Avgasemissioner som funktion av vägens linjeföring

(1)

V Tfnotat

Nummer: T 23 - Datum: 1987-11-06

Titel: _{Avgasemissioner som funktion av vägens linjeföring}

Författare: Ulf Hammarström och Bo Karlsson

Avdelning: Trafik Projektnummer: 753 14-5

Projektnamn: - _{Avgasmodell för vägverkets handlingsprogram avseende} avgasutsläpp från vägtrafik

Uppdragsgivare: Vägverket

Distribution: fri / nyförvärv [ begränsad /

Statens väg- och trafikinstitut

?, Veag-och Trafik-

_{Pa: 58101 Linköping. Tel. 013-115200. Telex 50125 VTISGI S}

(2)

,n u-A N

in

Lo

Fxn

-u-

n-., N F _ U W U U U W W W W U b) 0 O O O O O O O O 0

5=

?

e

N H M

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

BAKGRUND

MÅLSÄTTNING METOD Problem beskrivning Ber äkningsmodell Beräkningsförutsättningar Vägmiljö Landsväg Tätort Fordonstyper Beteende

Övriga indata

Beräkningsmetodik RESULTAT Landsväg Genomfart DISKUSSION REFERENSLISTA Sid m m m um c wuwww N I ' -O O O O 12

(3)

l BAKGRUND

Statens vägverk arbetar med en handlingsplan för reducering av miljöstör-ningar från vägtrafik. Som underlag för en sådan plan krävs bl a uppgifter om samband mellan avgasemissioner och vägens linjeföring. VTI har under år 1987 utvecklat ett datcrprogram som kan användas för att beskriva de

(4)

2 MÅLSÄTTNING

Beräkning av samband mellan avgasemissioner och hastighet för olika linjeföringsstandard. Avgasemissioner särredovisas i form av kolväten, koloxid och kväveoxider. Linjeföringsstandard uttrycks i form av fyra siktklasser. Varje siktklass representeras av en verklig vägsträcka. Dessa representativa sträckor är sam ma som använts för hastighets - flödessam-banden respektive fordonskostnads - hastighetssamflödessam-banden i nuvarande AVOG.

Emissionssamband redovisas för 6 typfordon: lastbil med släp; lastbil 14

ton: lastbil 7 ton; lätt lastbil; landsvägsbuss; personbil. Redovisning görs

även i integrerad form för gruppen av lätta fordon respektive tunga fordon.

Differentiering m a p olika framtida bestämmelser utförs schablonmässigt

med korrektionsfaktorer för olika år.

Önskemål har även framförts om data som beskriver emissioner på typisk

(5)

3 METOD

3.1 Problem beskrivning

Den beräkningsmodell som finns tillgänglig beskriver inte effekt av trafikinteraktioner. Någon åtgärd för att kompensera för detta vidtages ej. Hypotesen är att det normalt inte är någon skillnad mellan hindrad och fri trafiks emission vid en och samma hastighet. Betydelsen av

trafik-interaktionen har utretts i ett uppdrag från vägverket till VTI avseende

utsläpp från trafiken på E6 mellan Stora Höga och Bratteröd.

Den hastighet avgasemissioner skall uttryckas som funkton av är den totala trafikens medelhastighet över en sträcka. Viss medelhastighet för den totala trafiken motsvaras av olika hastigheter för olika typfordon. Problemet utgörs av hur olika hastigheter per typfordon skall väljas för viss totalhastighet. Samma metod väljs som använts för fordonskostnads-beräkningarna i nuvarande AVOG. Metoden är att variera hastighet i beräkningsmodellen genom att variera vägbredd och hastighetsbegräns-ning. För varje kombination av vägbredd och hastighetsbegränsning fås en

hastighet per typfordon. Dessa hastigheter viktas samman till en

total-hastighet med hjälp av den kända trafiksammansättningen enligt avsnitt 3.3.2.

3.2 Beräkningsmodell

Den använda modellen finns beskriven i referenserna (86-1) och (87-1).

Modellen är densamma som använts för beräkning av

fordonskostnadssam-banden i nuvarande AVOG, men kompletterad med'emissionsmodeller. .

3.3 Beräkningsförutsättningar

(6)

3.3.1.1 Landsväg

Samma väggeometriska beskrivningar används som i nuvarande AVOG. Beskrivningarna klassificeras m a p siktklass. Fyra vägar med siktklasser-na 1 - 4 har bildats. Varje väg, med undantag för siktklass 1, har bildats genom att sammanföra flera verkliga vägar med en och samma siktklass. Beskrivning av vägarna:

o siktklass 1, en konstruerad väg enligt referens (84-1). Har genomgåen-de motorvägsstandard

o siktklass 2. Sammansatt av följande vägavsnitt: - Rv 23, väster om Högsby

Lv 134, sydväst Kisa Rv 30, syd Backaryd Lv 131, sydost Tranås

o siktklass 3. Sammansatt av följande vägavsnitt: Lv 150, väst Torup

Rv 32, syd Mjölby

Lv 134, sydväst Kisa

- Rv 23, väster om Högsby

o siktklass 4. Rv 31 sydost om Stensjön.

Att samma väg kan förekomma under flera rubriker beror på att olika delar av en vägsträcka kan ha olika siktklasser.

Texturen väljs till medelgammal asfaltbetong. Asfaltbetong är det

slit-lager som har störst andel trafikarbete.

Väglag beskrivs med följande fördelning:

o torrt, 82.5 0/0 o vått, 10.0 %

o packad snö eller is, 5.7 °/o o lös snö, 1.8 %.

Vått väglag representeras av ett vattendjup av 0.5 mm. Lös snö

(7)

3.3.1.2 Tätort

Enligt målsättningen för projektet söks bl a emissioner på en typisk

genomfart. Enda möjligheten att redovisa resultat för genomfart är att låta genomfart representeras av en körcykel. Den körcykel som används i d sk AIG-bestämmelsen skall vara representativ för körning mellan en förort och en tätortskärna. Här väljs att låta AlO-körcykeln representera körning på. genom fart.

3.3.2 Fordonstyper

Beräkningar har utförts för följande fordontyper:

o personbil, bensin, vilken får representera samtliga perosnbilar

o lätt lastbil, bensin, vilken får representera samtliga lätta lastbilar o lastbil, 7 ton

o lastbil, 14 ton o lastbil med släp

o buss.

Detaljerade beskrivningar av fordonstyperna redovisas i referens (87-1). Resultat skall redovisas för två fordonskategorier:

personbil; lastbil.

Kategorin personbil enligt vägverket utgörs av personbilar och vissa lätta lastbilar. Kategorin lastbil utgörs av övriga lätta lastbilar och samtliga

fordon med totalvikt större än 3.5 ton.

Följande fördelning används inom kategorin personbil:

o personbilar, 97.6 % o lätta lastbilar, 2.4 %.

(8)

Följande fördelning används för att beskriva kategorin lastbil på landsväg: o lätt lastbil, 9.8 % o lastbil 7 ton, 15.5 % o lastbil 14 ton, 24.7 % o lastbil med släp, 38.0 % o buss, 12.0 %.

Kategorin personbilar förutsätts utgöra 88 % av det totala trafikflödet på landsväg.

3.3.3 Beteende

Samma som använts för fordonskostnadsberäkning i nuvarande AVOG. Observera att samma beteende används avseende accelerations- och

retardationsförlopp d v 5 AlO-förloppet följs inte under acceleration och

retardation. '

3.3.4 Övriga indata

Lufttemperatur har valts till +8°C.

Meteorologisk vind har valts till 2.5 m/sek.

3.4 Beräkningsmetodik

Samma metodik används som för 'fordonskostnadssambanden i AVOG. Hastighet varieras genom att variera vägbredd och hastighetsbegränsning.

En medelhastighet beräknas för totala trafiken med redovisade

(9)

Separata samband mellan olika avgastyper och totala trafikens hastighet söks per fordonskategori d v 5 för personbilar respektive lastbilar.

För körcykelberäkningarna, d v 3 enligt A10, ges hastighetsförloppet av körcykeln.

(10)

Ma

xa

/1

0m

4 RESULTAT 4.1 Landsväg

I tabellerna l, 2, 3 och 4 redovisas avgasemissioner per siktklass. De

använda kombinationerna av vägbredd och hastighetsbegränsning vilka

använts för att uppnå viss modellhastighet redovisas även i tabellerna

l - 4. För att få samband enligt AVOG skall emissionerna för personbil respektive lastbil relateras till en hastighet bildad som ett viktat medel-värde av hastigheterna per tabell. Medelmedel-värden bildas per hastighetspar och rad i tabellerna l - 4.

I figur 1 illustreras sambanden mellan NOX och hastighet per siktklass för lätta fordon. Hastigheten är den speciella för lätta fordon. Emissionerna har inte korrigerats enligt tabell 5.

uox LÄ'ITA FORDON

d 4 ,/ .ah SlKTKlASS i sant '5" D sumo.: o arma.: osams_-a U r 1 I I I | 40 ao 00 m no en son no KH/H

NOX som funktion av hastighet för VV-personbil.

(11)

Tabell 1. Emissioner som funktion av hastighet.*) Siktklass l.

Våg- Hastig- Persoan Lastbil

bredd hets- Hastig- HC C0 NOx Hastig- HC CO NOx

begr . het het

m

km/h

km [11 g/km g/km g/km

km /h

g/km g/km glkm

4 30 43.2 1.73 25.2 1.33 41.1 1.41 l1.71 11.2 6 50 64.7 1.54 20.2 1.94 61.2 1.22 6.01 11.2 6 70 78.5 1.41 14.9 2.63 72.9 1.12 5.68 11.4 9 70 83.2 1.37 14.0 2.80 77.8 1.08 557 11.6 13 70 85.5 1.35 13.6 2.92 80.0 1.09 5.62 11.8 6 90 86.6 1.34 13.4 2.96 79.7 1.11 5.73 11.7 90 93.9 1.36 12.8 3.37 82.7 1.12 6.49 11.8 13 90 96.4 1.39 12.8 3.51.1 85.3 1.13 6.51 11.9 9MV 110 103.8 1.43 13.4 3.99 8.62 1.14 6.87 12.0 13Mv 110 107.2 1.45 13.8 4.21 89.1 1.14 6.96 12.2

*) Tabellvärdena måste korrigeras enligt tabell 5 före användning.

Tabell 2.

Emissioner som funktion av hastighet.*)

Siktklass 2.

Väg- Hastig- Personbil Lastbil

bredd hets- Hastig- HC C0 NOx Hastig- HC C0 NOx

begr. het het

m

km/h

km /h g/km glkm glkm

km /h

g/km g/km g/km

4 30 43 . 0 1.79 23.7 1.50 40 . 6 1.50 6.02 13.0 6 50 64.1 1.52 18.3 2.01 59.6 1.05 5.78 13.1 6 70 77.7 1.39 15.0 2.61 70.8 .94 6.35 13.0 9 70 82.1 1.37 14.4 2.80 75 .1 .92 6.73 13.2 13 70 84.2 1.37 14.3 2.93 76.9 .92 6.99 13.4 6 90 85.1 1.37 14.2 _ 2.96 76.6 .93 7.03 13.4.l 9 90 91.4 1.40 14.1 3.39 78.9' .95 7.65 13.8 13 90 94.0 1.43 14.4 3.55 81.1 .95 . 7.92 14.0 9Mv 110 100.2 1.53 15.3 4.01 81.7 .98 8.44 14.1 13Mv 110 102.9 1.61 16.0 4.22 83.9 .99 8.59 14.4

(12)

Tabell 3. Siktklass 3.

10

Emissloner som funktion av hastighet.*)

Väg- Hastig- Persoan Lastbil

bredd hets- Hastig- HC CO NOX Hastig- HC CO NOx

begr. het het

m

km/h

km /h glkm g/km g/km

km /h

g/km glkm g/km

4 30 42.9 1.81 23.6 1.53 40.5 1.44 6.29 13.7 6 50 63 . 8 1.49 17.5 2.03 59 .1 1.03 6.39 13.3 6 70 77.4 1.37 14.8 2.60 70.0 .92 6.87 13.1 9 70 81. 7 1.36 14.4 2.79 74 . 3 .89 7.30 13.2 13 70 83.7 1.37 14.4 2.92 76.0 .90 7.56 13.4 90 84.5 1.37 14.3 2.96 75.7 .89 7.62 13.4 90 90.7 1.42 14.8 3.39 77.8 .91 8.13 13.8 13 90 93.3 1.46 15.0 3.57 80.0 .92 8.34 14.0 9Mv 110 98.9 1.59 16.4 4.05 80.6 .94 8.81 14.1 13Mv 110 101.1 1.67 17.0 4.25 82.7 .95 8.90 14.4

*) Tabellvärdena måste korrigeras enligt tabell 5 före användning.

Tabell 4.

Emissioner som funktion av hastighet.*)

Siktklass 4.

Väg- Hastig- Personbil Lastbil

bredd hets- Hastig- HC C0 NOx Hastig- HC CO NOx

begr. het het

m

km/h

km /h g/km g/km g/km

km /h

g/km g/km g/km

4 30 42.7 1.87 22.4 1.64 39.9 1.42 6.62 14.5 6 50 65.2 1.52 17.0 2.10 57.7 1.03 7.15 14.1 ' 6 70 76.8 1.39 15.0 2.64 68.5 94 7.24 14.0 9 70 80.9 1.40 14.8 2.84 72.8 .90 7.55 14.0 13 70 82.8 1.41 14.9 2.97 74.4 .89 7.91 14.1 90 83.6 1.41 14.8 3.00 73.9 .90 7.88 14.1

90 89.8 1.47 15.2. 3.46

76.1 .91 8.50 14.3

13 90 92.5 1.51 15.5 3.65 78.4 92 8.73 14.4 (9)Mv 110 98.6 1.65 16.8 4.16 78.9 94 9.09 14.6

(13)Mv110

100.8

1.71 17.5 4.33

81.2 94 9.14

14.7

(13)

ll

De i tabellerna l, 2, 3 och 4 angivna värdena kan korrigeras för att motsvara

år 1990, 2000 och 2010 med de korrektionsfaktorer som redovisas i tabell 5.

Tabell 5. Korrektionsfaktorer för uppskattning av emissioner olika år.

År Personbil Lastbil

HC

co

nox

HC

co

Nox

1990 0.62 0.65 0.70 1.0 1.0 1.0 2000 0.20 0.16 0.28 1.0 1.0 0.76 2010 0.13 0.074 0.23 1.0 1.0 0.60 4.2 Genomfart

I tabell 6 redovisas beräknade effekter för AlO-VTI d v 5 en körcykel som

får representera genomfart. Observera att de redovisade emissionerna för personbil är representativa för bilparken år 1980. För de tunga fordonen är redovisade värden representativa för bilparken år 1985. Hastighet har

införts i tabell 6 för att läsaren själv skallkunna bedömma om de

redovisade värdena är representativa för genomfart.

Tabell 6. Emissioner för körcykel AlO-VTI.*)

Fordonstyp HC CO NOx Hastighet

g/km

km/h

Personbil 2.25 26.0 2.64 36.2 Lätt lastbil 2.73 31.5 4.07 35.6 Lastbil 7 ton 1.17 4.37 5.96 '33.8 Lastbil 14 ton 1.14 7.86 13.6 33.6 Lastbil + släp 2.31 12.7 36.9 30.3 Buss landsväg 2.17 6.46 17.1 34.7 Buss tätort**) 2.68 10.7 27.1 21.6

*) Bör korrigeras före användning. Borde ske med speciella

korrek-tionsfaktorer. Inte helt korrekt att korrigera enligt tabell 5.

(14)

12

5 DISKUSSION

Bilavgaslaboratoriet i Studsvik har utfört omfattande mätningar av sam-bandet mellan avgasutsläpp och hastighet. Mätningarna har utförts på bilar av årsmodell 1977-1987. I referens (87-2) redovisas resultaten i form av indexserier, enligt tabell 7.

Tabell 7. Relativa förändringar av avgasutsläpp för bensindrivna

per-sonbilar enligt referens (87-2).

Km/h

co

HC

NOx

70 LO

LO

80 LO

LO

LB

90 Lz

L2

L8

100 Lz

L2

23 HD

L2

Lz

10 no

15 LS

3J

Hastighetssambanden enligt referens (87-2) är genomgående starkare än enligt i tabellerna 1-4 redovisade modellvärden.

I referens (87-2) redovisas även mätresultat avseende katalysatorbilar. Antalet mätta katalysatorbilar är 6 stycken att jämföra med 60 stycken för gruppen utan katalysator. Relativa förändringar av avgasutsläpp för katalysatorbilama redovisas i tabell 8.

Tabell 8. Relativa förändringar av avgasutsläpp för bilar med

katalysa-tor enligt referens (87-2).

Kmñt

co

HC

Nox

70 LO

LO

80

20 LO

Ll

90

13 LB

L4

100

10

13

10 no

10

20 L6

120 9.6 2.0 1.8

(15)

13

Katalysatorbilarna uppvisar ett svagare hastighetssamband för NOX än

både för modellvärden och värden enligt tabell 7. Däremot är hastighets-sambandet för HC och CO starkare för katalysatorbilar än både för modellvärden och värden enligt tabell 7.

Vilka är då de sanna värdena. Här måste mätvärden enligt SNV bedömmas

som varande de mest sanna. Modellvärdena för personbil bör ändå kunna

utnyttjas för att bedömma skillnader mellan olika siktklasser.

Redovisade modellvärden enligt modellen för tunga bilar bedöms som tillräckligt tillförlitliga för att direkt kunna användas.

(16)

14

REF ER ENSLISTA

87-1 Hammarström, U. och Karlsson, B.

Avgasemissioner som funktion av förändring av vägmiljö, trafik-reglering, beteende och fordon.

VTI-notat nr

86-1 Hammarström, U. och Karlsson, B.

VETO - ett datorprogram för beräkning av transportkostnaden som funktion av vägstandard.