MO LIWO CI OCENY WP YWU ZMIANY INFRASTRUKTURY DROGOWEJ NA EMISJ ZWI ZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN POJAZDÓW

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 98 Transport 2013 Jerzy Merkisz, Mateusz Nowak, Jacek Pielecha Pawe Fu, Agnieszka Merkisz-Guranowska Politechnika Pozna ska, Instytut Silników Spalinowych i Transportu MO LIWO CI OCENY WP YWU ZMIANY INFRASTRUKTURY DROGOWEJ NA EMISJ ZWI ZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN POJAZDÓW R kopis dostarczono, kwiecie 2013 Streszczenie: Obecnie na drogach krajowych i europejskich ci gle wprowadzane s zmiany, maj ce na celu m. in. skróci czas podró y, zwi kszy bezpiecze stwo podró uj cych, zmniejszy negatywne oddzia ywanie poruszaj cych si pojazdów na rodowisko naturalne. W artykule scharakteryzowano zagadnienia dotycz ce mo liwo ci oceny wprowadzonych i planowanych zmian w przebiegu szlaków komunikacyjnych w obr bie zró nicowanej infrastruktury drogowej. G ównym kryterium, które podlega o analizie to emisja zwi zków szkodliwych spalin. S owa kluczowe: obwodnice, badania emisyjne, symulacje 1. WST P Ci g y rozwój jest niezb dny, aby by konkurencyjnym. Dewiza ta dotyczy ka dej dziedziny ycia, równie infrastruktury drogowej. Jednak mo na zadawa sobie pytania, jak zmierzy ten post p uzyskany dzi ki przebudowie aktualnych dróg lub budowie zupe nie nowych traktów komunikacyjnych. Zagadnienia te s tym bardziej istotne, im wi cej pojazdów porusza si po drogach. Najlepiej je li ró nice mo na oceni przed rozpocz ciem inwestycji, by istnia a jeszcze mo liwo dokonania ewentualnej modyfikacji, aby po uwzgl dnieniu wybranego kryterium zaprojektowano jak najlepsze rozwi zanie. Ocenie mog podlega np.: wska niki dotycz ce bezpiecze stwa na drodze, wska niki ekologiczne lub ekonomiczne. W artykule dokonano przegl du metod oceny oddzia ywania inwestycji drogowej na rodowisko naturalne. Metody te wykorzystuj uniwersalne dane empiryczne, które s wykorzystywane podczas analiz wykonywanych podczas budowy nowoczesnej infrastruktury drogowej oraz badania przejazdowe wykonane podczas rzeczywistej eksploatacji pojazdów. Ka d z metod poddano ocenie pod wzgl dem jej przydatno ci oraz wiarygodno ci uzyskiwanych wyników. Poza tym istotnym aspektem jest koszt

2 456 Jerzy Merkisz, Pawe Fu, Jacek Pielecha, Mateusz Nowak uzyskania wyników, który w wi kszo ci przypadków jest decyduj cy podczas wyboru okre lonej metody. 2. OPIS WYBRANYCH METOD OCENY ODDZIA YWANIA RODOWISKOWEGO INWESTYCJI DROGOWEJ 2.1. METODA WYKORZYSTUJ CA WSKA NIKI EMISJI ZANIECZYSZCZE JAKO FUNKCJ MASY SPALONEGO PALIWA Metoda wykorzystuj ca wska niki emisji zanieczyszcze jako funkcj masy spalonego paliwa jest jedn z najbardziej popularnych metod wykorzystywanych podczas tworzenia raportów dotycz cych oddzia ywania rodowiskowego inwestycji na rodowisko (np. [1]). Podstaw do wykonywania analiz z wykorzystaniem tej metody jest pismo: MO ZNiL nr Pzmot/063/8/93 z dnia r., w którym przyj to nast puj ce warto ci wska ników emisji zwi zków szkodliwych odniesione do kilograma spalonego paliwa, przedstawione w tabl. 1. Aby wykona analiz rodowiskow wed ug tej metody, nale y post powa w nast puj cej kolejno ci: przyj prognozowan struktur i nat enie ruchu na analizowanym odcinku drogi, za o y udzia poszczególnych typów silników w pojazdach ró nych kategorii. Do zalet omawianej metody nale y zaliczy krótki czas i ma y koszt uzyskania wyników. Jednak przy wyborze tej metody, nale y liczy si z du niedok adno ci, gdy przyjmowane parametry s przestarza e (ustawa z roku 1993). Poza tym, obecnie nie uwzgl dnia si emisji SO 2 i Pb, poniewa w przypadku pojazdów z silnikami ZI stosuje si benzyny bezo owiowe, a do zasilania silników ZS stosuje si oleje nap dowe o niskiej zawarto ci siarki (mniej ni 10 ppm). Przestarza e jest równie nazewnictwo, gdy obecnie nie u ywa si poj cia emisja sadzy. Aktualnie stosowane poj cie to emisja cz stek sta ych, które oprócz cz ci w glowej (sadzy) zawieraj szkodliwe substancje pochodz ce z niespalonego paliwa, oleju smaruj cego i inne [2].

3 Mo liwo ci oceny wp ywu zmiany infrastruktury drogowej 457 Emisja zanieczyszcze w g/kg spalonego paliwa [1] Tablica ANALIZA Z WYKORZYSTANIEM POMIARÓW W WARUNKACH RZECZYWISTYCH Metoda, w której wykorzystuje si pomiary przeprowadzone podczas przejazdów w rzeczywistym ruchu drogowym jest uwa ana za wiarygodn, gdy odwzorowuje stan faktyczny. Ró nice mog wynika jedynie z odmiennego stylu jazdy kierowcy, jednak aspekt ten nie jest problemem, przy odpowiedniej metodyce bada. Aby prawid owo móc zinterpretowa wyniki, pomiary wykonuje si podczas przejazdów za pojazdem poprzedzaj cym (za liderem). Nast pnie wykonuje si po kilka przejazdów w obie strony, przez co styl jazdy kierowcy nie ma du ego znaczenia podczas analizy wyników. Niew tpliw wad tej metody jest czas potrzebny do uzyskania wyników oraz koszt bada. Koszt jednak jest du y podczas tworzenia baz danych dotycz cych emisji z ró nych kategorii pojazdów. Kiedy taka baza zostanie ju stworzona, mo na symulowa przejazdy pojazdami na dowolnym odcinku drogi, wymaga to jedynie znajomo ci udzia ów

4 458 Jerzy Merkisz, Mateusz Nowak, Jacek Pielecha, Pawe Fu czasowych pr dko ci i przyspieszenia uzyskiwanych dla przejazdu tego odcinka. Warto ci nat enia emisji spalin pojazdów osobowych wyznacza si na podstawie przeprowadzonych bada w rzeczywistych warunkach ruchu, wykorzystuj c mobiln aparatur pomiarow (m.in. analizator spalin Semtech DS firmy Sensors Inc.). Na tej podstawie mo na wyznaczy emisj poszczególnych zwi zków szkodliwych (rys. 1) oraz parametry przejazdu porównywanych tras. Podczas przejazdu badawczego, rejestrowane s równie dane z systemu pozycjonowania oraz pok adowego systemu diagnostycznego, co umo liwia analiz udzia ów czasowych parametrów jazdy, pracy silnika oraz emisji poszczególnych zwi zków szkodliwych jako funkcji parametrów jazdy (rys. 2). Przejazdy w warunkach rzeczywistych mo na porównywa w odniesieniu do testów homologacyjnych, wyznaczaj c wska niki emisji (odnosz ce si do poszczególnych zanieczyszcze ). Mo na wyró ni nast puj ce rodzaje wska ników emisji (rys. 3): chwilowy cechuje go du a zmienno, gdy jest obliczany w ka dej sekundzie testu, narastaj cy w trakcie wykonywania testu, obliczany jako bie ca emisja drogowa danego zwi zku szkodliwego (od pocz tku testu do chwili bie cej) w stosunku do warto ci normatywnej; odnosz cy si do ca ego testu badawczego jako stosunek emisji drogowej w te cie drogowym wykonywanym w rzeczywistych warunkach ruchu do warto ci normatywnej. Wska nik emisji pojazdu (danego zwi zku szkodliwego) zdefiniowano jako: E rzecz, j k j (1) E NEDC(ETC,WHTC), j gdzie: j zwi zek szkodliwy, dla którego okre lono wska nik emisji, E rzecz,j nat enie emisji w warunkach rzeczywistych [g/s], E NEDC,j nat enie emisji zmierzone w te cie NEDC [g/s] lub w innym te cie badawczym, np. odnosz cym si do pojazdów ci arowych (ETC, WHTC). Rys. 1. Ró nice emisji podczas przejazdu dwoma ró nymi trasami w obr bie tej samej mikroinfrastruktury miejskiej [3]

5 Mo liwo ci oceny wp ywu zmiany infrastruktury drogowej 459 HC [mg/s] 0,014 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0, ,5 1 0,5 0-0,5-1 -1,5-2 a [m/s 2 ] V [m/s] Rys. 2. Charakterystyka nat enia emisji HC z pojazdu [5] Rys. 3. Warto ci nat enia emisji CO oraz wska ników emisji drogowej dla samochodu osobowego spe niaj cego norm emisji spalin Euro 4 [4] Wska nik emisji drogowej danego zwi zku szkodliwego mo e przybiera warto ci z przedzia u. Oznacza to, e je eli emisja drogowa z pojazdu nie przekracza warto ci normatywnych, wska nik ma warto mniejsz od jedno ci, przy przekroczeniu warto ci normatywnej wska nik jest wi kszy od jedno ci, a gdy emisja rzeczywista jest równa normatywnej, wska nik wynosi 1 [6]. Dzi ki wska nikom emisji mo na porówna emisj normatywn danego pojazdu z emisj rzeczywist, co mo e by wyznacznikiem w a ciwo ci ekologicznych danej trasy.

6 460 Jerzy Merkisz, Mateusz Nowak, Jacek Pielecha, Pawe Fu 2.2. ANALIZA Z WYKORZYSTANIEM OPROGRAMOWANIA SYMULACYJNEGO Badanie wp ywu zmian infrastruktury drogowej na czas przejazdu oraz warto ci emisyjne mo liwe jest dzi ki wykorzystaniu dedykowanego to tego celu oprogramowania symulacyjnego (np. Visum, Vissim, MatSim). W ród omawianego oprogramowania, jedne wykorzystuj rodowisko graficzne, dzi ki któremu s atwiejsze do obs ugi przez szersze grono osób odpowiedzialnych za kwestie zwi zane z zarz dzaniem ruchem drogowym. Do tej grupy nale y m.in. oprogramowanie: Visum i Vissim. Drugi typ oprogramowania posiada rodowisko tekstowe, do którego obs ugi wymagana jest znajomo odpowiedniego j zyka programowania. W obu przypadkach wad jest d ugi czas tworzenia sieci drogowej, nat enia ruchu pojazdów (poprzez definiowanie zapotrzebowania na podró e) oraz tworzenie struktury pojazdów. Do zalet nale y zaliczy atwo zmiany przebiegu wybranego odcinka lub uzupe nienia trasy (np. obwodnicy miasta), po czym wykona charakterystyki nat enia ruchu w obu przypadkach i je porówna. 3. PODSUMOWANIE Podczas podejmowania decyzji o doborze metody s u cej do okre lenia wp ywu planowanych zmian w infrastrukturze drogowej nale y rozwa y takie kwestie, jak dok adno wybranej metody, czas wykonywania analizy oraz jej koszt. Obecnie najbardziej popularna jest metoda polegaj ca na doborze wska ników emisji jako funkcji masy spalonego paliwa. Spowodowane to jest z pewno ci najmniejszym kosztem uzyskania wyników, jednak metoda ta jest najmniej dok adna spo ród opisanych w niniejszym artykule. Przyczyn niedok adno ci tej metody s przede wszystkim przestarza e dane wej ciowe, przyjmowane podczas modelowania. Przy stale zmieniaj cych si warunkach pracy pojazdów (inne nat enie emisji spalin) oraz strukturze pojazdów (unowocze nianie parku samochodowego) bazowanie na wska nikach z 1993 roku powoduje znaczne zawy enie obliczanej masy zwi zków szkodliwych. Aby dokona wiarygodnej oceny rozpatrywanych w artykule zagadnie, proponuje si ocen oddzia ywania rodowiskowego na podstawie bada emisji spalin pojazdów w rzeczywistych warunkach ruchu. Bibliografia 1. Informacja rodowiskowa obwodnica Frampola Merkisz J.: Emisja cz stek sta ych przez silniki spalinowe o zap onie samoczynnym. Wydawnictwo Politechniki Pozna skiej, Pozna Merkisz J., Fu P., Pielecha J., Nowak M.: Ocena parametrów emisyjnych pojazdu dla zró nicowanej mikroinfrastruktury miejskiej. Silniki Spalinowe, nr 3, 2013.

7 Mo liwo ci oceny wp ywu zmiany infrastruktury drogowej Merkisz J., Pielecha J., Nowak M.: Emisja zanieczyszcze z pojazdów w rzeczywistych warunkach ruchu na przyk adzie aglomeracji pozna skiej. Post p Nauki i Techniki, nr 15, Radom Merkisz J., Pielecha J., Nowak M.: Wyznaczenie parametrów emisyjnych pojazdu podczas przejazdu przez miejscowo. Technika Transportu Szynowego nr 9, 2012, s Merkisz J., Pielecha J., Radzimirski S.: Emisja zanieczyszcze motoryzacyjnych w wietle nowych przepisów Unii Europejskiej. WK, Warszawa POSSIBILITIES OF CHANGES IN ROAD INFRASTRUCTURE IMPACT ASSESSMENT ON VEHICLES EXHAUST EMISSION Summary: Currently on polish and European roads there are permanent changes carried, which aim is to: reduce travel time, increase the travelers safety and decrease the negative impact of road vehicles on the environment. This paper contains issues which describe the possibilities of capacity assessment of planned changes introduced in the main transportation routes within different road infrastructure. The main criterion, which was subject to analysis is the vehicles exhaust emission. Keywords: ring roads, exhaust emission testing, simulations