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设计小变化,减排大效果

08.01.2018
威尔•奥斯本
 
当我们还在等待电动卡车到来的时候,更好的空气动力学设计可以马上减少排放,威尔·奥斯本写到。
 
优化空气动力学设计是帮助卡车减排的众多举措之一。图片来源:ADB
 
随着特斯拉、沃尔沃等公司竞相开始设计制造带自动驾驶功能的电动卡车,卡车正受到越来越多的关注,但这种时髦的未来高科技无人驾驶卡车可能还有一段时间才能面世。
 
在这期间,各大公司可以通过优化空气动力学设计(利用外观设计减少驾驶过程中的空气阻力),限制燃料使用,降低成本,减少二氧化碳排放以及当地的空气污染。这项技术不仅能够大大改变燃油经济,且价格低廉,随时可供各大公司使用。
 
公路货运对许多公司的运营都至关重要,国内和国家间的大量货物运输都靠公路。公路货运是全球污染大户,造成全球约7%的能源相关二氧化碳排放,所以削减该部门的排放极为重要。
 
在中国,广东省已展开“中国绿色货运行动”试点,尝试采用各种措施改善燃油经济性,其中包括使用减少阻力的轮胎和空气动力学车顶导流罩(添加到卡车顶部用于减少阻力的附加部件)。
 
亚洲清洁空气中心(Clean Air Asia)中国区总监付璐博士指出,在广东省的试点中,车顶导流罩以低廉的改造成本,创造了良好的经济回报。她说,一家公司以每辆2475元的成本改造了旗下12辆卡车,5年后节省了66万多元人民币。
 
这也意味着巨大的环境效益。“示范期间,一家采用车顶导流罩的试点公司每年节约25343升燃油,减少二氧化碳排放44吨。据估计该公司5年内将削减二氧化碳排放333吨,”付璐博士说,这大约相当于4.5辆油罐车的汽油。
 
充满希望的动力学
 
从价廉物美的卡车改造,到能对大规模公路货运产生重大影响的全新拖车设计,这些都属于空气动力学设计的范畴。
 
这些设计很大程度上取决于当地情况。例如在英国,公路货运平均车速较高就意味着空气动力学设计可以带来很大的效益。在中国,公路货运车速通常较低、载重大,但实验表明,空气动力学设计也能带来经济和环境效益。
 
霍尔格·巴宾斯基教授是剑桥大学空气动力学方面的专家,同时从事一级方程式赛车和公路货运车辆的设计。他的团队所开展的空气动力学研究已经得出了令人惊讶的结果:“到目前为止,其他人关注的都是那些能够大幅降低阻力的大改造,每个人都认为小的改装不过是装饰性的,起不了什么大作用。”
 
“项目开始前我们也不知道,即便是相对较小的改装实际上也能发挥很大的节能减租作用,”他说。
 
他的团队发现,对于英国这样一个仅2015年公路货运就产生了196亿吨温室气体排放的国家来说,新型的艇尾型厢式货车设计能够减少7%的燃料消耗,从而降低碳排放。
 
这种改造对厢式货车的运载能力没有影响,是一种切实可行的成本节约方式。这种新设计已经被英国高端超市Waitrose用于测试。
 
巴宾斯基教授解释说,通过稍稍调整厢式货车尾部的角度,形成所谓的“艇尾”,从而可以极大地提升厢式货车的空气动力学性能。
 
“大家以前都见过大型的艇尾,但是这些艇尾要么是让厢式货车后面多出一块,要么是作为车厢的一部分。这两种形式要么(在英国)是违法的,要么会降低厢式货车的运载能力。一旦能装的货少了,所有节约的钱都会被减少的运量所抵消。”
 
“通过与Waitrose的合作,我们找到了一个让制造商能够接受的方式,对厢式货车的尾部,尤其是后厢门进行改造。这样我们就可以在不改变车门大小的情况下,把艇尾加上去。”
 
“你还可以沿用原来的升降尾板,货物装卸速度也和以前一样快,”巴宾斯基说。
 
这种改造之所以没有早一点投入使用的一个原因与公路货运业务的性质有关。虽然像沃尔沃这种能够设计牵引车头(卡车中包含引擎和客舱的那一部分)的公司或许有空气动力学专家和设备,但后部车厢的设计公司却不一定有。
 
更加严苛的标准
 
既然空气动力学设计能够带来那么多好处,为什么没有更多的卡车公司竞相采用这种方法呢?一个原因是政府没有告诉他们要这么做。
 
国际清洁交通委员会(International Council on Clean Transportation)重型交通工具项目研究员本·夏普指出,包括中国在内的大多数国家都偏向于制定燃油效率强制性分级制度,即油耗标准。
 
“这些法规没有对具体的技术类型作出强制性规定,所以制造商可以自由选择任何类型的设计功能,以达到他们想要的性能水平,”夏普说。
 
 “在美国市场上,几乎所有公司都在空气动力学上投入了大量资金,因为这是一个非常划算的技术,”他说。
 
事实上,这类设计之所以能够在美国得到运用,更多的是因为受到了公路货运法律的影响,而不是空气动力学方面的因素。例如,美国卡车的前脸都很长,因为法律只限制了外挂货车车厢的长度;而欧洲则将卡车车头的长度也包括在内。
 
“所以(欧洲卡车制造商)会尽量缩短牵引结构,把所有东西都挤在一起。这样一来,车头就是钝头的,在空气动力学上优化的难度会更大,”巴宾斯基说。
 
公路货运行业的性质也很重要,可以对空气动力学设计的推广造成阻碍,特别是在中国。
 
“虽然节省的燃料费用可以抵消在绿色货运技术上的投资,但对大多数个体货运经营者以及中小型企业(SEMs)而言,高昂的初期投入仍令人望而却步。中国的货运行业高度分散,物流供应链主要由中小型企业和个体货运经营者组成,”付璐博士说。
 
尽管如此,“车顶导流罩让越来越多的货运公司实现成本效益,并且迅速取得回报。他们也愿意对旗下现有的卡车进行改装。车顶导流罩在广州、深圳等城市已经成为了一种普遍的做法。”付璐博士说。
 
在英国,巴宾斯基团队改造的新型艇尾厢式货车比没改装的要贵很多。但以英国货运行业的标准条件看,两年后节省的燃料支出就足以支付这笔改装费。之后,厢式货车预计还能节省燃料至少8年。
 
这种同时降低成本和二氧化碳排放的能力已经得到证实,意味着货车空气动力学设计将在公路货运部门未来的绿色转型中发挥重要作用。
 
 
翻译:YAN
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