Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу транспортными средствами. Расчет выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта
Промышленно-экономическое развитие сопровождается, как правило, ростом загрязнения окружающей среды. Большинство крупных городов характеризуются значительной концентрацией промышленных объектов на относительно незначительных территориях, что представляет опасность для здоровья людей.
Одним из экологических факторов, оказывающих наиболее выраженное влияние на здоровье человека, является качество воздуха. Особую опасность в настоящее время представляют выбросы в атмосферу загрязняющих веществ. Это обусловлено тем, что токсиканты поступают в человеческий организм в основном через дыхательные пути.
Выбросы в атмосферу: источники
Различают природные и антропогенные источники поступления загрязнителей в воздух. Основными примесями, которые содержат выбросы в атмосферу от естественных источников, являются пыль космического, вулканического и растительного происхождения, газы и дым, образующиеся в результате лесных и степных пожаров, продукты разрушения и выветривания горных пород и почв и пр.
Уровни загрязнения воздушной среды природными источниками носят фоновый характер. Они достаточно мало изменяются со временем. Основными источниками поступления в воздушный бассейн загрязняющих веществ на современном этапе являются антропогенные, а именно − промышленность (различные отрасли), сельское хозяйство и автотранспорт.
Выбросы предприятий в атмосферу
Самыми крупными «поставщиками» различных загрязнителей в воздушный бассейн являются металлургические и энергетические предприятия, химическое производство, стройиндустрия, машиностроение.
В процессе сжигания топлива различных видов энергетическими комплексами в атмосферу выделяются большие количества сернистого ангидрида, оксидов углерода и азота, сажи. Также в выбросах (в меньших количествах) присутствует ряд других веществ, в частности углеводороды.
Основные источники пылегазовых выбросов в металлургическом производстве - плавильные печи, разливочные установки, травильные отделения, агломерационные машины, дробильноразмольное оборудование, разгрузка-погрузка материалов и пр. Наибольшую долю среди общего количества веществ, поступающих в атмосферу, занимают окись углерода, пыль, ангидрид сернистый, оксид азота. В несколько меньших количествах выбрасываются марганец, мышьяк, свинец, фосфор, пары ртути и пр. Также в процессе сталеплавильного производства выбросы в атмосферу содержат парогазовые смеси. В их состав входит фенол, бензол, формальдегид, аммиак и ряд других опасных веществ.
Вредные выбросы в атмосферу от отрасли, несмотря на небольшие объемы, представляют особую опасность для природной среды и человека, поскольку характеризуются высокой токсичностью, концентрированностью и значительным разнообразием. Поступающие в воздух смеси в зависимости от вида выпускаемой продукции могут иметь в своем составе летучие органические соединения, соединения фтора, нитрозные газы, твердые вещества, хлористые соединения, сероводород и пр.
При производстве стройматериалов и цемента выбросы в атмосферу содержат значительные количества различной пыли. Основными технологическими процессами, приводящими к их образованию, являются измельчение, обрабатывание шихт, полуфабрикатов и продуктов в потоках горячих газов и пр. Вокруг заводов, производящих различные стройматериалы, могут образовываться зоны загрязнения радиусом до 2000 м. Они характеризуются высокой концентрацией в воздухе пыли, содержащей частицы гипса, цемента, кварца, а также ряда других загрязняющих веществ.
Выбросы автотранспорта
В крупных городах огромное количество загрязнителей в атмосферу поступает от автотранспортных средств. По разным оценкам, на их долю приходится от 80 до 95%. состоят из большого количества токсичных соединений, в частности оксидов азота и углерода, альдегидов, углеводородов и пр. (всего около 200 соединений).
Наибольшие объемы выбросов отмечаются в зонах расположения светофоров и перекрестков, где автомобили передвигаются на малой скорости и в режиме холостого хода. Расчет выбросов в атмосферу показывает, что основными составляющими выхлопов в этом случае являются и углеводороды.
При этом следует отметить, что, в отличие от стационарных источников выбросов, работа автотранспорта приводит к загрязнению воздуха на городских улицах на высоте человеческого роста. В результате вредному воздействию загрязнителей подвергаются пешеходы, жители расположенных у дорог домов, а также произрастающая на прилегающих территориях растительность.
Сельское хозяйство
Влияние на человека
Согласно различным источникам, имеется прямая связь между загрязнением воздуха и рядом заболеваний. Так, например, длительность течения респираторных заболеваний у детей, которые живут в относительно загрязненных районах, в 2-2,5 раза больше, нежели у тех, что проживают в других районах.
Кроме того, в городах, характеризующихся неблагоприятной экологической обстановкой, у детей отмечены функциональные отклонения в системе иммунитета и кровообразования, нарушения компенсаторно-адаптационных механизмов к условиям внешней среды. Многими исследованиями выявлена также связь между загрязнением воздуха и смертностью людей.
Основными составляющими выбросов, поступающих в воздух от различных источников, являются взвешенные вещества, оксиды азота, углерода и серы. Выявлено, что зоны с превышением ПДК по NO 2 и CO охватывают до 90% городской территории. Приведенные макрокомпоненты выбросов способны вызвать серьезные заболевания. Накопление этих загрязнений приводит к повреждению слизистых оболочек верхних дыхательных путей, развитию легочных заболеваний. Кроме того, повышенные концентрации SO 2 могут вызвать дистрофические изменения в почках, печени и сердце, а NO 2 - токсикозы, врожденные аномалии, сердечную недостаточность, нервные расстройства и др. Некоторыми исследованиями выявлена взаимосвязь между заболеваемостью раком легких и концентрациями SO 2 и NO 2 в воздухе.
Выводы
Загрязнение окружающей природной среды и, в частности, атмосферы, имеет неблагоприятные последствия для здоровья не только настоящего, но и последующих поколений. Поэтому можно смело утверждать, что разработка мероприятий, направленных на то, чтобы уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу, − одна из самых актуальных на сегодняшний день проблем человечества.
Выбросы в атмосферу.
1. Автомобильный транспорт является крупнейшим загрязнителем окружающей среды и, в первую очередь, атмосферного воздуха. Снижение выбросов загрязняющих атмосферу веществ осуществляется по следующим направлениям:
а) через поэтапную замену автопарка более современными моделями автомобилей, обеспечивающими экологически безопасные нормы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (применение впрыска топлива с электронным управлением; применение каталитических нейтрализаторов);
б) через производство качественных сортов топлива (с низким содержанием серы, бензола, углеводородов);
в) через модернизацию эксплуатируемых автомобилей (установка оборудования для работы двигателей на газовом топливе);
г) через поддержание установленных ГОСТами норм выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в процессе эксплуатации автомобилей.
2. Приведение экологических показателей выпускаемых автомобилей в соответствие с международными нормами на основе Правил ЕЭК ООН (Женевское соглашение 1958 года) и Соглашения с Европейским Союзом (1994 год), планируется произвести:
– с 2006 года – на экологический класс 2;
– с 2008 года – на экологический класс 3;
– с 2010 года – на экологический класс 4;
– с 2014 года – на экологический класс 5.
Данные сроки перехода автомобильной промышленности на экологические стандарты установлены постановлением Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005 года «Об утверждении технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ».
В соответствии с постановлением Правительства РФ 20 января 2012 г. № 2 «О внесении изменений в пункт 13 технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ»» действие одобрений типа транспортного средства и сертификатов соответствия в отношении автомобильной техники экологического класса 4 и сертификатов соответствия в отношении двигателей внутреннего сгорания экологического класса 4 ограничивается сроком до 31 декабря 2015 г. включительно.
3. Справка. Переход Европейского Союза на автотранспорт с нормативными экологическими показателями осуществлялся:
на Евро-3 – с 2000 года;
на Евро-4 – с 2005 года;
на Евро-5 – с 2009 года.
4. Повышенные экологические требования к моторным топливам регламентируются Техническим регламентом «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту», утвержденному постановлением Правительства РФ № 118 от 27.02.2008 года.
В соответствии с данным техническим регламентом выпуск в оборот автомобильного бензина и дизельного топлива допускается в отношении:
— класса 2 — до 31 декабря 2012 г.;
— класса 3 — до 31 декабря 2014 г.;
— класса 4 — до 31 декабря 2015 г.;
— класса 5 — срок не ограничен.
5. Установка оборудования для работы двигателей на газовом топливе производится на основании руководящего документа РД 3112199-1094-03 «Руководство по организации эксплуатации газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженном нефтяном газе» и руководящего документа РД 03112194-1095-03 «Руководство по организации эксплуатации газобаллонных автомобилей, работающих на компримированном природном газе».
Оба документа утверждены Департаментом автотранспорта Министерства транспорта РФ.
6. В процессе эксплуатации автомобилей выбросы загрязняющих веществ регламентированы следующими ГОСТами:
– ГОСТом Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами»;
– ГОСТом Р 17.2.2.06-99 «Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных автомобилей»;
– ГОСТом Р 52160-2003 «Автотранспортные средства, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия. Дымность отработавших газов».
Автотранс-консультант.ру.
Вследствие загрязнения среды обитания вредными веществами отработавших газов двигателей внутреннего сгорания зоной экологического бедствия для населения становятся целые регионы, в особенности крупные города. Проблема дальнейшего снижения вредных выбросов двигателей все более обостряется ввиду непрерывного увеличения парка эксплуатируемых автотранспортных средств, уплотнения автотранспортных потоков, нестабильности показателей самих мероприятий по снижению вредных веществ в процессе эксплуатации. В денежном исчислении величина ежегодного экологического ущерба (загрязнение атмосферы, шум, воздействие на климат) от функционирования автотранспортного комплекса Российской Федерации достигает 2-3 % валового национального продукта при общих экологических потерях 10 % и затратах на природоохранные мероприятия не более 1 %. Основная доля ущерба от автотранспорта (78 %) связана с загрязнением атмосферного воздуха выбросами вредных веществ (что во многом объясняется низким качеством отечественных топлив в сравнении с европейскими стандартами), 16 % ущерба приходится на последствия шумового воздействия транспорта на население.
Общее количество загрязняющих веществ, поступивших в атмосферный воздух на территории Российской Федерации от выхлопов газа автомобильного транспорта, в 2000 г. составило 11 824,2 тыс. т.
Принцип работы автомобильных двигателей основан на превращении химической энергии жидких и газообразных топлив нефтяного происхождения в тепловую, а затем – в механическую энергию. Жидкие топлива в основном состоят из углеводородов, газообразные, наряду с углеводородами, содержат негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. При сгорании топлива в цилиндрах двигателей образуются нетоксичные (водяной пар, углекислый газ) и токсичные вещества. Последние являются продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относятся окись углерода СО, углеводороды C m H n , окислы азота (NO и NO 2) обычно обозначаемые NO X . Кроме перечисленных веществ вредное воздействие на организм человека оказывают выделяемые при работе двигателей соединения свинца, канцерогенные вещества, сажа и альдегиды. В таблице 1 приведено содержание основных токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей.
Таблица 1.
Основным токсичным компонентом отработавших газов, выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является окись углерода. Она образуется при неполном окислении углерода топлива из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях.
Основным источником токсичных веществ, выделяющихся при работе дизелей, являются отработавшие газы. Картерные газы дизеля содержат значительно меньшее количество углеводородов по сравнению с бензиновым двигателем в связи с тем, что в дизеле сжимается чистый воздух, а прорвавшиеся в процессе расширения газы содержат небольшое количество углеводородных соединений, являющихся источником загрязнений атмосферы.
Таблица 2.
Загрязнение воздуха автомобильным транспортом происходит в результате сжигания топлива. Химический состав выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии производства, способа сжигания в двигателе и его технического состояния.
Наиболее неблагоприятными режимами работы являются малые скорости и «холостой ход» двигателя, когда в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих выброс на нагрузочных режимах. Техническое состояние двигателя непосредственно влияет на экологические показатели выбросов. Отработавшие газы бензинового двигателя с неправильно отрегулированными зажиганием и карбюратором содержат оксид углерода в количестве, превышающем норму в 2-3 раза.
Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания содержат около 200 компонентов. Период их существования длится от нескольких минут до 4-5 лет. По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в группы.
Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. В этой группе заслуживает внимания углекислый газ (СО 2), содержание которого в отработавших газах в настоящее время не нормируется, однако вопрос об этом ставится в связи с особой ролью СО 2 в «парниковом эффекте».
Вторая группа. К этой группе относят только одно вещество – оксид углерода, или угарный газ (СО). Продукт неполного сгорания нефтяных видов топлива, он не имеет цвета и запаха, легче воздуха. В кислороде и на воздухе оксид углерода горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты и превращаясь в углекислый газ. Оксид углерода обладает выраженным отравляющим действием. Оно обусловлено его способностью вступать в реакцию с гемоглобином крови, приводя к образованию карбоксигемоглобина, который не связывает кислород. Вследствие этого нарушается газообмен в организме, появляется кислородное голодание и нарушается функционирование всех систем организма. Отравлению угарным газом часто подвержены водители автотранспортных средств при ночевках в кабине с работающим двигателем или при прогреве двигателя в закрытом гараже.
Третья группа. В ее составе оксиды азота, главным образом, NO – оксид азота и NO 2 – диоксид азота. Это газы, образующиеся в камере сгорания двигателя при температуре 2800°С и давлении около 1 МПа. Оксид азота – бесцветный газ, не взаимодействует с водой и мало растворим в ней, не вступает в реакции с растворами кислот и щелочей. Легко окисляется кислородом воздуха и образует диоксид азота. При обычных атмосферных условиях NO полностью превращается в NO 2 – газ бурого цвета с характерным запахом. Он тяжелее воздуха, поэтому собирается в углублениях, канавах и представляет большую опасность при техническом обслуживании транспортных средств.
Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа С Х Н У – этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные вещества. В отработавших газах содержатся углеводороды различных гомологических рядов: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (бензольные), всего около 160 компонентов. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе.
Несгоревшие углеводороды являются одной из причин появления белого или голубого дыма. Это происходит при запаздывании воспламенения рабочей смеси в двигателе или при пониженных температурах в камере сгорания.
Углеводороды под действием ультрафиолетового излучения Солнца вступают в реакцию с оксидами азота, в результате образуются новые токсичные продукты – фотооксиданты, являющиеся основой «смога» (от англ, smoke – дым и fog – туман).
Главным токсичным компонентом смога является озон. К фотооксидантам также относятся угарный газ, соединения азота, перекиси и др. Фотооксиданты биологически активны, оказывают вредное воздействие на живые организмы, ведут к росту легочных и бронхиальных заболеваний людей, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металлов, ухудшают условия видимости.
Пятая группа. Ее составляют альдегиды – органические соединения, содержащие альдегидную группу С, связанную с углеводородным радикалом (СН 3 , С 6 Н 5 или др.).
В отработавших газах присутствуют в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.
Формальдегид НСНО – бесцветный газ с неприятным запахом, тяжелее воздуха, легко растворимый в воде. Он раздражает слизистые оболочки человека, дыхательные пути, поражает центральную нервную систему. Обусловливает запах отработавших газов, особенно у дизелей.
Акролеин СН 2 =СН-СН=О, или альдегид акриловой кислоты, – бесцветный ядовитый газ с запахом подгоревших жиров. Оказывает воздействие на слизистые оболочки.
Уксусный альдегид СН 3 СНО – газ с резким запахом и токсичным действием на человеческий организм.
Шестая группа. В нее входят взвешенные твердые вещества (сажа и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.)), которые состоят из мелкодисперсных частиц (диаметром менее 1 мкм), способные находиться во взвешенном состоянии в течение суток. Они состоят из разных материалов, включая неорганическую золу, кислые сульфаты или нитраты, дым, содержащий полициклические ароматические углеводороды, тонкодисперсную пыль, остатки свинца и асбеста.
Проблема загрязнения воздуха городов мира взвешенными частицами диаметром менее 10 мкм, называемые обычно РМ-10, признана одной из важнейших.
В России внимание этой проблеме начинает уделяться только сейчас. На сети мониторинга загрязнения атмосферы в России измеряются концентрации лишь суммы взвешенных веществ. Для развития сети станций, измеряющих концентрации мелкодисперсных взвешенных частиц диаметром менее 10 мкм недостаточно финансовых ресурсов.
Полициклические ароматические углеводороды относятся к большому числу органических соединений, химическая структура которых состоит из двух и более бензольных колец. Наиболее широко известное соединение – бенз(а)пирен.
Сажа – частицы твердого углерода черного цвета, образующиеся при неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива. Она не представляет непосредственной опасности для здоровья человека, но может раздражать дыхательные пути. Создавая дымный шлейф за транспортным средством, сажа ухудшает видимость на дорогах. Наибольший вред сажи проявляется в адсорбировании на ее поверхности бенз(а)пирена, который в этом случае оказывает более сильное негативное воздействие на организм человека, чем в чистом виде. Поэтому уменьшение ее выбросов – весьма актуальная задача, от решения которой зависят как экологические показатели воздушного бассейна, так и развитие дизельного транспорта в целом. В настоящее время для очистки отработавших газов дизелей от сажевых (твердых) частиц во многих странах находят применение сажевые фильтры.
По данным работы, диаметр первичных сажевых частиц составляет 0,02-0,17 мкм. В отработавших газах сажа находится в виде образований неправильной формы размером 0,3-100 мкм. Наибольшее количество частиц сажи имеет размеры до 0,5 мкм.
Седьмая группа. Представляет собой сернистые соединения – такие неорганические газы, как сернистый ангидрид, сероводород, которые появляются в составе отработавших газов двигателей, если используется топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах по сравнению с другими видами топлив, используемых на транспорте.
Для отечественных месторождений нефти (особенно в восточных районах) характерен высокий процент присутствия серы и сернистых соединений. Поэтому и получаемое из нее дизельное топливо по устаревшим технологиям отличается более тяжелым фракционным составом и вместе с тем хуже очищено от сернистых и парафиновых соединений. Согласно европейским стандартам, введенным в действие в 1996 г., содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,005 г/л, а по российскому стандарту – 1,7 г/л. Наличие серы усиливает токсичность отработавших газов дизелей и является причиной появления в них вредных сернистых соединений. Сернистые соединения обладают резким запахом, тяжелее воздуха, растворяются в воде. Они оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека, могут привести к нарушению углеводного и белкового обмена и угнетению окислительных процессов, при высокой концентрации (свыше 0,01 %) – к отравлению организма.
Восьмая группа. Компоненты этой группы – свинец и его соединения – встречаются в отработавших газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина, имеющего в своем составе присадку, повышающую октановое число. Оно определяет способность двигателя работать без детонации. Чем выше октановое число, тем более стоек бензин против детонации. Детонационное сгорание рабочей смеси протекает со сверхзвуковой скоростью, что в 100 раз быстрее нормального. Работа двигателя с детонацией опасна тем, что двигатель перегревается, мощность его падает, а срок службы резко сокращается. Увеличение октанового числа бензина способствует снижению возможности наступления детонации. В качестве присадки, повышающей октановое число, используют антидетонатор – этиловую жидкость Р-9. Бензин с добавлением этиловой жидкости становится этилированным. В состав этиловой жидкости входят собственно антидетонатор – тетраэтилсвинец РЬ(С 2 Н 5)4, выноситель – бромистый этил (ВгС 2 Н 5) и амонохлорнафталин, наполнитель – бензин Б-70, антиокислитель – параоксидифениламин и краситель. При сгорании этилированного бензина выноситель способствует удалению свинца и его оксидов из камеры сгорания, превращая их в парообразное состояние. Они вместе с отработавшими газами выбрасываются в окружающее пространство и оседают вблизи дорог.
В придорожном пространстве примерно 50 % выбросов свинца в виде микрочастиц сразу распределяются на прилегающей поверхности. Остальное количество в течение нескольких часов находится в воздухе в виде аэрозолей, а затем также осаждается на землю вблизи дорог. Накопление свинца в придорожной полосе приводит к загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы непригодными к сельскохозяйственному использованию. Добавление к бензину присадки Р-9 делает его высокотоксичным. Разные марки бензина имеют различное процентное содержание присадки. Чтобы различать марки этилированного бензина, их окрашивают, добавляя в присадку разноцветные красители. Неэтилированный бензин поставляется без окрашивания (табл. 3).
Таблица 3.
Некоторые показатели физико-химических свойств автомобильных бензинов по ГОСТ 2084 – 77 и ОСТ 38.01.9 – 75
|
Показатели качества |
||||
|
Октановое число, не
менее:
По исследовательскому методу |
||||
| Содержание (масса) свинца, г/кг бензина, не более | ||||
| Содержание (массовая доля) серы, %, не более | ||||
| Цвет этилированного бензина |
Оранжевый |
В развитых странах мира применение этилированного бензина ограничивается или уже полностью прекращено не только по причине высокой токсичности присадки Р-9, но и из-за его несовместимости с каталитическими нейтрализаторами отработавших газов. Достаточно одной заправки этилированным бензином, чтобы вывести из строя активный слой дорогостоящего нейтрализатора и датчика свободного кислорода (Х-зонда), т.е. лишить автомобиль инструментов подавления СО, СН, NO X и стехиометрического дозирования топлива с последующими непредсказуемыми последствиями, вплоть до возгорания автомобиля.
Негативное воздействие на экосистемы оказывают не только рассмотренные компоненты отработавших газов двигателей, выделенные в восемь групп, но и сами углеводородные топлива, масла и смазки. Обладая большой способностью к испарению, особенно при повышении температуры, пары топлив и масел распространяются в воздухе и отрицательно влияют на атмосферный воздух.
Угарный газ и оксиды азота, столь интенсивно выделяемые на первый взгляд невинным голубоватым дымком глушителя автомобиля – вот одна из основных причин головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности. Сернистый газ способен воздействовать на генетический аппарат, способствуя бесплодию и врожденным уродствам, а все вместе эти факторы ведут к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию к самым близким людям. В больших городах также более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования. По расчетам специалистов, «вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет до 90% по оксиду углерода и 70 % по оксиду азота. Автомобиль также добавляет в почву и воздух тяжелые металлы и другие вредные вещества.
Основными источниками загрязнения воздушной среды автомобилей являются отработавшие газы ДВС, картерные газы, топливные испарения.
Двигатель внутреннего сгорания – это тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу. По виду применяемого топлива ДВС подразделяют на двигатели, работающие на
бензине, газе и дизельном топливе. По способу воспламенения горючие смеси ДВС бывают с воспламенением от сжатия (дизели) и с воспламенением от искровой свечи зажигания.
Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов нефти с температурами кипения от 200 до 3500С. Дизельное топливо должно иметь определенную вязкость и самовоспламеняемость, быть химически стабильным, при сгорании иметь минимальную дымность и токсичность. Для улучшения этих свойств в топлива вводят присадки, антидымные или многофункциональные.
Образование токсичных веществ – продуктов неполного сгорания и оксидов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания – расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования оксидов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому рассмотрение механизма образования данных токсичных веществ целесообразно вести раздельно.
К основным токсичным выбросам автомобиля относятся:
отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат оксид углерода (СО), углеводороды (СХHY), оксиды азота (NOX), бенз(а)пирен, альдегиды и сажу. Картерные газы – это смесь части отработавших газов, проникшей
через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95 % СО, 55 % СХHY и 98 % NOX, картерные газы по – 5 % СХHY, 2 % NOX, а топливные испарения – до 40 % СХHY.
внутреннего сгорания представлено в табл.3.1.
Таблица 3.1
|
Компоненты |
Доля токсичного компонента в ОГ ДВС |
|||
|
Карбюраторные |
Дизельные |
|||
|
топлива, кг |
топлива, кг |
|||
|
Бенз(а)пирен |
до 10 мкг/м3 |
|||
|
Альдегиды |
||||
|
до 0,04 г/м3 |
||||
В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться следующие нетоксичные и токсичные компоненты: О, О2, О3, С, СО, СО2, СН4, CnHm, CnHmО, NO, NO2, N, N2, NH3, HNO3, HCN, H, H2, OH, H2O.
Основными токсичными веществами – продуктами неполного сгорания
являются сажа, оксид углерода, углеводороды, альдегиды.
Вредные токсичные выбросы можно разделить на регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NOX, CXHY, RXCHO, SO2, сажа, дым.
СО (оксид углерода) – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки,
плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах.
Во время работы дизеля концентрация СО незначительна (0,1…0,2 %).
У карбюраторных двигателей при работе на холостом ходу и малых нагрузках содержание СО достигает 5…8 % из-за работы на обогащенных
смесях. Это достигается для того, чтобы при плохих условиях смесеобразование обеспечить требуемое для воспламенения и сгорания
число испарившихся молекул.
NOX (оксиды азота) – самый токсичный газ из ОГ.
N2 (азот) – инертный газ при нормальных условиях. Активно реагирует
с кислородом при высоких температурах.
Выброс с ОГ зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно
увеличивается выброс оксидов азота.
Кроме того, температура в зоне горения (камера сгорания) во многом зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при горении выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания
замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в стенке, т.е. в таких условиях выделяется меньшее количество NOx, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1 кг топлива к 15 кг воздуха). Для дизельных двигателей состав NOx зависит от угла опережения впрыска топлива и периода задержки воспламенения топлива. С увеличением угла опережения впрыска топлива удлиняется период задержки воспламенения, улучшается однородность топливовоздушной смеси, большее количество топлива испаряется, и при сгорании резко (в 3 раза) увеличивается температура, т.е. увеличивается количество NOx.
Кроме того, с уменьшением угла опережения впрыска топлива можно
существенно снизить выделение оксидов азота, но при этом значительно ухудшаются мощностные и экономические показатели.
Углеводороды (СxНy) – этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные элементы. ОГ содержат около 200 разных углеводородов.
В дизельных двигателях СxНy образуются в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления.
ДВС выбрасывает большее количество СxНy, когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания.
Дым – непрозрачный газ. Дым может быть белым, синим, черным.
Цвет зависит от состояния ОГ.
Белый и синий дым – это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей
конденсации.
Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего определяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны
синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.
К факторам, определяющим возникновение белого и синего дыма, а также его запах в ОГ, относятся температура двигателя, метод образования
смеси, топливные характеристики (цвет капли зависит от температуры ее образования: при увеличении температуры топлива дым приобретает синий цвет, т.е. уменьшается размер капли).
Кроме того, бывает синий дым от масла.
Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива.
Черный дым состоит из сажи.
Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность.
Сажа – представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частице с размерами 0,3...100 мкм.
Причина образования сажи заключается в том, что энергетические
условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом.
Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух.
Количество сажи зависит от температуры в зоне сгорания.
Существуют другие факторы образования сажи – зоны обогащенной смеси и зоны контакта топлива с холодной стенкой, а также неправильная
турбулизация смеси.
Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц, например, сажа сжигается полностью при размере частиц меньше 0,01 мкм.
SO2 (оксид серы) – образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях); эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания.
SO2,H2S – очень опасны для растительности.
Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской
Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87 % общей эмиссии свинца по различным
оценкам. РbО (оксиды свинца) – возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин, чтобы увеличить октановое число для уменьшения детонации (это очень быстрое, взрывное сгорание
отдельных участков рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью распространения пламени до 3000 м/с, сопровождающееся значительным повышением давления газов). При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5...0,85 кг оксидов
свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль
автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта – отказ от использования этилированных бензинов. По данным
1995г. 9 из 25 нефтеперерабатывающих заводов России перешли на выпуск
неэтилированных бензинов. В 1997 году доля неэтилированного бензина в общем объеме производства составила 68%. Однако, из-за финансовых и организационных трудностей полный отказ от производства этилированных бензинов в стране задерживается.
Альдегиды (RxCHO) – образуются, когда топливо сжигается при низких температурах или смесь очень бедная, а также из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра.
При сжигании топлива при высоких температурах альдегиды исчезают.
Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1) ОГ, выбрасываемые через выхлопную трубу (65 %); 2) картерные газы (20 %); 3) углеводороды в
результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15 %).
Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу с отработавшими газами около 200 различных компонентов. Самая большая группа соединений –
углеводороды. Эффект падения концентраций атмосферных загрязнений, то есть приближение к нормальному состоянию, связан не только с
разбавлением выхлопных газов воздухом, но и со способностью самоочищения атмосферы. В основе самоочищения лежат различные физические, физико-химические и химические процессы. Выпадение
тяжелых взвешенных частиц (седиментация) быстро освобождает атмосферу только от грубых частиц. Процессы нейтрализации и связывания газов в атмосфере проходят гораздо медленнее. Значительную роль в этом играет
зеленая растительность, поскольку между растениями идет интенсивный газообмен. Скорость газообмена между растительным миром в 25…30 раз превышает скорость газообмена между человеком и ОС в расчете на единицу массы активно функционирующих органов. Количество атмосферных
осадков оказывает сильное влияние на процесс восстановления. Они растворяют газы, соли, адсорбируют и осаждают на земную поверхность пылевидные частицы.
Автомобильные выбросы распространяются и трансформируются в атмосфере по определенным закономерностям.
Так, твердые частицы размером более 0,1 мм оседают на
подстилающих поверхностях в основном из-за действия гравитационных сил.
Частицы, размер которых менее 0,1 мм, a также газовые примеси в виде CO, СХНУ, NOX, SOX распространяются в атмосфере под воздействием процессов диффузии. Они вступают в процессы физико-химического взаимодействия между собой и с компонентами атмосферы, и их действие проявляется на локальных территориях в пределах определенных регионов.
В этом случае рассеивание примесей в атмосфере является неотъемлемой частью процесса загрязнения и зависит от многих факторов.
Степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами объектов АТК
зависит от возможности переноса рассматриваемых загрязняющих веществ на значительные расстояния, уровня их химической активности,
метеорологических условий распространения.
Компоненты вредных выбросов с повышенной реакционной способностью, попадая в свободную атмосферу, взаимодействуют между
собой и компонентами атмосферного воздуха. При этом различают физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.
Примеры физического реагирования: конденсация паров кислот во влажном воздухе с образованием аэрозоля, уменьшение размеров капель жидкости в результате испарения в сухом теплом воздухе. Жидкие и твердые
частицы могут объединяться, адсорбировать или растворять газообразные вещества.
Реакции синтеза и распада, окисления и восстановления осуществляются между газообразными компонентами загрязняющих веществ
и атмосферным воздухом. Некоторые процессы химических преобразований начинаются непосредственно с момента поступления выбросов в атмосферу, другие – при появлении для этого благоприятных условий – необходимых
реагентов, солнечного излучения, других факторов.
При выполнении транспортной работы существенным является выброс соединений углерода в виде CO и СХНУ.
Моноксид углерода в атмосфере быстро диффундирует и обычно не создает высокой концентрации. Его интенсивно поглощают почвенные микроорганизмы; в атмосфере он может окисляться до СО2 при наличии примесей - сильных окислителей (О,О3), перекисных соединений и свободных радикалов.
Углеводороды в атмосфере подвергаются различным превращениям (окислению, полимеризации), взаимодействуя с другими атмосферными загрязнениями, прежде всего под действием солнечной радиации. В результате этих реакций образуются перекиси, свободные радикалы, соединения с оксидами азота и серы.
В свободной атмосфере сернистый газ (SО2) через некоторое время окисляется до сернистого ангидрида (SО3) или вступает во взаимодействие с другими соединениями, в частности углеводородами. Окисление сернистого ангидрида в серный происходит в свободной атмосфере при фотохимических и каталитических реакциях. В обоих случаях конечным продуктом является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде.
B сухом воздухе окисление сернистого газа происходит крайне медленно. В темноте окисления SO2 не наблюдается. При наличии в воздухе оксидов азота скорость окисления сернистого ангидрида увеличивается независимо от влажности воздуха.
Сероводород и сероуглерод при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются в свободной атмосфере медленному окислению до серного ангидрида. Сернистый ангидрид может адсорбироваться на поверхности твердых частиц из оксидов металлов, гидрооксидов или карбонатов и окисляться до сульфата.
Соединения азота, поступающие в атмосферу от объектов АТК, представлены в основном NO и NO2. Выделяемый в атмосферу моноксид азота под воздействием солнечного света интенсивно окисляется атмосферным кислородом до диоксида азота. Кинетика дальнейших превращений диоксида азота определяется его способностью поглощать
ультрафиолетовые лучи и диссоциировать на моноксид азота и атомарный кислород в процессах фотохимического смога.
Фотохимический смог – это комплексная смесь, образующаяся при воздействии солнечного света из двух основных компонентов выбросов автомобильных двигателей – NO и углеводородных соединений. Другие
вещества (SO2), твердые частицы также могут участвовать в смоге, но не являются основными носителями высокого уровня окислительной активности, характерной для смога. Стабильные метеорологические условия благоприятствуют развитию смога:
Городские эмиссии удерживаются в атмосфере в результате инверсии,
Служащей своеобразной крышкой на сосуде с реактивами,
Увеличивая продолжительность контакта и реакции,
Препятствуя рассеиванию (новые эмиссии и реакции добавляются к первоначальным).
Рис.3.1.
Фотохимический смог
Формирование смога и образование оксиданта обычно останавливается при прекращении солнечной радиации в темное время суток и дисперсии реагентов и продуктов реакции.
В Москве при обычных условиях концентрация тропосферного озона,
который является предвестником образования фотохимического смога, достаточно низкая. Оценки показывают, что генерация озона из оксидов азота и углеводородных соединений вследствие переноса воздушных масс и повышение его концентрации, и следовательно, неблагоприятное воздействие происходит на расстоянии 300…500 км от Москвы (в районе Нижнего Новгорода).
Помимо метеорологических факторов самоочищения атмосферы
некоторые компоненты вредных выбросов автомобильного транспорта участвуют в процессах взаимодействия с компонентами воздушной среды, результатом которых является возникновение новых вредных веществ (вторичные атмосферные загрязнители). Загрязнители вступают с компонентами атмосферного воздуха в физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.
Многообразие продуктов выхлопов автомобильных двигателей может быть классифицировано по группам, сходным по характеру воздействия на организмы или химической структуре и свойствам:
1) нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар и углекислый газ, содержание которых в атмосфере в обычных условиях не достигает уровня, вредного для человека;
2) моноксид углерода, наличие которого характерно для выхлопов бензиновых двигателей;
3) оксиды азота (~98 % NО, ~2 % NO2), которые по мере пребывания в атмосфере соединяются с кислородом;
4) углеводороды (алкаин, алкены, алкадиены, цикланы, ароматические соединения);
5) альдегиды;
7) соединения свинца.
8) серистый ангидрид.
Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов, в том числе от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, температуры и влажности и т.д. Лица пожилого
возраста, дети, больные, курильщики, страдающие хроническим бронхитом,
коронарной недостаточностью, астмой, являются более уязвимыми.
Общая схема реакции организма на воздействие загрязнителей ОС по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) представлена на
рис.3.2.
Рис. 3.2. Реакция организма на воздействие загрязнителей воздуха:
1 – смертность; 2 – заболеваемость; 3 – физиологические признаки заболевания; 4 – сдвиги жизнедеятельности организма неизвестного
назначения; 5 – накопление загрязнений в органах и тканях.
Проблема состава атмосферного воздуха и его загрязнения от выбросов автотранспорта становится все более актуальной. Это можно проследить уже
на примере Москвы. В 1982 г. вклад автотранспортных средств в суммарное загрязнение атмосферы составлял 69 %, в 1990 г. – 74,6 %, в 1993 г. – 79,6 % и т.д.
Среди факторов прямого действия (все, кроме загрязнения окружающей среды) загрязнение воздуха занимает, безусловно, первое
место, поскольку воздух – продукт непрерывного потребления организма.
Дыхательная система человека имеет ряд механизмов, помогающих защитить организм от воздействия загрязнителей воздуха. Волоски в носу отфильтровывают крупные частицы. Липкая слизистая оболочка в верхней
части дыхательного тракта захватывает мелкие частицы и растворяет некоторые газовые загрязнители. Механизм непроизвольного чихания и кашля удаляет загрязненные воздух и слизь при раздражении дыхательной
Тонкие частицы представляют наибольшую опасность для здоровья человека, так как способны пройти через естественную защитную оболочку в
легкие. Вдыхание озона вызывает кашель, одышку, повреждает легочные ткани и ослабляет иммунную систему.
Влияние загрязнения воздуха на здоровье населения состоит в
следующем.
Взвешенные частицы. Частицы пыли размером от 0,01 до 100 мкм классифицируются следующим образом: более 100 мкм – осаждающиеся,
менее 5 мкм – практически неосаждающиеся.
Частицы первого типа безвредны, поскольку быстро осаждаются либо на поверхности земли, любо в верхних дыхательных путях. Частицы второго типа попадают глубоко в легкие. Установлено присутствие соединений
углерода, углеводорода, парафина, ароматических веществ, мышьяка, ртути и др. в легких вследствие проникновения пыли, a также связь с частотой заболевания раком, хроническим заболеванием дыхательных путей, астмой,
бронхитом, эмфиземой легких. Резкое увеличение частоты хронических бронхитов начинается с концентрации 150 – 200 мг/м3. При попадании в дыхательные пути сажи, возникают хронические заболевания (размеры твердых частиц 0.5…2 мкм), ухудшается видимость, а также сажа абсорбирует на своей поверхности сильнейшие канцерогенные вещества (бенз(а)пирен), что опасно для человеческого организма. Норма сажи в ОГ составляет 0.8 г/м3.
Сернистый ангидрид. Оказывает пагубное влияние на слизистую оболочку верхних дыхательных путей, вызывает бронхиальную закупорку. Начиная с 500 мг/м3 у больных бронхитом наблюдаются осложнения, 200 мг/м3 вызывает увеличение приступов у астматиков.
Оксиды азота. Диоксид азота и фитохимические производные являются побочными продуктами нефтехимических производств и рабочих процессов дизельных двигателей. Оказывают влияние на легкие и на органы зрения. Начиная с 150 мг/м3, при длительных воздействиях происходит нарушение дыхательных функций Оксиды азота раздражают слизистую оболочку глаз и носа, разрушают легкие. В дыхательных путях оксиды азота реагируют с
влагой, которая находится в этом месте. Оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя.
Считается, что токсичность NOx больше в 10 раз, чем СО. N2O
действует как наркотик. Норма NOx в воздухе – 0,1 мг/м3.
Озон. Повышение концентрации оксидов азота и углеводородов под
действием солнечной радиации порождает фотохимический смог (озон, ПАН и др.) Фоновая концентрация озона в природе 20…40 мг/м3. При 200 мг/м3 наблюдается заметное негативное воздействие на организм человека.
Моноксид углерода. При сжигании топлива в условиях недостатка
воздуха, CO генерируется в процессе работы автомобильных двигателей. Соединяясь с гемоглобином (Нb), из вдыхаемого воздуха попадает в кровь, препятствуя насыщению крови кислородом, а следовательно, и тканей, мышц, мозга. При концентрации 20…40 мг/м3 в течение 1 часа содержание НbСО в крови повышается на 2…3 %, что вызывает ослабление зрения, ориентации в пространстве, реакций. СО вызывает нарушение нервной системы, головную боль, похудение, рвоту.
Диспансерные исследования Института экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН показали, что длительное вдыхание воздуха, содержащего моноксид углерода в концентрациях 3…6
ПДК и диоксид азота 2…3 ПДК, вызывает в детском организме ряд ответных реакций. Установлены удлинение времени латентного периода зрительно –
моторной реакции, хронический тонзиллит, хронический ринит, гипертрофия миндалин, снижение жизненной емкости легких.
Основными представителями альдегидов, поступающих в атмосферный воздух с выбросами автомобилей, являются формальдегид и
акролеин. Действие формальдегида характеризуется раздражающим эффектом по отношению к нервной системе. Он поражает внутренние органы и анактивирует ферменты, нарушает обменные процессы в клетке путем
подавления цитоплазматического и ядерного синтеза. Именно RxCHO
определяют запах ОГ.
Биологическое действие фотооксидантов (смесь озона, диоксида азота и формальдегида) на клеточном уровне подобно действию радиации,
вызывает цепную реакцию клеточных повреждений.
Углеводороды (СxНy) имеют неприятные запахи. СxНy раздражают глаза, нос и очень вредны для флоры и фауны. СxНy от паров бензина также токсичные, допускается 1,5 мг/м3 в день.
Оксиды свинца накапливаются в организме человека, попадая в него через животную и растительную пищу. Свинец и его соединения относятся к классу высокотоксичных веществ, способных причинить ощутимый вред здоровью человека. Свинец влияет на нервную систему, что приводит к снижению интеллекта, а также вызывает изменения физической активности, координации, слуха, воздействует на сердечно-сосудистую систему, приводя к заболеваниям сердца. Свинцовое отравление (сатурнизм) занимает первое место среди профессиональных интоксикаций.
от расстояния растения до дороги. Норма Рb в Европе – 10 мг Рb в 1 кг травы.
Современные исследования в области влияния состояния атмосферного воздуха на здоровье населения можно характеризовать табл.3.2.
Влияние
кратности превышения ПДК на здоровье людей
Таблица 3.2
|
Кратность превышения |
Ответ состояния здоровья населения |
|
Нет изменений в состоянии здоровья |
|
|
Изменение состояния здоровья по некоторым |
|
|
Выраженные функциональные сдвиги |
|
|
Рост специфической и неспецифической заболеваемости |
|
|
Острые отравления |
|
|
Летальные отравления |
Значительная масса вредных выбросов, рассеянных в атмосфере,
является результатом работы автомобиле.
Вредные выбросы – это вещества, поступившие в атмосферу из агрегатов и систем автомобиля. В атмосферу поступают вещества из систем двигателя: картерные выбросы из системы смазки и вентиляции картера, топливные испарения из системы питания топливом, отработавшие газы – смесь газов с примесью взвешенных частиц, удаляемых из цилиндров или камер сгорания через систему выпуска, а также топливный бак и агрегаты трансмиссии.
Они характеризуются токсичностью вредных выбросов (ВВ) и дымностью отработавших газов(ОГ).
Токсичность выбросов двигателя – способность выбросов оказывать
вредное воздействие на людей и животный мир. Вредное воздействие оказывают оксид углерода СО, углеводороды СН и оксиды азота NOх.
Дымность отработавших газов двигателя - показатель,
характеризующий степень поглощения светового потока, просвечивающего отработавшие газы. Нормируемым параметром дымности является оптическая плотность отработавших газов количество поглощенного света частицами сажи и другими светопоглощающими дисперсными частицами отработавших газов автотракторных дизелей, определяемое по шкале измерительного прибора.
В США, например, доля выбросов токсичных соединений в атмосферу автомобилей составляет 60 %, а в странах Западной Европы – до 40 %.
Отработавшие газы, смешиваясь с туманом, образуют плотную завесу смога, против которого не найдено еще средств. В дни смога резко
увеличивается число аллергических заболеваний, инсультов, нервных припадков.
Под действием солнечных лучей углеводороды и оксиды азота, содержащиеся в атмосфере, вступают в фотохимическую реакцию, образуя соединения, вызывающие резь в глазах. Особенно велик уровень загазованности в местах скопления автомобилей (тракторов).
Следует отметить, что в настоящее время по дорогам мира движутся более 300 млн автомобилей, которые потребляют около 3,5 млрд кг топлива
на каждые 100 км пробега, а при сгорании 1 кг топлива в двигателе выделяется 446 г СО и около 16 г оксидов азота.
Доля загрязнения воздуха отработавшими газами составляет 65 %,
газами, выделяемыми из картера двигателя, 20 %, из карбюратора 9 % и из топливного бака 6 %.
Проблема защиты окружающей среды от отрицательного воздействия
автомобилей связана прежде всего со снижением выбросов токсичных веществ ДВС.
Предельные концентрации вредных и токсичных веществ в воздухе
устанавливают в качестве гигиенических норм. Однако большой вред здоровью человека наносит длительное воздействие вредных веществ малых концентраций и нескольких токсичных компонентов.
Особенно опасны для здоровья человека оксид углерода и оксиды азота. Воздействие оксидов азота нельзя ослабить никакими нейтрализующими веществами. Не полностью сгоревшие углеводороды – это
несколько сотен химических соединений. Эта смесь является причиной многих хронических заболеваний. Наиболее опасным соединением считается бенз(а)пирен, обладающий также канцерогенными свойствами. Некоторые ароматические углеводороды являются сильными отравляющими
веществами, они воздействуют на системы кровообращения, центральную нервную и мышечную. Диоксид серы также оказывает вредное воздействие на кроветворные органы (костный мозг и селезенку) человека, его слизистую
оболочку, вызывает бессонницу. Сильными токсичными веществами являются свинец и его соединения. Они содержатся в этилированном бензине. Попадая в организм, они вызывают нарушения обмена веществ.
Загрязнение окружающей среды токсичными веществами отработавших газов приводит к существенным отрицательным последствиям. Грунтовые и поверхностные воды в большой степени подвержены опасности
загрязнения топливом, маслами, смазочными материалами и другими специальными жидкостями. Даже минимальное количество этих веществ может сильно изменить качество воды. Пленка из углеводородов на поверхности воды затрудняет процессы окисления, что отрицательно влияет
на живые организмы. Особенно опасным для лесов и лесопарков является диоксид серы, разрушающий хлорофилл. Установлено, что растения чувствительны даже к очень малым концентрациям SO2 в воздухе.
Точно определить количество выбросов вредных веществ в атмосферу двигателями практически невозможно. Величина этих выбросов зависит от многих факторов: типа двигателя, его конструктивных параметров, процесса
подготовки и сгорания смеси топлива и воздуха, режима работы,
технического состояния и др.
В настоящее время строго регламентируются предельные значения выбросов вредных веществ (ВВ) и дымности отработавших газов (ОГ).
Для их определения проводят испытания. Процедура испытаний
включает 3 различных цикла: ESC и ETC, предназначенные для определения выбросов ВВ, и ELR – для определения дымности отработавших газов (ОГ).
Цикл ESC по принципу построения близок к «старому» 13-и ступенчатому европейскому циклу. При испытаниях по циклу ESC
проверяется содержание NОХ в трех дополнительных «случайных» точках, лежащих в области режимов работы двигателя, заданной по нагрузке и частоте вращения коленчатого вала. Увеличение содержания NОХ в этих
«случайных» точках по сравнению с результатами, полученными при испытаниях в соответствующих близлежащих точках цикла, не должно превосходить 10 %. Это требование введено с целью исключения «обхода»
цикла, когда заданные экологические показатели достигаются только на регламентированных режимах цикла, а на всех остальных режимах остаются вне контроля или устанавливаются заведомо завышенными для обеспечения
наилучших мощностных, экономических и эксплуатационных показателей, что на двигателях с электронными системами управления не представляет никакого труда.
ETC – это цикл с непрерывным (посекундным) изменением нагрузки и частоты вращения двигателя. Цикл состоит из трех фаз, имитирующих движение в условиях города, пригорода и автострады.
ELR – цикл для определения дымности ОГ – представляет собой цикл
динамического нагружения. Испытания проводятся на тех же скоростных режимах, что в цикле ESC, а также на одном дополнительном «случайном» режиме, выбираемом Технической службой, проводящей испытания.
Испытания проводятся следующим образом. Первоначально двигатель paботает на заданном скоростном режиме с нагрузкой 10 %. Затем регулятор подачи топлива быстро выводится в положение, соответствующее
максимальной подаче топлива, закон нагружения при этом обеспечивает поддержание заданной постоянной частоты вращения коленвала двигателя. Дымность двигателя определяется как среднее значение дымности на
заданных скоростных режимах.
Предполагается следующий порядок применения испытательных циклов:
Для испытания «обычных» дизелей, включая двигатели с
электронным управлением топливоподачей, системой рециркуляции ОГ,
окислительными нейтрализаторами, применяются циклы ESC и ELR;
Для испытаний двигателей, оснащенных такими средствами уменьшения выбросов, как, например, восстановительные нейтрализаторы
NОХ и уловители частиц, применяются все указанные циклы - ESC, ELR, ETC;
Газовые двигатели испытываются только по циклу ETC.
Европейские требования по предельным значениям содержания ВВ в ОГ к автомобилям категорий M1 и N1 с бензиновыми, газовыми и дизельными двигателями приведены в табл.3.3.
Таблица 3.3
|
масса автомо- биля, кг |
углерода (СО), г/км |
Углеводо |
азота (NOX) г/км |
Углеводо роды + ок- сиды азота г/км |
тицы г/км |
||||||
(1) Кроме автомобилей, максимальная масса которых превышает 2500 кг.
(2) Включая автомобили категории М, указанные в примечании 1
Для автотранспортных средств (АТС) категорий М1 полной массой более 3500 кг, М2, М3, N1, N2, N3 c дизельными и газовыми двигателями нормативные требования к вредным выбросам представлены в табл. 3.4 и 3.5.
Таблица 3.4
Предельные величины содержания ВВ и ОГ при выполнении ESC и
|
(1) – Для двигателей с рабочим объёмом менее 0,75дм3 на цилиндр и номинальной частотой вращения более 3000 мин-1.
(2) – «Форсированные» добровольные требования.
Таблица 3.5
Предельные величины содержания ВВ и ОГ при выполнении
ЕТС цикла
|
углерода (СО), г/кВт·ч |
Неметановые углеводороды (NMCH) г/кВт·ч |
Метан (СН4)(1) г/кВт·ч |
азота (NOX) г/кВт·ч |
Частицы(2) |
|
(1) – Только для двигателей, работающих на природном газе.
(2) – Не применяется по отношению к двигателям, работающим на газе.
(3) – Для двигателей с рабочим объёмом менее 0,75дм3 на цилиндр и номинальной частотой вращения более 3000 мин-1.
В России к выбросам вредных веществ (ВВ) АТС категорий М1 полной массой более 3500 кг, М2, М3, N1, N2, N3 c дизельными и газовыми двигателями действуют требования Евро-2. К этих же АТС с бензиновыми двигателями применяются требования, представленные в табл.3.6.
Предельные величины содержания ВВ
Таблица 3.6
В отношении АТС категорий M1 и N1 применяются требования, соответствующие уровню Евро-2 для пассажирских автомобилей (М1) и Евро-1 для грузовых (N1). Эти требования представлены в табл.3.7.
Таблица 3.7.
Предельно-допустимые величины содержания ВВ
|
автомобиля, (m), кг |
углерода |
Общая масса углеводородов и оксидов азота (СН+NOX) г/км |
||||
|
1305 |
||||||
Полный переход (100 % выпускаемых АТС) России на уровень
Европейских требований состоялся: Евро-2 - 2004 год; Евро-3, 4 -2008 год.
Уровень загазованности может быть снижен рядом конструктивных и эксплуатационных мероприятий, направленных не только на снижение
объема выбросов, но и их токсичности. Среди мероприятий конструктивного характера можно отметить следующие:
применение устройств нейтрализации и очистки выбросов от токсичных компонентов;
применение устройств, оптимизирующих дозирование,
смесеобразование топлива, а также рабочий процесс (электронные и электромеханические системы впрыска топлива, транзисторные системы
зажигания, форкамерно-факельные дожигатели, рециркуляция выхлопа,
термостатирование воздуха и пр.);
применение нетрадиционных видов топлива (газовое топливо, водород,
синтетический бензин, спирт);
создание новых силовых установок.
Значительное уменьшение выброса СО может быть достигнуто равномерным распределением смеси путем непосредственного впрыска топлива или улучшения условий испарения топлива в карбюраторе и во впускном трубопроводе; обеспечение состава и качества образуемой смеси нагрузке и частоте вращения коленчатого вала двигателя.
Для снижения выброса углеводородов СnНm, двигатель внутреннего сгорания переводят на работу на бедных смесях, стремясь достичь большей однородности смеси и равномерности ее распределения по цилиндрам. Кроме того, стараются уменьшить долю остаточных газов в смеси при работе двигателя на частичных нагрузках правильным выбором формы и размеров камеры сгорания. Значительно сократить выбросы СО и СnНm с отработавшими газами можно использованием для питания двигателя водорода или газообразного топлива, а также послойным смесеобразованием.
Уменьшение выброса NOх у карбюраторных двигателей достигается снижением максимальной температуры цикла, обогащением смеси или сокращением продолжительности реакций, при которых происходит образование соединений азота. На практике наряду с обогащением смеси и уменьшением угла опережения зажигания понижают степень сжатия, увеличивают частоту вращения коленчатого вала двигателя, впрыскивают воду во впускной трубопровод или осуществляют частичную рециркуляцию отработавших газов.
Все применяемые в настоящее время способы уменьшения токсичности выбросов по всем основным компонентам (СО, СnНm, NOх) основаны на комбинации рассмотренных выше способов. Чаще всего это достигается следующим образом:
уменьшением выброса СО и СnНm, обеднением смеси и изменением угла опережения зажигания. Эти параметры подбирают для каждого режима работы двигателя. Устойчивая работа на обедненных смесях достигается улучшением качества смесеобразования и увеличением энергии искры на электродах свечи, для чего применяют непосредственное впрыскивание топлива и тиристорное зажигание. Для уменьшения выброса NOх используют частичную рециркуляцию отработавших газов. При использовании системы непосредственного впрыскивания топлива с электронным управлением, отрегулированной на экономичный состав смеси (в зависимости от разрежения во впускном трубопроводе, частоты вращения вала и теплового режима двигателя), удается снизить концентрацию токсичных веществ и уменьшить расход топлива на 8...10 %;
переводом двигателя на газообразное топливо с одновременной его регулировкой для работы на обедненных смесях. При этом достигается значительное уменьшение выброса продуктов неполного сгорания, т. е. СО и СnНm. Одновременно для уменьшения выброса NOx применяют, например, частичную рециркуляцию отработавших газов.
В карбюраторных двигателях во всех случаях используют специальные устройства для подачи дополнительного воздуха во впускной трубопровод на режимах разгона и торможения колесной машины. Широко применяют устройства, предотвращающие выброс в атмосферу паров углеводородов из картера двигателя и топливной системы.
Рециркуляцию газов для уменьшения выброса оксидов азота осуществляют все шире как в двигателях с искровым зажиганием, так и в дизелях. При этом понижают температуру процесса сгорания в результате уменьшения количества топлива, поступающего в цилиндры, и большей теплоемкости продуктов сгорания по сравнению с теплоемкостью воздуха. При рециркуляции 5 % отработавших газов концентрация NOх уменьшается примерно на 47 %, а при рециркуляции 15 % газов – на 84 %. Одновременно наблюдаются небольшое уменьшение выброса СnНm и некоторое увеличение выброса СО, а в дизелях – увеличение дымности. При рециркуляции газов более 10 % происходит заметное падение мощности двигателя,
увеличивается расход топлива и ухудшаются динамические характеристики автомобиля (трактора).
Такие компоненты отработавших газов, как оксид углерода и углеводороды, могут быть нейтрализованы в выпускной системе двигателя. Для этого в поток горячих отработавших газов непосредственно за
выпускным клапаном подают воздух под давлением 0,05...0,06 МПа. Количество подаваемого воздуха зависит от коэффициента избытка воздуха. По мере обеднения смеси подачу воздуха прекращают.
Чем выше температура смеси отработавших газов с воздухом, тем
эффективнее процесс окисления в выпускной системе. Увеличивают температуру уменьшением угла опережения зажигания, использованием тепловой изоляции выпускного трубопровода, снижением потерь теплоты в камере сгорания, установкой в системе выпуска специальных реакционных камер. Однако при этом несколько снижается мощность двигателя (увеличивается сопротивление на выпуске) и повышается удельный расход топлива.
Каталитические нейтрализаторы служат для сжигания продуктов неполного сгорания (СО и СnHm) и разложения оксидов азота NOх. Их действие основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения отработавших газов через слой носителя с катализатором (например, платины). Скорость сгорания зависит от температуры носителя (достигает 800 °С).
Каталитические нейтрализаторы используются для очистки отработавших газов двигателей с искровым зажиганием и дизелей. Все нейтрализаторы, монтируемые в выпускной системе, увеличивают сопротивление прохождению газов и приводят к снижению мощности двигателя на 10...20 %. Основным их недостатком является неэффективная работа в диапазоне низких температур отработавших газов. В связи с этим разработаны устройства, состоящие из плазменного и каталитического нейтрализаторов. В плазменном газы разогреваются, а в каталитическом происходит основной процесс окисления. Такие устройства эффективно работают на всех режимах независимо от нагрузки и частоты вращения вала двигателя. Их недостатком являются относительная сложность конструкции и повышенный расход топлива.
Дальнейшее усовершенствование ДВС для уменьшения выброса токсичных компонентов без увеличения расхода топлива практически невозможно. В этом отношении заслуживают внимания силовые агрегаты,
например с газотурбинными двигателями и двигателями Стирлинга.
Значительное уменьшение выброса токсичных компонентов с уменьшением расхода топлива может быть достигнуто созданием
автомобилей с гибридными силовыми установками.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ПО
ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ
СРЕДЫ
Утверждена
приказом Госкомэкологии России
МЕТОДИКА
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ВЫБРОСОВ АВТОТРАНСПОРТА
ДЛЯ
ПРОВЕДЕНИЯ
СВОДНЫХ
РАСЧЕТОВ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ
АТМОСФЕРЫ
ГОРОДОВ
Москва, 1999
Настоящий документ устанавливает порядок расчета выбросов автотранспорта для их использования при проведении сводных расчетов загрязнения атмосферы городов; может быть применен ко всем категориям автотранспортных средств при эксплуатации в городских условиях. Полученные по настоящему документу результаты используются в качестве исходных данных для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов выбросами промышленности и автотранспорта. При разработке данного документа учтены результаты практической оценки выбросов при проведении расчетов загрязнения атмосферы в Государственных комитетах по охране окружающей среды Пермской и Псковской областях, Санкт - Петербурга и Ленинградской области и комитете по охране окружающей среды г. Воронежа, а также их замечания и предложения по совершенствованию методологии оценки выбросов автотранспорта для применения при сводных расчетах загрязнения атмосферы городов.
I . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1 . Настоящая методика предназначена для оценки величин выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными потоками на городских магистралях. 1.2 . Полученные величины выбросов автотранспортных потоков на городских автомагистралях применяются при проведении сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха города (региона) выбросами промышленности и транспорта. 1.3 . В качестве исходных данных для расчета выбросов автотранспорта в атмосферу используются результаты натурных обследований структуры и интенсивности автотранспортных потоков с подразделением по основным категориям автотранспортных средств. 1.4 . Приведенные в данном документе усредненные удельные значения показателей выбросов отражают основные закономерности их изменения при реальном характере автотранспортного движения в городских условиях, определяемых целесообразным выбором передаточного отношения от двигателя к трансмиссии. При этом учитывается, что в городе автомобиль совершает непрерывно разгоны и торможения, перемещаясь с некоторой средней скоростью на конкретном участке автомагистрали, определяемой дорожными условиями. 1.5 . Расчеты выбросов выполняются для следующих вредных веществ, поступающих в атмосферу с отработавшими газами автомобилей: - оксид углерода (СО); - оксиды азота N О x (в пересчете на диоксид азота); - углеводороды (СН) * ; - сажа; - диоксид серы (SO 2); - соединения свинца ** ; - формальдегид; - бенз (а) пирен. * - расчет выбросов соединений свинца для автомобилей, движущихся по городским автомагистралям, производится в том случае, если в данном городе используется этилированный бензин. Рассчитанные значения выбросов соединений свинца целесообразно уточнить с учетом доли этилированного бензина в общем потреблении бензинов всех марок в данном городе. ** - для автомобилей с бензиновыми двигателями при проведении расчетов загрязнения атмосферы используется ПДКм. р. по бензину (код 2704); для автомобилей с дизельным двигателем - по керосину (код 2732) [ 8]. 1.6 . Используемые при расчете выбросов параметры определяются на основе натурных обследований, проведение которых осуществляется по достаточно простой схеме, не требующей инструментального оснащения и продолжительного обучения. Это позволяет выполнять такие работы практически в любом городе с необходимой периодичностью, что весьма важно для регулярной корректировки информации о выбросах автотранспорта в целях поддержания работы компьютерного банка данных о выбросах промышленности и автотранспорта города в оперативном режиме.II . РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ АВТОТРАНСПОРТОМ
Выброс i - го вредного вещества автотранспортным потоком (MLi) определяется для конкретной автомагистрали, на всей протяженности которой, структура и интенсивность автотранспортных потоков изменяется не более, чем на 20 - 25 %. При изменении автотранспортных характеристик на большую величину, автомагистраль разбивается на участки, которые в дальнейшем рассматриваются как отдельные источники. Такая магистраль (или ее участок) может иметь несколько нерегулируемых перекрестков или (и) регулируемых при интенсивности движения менее 400 - 500 а / час. Для автомагистрали (или ее участка) с повышенной интенсивностью движения (т. е. более 500 а / час) целесообразно дополнительно учитывать выброс автотранспорта (Мп) в районе перекрестка. В районе перекрестка выбрасывается наибольшее количество вредных веществ автомобилем за счет торможения и остановки автомобиля перед запрещающим сигналом светофора и последующим его движением в режиме «разгона» по разрешающему сигналу светофора. Это обуславливает необходимость выделить на выбранной автомагистрали участки перед светофором, на которых образуется очередь автомобилей, работающих на холостом ходу в течение времени действия запрещающего сигнала светофора. Таким образом, для автомагистрали (или ее участка) при наличии регулируемого перекрестка суммарный выброс М будет равен:Где: , , , - выброс в атмосферу автомобилями, находящимися в зоне перекрестка при запрещающем сигнале светофора; , , , - выброс в атмосферу автомобилями, движущимися по данной автомагистрали в рассматриваемый период времени; n и m - число остановок автотранспортного потока перед перекрестком соответственно на одной и другой улицах его образующих за 20- минутный период времени; индексы 1 и 2 соответствуют каждому из 2- х направлений движения на автомагистрали с большей интенсивностью движения, а 3 и 4 - соответственно для автомагистрали с меньшей интенсивностью движения.
II.1 . Расчет выбросов движущегося автотранспорта.
Выброс i - того загрязняющего вещества (г / с) движущимся автотранспортным потоком на автомагистрали (или ее участке) с фиксированной протяженностью L (км) определяется по формуле: 
(II .2)
Таблица II .1 .
Значения пробеговых выбросов (г / км) для различных групп автомобилей
|
№ группы |
|||||||||
|
NO х (в пересчете на NO 2) |
Формальдегид |
Соединения свинца |
Бенз (а) пирен |
||||||
| Легковые | |||||||||
| Легковые дизельные | |||||||||
| Автобусы карбюраторные | |||||||||
| Грузовые дизельные | |||||||||
| Автобусы дизельные | |||||||||
Таблица II .2 .
Значения коэффициентов , учитывающих изменения количества выбрасываемых вредных веществ в зависимости от скорости движения
|
Скорость движения (V , км / час) |
||||||||||||||
II.2 Расчет выбросов автотранспорта в районе регулируемого перекрестка
При расчетной оценке уровней загрязнения воздуха в зонах перекрестков следует исходить из наибольших значений содержания вредных веществ в отработавших газах, характерных для режимов движения автомобилей в районе пересечения автомагистралей (торможение, холостой ход, разгон). Выброс i - го загрязняющего вещества (З В) в зоне перекрестка при запрещающем сигнале светофора М 4 п 0 определяется по формуле:
г/мин (II.3)
Где Р (мин.) - продолжительность действия запрещающего сигнала светофора (включая желтый цвет); N Ц - количество циклов действия запрещающего сигнала светофора за 20- минутный период времени; N гр - количество групп автомобилей; (г / мин) - удельный выброс i -г o З В автомобилями, k - ой группы, находящихся в «очереди» у запрещающего сигнала светофора; G k , n - количество автомобилей k группы, находящихся в «очереди» в зоне перекрестка в конце n - го цикла запрещающего сигнала светофора. Значения определяются по табл. II .3 , в которой приведены усредненные значения удельных выбросов (г / мин), учитывающие режимы движения автомобилей в районе пересечения перекрестка (торможение, холостой ход, разгон), а значения Р, N Ц, G k - по результатам натурных обследований.
Таблица II .3 .
Удельные значения выбросов для автомобилей , находящихся в зоне перекрестка
|
Наименование группы автомобилей |
№ группы |
Выброс, г / мин |
|||||||
|
NO x (в пересчете на NO 2) |
Формальдегид |
Соединения свинца |
Бенз (а) пирен |
||||||
| Легковые | |||||||||
| Легковые дизельные | |||||||||
| Грузовые карбюраторные с грузоподъемностью до 3 т (в том числе работающие на сжиженном нефтяном газе) и микроавтобусы | |||||||||
| Грузовые карбюраторные с грузоподъемностью более 3 т (в том числе работающие на сжиженном нефтяном газе) | |||||||||
| Автобусы карбюраторные | |||||||||
| Грузовые дизельные | |||||||||
| Автобусы дизельные | |||||||||
| Грузовые газобалонные, работающие на сжатом природном газе | |||||||||
III . ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ НАТУРНЫХ ОБСЛЕДОВАНИЙ СТРУКТУРЫ И ИНТЕНСИВНОСТИ АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ НА ОСНОВНЫХ АВТОМАГИСТРАЛЯХ
Для определения выбросов автотранспорта на городских автомагистралях и последующего их использования в качестве исходных данных при проведении расчетов загрязнения атмосферы проводится изучение особенностей распределения автотранспортных потоков (их состава и интенсивности) по городу и их изменений во времени (в течение суток, недели и года). Территориальные различия состава и интенсивности транспортных потоков зависят от площади и поперечных размеров города, количества населения, схемы планировки улично - дорожной сети, особенностей расположения промышленных предприятий, автохозяйств, бензозаправочных станций и станций техобслуживания. Временные различия в значительной степени связаны с режимом работы промышленных предприятий и учреждений города и с климатическими особенностями района, в котором расположен город. III .1 . На основе изучения схемы улично - дорожной сети города, а также информации о транспортной нагрузке составляется перечень основных автомагистралей (и их участков) с повышенной интенсивностью движения и перекрестков с высокой транспортной нагрузкой. В качестве таких магистралей (участков) рассматриваются: - для городов с населением до 500 тысяч человек - магистрали (или их участки) с интенсивностью движения в среднем более 200 - 300 автомобилей в час; - для городов с населением более 500 тыс. человек - магистрали (или их участки) с интенсивностью движения в среднем более 400 - 500 автомобилей в час. Выбранные автомагистрали (или их участки) и перекрестки наносятся на карту - схему города (с учетом масштаба карты). На этой карте фиксируются и перекрестки, на которых предполагается проведение дополнительных обследований. III .2 . Для определения характеристик автотранспортных потоков на выбранных участках улично - дорожной сети проводится учет проходящих автотранспортных средств в обоих направлениях с подразделением по следующим группам: I . Л - легковые, из них отдельно легковые и легковые дизельные автомобили; II . ГК < 3 - грузовые карбюраторные грузоподъемностью менее 3 тонн и микроавтобусы (ГАЗ -51-53, УАЗы, «Газель» , РАФ и др.); III . ГК > 3 - грузовые карбюраторные грузоподъемностью более 3 тонн (ЗИЛы, Урал и др.); IV . АК - автобусы карбюраторные (ПАЗ, ЛАЗ, ЛИАЗ); V . ГД - грузовые дизельные (КРАЗ, КАМАЗ); VI . АД - автобусы дизельные (городские и интуристовские «Икарусы»); VII . ГГБ - грузовые газобалонные, работающие на сжатом природном газе. III .3 . Подсчет проходящих по данному участку автомагистрали транспортных средств проводится в течение 20 минут каждого часа. При высокой интенсивности движения (более 2 - 3 тыс. автомашин в час) подсчет проходящих автотранспортных средств проводится синхронно раздельно по каждому направлению движения (а при недостаточности числа наблюдателей - первые 20 минут - в одном направлении; следующие 20 минут - в противоположном направлении). III .4 . Для выявления максимальной транспортной нагрузки наблюдения выполняются в часы «пик» . Для большинства городских автомагистралей отмечается два максимума: утренний и вечерний (соответственно с 7 - 8 часов до 10 до 11 часов и с 16 - 17 часов до 19 - 20 часов), для многих транзитных автомагистралей наибольшая транспортная нагрузка характерна для дневного времени суток. С целью получения исходных данных о выбросах для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы города наблюдения организуются в часы «пик» летнего сезона года. Натурные обследования состава и интенсивности движущегося автотранспортного потока проводятся не менее 4 - 6 раз в часы «пик» на каждой автомагистрали. III .5 . Результаты натурных обследований структуры и интенсивности движущегося автотранспортного потока заносятся в полевой журнал по форме, приведенной в таблице III .1 .Таблица III .1 .
ПОЛЕВОЙ ЖУРНАЛ
обследования характеристик движущегося автотранспортного потока
|
Время подсчета, за период 20 минут |
Число автомобилей по группам |
Скорость движения потока, км / час |
||||||||||
|
Легковые |
Легковые дизельные |
ГК < 3, МА |
Легко вые |
Грузовые |
Автобусы |
|||||||
Таблица III .2
ПОЛЕВОЙ
ЖУРНАЛ
обследования
автотранспортных
потоков
на
перекрестках
|
Время работы запрещающего сигнала светофора, мин. |
Число автомобилей по группам |
Длина очереди автотранспорта (м) |
||||||||
|
Легковые |
Легковые дизельные |
ГК < 3 , МА |
||||||||
