基于PART5 模式计算机动车尾气管颗粒物排放研究分析

引言：研究表明，人长时间暴露于细颗粒物（PM2.5）等颗粒物环境下，将对心血管系统和呼吸系统造成严重健康损伤。同时元素碳也是引起温室效应的主要污染来源。空气中的元素碳、PM2.5 等颗粒物主要来源于汽车尾气。随着我国各大中小城市汽车保有量的增加，汽车尾气排放带来的城市空气污染颗粒物越来越严重，通过计算机动车尾气颗粒物排放量，分析颗粒物的排放特征，能够展开针对性治理管理，对改善城市空气质量有重要意义。

1 计算方法

1.1 排放因子

根据我国对污染物排放的评价规范，计算排放量公式为：

其中，Q 表示某类型排放物的排放量 （σ_g/ 年），AADT 表示该类机动车每天平均交通量（veh/d），E 表示污染因子 （g/km） ，L 表示行驶距离（km），i 表示车辆类型。计算颗粒物排放因子，公式为：

其中F 表示排放因子，G 表示尾气颗粒物的质量，M 表示机动车每驾驶100km 的油耗。

1.2 PART5 模式

PART5 模式来源于美国环保局，用于计算颗粒物的排放因子，基于大量测量数据建立回归模型。该模型根据排放实际情况记录驾驶里程、车辆类型、油品质量等参数。计算公式为：

其中，EFCOMPi 表示i 类机动车的排放因子 （g/km） ）； EF_ij 表示第i 类机动车j 车龄的排放因子，其受到速度、油品质量、燃油参数、维修保养情况等因素影响； TF_ij 表示第i 类机动车j 车龄行驶里程在总里程的占比。

统计某地区机动车保有量和平均里程，使用公式计算

其中 TQ 表示 i 类型车辆一年内 w 种颗粒物的排放总量 （t/ 年）；TQ 表示 w 种污染物排放总量（t/ 年）；P 表示 i 类型车辆的保有量（辆）；Q 表示 i 类型车辆的年平均里程 （km/ 年）； Ef_iv 表示 i 类型车辆 w 种颗粒物的排放因子。

2 采集尾气管颗粒物和浓度计算

2.1 采集方法

采集尾气颗粒物常见方法包括台架测 路实测和隧道测试几种方法。由于台架测试法可重复测量，测量结果稳定， 粒物。将尾气和环境空气充分混合收集到混合罐中，使其接近于 处理后送入一级稀释器，加热温度达到190℃，经过混合后进 仪设备，分别测量颗粒物的浓度。实验前需要严格按照操作规 检 定处理。 采集颗粒物过程中注意记录设备温度和状态，发现设备温度和 工作状态 存在 将该组数据从结果中剔除。

2.2 尾气颗粒物组分

尾气颗粒物主要可分为无机元素、碳组分和水溶性离子[1]。分析无机元素组分主要使用等离子体原子发射光谱法，对水溶性离子采取离子色谱仪，对碳组分使用热光反射法测定。测定 PM2.5 质量通过对比特氟龙滤膜和石英滤膜前后质量变化，使用微电子天平分别测量计量差值，即为PM2.5 重量[2]。

PM2.5 在各类型机动车尾气中占比达到 66～74 在 PM2.5 中碳组分含量占比最高，水溶性离子其次，元素组分含量占比最少。 各类型 车中占比高达 61%，在汽油机动车中占比高达 68%。 占比达 39% ；元素碳在汽油机动车中占比达到 不充分导致。虽然柴油车排放PM2.5 总量较高， 不容忽视 [3]。水溶性离子中 NO -的占比最高， 为 SO 2-、Ca2-。主要由于尾气中含有大量氮氧 得 S0₄^2- 水平升高。而在 PM2.5 中NH NO 、（NH ） SO 两种成分 质量造成直接影响。

2.3 计算浓度

电子低压撞击仪设备默认浓度为 1g/cm3 ，但机动车排放浓度并不稳定，需要重新计算颗粒物的密度。公式为：

其中，ρα 表示第 α 粒径颗粒物的密度 （g/cm³） ； p₀ 表示初始密度 （g/cm³） ），取值为 2. 0g/cm³ ；D 表示颗粒物动力学直径平均值 （nm）：D^′ 表示初始粒径（nm），取值为20nm ；f 表示分形维数，取值为2.3。

从设备中读取颗粒物的质量浓度、数浓度等数据，再进行标准化计算，可以获得颗粒物实际浓度值。

在匀速条件下，柴油机动车尾 5. 510×10⁸ /cm3，粒径最大值为 73nm ；在加速条件下，颗粒物浓度最大 515×10⁸ 机动车和天然气机动车尾气颗粒物浓度和粒径均小于柴油 浓度最大值为 1. 182×10⁸ 个 /cm3，粒径最大值为 9nm ；在 粒径最大值为 17nm。在匀速条件下，天然气机动车尾 为 9nm ；在加速条件下，颗粒物浓度最大值为 9.295×10 油机动车在加速情况下存在较高荷载，发动机温度升高，使得 物粒径大，使得加速条件下浓度峰值和粒径峰值较高。

3 结果分析

3.1 不同类型机动车排放特征

对不同类型机动车展开分析，随着行驶速度的变化，排放因子表现出一定变化。以 PM2.5 颗粒物为例，小型客车驾驶速度为 10km/h 时，排放因子为 0. 0030g/km ；驾驶速度为 30km/h 时，排放因子为 0.0029g/km ；驾驶速度为 50km/h 时，排放因子为 0.0021g/km ；驾驶速度为 70km/h 时，排放因子为 0.0022g/km ；驾驶速度为90km/h 时，排放因子为 0.0032g/km。中型客车驾驶速度为 10km/h 时，排放因子为 0.4295g/km ；驾驶速度为30km/h 时，排放因子为 0.3372g/km ；驾驶速度为 50km/h 时，排放因子为 0.3155g/km ；驾驶速度为 70km/h 时，排放因子为 0.3164g/km ；驾驶速度为 90km/h 时，排放因子为 0.3776g/km。大型客车驾驶速度为 10km/h 时，排放因子为 0.1142g/km ；驾驶速度为 30km/h 时，排放因子为 0.8492g/km ；驾驶速度为 50km/h 时，排放因子为 0.7630g/km ；驾驶速度为 70km/h 时，排放因子为 0.6935g/km ；驾驶速度为 90km/h 时，排放因子为 0.7670g/km。

轻型货车驾驶速度为 20km/h 时，排放因子为 0.6219g/km ；驾驶速度为 40km/h 时，排放因子为 0.5146g/km ；驾驶速度为 60km/h 时，排放因子为 0.5022g/km ；驾驶速度为 80km/h 时，排放因子为 0.5528g/km ；驾驶速度为 100km/h 时，排放因子为 0.6064g/km。中型货车驾驶速度为 20km/h 时，排放因子为 1.1824g/km ；驾驶速度为 40km/h 时，排放因子为 0.9120g/km ；驾驶速度为 60km/h 时，排放因子为 0.8354g/km ；驾驶速度为80km/h 时，排放因子为 0.7622g/km ；驾驶速度为 100km/h 时，排放因子为 0.8943g/km。重型货车驾驶速度为20km/h 时，排放因子为 2.8532g/km ；驾驶速度为 40km/h 时，排放因子为 2.6032g/km ；驾驶速度为 60km/h 时，排放因子为 2.3630g/km ；驾驶速度为 80km/h 时，排放因子为 2.6825g/km ；驾驶速度为 100km/h 时，排放因子为 2.8730g/km。

从上文数据可知，随着车辆驾驶速度提高，颗粒物排放量随之降低，达到一个限值后，排放总量随着驾驶速度提高开始升高。机动车类型也会影响污染物的排放，随着汽车体积增加，PM2.5 排放总量逐渐增加，重型货车排放量最高，需要在交通管理中进行重点监管。

3.2 不同燃油类型车辆的排放特征

汽油机动车 PM2.5 排放量达到 366.67t，柴油车辆 PM2.5 排放总量达到 2254t。其他颗粒物排放情况为，小型车辆CO 排放量达到86712t，VOC 排放量达到8969t，氮氧化物排放量达到22905t ；中型车辆CO 排放量达到 48572t，VOC 排放量达到 8013t，氮氧化物排放量达到 5914t ；大型车辆 CO 排放量达到 44535t，VOC 排放量达到1029t，氮氧化物排放量达到11543t。

从上文数据可知，小型汽车 CO 排放量最大，大型车辆 CO 排放量最小；柴油车辆的 PM2.5 排放量显著高于汽油车辆排放量。这主要受到发动机的影响。 柴油机运转时气缸 度升高 造成碳氢化合物排放比例降低，发动机排气时氮氧化物中一氧化氮含量达到最高。 同类型机动车的排放标准也有很大差异，小型机动车主要使用汽油，大型机动车主要使用柴油，部分公交车使用LPG，因此产生排放颗粒物种类上的差异。

3.3 不同排放标准车辆的排放特征

根据国家排放标准不同对汽车分类，国 III 及以下标准的机动车 PM2.5 排放量达到 2435t ；国 IV 标准的机动车 PM2.5 排放量达到 1023t ；国 V 标准的机动车 PM2.5 排放量达到 145t ；国 VI 标准的机动车 PM2.5 排放量达到 20t. 表明国 III 及以下标准的机动车排放量最高，成为城市 PM2.5 排放的主要来源，而国 IV 标准的机动车仅次其后，但国 IV 标准的机动车保有量最多，其排放总量也不容忽略。证实随着排放标准的提高，PM2.5排放量呈现出下降趋势，且每提高一个标准，PM2.5 排放量呈现出量级化下降。

4 机动车颗粒物排放的治理建议

4.1 提高油品质量

油品质量作为影响尾气颗粒物污染的主要因素，需要采取多种措施改善油品质量。建议汽油采取降烯烃技术和脱硫技术，柴油使用加氢、脱硫技术，通过技术处理改善燃油质量。

4.2 提高机动车排放标准

机动车尾气中含有PM2.5颗粒物、氮氧化物、CO和VOC等物质，都严重影 气质量，威胁人们的健康和安全。要想从根本上治理颗粒物排放，还需要 新的排放标准，提高排放要求，禁止未达到排放标准的车型上市， 和检查 淘汰排放量不达标机动车的效果[4]。对正在使用的高排放量机动车，推出换车优惠政策，鼓励市民更换机动车，减少高排放量机动车的保有量。

4.3 加强城市交通管理

一方面要尽可能完善城市公共交通路线，鼓励市民出行乘坐公交车和地铁，减少驾驶私家车。另一方面，要对市内交通路线进行调整，禁止高排放量、大型车辆行驶，将其转移至郊区线路运行或夜间运行，减少白天市区的尾气排放量。

结论：综上所述，本文基于 取台架测试法采集汽车尾气，并对尾气颗粒物组 占比达到 66～74%，其中碳组分含量占 .5 中柴油机动车发动机温 排放特征的分析，速度提高开始升高。②随着 .5 排放量显著高于汽油车 物排放污染的问题，还需要才能够提高 空气污染的问题。

参考文献：

[1] 齐晓辉 ， 段晨斐 . 机动车尾气污染与防治措施分析 [J]. 黑龙江环境通报 ，2024，37（5）：96-98.

[2] 郝永佩 ， 宋晓伟 ， 朱晓东 ， 等 . 京津冀地区机动车细颗粒物污染的健康影响分析 [J]. 环境科学 ，2023，44（12）：6610-6620.

[3] 何雨璇， 常运华， 张和艳， 等. 基于隧道PM2.5 取样研究南京市机动车尾气颗粒物排放特征[J]. 环境科学学报 ，2021，41（11）：4430-4438.

[4] 吴善岳 ， 陈春飞 ， 陈明惠 ， 等 . 基于粒径分布的机动车尾气颗粒物排放检测方法 [J]. 内燃机与配件 ，2024（6）：97-99.