2

УДК 656.13

Чеботарев, В. В. Окружающая среда и автомобиль [Текст] : методические указания к выполнению практических работ для студентов специальности 150200 (190601) – Автомобили и автомобильное хозяйство / В. В. Чеботарев, Н. Л. Прохорова ; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». -

Воронеж, 2008. – 35 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУ ВПО «ВГЛТА»

Ответственный редактор д-р биол. наук, проф. Н.А. Харченко

Рецензент директор Воронежского государственного природного биосферного заповедника, канд. биол. наук А.И. Масалыкин

3

ВВЕДЕНИЕ

Транспортно-дорожный комплекс является важнейшим составным элементом экономики любой страны. Однако функционирование транспорта сопровождается и мощным негативным воздействием на природу. Вклад транспорта в ее загрязнение оценивается по всем компонентам экосистем: атмосфере, воде, почве, растительному и животному миру.

Транспорт – один из основных загрязнителей атмосферного воздуха. Его доля в общем объеме выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных и подвижных источников по России составляет 38 % , что выше, чем доля любой из отраслей промышленности. В соответствии с видом транспортных средств выбросы загрязняющих веществ значительно разнятся. Например, 58 % от общего количества загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, приходится на автомобильный транспорт, 25 % - на железнодорожный, 14 % - на дорожно-строительный комплекс, около 2 % - на воздушный транспорт и менее 1 % - на речной и морской. В Воронеже основным источником загрязнения атмосферного воздуха также являются выбросы автотранспорта, удельный вес которых в общем объеме выбросов составляет 85 %. Для сравнения отметим, что среди промышленных источников загрязнения атмосферы ведущее место занимает ТЭЦ-2 (17 % в структуре загрязнения атмосферы воздуха города).

По состоянию на 01.01. 2000 г. по Воронежской области насчитывалось 460350 единиц автотранспорта. При этом доля автомобилей, использующих газовое топливо, не превышает 2 %. Отмечается устойчивая тенденция роста численности автотранспортных средств, находящихся в личном пользовании. Выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта в 1999 г. составили 323 тыс. т. Фактические же выбросы превышают приведенные данные, так как ежегодно проводимые рейды по проверке токсичности и дымности автотранспорта показывают, что у 20 % автомобилей содержание оксидов углерода, сажи, углеводородов превышают допустимые значения в 2-4 раза.

Вредные вещества при эксплуатации подвижных транспортных средств поступают в воздух с отработавшими газами, испарениями из топливных систем при заправке, а также с картерными газами. На выбросы оксидов углерода значительное влияние оказывает рельеф дороги и режим движения автомашины. Так, например, при ускорении и торможении, в отработавших газах увеличивается содержание оксида углерода почти в 8 раз. Минимальное количество оксида углерода выделяется при равномерной скорости автомобиля 60 км/ч.

4

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ВЫБРАСЫВАЕМЫХ АВТОТРАНСПОРТОМ В АТМОСФЕРУ

Проблема загрязнения окружающей среды выбросами автотранспорта с каждым годом становится все острее. Опасность воздействия отработавших газов увеличивается вследствие того, что вредные компоненты этих газов выбрасываются в атмосферу, окружающую людей, где естественный обмен воздуха ограничен из-за плотной застройки. Выхлопные газы автотранспорта стали основными источниками загрязнения атмосферы.

Таблица 1

Удельный выброс загрязняющих веществ, г/км

Таблица 2 Удельный выброс загрязняющих веществ, при сжигании 1 кг топлива, г/кг

Таблица 3

Состав отработанных газов двигателей внутреннего сгорания

5

Задание 1. В личном пользовании жителей г. Воронежа находится 206534 автомобилей, из них 10 % грузовых, остальные – легковые. 30 % грузовых автомобилей имеют дизельные двигатели. Средний пробег автомобилей: легковых – 30 000 км, грузовых – 20 000 км в год. Сколько

вредных веществ (СО, СхНу, NОх) поступает в атмосферу?

Задание 2. Интенсивность движения по проспекту Революции составляет 1250 автомобилей в час. Из них: 5 % - автобусы, 70 % которых имеют дизельный двигатель; 1 % - грузовые с бензиновым двигателем, остальные – легковые, 90 % из которых находятся в индивидуальном пользовании. Сколько вредных веществ (СО, СхНу, NОх) поступает в атмосферу на участке в 1 км?

Задание 3. Рассчитайте процентное содержание основных компонентов отработавших газов и определите процент снижения содержания вредных веществ, образующихся при использовании карбюраторного и дизельного двигателя. Для выполнения задания используйте данные табл. 2.

Задание 4. При заправке автомобиля (40 литров) и его эксплуатации из указанного количества бензина испаряется 0,3 литра, остальное количество бензина сжигается. Сколько вредных веществ (СО, СхНу, NОх) поступит в атмосферу, если было произведено 5 заправок.

Задание 5. Выброс от автотранспорта СО, СхНу и NОх в Воронеже составляет 400 тыс. тонн в год. Рассчитайте численность автомобилей, зная, что 80 % из них составляют легковые (работают на бензине), остальные – грузовые дизельные. Расход топлива автомобилем, л/100 км: бензиновый – 8, дизельный - 20. Средний пробег автомобилей – 15000 км в год.

Задание 6. Каков валовой выброс загрязняющих веществ автопарка, если в месяц в нем расходуется 3500 кг бензина? Какая численность машин, зная, что расход топлива составляет 10л/100 км и пробег 2000 км в месяц?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ АВТОТРАНСПОРТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Проблема загрязнения атмосферного воздуха вредными веществами, содержащимися в отработанных газах автомобилей, является одной из глобальных. Степень воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду определяется с помощью целого ряда расчетных операций. Вам необходимо оценить вклад движущегося транспорта в загрязнение атмосферного воздуха.

Задание 1. Определить интенсивность движения автотранспортных средств.

С этой целью подсчитывается количество движущегося транспорта по соответствующим видам подвижного состава за 1 час. Вид автомобиля определяется в зависимости от типа двигателя, используемого вида топлива

6

длиной (L), равной длине трассы; шириной – (n), равной ширине транспортной магистрали, увеличенной на размер ширины полосы отвода (обочина дороги – 100 м); высота распространения загрязняющих веществ (h)

– 5 м. Зона активного загрязнения рассчитывается по формуле

VЗАЗ = L (n + 200) h, м3 Вариант 1. L = 100 м., n = 10 м. Вариант 2. L = 500 м. n = 10 м.

Задание 3. Определить концентрацию веществ, вырабатываемых

автомобилем в зону активного загрязнения, мг/м3; mх – пробеговый выброс (х) вещества (табл. 5);

Kгор – коэффициент, учитывающий изменение выбросов загрязняющий веществ при движении по территории населенных пунктов;

Kхтс – коэффициент, учитывающий влияние технического состояния автомобиля на массовый выброс (х) загрязняющего вещества (табл. 6);

VЗАЗ – зона активного загрязнения, м3

7

Значение Кгор в зависимости от типа населенных пунктов для грузовых автомобилей и автобусов в городе с 1 млн. жителей по всем видам загрязняющих веществ, кроме оксида серы и свинца, равняется 1.

Коэффициент для оксида серы и свинца составляет 1,25.

Таблица 5

Выбросы загрязняющих веществ от подвижного состава при движении в населенных пунктах (пробеговый выброс) mх, г/км

Таблица 6 Значения коэффициентов kхтс для различных типов подвижного состава

Задание 4. Рассчитать выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Для выполнения задания используются результаты заданий № 1 и 3. Полученные расчетные величины представьте в виде табл. 7 и сравните

с ПДК.

8

Таблица 7

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Справка: ПДК (предельно допустимая концентрация веществ, максимально-разовый выброс) в воздухе населенных пунктов, мг/ м3 составляют: оксид серы (1У), сернистый газ – 0,5; оксид азота (1У) – 0,085; оксид углерода (П), угарный газ – 5,0; углерод – 0,5.

Сделайте выводы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

ОЦЕНКА ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЯ

Для объективной оценки экологической опасности эксплуатации автотранспортного средства на стадии его проектирования и работы используют комплексный показатель экологической опасности использования автомобиля. Этот показатель складывается из суммы ущерба за год от загрязнения среды отработавшими газами автомобиля, от акустического излучения автомобиля и от воздействия вибрации на водителя

ипассажиров.

Внастоящее время практическое применение показателя для оценки экологической опасности разных марок автомобилей затрудненно из-за отсутствия надежных методик расчета составляющих социальноэкономического ущерба от загрязнения окружающей среды при эксплуатации автомобиля. Для решения этой важной задачи предлагается первоначально рассчитать частные коэффициенты экологической опасности отдельных видов загрязнения окружающей среды при эксплуатации автомобилей, а затем на их основе определить значение интегрального коэффициента экологической опасности эксплуатации автотранспортного средства каждой марки с учетом относительной опасности каждого вида загрязнения.

Количественная оценка частных коэффициентов опасности отдельных видов загрязнения требует установления критерия. В качестве критерия используют значение К = 1, т.е. значение экологического показателя рассматриваемого автомобиля равно идеальному уровню соответствующего показателя экологически безопасного автомобиля. Значение коэффициента меньше 1 показывает степень приближения фактической величины экологического показателя к идеально возможному уровню.

9

Задание 1. Прямое воздействие автомобиля на окружающую среду происходит в основном за счет трех видов воздействия (табл. 8).

Проанализируйте таблицу и выделите основные виды воздействия автомобиля на окружающую среду.

Задание 2. Дайте оценку относительной экологической опасности эксплуатации двух автомобилей с карбюраторными двигателями. Для расчета используйте данные табл. 8.

Интегральный коэффициент экологической опасности (Киэ.о.)

автомобиля рассчитывается по формуле

Киэ.о. = g г . Кг + gш . Кш + g в . Кв,

где, установленная значимость каждого из видов загрязнения окружающей среды автомобиля, в том числе вредных веществ отработавшими газами двигателей gг = 1, акустического излучения gш =0,6, уровня вибрации рабочего места водителя gв = 0,1; значения коэффициента экологической опасности Кг, Кш, Кв приводятся в табл. 8.

По результатам расчетов сделайте выводы.

10

Задание 3. Топливная экономичность двигателей внутреннего сгорания напрямую связана с дизелизацией транспортных средств.

Дизели применяют на большегрузных автомобилях, автобусах, в ограниченных масштабах на легковом транспорте, тепловозах, морских и речных судах. Дизельный двигатель экономичнее карбюраторного на 2030%, токсичность отработавших газов дизеля значительно ниже.

По представленной информации (табл. 9) сравните уровни выбросов отечественных грузовых автомобилей с уровнями выбросов по международным стандартам. Сделайте выводы. Какие мероприятия, по Вашему мнению, способствуют уменьшению выброса загрязняющих веществ в атмосферу с выхлопами автотранспорта? Какие альтернативные виды топлива Вам известны? Приведите примеры.

Таблица 9 Ограничение токсичности отработавших газов согласно Правилу № 49

ЕЭК ООН

Справка: использование экологически более чистых видов топлива на подвижном составе транспорта является радикальным средством снижения загрязнения атмосферного воздуха. С этой целью для карбюраторных и дизельных двигателей разработаны и успешно применяются системы питания, работающие на газовом топливе. Оно является реальным заменителем традиционных жидких моторных топлив. В качестве газового топлива для двигателей внутреннего сгорания используют сжиженный нефтяной газ (СНГ) и сжатый природный газ (СПГ).

Сжиженный нефтяной газ получают при переработке нефти как побочный продукт, состоящий в основном из пропанобутановых фракций. Его выпуск составляет 2-3 % от выхода основной продукции при перегонке нефти. Но этого вполне достаточно для удовлетворения многих потребностей, включая потребности транспортных средств, переведенных на питание нефтяным газом.