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课题研究|碳中和目标背景下SSP智能车库的污染物排放研究

2021年11月24日 点击下载

1 引言

    为应对全球气候变化,中国政府提出于2030年前后达到二氧化碳排放量峰值,争取在2060年前实现碳中和。随着城市经济发展和人民生活水平的提升,大型商场综合体的地下自走式车库建设规模不断延伸,其车库的使用率随着机动车保有量的不断增加而升高,导致地下自走式车库汽车尾气中排放大量的CO、氢氧化物、氮氧化物以及固体尘埃颗粒等物质,对大气层造成严重污染。因此,本文将机动车的排放控制作为研究工作的关键,针对地下自走式车库日均停车量大、寻车位时间长、尾气排放严重等问题,从车库碳排放量、车库能源消耗量等角度将SSP智能车库与自走式车库进行对比分析,采用LMDI因素分解法定量分析确定SSP智能车库碳排放量的主要影响因素,依托国家碳达峰、碳中和的战略目标,并从存取车效率、机械通风等方面提出污染治理建议。



2、用电耗能和车库污染物对比分析

    自走式车库需要驾驶员将车辆通过平面行车道及各层连接坡道直接驶入驶出停车位,寻找车位时间较长,研究表明大型商场综合体日均停车量在2000-3000辆,且用户寻找停车位的时间平均用时15分钟,导致自走式车库的机动车尾气排放量较大。

    自走式车库公共照明灯具一般采用36w三基色电子镇流器荧光灯,以地下三层车库为例,每个灯具37w计算,经过24小时长明照明,每年的电力消耗为133538度。SSP智能车库以低能耗为核心,以智能照明为手段,结合市场经济因素,形成太阳能光伏发电量及蓄能手段进行供电的综合创新方案。SSP智能车库涉及的配电系统范围小且基本独立,不会有复杂的配电系统配套安装,只进行简单回路分组照明,使创新方案更具有模块化的推广意义。人工智能软件系统的开发应用将存取一辆车的平均耗能水平降低至0.4千瓦时。由于SSP智能车库存车区不需要日常的照明和通风,车辆不需要在内部行驶寻找车位,因此可大幅度降低存取车辆时的能源消耗。



表1 自走式车库与SSP智能车库污染物对比分析

停车场

类型

泊位

面积(m2)

污染物

排放量(g/量·次)

排放速率(kg/h)

排放浓度(mg/m3)

SSP

智能车库

300

7680

CO

2.36

0.43

1.05




THC

0.21

0.06

0.14




NO2

0.22

0.03

0.12

自走式

车库

300

10100

CO

5.32

0.99

2.39




THC

0.65

0.13

0.30




NO2

0.62

0.12

0.28

    由于SSP智能车库采用升降机、动力单元等元件进行车辆的自动搬运,避免车辆寻找车位的过程,基本减少汽车在寻找车位时保持怠速状态下产生的大气污染。得益于华容道式的运行原理和成熟的人工智能调度软件系统,相比于自走式车库,SSP人工智能停车机器人在相同空间和用户体验条件下,空间利用效率得到大幅提升。


3、 SSP智能车库能源排放实验结果

    为深入研究SSP智能车库在减少碳排放及能源消耗的科学问题,选取SSP智能车库及自走式车库设计能源碳排放对照实验。由于汽车运行过程中影响碳排放和能源消耗因素较多,故在本实验过程中仅考虑用户行驶车辆前往停车室完成停车的过程。

    根据IPCC2006年导则,能源消耗碳排放量计算方程为:



图2 SSP智能车库与自走式车库的年碳排放量对比图


    通过SSP智能车库和自走式车库的能源排放实验设计及计算,建设SSP智能车库可在一定程度上减少碳排放量。由于SSP智能车库将智能搬运机器人及成熟的人工智能调度策略相结合,有效减少车主寻找停车位的时间。以泊位规模500车位为例,自走式车库寻车位时间按照平均15分钟计算,平均一辆车15分钟碳排放约0.76千克,车库一天总碳排放量约760千克,一年约277.4吨;SSP智能车库排队停车用时按照平均5分钟计算,预计一年可减少184.93吨的碳排放量。

表2 不同车库类型的碳排放影响因素值


车库类型

能源碳

排放强度(Tco2/tce)

单位能耗强度(kgce/m2)

人均面积(m2/人)

汽车尾气

排放率

(g/km)

经济

效用值(%)

SSP智能车库

2.6258

13.61

5.72

18.3

37.4

自走式车库

2.7031

16.85

5.84

23.9

36.9



    按照碳排放影响因素值和碳排放LMDI分解,SSP智能车库能源碳排放系数对全社会碳排放量具有抑制作用。SSP智能车库的泊位规模、人均公共建筑面积、单位面积能耗强度、使用率等影响因素均对碳排放量具有正向驱动作用,且驱动程度依次降低,能源碳排放系数对碳排放量具有负向驱动作用,且驱动作用较小。

自走式车库在地下车库由于低速行驶会产生较多的尾气排放,SSP智能车库相比于传统自走式车库,在能源碳排放强度、单位能耗强度、汽车尾气排放率、经济效用值影响效应等指标方面表现良好,并且SSP智能车库具备智能化存取的特点,减少车辆寻找车位的环节,提升用户体验感和舒适度。


4 污染治理措施建议

4.1 提升存取效率以减少能源排放

    自走式车库中停放的车辆相对密集,寻找车位时车辆基本都处于怠速或启动状态的比较多,根据对机动车运行过程的耗油量调查,当机动车处于怠速(空挡、预热或减速)状态时,5min耗油量约等于机动车在40km/h等速状态下1公里的耗油量,机动车耗油量相当于40km/h等速状态下耗油量的1.5倍。

    采用SSP技术的机械式车库由人车交换区、升降机和存车区构成,SSP技术考虑到用户停车行为的特征,协调三大区域的全并行工作,进而实现高峰时期连续存取车状态下运行效率的高效利用。有数据显示,采用SSP技术的停车库可以在1个小时时间内停入80%的车辆。该技术将机械式车库的运行效率提高超过平面自走车库的水平,解决了潮汐车流明显的项目在应用机械式立体车库的最大瓶颈。因此SSP智能车库通过提高车库容车数量和存车速度,以静带动,也能够有效缓解区域交通拥堵。由于SSP智能车库提高车库的服务效率,减少用户的排队时间,减少机动车的怠速时间,可大幅降低污染物的排放量。

 

4.2 加大机械通风以减少尾气污染

    经过对污染物的分析表明,机动车在熄火状态下也存在污染物排放的现象。因此根据车库气流特点优化设计风井,加大机械通风,进一步做到智能通风。地下式SSP智能车库,可在停车管理系统中新增车库各项污染物浓度检测系统,形成一个庞大的数字集成平台,增强数据中心智能管理能力,实现可视化运维管理、维护管理智慧化、精细化运营、节约能耗等实际功能。

 

5 结语

    本文针对自走式车库日均停车量大、寻车位时间长、尾气排放严重等问题,以SSP智能车库为研究对象,通过实验分析污染物排放规律,分别从存取效率、机械通风等方面提出治理措施。得出以下结论:

(1)在碳中和背景下,SSP智能车库相比于传统自走式车库,基本克服传统寻车位时间长、尾气排放严重等问题,并通过其自动搬运机器人架构减少碳排放,提升用户存取车优质体验。

(2)通过SSP智能车库能源排放实验与模型计算,SSP智能车库相比于传统自走式车库,在能源碳排放强度、单位能耗强度、汽车尾气排放率、经济效用值影响效应等指标方面表现良好。 

(3)通过加大车库污染治理力度,考虑用户行为特征,合理设置交通流线,提升存取效率,加大机械通风,可减少SSP智能车库污染物的排放。


数据0.76kg/15min来源于:

①按重量算,汽油由87%的碳和13%的氢组成。1升汽油中含碳约635.1g;

②按照化学计算公式,二氧化碳中每个碳原子和两个氧原子结合。碳的原子量是12,氧的是16,所以每个二氧化碳分子的原子量是2x16+12=44,为了计算1L汽油燃烧产生的二氧化碳量,应该把汽油中的碳的含量乘以3.7(44/12);

③将①中的635.1g乘以3.7,就得到2.349kg的二氧化碳;

④设计并进行实验:

以排量为1.6L的丰田卡罗拉(具体车款为2014款汽车)怠速行驶,先将油箱油加满(加到跳枪),模拟真实用车场景,车载空调一直都是开启的制冷并且是内循环模式,为保持车内空气清新每过十多分钟就会切换到外循环一段时间,持续一个小时后继续到加油站加到跳枪,显示怠速状态下损耗1.3L的汽油。

⑤于是模拟处于自走式地下车库的汽车每15min大约排放

2.349*1.3/4=0.76kgCO2