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黄明强15006035746mqhuang@xujc.comSlide2第13章机动车问题§1城市交通趋势及影响§2汽油发动机污染物的形成与控制§3柴油发动机污染物的形成与控制§4新型动力车§5交通规划与交通管理Slide3第一节城市交通趋势及影响SparkIgnitionEnginesSlide4世界机动车增长趋势Slide5城市机动车污染现状¾随着经济的快速发展，我国汽车保有量连年高速增长¾汽车单车排放因子高¾机动车污染物排放总量大，城市机动车污染分担率高¾严重影响城市大气环境质量Slide6中国机动车保有量增长情况¾近10年来，全国机动车保有量迅速增加，平均增长速度约14%¾重点大城市保有量增长更快，北京市92年以来平均增长速度超过20%¾机动车收入弹性系数研究表明：收入增长1%，机动车保有量增长1.02—1.94%¾我国经济发展水平决定城市机动车保有量将会在一定时期内保持迅速增加Slide7中国机动车保有量增长情况020040060080010001200140019781985198719891991199319951997年份数量(万辆)Slide8中美机动车排放因子比较污染物轿车轻型汽油车重型汽油车HC7.249.6413.17北京CO72.3745.19195.55NOX1.842.844.5HC1.862.246.74美国CO14.0317.772.97NOX1.021.143.29Slide9机动车动力系统燃料+氧二氧化碳动力点火水蒸气η汽油车:0.25~0.3柴油车:0.3~0.45Slide10机动车尾气排放物4碳氢化合物(Hydrocarbons)4一氧化碳(CarbonMonoxide)4氮氧化物(OxidesofNitrogen)4二氧化碳(CarbonDioxide)4颗粒物(Particulates)4铅(Lead)4其它污染物(Otherpollutants)4水蒸汽(WaterVapor)空气燃料引擎/排放技术Slide11101214161820Air-FuelRatio02468101214O2PercentMoles040080012001600200024002800NOCO2COHCPPMMolesStoichiometry汽油(C8H17)理论空燃比:约14.7CO:局部不均匀残余HCSlide12HC:不完全燃烧壁面猝灭油膜吸附Slide13汽车污染物产生来源曲轴箱HC的20%排气管所有的CO、NOX、Pb和HC的60%油箱和化油器蒸发HC的15%汽油车行驶工况与排放41.怠速,减速时CO,HC排放高,浓度约为:CO:1.0-6%;HC:400-3000ppmNOx:10-100ppm42.加速,定速时NOx高,浓度约为:NOx:1000-4000ppmCO:0.5-3.0%;HC:200-600ppm加速时,碳烟约为:0.005g/m3主要控制技术4前处理:无铅汽油(0.013g/L),低硫汽油和柴油。废气再循环(EGR):20%循环,降低NOx约60%,但油耗增加3%4机内控制:发动机设计表面积/容积越小越好;电子控制技术;多气门技术4机外控制技术:热反应器,催化反应器(氧化,还原--三效)改进点火系统4电控燃油喷射系统废气再循环(EGR)三效催化净化技术(TWC)4同时净化3种污染物:CO,HC,NOx4只能在很窄的空燃比窗口工作:闭环电控燃油喷射技术三效催化净化技术(TWC)4主要使用贵金属+陶瓷载体,Pt,Rd,Pd4寿命要求80000-160000km,防中毒很关键!曲轴箱(crankcase)排放控制Evaporativeemissioncontrol汽油,柴油发动机的区别4汽油发动机燃烧为预混火焰,柴油为扩散火焰4柴油发动机压缩比高,热效率高30-50%4柴油发动机以喷油雾化方式燃烧,产生碳烟较多4柴油车经济性好,马力大,最先实现3升车4汽油车加速性好,正在开发缸内直喷发动机技术FormationpathofSoot柴油车行驶工况与排放41.CO总是很低,约0.1%42.减速,怠速时HC相对较高,浓度约为400ppm此时NOx较低,约为30-70ppm43.加速,定速时NOx高,浓度约为:NOx:800-2500ppm此时HC:90-200ppm44.加速时碳烟最高,约为0.30g/m3Turbo-chargeandEmission(采用增压和中冷技术)Inter-coolerOxidationcatalyst(氧化催化剂)ParticulateTrap(颗粒补集器)Slide29未来汽车技术4稀燃缸内直喷汽油发动机4柴油车PM及NOx机外净化技术4混合动力技术4燃料电池汽车技术Slide304一、城市交通的综合规划41.城市交通发展战略规划42.城市交通综合网规划43.城市交通的近期建设规划4二、城市交通规划方法4三、关键的战略规划41.交通需求管理42.改善多方式的交通供应43.采取协调的综合政策4减少空气污染的交通管理对策交通规划与交通管理Slide31第13章大气污染和全球气候4§1温室气体与全球气候变化4§2臭氧层破坏问题4§3致酸前体物与酸雨Slide32§1温室气体与全球气候变化一、全球气候变化问题1.温室效应：某些气体吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留在大气之中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应。能产生温室效应的气体称为温室气体。Slide332.全球气候变暖的特征：z近百年来，全球气温呈上升趋势，平均升温为0.6℃z全球气温的变化不呈直进式，而是呈现冷暖交替的波动二、影响气候变化的大气成分z主要指：二氧化碳、臭氧、甲烷、氟里昂、一氧化碳等z对地球辐射热量的收支平衡起重要作用1）CO2:主要来源于以下：z燃料的使用：石油、天然气、煤等化石燃料的使用z水泥的生产z不合理的土地利用，改变并破坏植被的自然排放Slide34§1温室气体与全球气候变化4全球气候变化问题8大气中CO2含量1750年以前280ppm目前360ppm预计21世纪中叶540～970ppm8气温20世纪增加了0.6±0.2oC8海平面20世纪上升了10～20cmSlide35温室效应机理温室具有与大气类似的对入射太阳辐射和射出热辐射的作用Slide36温室效应（GreenhouseEffect）机理Slide37人类活动的影响大气中CO2、CH4、N2O和CFCs的浓度变化趋势。在过去的一个世纪里，人类活动导致所有温室气体的浓度迅速增加。（资料来源：IPCC,1990）Slide38人类活动的影响温室气体年排放量/Mt·a-1全世界美国二氧化碳（CO2）298005300甲烷（CH4）37531一氧化二氮（N2O）5.70.5CFC-11,-12,-1130.70.1HCFC-220.20.1HFCs,PFCs,SF6NA0.034主要温室气体的年排放量Slide39人类活动的影响Slide40气候变化的影响4雪盖和冰川面积减少8雪盖20世纪60年代以来减少10％8冰川20世纪50年代以来减少10%～15％4海平面上升8过去100年10～20cm81990～21008～9cmSlide41气候变化的影响4降水格局变化8中高纬降雨量增大8北半球亚热带降雨量下降，南半球增加4气候灾害8过多降水、大范围干旱、持续高温4影响人体健康4影响农业生产和生态系统Slide42应对措施与策略41.控制温室气体的排放8改变能源结构8提高能源转换效率8提高能源使用效率8减少森林植被的破坏8控制水田和垃圾填埋场的甲烷排放Slide43应对措施与策略42.增加温室气体的吸收8植树造林8采用固碳技术CO2分离、回收，注入深海或地下化学、物理、生物方法固定8适应气候变化培养新农作物品种，调整产业结构等Slide44国际行动41992年，联合国环境与发展大会《气候变化框架公约》820世纪90年代末，发达国家温室气体年排放量控制在1990年水平41997年，《京都议定书》8明确各发达国家削减温室气体排放的比例Slide45国际行动国家2008－2012年的排放限值a保加利亚，捷克，爱沙尼亚，欧盟（15个国家），拉脱维亚，列支敦士登，摩纳哥，罗马尼亚，斯洛伐克，斯洛文尼亚，瑞士削减8％美国削减7％加拿大，匈牙利，日本，波兰削减6%克罗地亚削减5％新西兰，俄罗斯，乌克兰不变挪威增加1％澳大利亚增加8%冰岛增加10％a相对于CO2、CH4和N2O的1990年的排放量，和相对于PFCs、HFCs和SF6的1995年的排放量。《京都议定书》规定的温室气体排放限值Slide46§2臭氧层破坏问题4臭氧层主要特征8离地面20～30km的平流层中8占当地空气含量的1/1058厚度单位DU（Dobsonunit）－273K，1atm下，10-3cm厚的O3层称为一个DU1DU＝10-3atmcm＝2.69×1016moleculesSlide47臭氧层的作用大气对紫外线辐射的吸收Slide48臭氧层的作用Slide49§2臭氧层破坏问题1.臭氧层变化与臭氧洞臭氧层的作用：平流层中的臭氧：吸收紫外线对流层中的臭氧：为温室气体z臭氧洞：-出现时间－每年9月－11月8表现：臭氧层出现浓度减少区域，对紫外线的抵挡功能削弱；8发生地区：1984南极上空首次1989北极上空首次其它地区也有类似情况出现Slide50臭氧层破坏现象1955－1995每年十月份南极臭氧浓度（单位：DU）。数据点包括了基于地面和卫星的观测。在这一时期内总臭氧浓度下降了50％。（资料来源：NASA,2000）Slide51平流层臭氧形成和破坏机理4纯氧理论（ChapmanMechanism）4臭氧吸收紫外线的反应223OOOOOMOMhv+→+++→+32322OOOOOOOhv+→++→+Slide52平流层臭氧形成和破坏机理4催化清除理论820世纪70年代建立8活性催化物质的链式反应8Y—活性物种，包括奇氢HOx、奇氮NOx、奇卤XOx三大家族32232YOYOOYOOYOOO2O+→++→++→总反应：Slide53三大家族的来源4奇氢HOx8大气中H2O与激活O原子反应4奇氮NOx8宇宙射线分解N28飞机等人类活动排放4奇卤XOx8人类活动产生的CFCs和含溴氟烷（哈龙，Halons)Slide54二、臭氧层破坏的原因人类过多使用氟氯烃（CFCS）影响臭氧层物质的来源化学物质来源CFC-11,CFC-12用于火箭的燃料气溶胶、制冷剂、发泡剂及溶剂CFC-22制冷剂CFC-113溶剂甲基氯仿溶剂四氯化碳生产CFC及粮食熏烟处理哈龙1301,哈龙1211灭火器氧化氮工业活动副产品二氧化碳化石燃料燃烧副产品甲烷农业产品及采矿活动的副产品Slide55CFCs对臭氧层的破坏作用¾一个Cl自由基可以消耗数十万个O3Slide56臭氧层破坏的危害4臭氧含量减少1％，地面紫外线增加2％～3％4危害8人体健康－损坏人体的免疫系统，使呼吸道疾病增加可破坏蛋白质与DNA结构，引发皮肤癌可使眼睛受损，白内障发病率增高陆生生态系统－植物质量下降8水生生态系统－水面附近生物减少8城市空气和建筑材料－光化学烟雾，材料老化8大气结构－辐射收支变化，气候变化Slide57臭氧层破坏的控制策略4开发消耗臭氧层物质的替代技术8无氟氯昂制冷设备4制定淘汰消耗臭氧层物质的措施8环境管理手段＋经济手段4国际行动81985年，28个国家《维也纳公约》81987年，46个国家《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔公约》Slide582000年之前需停止生产的气体2030年必须淘汰的气体CFC-11HCFC-22CFC-12HCFC-123CFC-113HCFC-124CFC-114HCFC-141bCFC-115HCFC-142b四氯化碳HCFC-225ca三氯乙烷HCFC-225cb哈龙－1211哈龙－1301哈龙－2402蒙特利尔议定书及其修订案所包括的损耗臭氧的气体蒙特利尔议定书及其修订案所包括的损耗臭氧的气体消耗臭氧物质的排放削减Slide59§3致酸前