	0.10
欧 1/国Ⅰ	3.73	1.84	2.90
欧 2/国 Ⅱ	11.83	2.36	4.50
欧 3/国 Ⅲ	28.15	5.10	19.10
欧 4/国Ⅳ	35.05	14.66	42.50
欧 5/国Ⅴ	8.87	32.84	30.90
欧 6/国Ⅵ	0	41.10	0

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表 6 2018年各污染物基准排放因子（轻型汽车）

Table 6. Base emission factors of various pollutants in 2018 （light-duty vehicles） g/km

排放阶段	保有量比例/%	CO	NO_x	PM
国Ⅰ前	0.1	1.350	0.092	0.098
国Ⅰ	2.9
国 Ⅱ	4.5
国 Ⅲ	19.1
国Ⅳ	42.5
国Ⅴ	30.9

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