VTfntat Nummer: T 23 - Datum: 1987-11-06 Titel: Avgasemissiner sm funktin av vägens linjeföring Författare: Ulf Hammarström ch B Karlssn Avdelning: Trafik Prjektnummer: 753 14-5 Prjektnamn: - Avgasmdell för vägverkets handlingsprgram avseende avgasutsläpp från vägtrafik Uppdragsgivare: Vägverket Distributin: fri / nyförvärv [ begränsad / Statens väg- ch trafikinstitut?, Veag-ch Trafik- Pa: 58101 Linköping. Tel. 013-11 52 00. Telex 50125 VTISGI S [ $tillltet Besök: OlausMagnus väg 37. Linköping
5=? e INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sid,nu-A BAKGRUND N UWUUUWWWWU b) 0 O O O O O O O O 0 inlfxn-u-n-., NF_ MÅLSÄTTNING METOD Prblem beskrivning Ber äkningsmdell Beräkningsförutsättningar Vägmiljö Landsväg Tätrt Frdnstyper Beteende Övriga indata Beräkningsmetdik mmmumcwuwww N NH RESULTAT Landsväg Genmfart I'- OOOO M DISKUSSION 12 REFERENSLISTA
l BAKGRUND Statens vägverk arbetar med en handlingsplan för reducering av miljöstörningar från vägtrafik. Sm underlag för en sådan plan krävs bl a uppgifter m samband mellan avgasemissiner ch vägens linjeföring. VTI har under år 1987 utvecklat ett datcrprgram sm kan användas för att beskriva de sökta sambanden.
2 MÅLSÄTTNING Beräkning av samband mellan avgasemissiner ch hastighet för lika linjeföringsstandard. Avgasemissiner särredvisas i frm av klväten, klxid ch kvävexider. Linjeföringsstandard uttrycks i frm av fyra siktklasser. Varje siktklass representeras av en verklig vägsträcka. Dessa representativa sträckr är sam ma sm använts för hastighets - flödessambanden respektive frdnskstnads - hastighetssambanden i nuvarande AVOG. Emissinssamband redvisas för 6 typfrdn: lastbil med släp; lastbil 14 tn: lastbil 7 tn; lätt lastbil; landsvägsbuss; persnbil. Redvisning görs även i integrerad frm för gruppen av lätta frdn respektive tunga frdn. Differentiering m a p lika framtida bestämmelser utförs schablnmässigt med krrektinsfaktrer för lika år. Önskemål har även framförts m data sm beskriver emissiner på typisk genm fart i tätrt.
3 METOD 3.1 Prblem beskrivning Den beräkningsmdell sm finns tillgänglig beskriver inte effekt av trafikinteraktiner. Någn åtgärd för att kmpensera för detta vidtages ej. Hyptesen är att det nrmalt inte är någn skillnad mellan hindrad ch fri trafiks emissin vid en ch samma hastighet. Betydelsen av trafikinteraktinen har utretts i ett uppdrag från vägverket till VTI avseende utsläpp från trafiken på E6 mellan Stra Höga ch Bratteröd. Den hastighet avgasemissiner skall uttryckas sm funktn av är den ttala trafikens medelhastighet över en sträcka. Viss medelhastighet för den ttala trafiken mtsvaras av lika hastigheter för lika typfrdn. Prblemet utgörs av hur lika hastigheter per typfrdn skall väljas för viss ttalhastighet. Samma metd väljs sm använts för frdnskstnadsberäkningarna i nuvarande AVOG. Metden är att variera hastighet i beräkningsmdellen genm att variera vägbredd ch hastighetsbegränsning. För varje kmbinatin av vägbredd ch hastighetsbegränsning fås en hastighet per typfrdn. Dessa hastigheter viktas samman till en ttalhastighet med hjälp av den kända trafiksammansättningen enligt avsnitt 3.3.2. 3.2 Beräkningsmdell Den använda mdellen finns beskriven i referenserna (86-1) ch (87-1). Mdellen är densamma sm använts för beräkning av frdnskstnadssambanden i nuvarande AVOG, men kmpletterad med'emissinsmdeller.. 3.3 Beräkningsförutsättningar 3.3.1 Vägmiljö
3.3.1.1 Landsväg Samma väggemetriska beskrivningar används sm i nuvarande AVOG. Beskrivningarna klassificeras m a p siktklass. Fyra vägar med siktklasserna 1-4 har bildats. Varje väg, med undantag för siktklass 1, har bildats genm att sammanföra flera verkliga vägar med en ch samma siktklass. Beskrivning av vägarna: siktklass 1, en knstruerad väg enligt referens (84-1). Har genmgående mtrvägsstandard siktklass 2. Sammansatt av följande vägavsnitt: - Rv 23, väster m Högsby Lv 134, sydväst Kisa Rv 30, syd Backaryd Lv 131, sydst Tranås siktklass 3. Sammansatt av följande vägavsnitt: Lv 150, väst Trup Rv 32, syd Mjölby Lv 134, sydväst Kisa - Rv 23, väster m Högsby siktklass 4. Rv 31 sydst m Stensjön. Att samma väg kan förekmma under flera rubriker berr på att lika delar av en vägsträcka kan ha lika siktklasser. Texturen väljs till medelgammal asfaltbetng. Asfaltbetng är det slitlager sm har störst andel trafikarbete. Väglag beskrivs med följande fördelning: trrt, 82.5 0/0 vått, 10.0 % packad snö eller is, 5.7 / lös snö, 1.8 %. Vått väglag representeras av ett vattendjup av 0.5 mm. Lös snö representeras med ett djup av 0.91 m.
3.3.1.2 Tätrt Enligt målsättningen för prjektet söks bl a emissiner på en typisk genmfart. Enda möjligheten att redvisa resultat för genmfart är att låta genmfart representeras av en körcykel. Den körcykel sm används i d sk AIG-bestämmelsen skall vara representativ för körning mellan en förrt ch en tätrtskärna. Här väljs att låta AlO-körcykeln representera körning på. genm fart. 3.3.2 Frdnstyper Beräkningar har utförts för följande frdntyper: persnbil, bensin, vilken får representera samtliga persnbilar lätt lastbil, bensin, vilken får representera samtliga lätta lastbilar lastbil, 7 tn lastbil, 14 tn lastbil med släp buss. Detaljerade beskrivningar av frdnstyperna redvisas i referens (87-1). Resultat skall redvisas för två frdnskategrier: persnbil; lastbil. Kategrin persnbil enligt vägverket utgörs av persnbilar ch vissa lätta lastbilar. Kategrin lastbil utgörs av övriga lätta lastbilar ch samtliga frdn med ttalvikt större än 3.5 tn. Följande fördelning används inm kategrin persnbil: persnbilar, 97.6 % lätta lastbilar, 2.4 %.
' Följande fördelning används för att beskriva kategrin lastbil på landsväg: lätt lastbil, 9.8 % lastbil 7 tn, 15.5 % lastbil 14 tn, 24.7 % lastbil med släp, 38.0 % buss, 12.0 %. Kategrin persnbilar förutsätts utgöra 88 % av det ttala trafikflödet på landsväg. 3.3.3 Beteende Samma sm använts för frdnskstnadsberäkning i nuvarande AVOG. Observera att samma beteende används avseende acceleratins- ch retardatinsförlpp d v 5 AlO-förlppet följs inte under acceleratin ch retardatin. 3.3.4 Övriga indata Lufttemperatur har valts till +8 C. Meterlgisk vind har valts till 2.5 m/sek. 3.4 Beräkningsmetdik Samma metdik används sm för 'frdnskstnadssambanden i AVOG. Hastighet varieras genm att variera vägbredd ch hastighetsbegränsning. En medelhastighet beräknas för ttala trafiken med redvisade fördelningar i avsnitt 3.3.2.
Separata samband mellan lika avgastyper ch ttala trafikens hastighet söks per frdnskategri d v 5 för persnbilar respektive lastbilar. För körcykelberäkningarna, d v 3 enligt A10, ges hastighetsförlppet av körcykeln.
4 RESULTAT 4.1 Landsväg I tabellerna l, 2, 3 ch 4 redvisas avgasemissiner per siktklass. De använda kmbinatinerna av vägbredd ch hastighetsbegränsning vilka använts för att uppnå viss mdellhastighet redvisas även i tabellerna l - 4. För att få samband enligt AVOG skall emissinerna för persnbil respektive lastbil relateras till en hastighet bildad sm ett viktat medelvärde av hastigheterna per tabell. Medelvärden bildas per hastighetspar ch rad i tabellerna l - 4. I figur 1 illustreras sambanden mellan NOX ch hastighet per siktklass för lätta frdn. Hastigheten är den speciella för lätta frdn. Emissinerna har inte krrigerats enligt tabell 5. ux LÄ'ITA FORDON d 4 Maxa/10m.ah,/ SlKTKlASS i sant '5" D sum.: arma.: a U r 1 I I I 40 a 00 m n en sn n KH/H sams_- Figur 1. NOX sm funktin av hastighet för VV-persnbil.
Tabell 1. Emissiner sm funktin av hastighet.*) Siktklass l. Våg- Hastig- Persan 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 krrigeras enligt tabell 5 före användning. Tabell 2. Emissiner sm funktin av hastighet.*) Siktklass 2. Väg- Hastig- Persnbil 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 *) Tabellvärdena måste krrigeras enligt tabell 5 före användning.
10 Tabell 3. Emisslner sm funktin av hastighet.*) Siktklass 3. Väg- Hastig- Persan 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 krrigeras enligt tabell 5 före användning. Tabell 4. Emissiner sm funktin av hastighet.*) Siktklass 4. Väg- Hastig- Persnbil 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 *) Tabellvärdena måste krrigeras enligt tabell 5 före användning.
ll De i tabellerna l, 2, 3 ch 4 angivna värdena kan krrigeras för att mtsvara år 1990, 2000 ch 2010 med de krrektinsfaktrer sm redvisas i tabell 5. Tabell 5. Krrektinsfaktrer för uppskattning av emissiner lika år. År Persnbil Lastbil HC c nx HC c Nx 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 Genmfart I tabell 6 redvisas beräknade effekter för AlO-VTI d v 5 en körcykel sm får representera genmfart. Observera att de redvisade emissinerna för persnbil är representativa för bilparken år 1980. För de tunga frdnen är redvisade värden representativa för bilparken år 1985. Hastighet har införts i tabell 6 för att läsaren själv skallkunna bedömma m de redvisade värdena är representativa för genmfart. Tabell 6. Emissiner för körcykel AlO-VTI.*) Frdnstyp HC CO NOx Hastighet g/km g/km g/km km/h Persnbil 2.25 26.0 2.64 36.2 Lätt lastbil 2.73 31.5 4.07 35.6 Lastbil 7 tn 1.17 4.37 5.96 '33.8 Lastbil 14 tn 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 tätrt**) 2.68 10.7 27.1 21.6 *) Bör krrigeras före användning. Brde ske med speciella krrektinsfaktrer. Inte helt krrekt att krrigera enligt tabell 5. **) Speciell körcykel med flera stpp än för övriga frdnstyper.
12 5 DISKUSSION Bilavgaslabratriet i Studsvik har utfört mfattande mätningar av sambandet mellan avgasutsläpp ch hastighet. Mätningarna har utförts på bilar av årsmdell 1977-1987. I referens (87-2) redvisas resultaten i frm av indexserier, enligt tabell 7. Tabell 7. Relativa förändringar av avgasutsläpp för bensindrivna persnbilar enligt referens (87-2). Km/h c HC NOx 70 LO LO LO 80 LO LO LB 90 Lz L2 L8 100 Lz L2 23 HD L2 Lz 10 n 15 LS 3J Hastighetssambanden enligt referens (87-2) är genmgående starkare än enligt i tabellerna 1-4 redvisade mdellvärden. I referens (87-2) redvisas även mätresultat avseende katalysatrbilar. Antalet mätta katalysatrbilar är 6 stycken att jämföra med 60 stycken för gruppen utan katalysatr. Relativa förändringar av avgasutsläpp för katalysatrbilama redvisas i tabell 8. Tabell 8. Relativa förändringar av avgasutsläpp för bilar med katalysatr enligt referens (87-2). Kmñt c HC Nx 70 LO LO LO 80 20 LO Ll 90 13 LB L4 100 10 13 10 n 10 20 L6 120 9.6 2.0 1.8
13 Katalysatrbilarna uppvisar ett svagare hastighetssamband för NOX än både för mdellvärden ch värden enligt tabell 7. Däremt är hastighetssambandet för HC ch CO starkare för katalysatrbilar än både för mdellvärden ch värden enligt tabell 7. Vilka är då de sanna värdena. Här måste mätvärden enligt SNV bedömmas sm varande de mest sanna. Mdellvärdena för persnbil bör ändå kunna utnyttjas för att bedömma skillnader mellan lika siktklasser. Redvisade mdellvärden enligt mdellen för tunga bilar bedöms sm tillräckligt tillförlitliga för att direkt kunna användas.
14 REF ER ENSLISTA 87-1 Hammarström, U. ch Karlssn, B. Avgasemissiner sm funktin av förändring av vägmiljö, trafikreglering, beteende ch frdn. VTI-ntat nr 86-1 Hammarström, U. ch Karlssn, B. VETO - ett datrprgram för beräkning av transprtkstnaden sm funktin av vägstandard. Meddelande nr 501. Statens väg- ch trafikinstitut. 84-1 Junghard, 0. ch Hammarström, U. Typvägar. PM 1984-03-21. Statens väg- ch trafikinstitut. 87-2 Hastighetens inverkan på vägtrafikbuller ch bilavgaser. PM_ 1987-01-21. Statens Naturvårdsverk. Tekniska avdelningen. Trafikenheten.