XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В настоящее время в России, в том числе и в Оренбурге, интенсивно осуществляется жилищное строительство. Современные жилые дома объединяются в крупные жилищные комплексы, в которые входят, помимо собственно жилых зданий, различные элементы инфраструктуры, в том числе детские внутри-дворовые рекреационные площадки, оборудо­ванные специальными игровыми сооружениями. Эти площадки интенсивно используются для активного отдыха детей, проживающих в жилой зоне [1]. При этом количество автотранспортных средств (АТС) растёт, а количество парковочных мест на придомовых территорияхостается прежним. Если представить, что в жилом девятиэтажном доме с десятью подъездами и четырьмя квартирами на этаже, в которых проживает по три человека, в каждой семье есть АТС, то их количество будет примерно 350 ед. При этом почти каждый третий автолюбитель паркует свой автомобиль во дворе. С учетом этого можно сделать вывод, что при современной застройке не представляется возможным выделить столько на территории жилой застройки необходимое количество мест для АТС.

При этом согласно правилам дорожного движения (ПДД) паркинг в придомовых территориях не разрешен. Кроме того согласно требованиям ПДД:

– строго запрещен простой во дворах АТС c работающим мотором более чем на 5 минут, если при этом не выполняются необходимые погрузочно-разгрузочные работы, либо не производится посадка и высадка пассажиров. Важность этого принципа возрастает c приходом зимнего времени, если водителю нужно прогревать АТС;

– для придомовой территории многоквартирного дома устанавливаются нормативы в области парковки и оставления АТС на тротуарах, газонах, проходных дорожках и там, где они будут препятствовать перемещению пешеходов либо иного транспорта (велосипед и дp.);

– запрещено самостоятельно, без разрешения ставить заграждения и таким образом закреплять за собой места для парковки;

– не разрешается мешать проходу и проезду во двор, ставить АТС на дистанции ближе, чем пять метров от мусорных баков;

– запрещается стоянка грузовых автомобилей (свыше 3,5 тонн) за пределами специально назначенных участков, такими зонами могут быть оплаченная территория около торгового центра или вблизи промышленных зданий.

Проведенный ранее сотрудниками Оренбургского государственного университета анализ [2, 3] показал, что ужесточение экологических стандартов на выбросы вредных веществ (ВВ) из отработавших газов (ОГ) двигателей автомобилей с 2005 года, способствовало обновлению парка АТС и, как следствие, сокращению выбросов ВВ в крупных городах России. Однако до сих пор нельзя признать полностью решенной проблему сверхнормативного загрязнения атмосферного воздуха в крупных городах оксидом углерода (CO), оксидами азота (NO_x), углеводородами (C_nH_m) и дисперсными частицами (ДЧ), выделяющимися с ОГ двигателей при пуске и прогреве двигателей автомобилей на придомовых территориях [3-6].

Загромождение внутреннего пространства жилых кварталов и дворовых территорий АТС может представлять серьезную экологическую опасность для жителей, поскольку объемы выбросов токсичных ВВ при холодном пуске и прогреве двигателя в несколько раз больше выбросов от полностью прогретых двигателей АТС, движущихся по автомобильным дорогам. Кроме этого замкнутость дворов и уплотненная застройка жилых кварталов значительно ухудшают рассеяние выбросов автотранспорта. В таких условиях образуются «застойные зоны», где в безветренную погоду практически отсутствует ветровой перенос примесей и рассеяние выбросов ВВ осуществляется только за счет естественной конвекции.

В связи с вышеизложенным, изучение характера выбросов основных ВВ состава ОГ, а именно CO, NO_x, C_nH_m и ДЧ, инжекторными и дизельными легковыми автомобилями разных экологических классов при пуске и прогреве двигателя на придомовых территориях представляется актуальным и своевременным.

Ежедневно в процессе работы двигателей АТС в атмосферу выбрасывается тонны токсичных ВВ. Их принято делить на первичные и вторичные. Первичные представляют собой вещества, попадающие непосредственно в атмосферу. Вторичные же являются результатом взаимодействия первичных выбросов друг с другом и с прочими летучими соединениями. Наибольший процент токсичных веществ, присутствующих в воздухе, приходится на вторичные ВВ. Дисперсные частицы (сажа, металлы и др.) имеют небольшие размеры – менее десятой доли диаметра волоса. Но именно потому они и представляют наибольшую угрозу для человека. При вдохе они беспрепятственно проникают в лёгкие, вызывая впоследствии бронхиты и другие заболевания дыхательной и кровеносной систем. Главным источником такого загрязнения выступают ОГ инжекторных и особенно дизельных двигателей. Проведённое нами обобщение позволило установить, что вместе с основными компонентами их состава в атмосферу выбрасываются канцерогенные вещества (провоцирующие онкологические заболевания), альдегиды, сажа, бензол, толуол, формальдегид и прочие компоненты (рисунки 1, 2), адсорбирующиеся на ДЧ и переносящиеся на большие расстояния.

Рисунок 1 – Соотношение состава и концентраций ВВ в ОГ легкового автомобиля с инжекторным двигателем	Рисунок 2 – Соотношение состава и концентраций ВВ в ОГ легкового автомобиля с дизельным двигателем

Анализ литературных источников [1, 4, 6] позволил нам сделать вывод о том, что динамика загрязнения ВВ на придомовых территориях характеризуется в основном сезонной периодичностью (рисунок 3).

В частности, наибольшие превышения относительно предельно допустимой концентрации (ПДК) выявлены в период с декабря по февраль по СО, SO₂, NO₂, углеводородам, самые высокие превышения относительно ПДК по этим веществам были зарегистрированы в феврале. В эти периоды наблюдалось наибольшее количество дней с отрицательными температурами, при этом самые низкие среднесуточные температуры были зарегистрированы в феврале, именно этот период совпадает с наиболее высокими концентрациями ВВ в воздухе. Это обусловлено тем, что при парковке АТС на придомовой территории формируются выбросы при прогреве двигателя, работе на холостом ходу, пробеге автомобиля в момент выезда из дворовой территории и заезда на нее на малой скорости (5-10 км/ч).

Рисунок 3 – Концентрации ВВ в долях от ПДК на детской рекреационной площадке замкнутой придомовой территории жилого комплекса [1]

Таким образом низкие температуры атмосферного воздуха существенно влияют на объёмы выбросов ВВ. Понижение температуры охлаждающей жидкости приводит к увеличению С_nН_mв ОГ. Рабочая смесь охлаждается в пограничном слое относительно холодной стенкой камеры сгорания (КС). При достижении фронта пламени холодной поверхности КС происходит обрыв реакции окисления. Непрореагировавшая часть рабочей смеси выбрасывается с ОГ в виде С_nН_mи других ВВ (таблица 1) [7].

Таблица 1 – Влияние температурного режима двигателя на выброс ВВ [7]

Температурный режим двигателя, °C	Выбросы ВВ, %
	CO	СnНm	NOx
Оптимальный температурный режим, 85 °C	100	100	100
Неоптимальный температурный режим, 40 °C	+15	+16	+19
Холодный температурный режим, 25 °C	+25	+22	+23
Примечание. Знак «+» обозначает увеличение ВВ

С использованием расчетной инструкции (методики) по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от АТС на территории крупнейших городов и других литературных источников [4, 8] нами определены зависимости изменения массы выбросов СО от типа двигателя, экологического класса и времени прогрева, зависящей от температуры окружающей среды (рисунок 4). Из зависимостей, приведённых на графике видно, что существенную антропогенную нагрузку придомовые территории испытывают уже при температуре воздуха минус 10 ⁰С, при котором должен прогреваться двигатель АТС в течение 12 мин. Особенно это характерно для АТС с низким экологическим классом.

Кроме того проведённые нами дополнительные исследования состава и концентраций ВВ в ОГ двигателей автомобилей с использованием газоанализатора ИНФРАКАР 5М3Т.02 и счётчика ДЧ Ht-9600 (таблица 2) подтверждают исследования В.Н. Ложкина [4] и свидетельствуют о том, что, в течение 2-3 мин при температурах ниже 0 ⁰С процессы окислительного катализа СО и С_nН_m и восстановительного катализа NO_x на автомобилях с инжекторными двигателями неэффективны, что приводит к высоким выбросам этих ВВ при пуске и прогреве двигателя. При неблагоприятных метеорологических условиях это может привести к накоплению в приземном воздушном слое жилых кварталов токсичных веществ в концентрациях, существенно превышающих ПДК. Одновременно было показано, что серьезную угрозу качеству воздуха в жилых кварталов представляют старые автомобили, для которых характерны высокие выбросы не только СО, С_nН_m, CO₂, NO_x, но и ДЧ10 и ДЧ2,5.

Рисунок 4 – Зависимости изменения массы выбросов СО от экологического класса и времени прогрева

Таблица 2 – Содержание основных ВВ из состава ОГ при пуске и прогреве двигателей АТС

Режим работы двигателя	СО%	СnНm, ppm	CO2 %	NOx, ppm	ДЧ2,5, мкг/м3	ДЧ10, мкг/м3
ВАЗ 2115 (2005 г.в. пробег 164000 км, ЕВРО-2)
При пуске двигателя	4,380	256	11,92	21	22	58
При прогреве двигателя (через 3 мин)	3,839	126	10,05	5	7	27
Nissan Almera (2008 г.в. пробег 113000 км, ЕВРО-4)
При пуске двигателя	0,554	130	13,44	10	5	12
При прогреве двигателя (через 3 мин)	0,464	83	13,01	2	3	9
Mitsubishi Lancer IX (2006 г.в. пробег 113000 км, ЕВРО-4)
При пуске двигателя	0,881	123	13,18	13	19	27
При прогреве двигателя (через 3 мин)	0,262	89	13,13	3	5	10

Для снижения степени загрязнения при пуске и прогреве двигателей автомобилей на придомовых территориях нами предлагается комплекс организационно-технических мероприятий, основные из них приведены ниже:

– упорядочивание существующей нормативной базы норм размещения автомобильных стоянок;

– ограничение количества АТС на автостоянках в зависимости от степени загрязнения ВВ;

– запрещение размещения или строительство любых автомобильных стоянок рядом с детскими игровыми площадками и дошкольными и школьными учреждениями;

– разработка современных методов и средств оценки экологической безопасности на придомовых территориях, а также на автомобильных стоянках.

– обоснование размещения и вместимости автомобильных стоянок с целью ограничения выбросов до значения ПДК.

– разработка теоретической модели определения емкости автостоянки с учетом воздействия на окружающую среду.

– строительство многоэтажных автостоянок (на 500-1000 тыс. машино-мест);

Таким образом, в замкнутых придомовых территориях, вследствие парковки автомобилей и нарушения естественной циркуляции атмосферы, формируются локальные загрязнения выбросами ВВ от паркующихся АТС. Наибольшее загрязнение ВВ при этом формируется в холодный сезон года и обусловлено преимущественно выбросами от пуска и прогрева двигателя. Результаты проведенного исследования будут в дальнейшем использованы для определения факторов эмиссии ВВ при пуске и прогреве двигателей АТС с целью последующей разработки методики оценки содержания ВВ из ОГ двигателей автомобилей, а также прогнозирования чрезвычайного загрязнения атмосферного воздуха на придомовых территориях.

Работа выполнена под руководством профессора кафедры метрологии, стандартизации и сертификации Оренбургского государственного университета Третьяк

Людмилы Николаевны – д.т.н., доцента, члена-корреспондента РАЕ и ассистента кафедры метрологии, стандартизации и сертификации Оренбургского государственного университета Вольнова Александра Сергеевича – к.т.н.

Список литературы

1 Зязина, Т.В. Проблемы загрязнения детских рекреационных внутридворовых площадок выбросами автотранспорта при использовании дворовых зон для парковки автомобилей / Т.В. Зязина, В.Н. Жердев // Глобальный научный потенциал: научно-практический журнал – 2017. – №3 (72) – C. 74-79.

2 Третьяк, Л.Н. Новые подходы к очистке отработавших газов двигателей внутреннего сгорания / Л.Н. Третьяк, Е.М. Герасимов, А.С. Вольнов // Вестник Оренбургского государственного университета – 2014. – №10. – С. 36-43.

3 Третьяк, Л.Н. Проблемы экологизации автомобильного транспорта / Л.Н. Третьяк, Е.М. Герасимов, А.С. Вольнов // Проектирование и управление автомобильными дорогами: сб. ст. международной междунар. науч.-практ. конф. (9-10 октября 2014 г.) – Оренбург: ИПК ОГУ. – 2014. – С. 103-104.

4 Ложкин, В.Н. Совершенствование информационного процесса мониторинга экологической безопасности автотранспортных средств при пуске и прогреве двигателя / О.В. Ложкина, О.В. Сорокина, В.Н. Ложкин // Проблемы управления рисками в техносфере научно-аналитический журнал – 2016. – № 4 (40). – С. 17-24.

5 Цыплакова, Е.Г. Снижение экологической опасности автотранспорта при безгаражном хранении в зимнее время года в зоне жилой застройки // Транспортное дело России. – 2013. – №6. – С. 53-57.

6 Цыплакова, Е.Г. Приборы и методы контроля и мониторинга воздействия автотранспорта на атмосферный воздух северных городов : дис. … доктора техн. наук: 05.11.13 / Цыплакова Елена Германовна. – Санкт-Петербург, 2014. – 347 с.

7 Ерохов, В. И. Токсичность современных автомобилей (методы и средства снижения вредных выбросов в атмосферу) : учебник / В. И. Ерохов. – М. : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2013. – 448 с.

8 Расчетная инструкция (методика) по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств на территории крупнейших городов. – М.: Автополис-плюс, 2008. – 80 с.

Код для цитирования: Скопировать