Как рассчитать выбросы автотранспорта: пример расчёта

Дано: автопарк предприятия из 12 бензиновых легковых с пробегом 18 000 км в год каждый, 5 дизельных грузовых с пробегом 42 000 км и 3 газовых автобусов с пробегом 30 000 км; поправка на техническое состояние парка и холодные запуски $k = 1{,}2$. Найти: валовый выброс загрязняющих веществ за год и приведённую к оксиду углерода массу.

Расчёт для передвижных источников идёт не от расхода топлива, а от пробега: пробег группы машин умножают на удельный выброс в граммах на километр, складывают по веществам и переводят граммы в тонны. Ответ: валовый выброс 9,29 т в год, приведённая масса 258 усл. т в год. Калькулятор сверху пересчитывает оба итога под любой состав парка, а переключатель единиц показывает главный эффект задачи: по физической массе лидирует оксид углерода, а после приведения 87,6 % опасности приходится на оксиды азота.

Решение по шагам

Дано. Удельные выбросы в граммах на километр пробега по типам топлива и среднесуточные ПДК, нужные для приведения:

Шаг 1. Годовой пробег каждой группы. Число машин умножаем на пробег одной:

$$\begin{aligned} L_{\text{бенз}} &= 12 \cdot 18\,000 = 216\,000\ \text{км}, \\ L_{\text{диз}} &= 5 \cdot 42\,000 = 210\,000\ \text{км}, \\ L_{\text{газ}} &= 3 \cdot 30\,000 = 90\,000\ \text{км}. \end{aligned}$$

Всего парк наезжает 516 000 км в год. Обрати внимание: грузовиков впятеро меньше, чем легковых, но их суммарный пробег почти такой же - годовой километраж рабочей машины втрое больше.

Шаг 2. Валовый выброс по группам. Масса вещества равна пробегу, умноженному на удельный выброс и на поправку; деление на миллион переводит граммы в тонны:

$$M_i = \frac{L \cdot m_i \cdot k}{10^{6}}.$$

Для бензиновой группы по оксиду углерода получается $216\,000 \cdot 11{,}0 \cdot 1{,}2 / 10^{6} = 2{,}851$ т, по углеводородам $0{,}518$ т, по оксидам азота $0{,}544$ т, по диоксиду серы $0{,}013$ т - итого 3,927 т. Точно так же считаем остальные группы:

Шаг 3. Валовый выброс парка. Сумма всех клеток даёт $3{,}927 + 4{,}410 + 0{,}953 = 9{,}289 \approx 9{,}29$ т в год. Больше половины этой массы - 52,5 % - приходится на оксид углерода, и по такому итогу кажется, что главная проблема парка в бензиновых легковых.

Шаг 4. Приведение к оксиду углерода. Складывать тонны разных веществ напрямую нельзя: они по-разному опасны. Каждую массу умножают на коэффициент относительной агрессивности $A_i$, показывающий, во сколько раз вещество вреднее эталона при равной массе. Эталон - оксид углерода, для него $A = 1$:

$$M_{\text{прив}} = \sum_i A_i \cdot M_i, \qquad A_i = \frac{\text{ПДК}_{\text{CO}}}{\text{ПДК}_i}.$$

Подставляем массы из таблицы:

$$\begin{aligned} M_{\text{прив}} &= 1 \cdot 4{,}882 + 2 \cdot 0{,}979 + 75 \cdot 3{,}010 + 60 \cdot 0{,}101 + 60 \cdot 0{,}318 \\ &= 4{,}88 + 1{,}96 + 225{,}77 + 6{,}05 + 19{,}05 = 257{,}7\ \text{усл. т}. \end{aligned}$$

Ответ: валовый выброс 9,29 т в год, приведённая масса 258 усл. т в год. Главный вклад в приведённую массу дают оксиды азота - 225,8 усл. т, или 87,6 %, а по группам машин лидируют дизельные грузовые с долей 72,6 %.

Формула и откуда она берётся

Удельный выброс $m_i$ - это масса вещества, которую двигатель выбрасывает на каждом километре пути при усреднённом режиме движения. Величина получена замерами на стендовых циклах и сведена в справочные таблицы по типу топлива, категории машины и экологическому классу. Для передвижных источников она удобнее расхода топлива: километраж есть в путевых листах, а литры приходится восстанавливать по нормам.

Коэффициент $k$ собирает всё, что отклоняет реальную эксплуатацию от стендовой: износ двигателя, долю холодных пусков зимой, работу на холостом ходу в пробках. В развёрнутых методиках такая поправка своя для каждого вещества и каждого месяца, в учебной задаче берут одну усреднённую.

Коэффициент агрессивности $A_i$ строится на простой мысли: чем ниже предельно допустимая концентрация, тем меньше вещества нужно, чтобы воздух стал непригодным, значит, тем дороже обходится каждый выброшенный килограмм. Отношение ПДК оксида углерода к ПДК вещества и даёт множитель. Методику приведения называют по-разному, а таблицы коэффициентов в разных источниках отличаются, но принцип один: физические тонны превращаются в условные, и только их можно складывать и сравнивать.

Почему приведение переворачивает картину

До приведения расклад выглядит так: оксид углерода 52,5 %, оксиды азота 32,4 %, углеводороды 10,5 %. После приведения он становится обратным: оксиды азота 87,6 %, диоксид серы 7,4 %, сажа 2,3 %, а сам оксид углерода опускается до 1,9 %. Причина в ПДК: у оксида углерода она 3,0 мг/м³, у диоксида азота - 0,04, то есть в 75 раз строже.

То же самое происходит и с группами машин. По массе дизельные грузовые дают 47,5 % выброса, почти вровень с бензиновыми, а по приведённой массе - уже 72,6 %. В пересчёте на одну машину разрыв ещё заметнее: 37,4 усл. т с дизельного грузовика против 3,8 усл. т с легкового и 8,4 усл. т с газового автобуса.

Практический вывод из такой задачи всегда один: сокращать надо не общую массу, а приведённую, то есть начинать с дизельной части парка. Тот же приём работает и для стационарных источников - сравни с разбором выбросов котельной, где приведение используют уже для расчёта платы.

Если данные заданы иначе

Часто в условии дан не пробег, а расход топлива. Тогда удельные выбросы берут в граммах на килограмм или на литр топлива, а формула сохраняет вид произведения: расход умножают на удельный показатель. Переход между формами делается через контрольный расход на 100 км, и результат обязан совпасть.

Если задача про климат, а не про здоровье, приведение идёт не к оксиду углерода, а к углекислому газу через потенциалы глобального потепления - это отдельный расчёт, он разобран в задаче про выброс парниковых газов. Путать две шкалы нельзя: условная тонна санитарного приведения и тонна CO2-эквивалента измеряют разные вещи.

Частые ошибки

• Забывают умножить пробег одной машины на их количество и считают выброс парка по одному автомобилю - результат занижается в разы.
• Делят на 1000 вместо 10⁶: удельный выброс задан в граммах, а ответ нужен в тоннах, значит, порядков три плюс три.
• Складывают физические тонны разных веществ и объявляют сумму «выбросом» - складывать без приведения можно только для отчёта по валовому выбросу, но не для оценки опасности.
• Берут коэффициент агрессивности как отношение ПДК вещества к ПДК эталона, а не наоборот: тогда самое опасное вещество получает самый маленький множитель.
• Подставляют максимально разовую ПДК вместо среднесуточной. Для годового расчёта нужна именно среднесуточная, иначе коэффициенты уедут в несколько раз.
• Приписывают саже и диоксиду серы бензиновую группу: сажа в заметных количествах появляется только у дизеля, а сера - от её содержания в топливе.

FAQ

Почему у дизеля меньше оксида углерода, чем у бензина? Дизель работает на бедной смеси с избытком воздуха, углерод успевает окислиться до конца. Зато высокая температура и избыток кислорода в цилиндре прямо разгоняют образование оксидов азота, поэтому по NOx дизель проигрывает вчетверо.

Нужно ли учитывать углекислый газ в этом расчёте? Нет. CO2 не нормируется как загрязняющее вещество по ПДК и в приведённую массу не входит - у него нет коэффициента агрессивности. Его считают отдельно, в углеродном балансе.

Что делать, если в парке машины разных экологических классов? Разбить группу по классам и взять для каждой свой удельный выброс: разница между старой машиной и современной доходит до порядка величины. В калькуляторе сверху это делается через отдельные группы.

Откуда брать поправочный коэффициент? Из справочных таблиц по среднему возрасту парка и климатическому району либо из задания. В учебных задачах он обычно лежит в диапазоне от 1,0 до 1,6.

Коротко

1. Считаем годовой пробег каждой группы: число машин умножаем на пробег одной. В примере 216 000, 210 000 и 90 000 км, всего 516 000 км.
2. Умножаем пробег группы на удельный выброс в г/км и на поправку $k = 1{,}2$, делим на 10⁶ и получаем тонны по каждому веществу.
3. Складываем массы по всем группам: валовый выброс равен 9,29 т в год, из них 4,882 т оксида углерода и 3,010 т оксидов азота.
4. Умножаем каждую массу на коэффициент агрессивности $A_i = \text{ПДК}_{\text{CO}} / \text{ПДК}_i$ и суммируем: приведённая масса равна 258 усл. т в год.
5. Смотрим структуру: 87,6 % приведённой массы дают оксиды азота, 72,6 % - дизельные грузовые. Именно с них и начинают снижение выбросов.