ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ ΚΑΙ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ-ΜΗ ΣΥΜΒΑΤΙΚΑ ΟΧΗΜΑΤΑ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ ΚΑΙ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ-ΜΗ ΣΥΜΒΑΤΙΚΑ ΟΧΗΜΑΤΑ Σημειώσεις κατα τη Παράδοση Α.Σταθόπουλος (Συντονιστής) Κ.Αμπακούμκιν Σ.Μανιάς Σ.Στούρνας Κ.Σπέντζας Δ.Τσαμπούλας Σ.Χουντάλας Λυμπέρης Αθήνα 2000

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο: Οδικές Αστικές Μεταφορές και Σταθμευση Ενεργειακή Θεώρηση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο: Αεροπορικές Μεταφορές και Ενέργεια ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο: Υδάτινες Μεταφορές και Ενέργεια ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο: Συνδυασμένες Εμπορευματικές Μεταφορές και Ενέργεια ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο: Ελξη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6ο: Λειτουργικό κόστος οχημάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7ο: Ηλεκτρικό αυτοκίνητο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8ο: Στοιχεία Καυσίμου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9ο: Καύσιμα Μεταφορών Ρύπανση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10ο: Συνολική Σχεδίαση Ηλεκτρικών, Υβριδικών και μη συμβατικών οχημάτων ii

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο: ΟΔΙΚΕΣ ΑΣΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ ΚΑΙ ΣΤΑΘΜΕΥΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ 1.Εισαγωγή... 1 2.Παράγοντες που επιδρούν στην κατανάλωση ενέργειας στις οδικές αστικές μεταφορές... 2 2.1 Γενικά... 2 2.2 Τα χαρακτηριστικά της διαδρομής... 3 2.3 Τα χαρακτηριστικά της οδού... 6 2.4 Οι καιρικές συνθήκες... 8 2.5 Τα χαρακτηριστικά του οχήματος... 9 2.6 Το είδος των καυσίμων... 13 2.7 Η σηματοδότηση... 13 3.Στάθμευση... 16 3.1 Γενικά... 16 3.2 Η στάθμευση ως αρνητικός παράγοντας στην κατανάλωση ενέργειας... 16 3.3 Η στάθμευση ως θετικός παράγοντας στην κατανάλωση ενέργειας... 17 4.Ανάπτυξη ειδικών θεμάτων ενέργειας των οδικών αστικών μεταφορών... 19 4.1 Το ηλεκτρικό όχημα... 19 4.2 Εναλλακτικά καύσιμα... 20 4.2.2 Ιδιότητες των εναλλακτικών καυσίμων... 20 4.2.3 Εφαρμογές... 20 4.3 Η επιρροή του οικιστικού προτύπου στην κατανάλωση ενέργειας... 21 4.4 Φωτισμός αστικών οδών: ενεργειακή θεώρηση... 23 4.5 Η επιρροή ιδιαίτερων αστικών συνθηκών (από κυκλοφοριακή θεώρηση) στην κατανάλωση καυσίμων... 24 4.5.1. Γενικά... 24 4.5.2. Κυκλοφοριακά χαρακτηριστικά για συνθήκες κορεσμού... 24 4.5.3. Μείωση της κυκλοφοριακής ικανότητας οδού... 25 4.5.4. Ποσοτικοποίηση των καθυστερήσεων... 27 4.5.5 Στάσεις και κατανάλωση καυσίμων... 28 5.Τρόποι για τον περιορισμό κατανάλωσης ενέργειας στις οδικές αστικές μεταφορές... 29 Βιβλιογραφικές αναφορές 1ης Ενότητας... 31 Λέξεις Κλειδιά 1ης Ενότητας... 31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο: ΑΕΡΟΠΟΡΙΚΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1.Γενικά... 32 2.Η επίδραση των χαρακτηριστικών του αεροσκάφους στην κατανάλωση ενέργειας... 33 3.Η επιρροή των χαρακτηριστικών διαδρομής στην κατανάλωση ενέργειας... 37 Βιβλιογραφικές αναφορές 2ης Ενότητας... 39 Λέξεις Κλειδιά 2ης Ενότητας... 39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο: ΥΔΑΤΙΝΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1.Γενικά... 40 2.Παράγοντες που επιδρούν στην κατανάλωση ενέργειας στις υδάτινες μεταφορές... 41 2.1 Εισαγωγικά... 41 iii

2.2 Οι επιρροές του μεγέθους και της τεχνολογίας του πλοίου στην κατανάλωση ενέργειας... 41 2.3 Η ταχύτητα πλεύσης ως παράγοντας επιρροής στην κατανάλωση ενέργειας... 42 2.4 Η επίδραση των μορφολογικών χαρακτηριστικών του πλοίου στην κατανάλωση ενέργειας... 43 2.5 Γενικές σχέσεις ποσοτικοποίησης των επιρροών χαρακτηριστικών παραμέτρων στην κατανάλωση ενέργειας... 44 2.6 Επιρροές συντήρησης σκάφους, καιρικών συνθηκών και μηχανολογικής απόδοσης... 45 Η επιρροή του είδους του πλοίου στην κατανάλωση ενέργειας... 46 3.Παραδείγματα κινητήρων που χρησιμοποιούνται σε πλοία... 48 Βιβλιογραφικές αναφορές 3ης Ενότητας... 49 Λέξεις Κλειδιά 3ης Ενότητας... 49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο:ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΕΣ ΕΜΠΟΡΕΥΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1.Εισαγωγικά... 50 2.Η επιρροή των μεθόδων μοναδοποίησης φορτίων και των ειδών μεταφορικών μονάδων στην κατανάλωση ενέργειας... 50 2.1 Μέθοδοι μοναδοποίησης φορτίων και είδη μεταφορικών μονάδων... 50 2.2 Απαραίτητος εξοπλισμός για κάθε είδος μεταφοράς μοναδοποιημένων φορτίων και αντίστοιχες ενεργειακές απαιτήσεις... 51 3.Η λειτουργία των τερματικών σταθμών ως παράμετρος κατανάλωσης ενέργειας κατά τις Συνδυασμένες Μεταφορές... 53 3.1 Γενικά... 53 3.2 Απαιτήσεις των τερματικών σταθμών σε εγκαταστάσεις/εξοπλισμό και αντίστοιχη καταναλωνόμενη ενέργεια... 53 3.3 Η σημασία των καθυστερήσεων στους τερματικούς σταθμούς για την κατανάλωση ενέργειας... 54 Βιβλιογραφικές αναφορές 4ης Ενότητας... 55 Λέξεις Κλειδιά 4ης Ενότητας... 55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο ΕΛΞΗ... 56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6ο ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟ ΚΟΣΤΟΣ ΟΧΗΜΑΤΩΝ 1. Μεθοδολογία προσδιορισμού του οικονομικού κόστους οδικού έργου... 61 2. Κατηγορίες (ή στρωματογράφηση) οχημάτων Αντιπροσωπευτικά οχήματα... 63 3. Ανάλυση του κόστους λειτουργίας οχήματος... 64 3.1 Λειτουργικές δαπάνες από την κυκλοφορία του οχήματος ή δαπάνες κυκλοφορίας οχήματος... 65 3.2 Σταθερές δαπάνες... 66 3.3 Δαπάνη Χρόνου... 66 3.4 Δαπάνη ατυχημάτων... 67 4. Προσδιορισμός του κόστους λειτουργίας οχήματος... 68 4.1 Παράμετροι που επηρεάζουν το κόστος λειτουργίας οχήματος... 68 4.2 Διαγράμματα υπολογισμού του κόστους λειτουργίας οχημάτων... 69 iv

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7ο: ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ 1.Εισαγωγή... 84 2.Αμάξωμα και σύστημα μετάδοσης κίνησης... 88 3.Επιλογή και σχεδίαση επαγωγικού κίνητηρα... 92 3.1 Υπολογισμός ισχύος και ροπής κινητήρα... 94 3.3 Σχεδίαση κινητήρα... 96 4.Αντιστροφέας Ισχύος (DC-AC) και διαμορφωτής εύρους παλμών (PWM)... 100 5.Έλεγχος Κινητήρα Επαγωγής με την τεχνική του προσανατολισμένου πεδίου... 103 6.Ψηφιακό σύστημα ελέγχου κινητήρα... 106 7.Επιλογή Συστοιχίας Συσσωρευτών Φορτιστών... 108 7.1 Επιλογή συσσωρευτών... 108 7.2 Ενσωματωμένος φορτιστής συσσωρευτών ηλεκτρικού. Αυôοκινήτου... 116 7.3 Κύκλωμα φόρτισης βοηθητικού συσσωρευτή ηλεκτρικού αυτοκινήτου... 121 8.Ψηφιακό σύστημα λήψης δεδομένων... 122 9.Συμπεράσματα... 124 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8ο: ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΥΣΙΜΩΝ 1.Εισαγωγή... 126 2.Περιγραφή της Αρχής Λειτουργίας των Στοιχείων Καυσίμου... 126 3.Λεπτομερής Περιγραφή των Κύριων Τμημάτων των Συνήθων Στοιχείων Καυσίμου... 130 3.1 Βασικά Τμήματα των Στοιχείων Καυσίμου... 130 3.1.1 Αντιδραστήρια... 130 3.1.2 Ηλεκτρολύτες... 131 3.1.3 Ηλεκτρόδια-Καταλύτες... 132 3.2. Ειδικές Κατηγορίες... 132 3.2.1 Βιοχημικά Στοιχεία... 132 3.2.2 Αναγεννητικά Στοιχεία... 132 3.3 Στοιχεία.Υψωμένης Στάθμης Λειτoυpγίας και Στοιχεία.Υψηλών Θερμοκρασιών... 133 4.Κατηγορίες Στοιχείων Καυσίμου... 134 4.1 Κύριες Κατηγορίες... 134 4.2 Αλλες Κατηγορίες Στοιχείων Καυσίμου... 136 4.2.1 Στοιχείο Μεθανόλης/Αέρα... 136 4.2.2 Στοιχείο Μεθανίου... 137 5.Σύγχρονες Εφαρμογές των Στοιχείων Καυσίμου στην Περιοχή της Αυτοκίνησης... 138 5.1 Γενικά... 138 5.2 Στοιχεία Καυσίμου με Πολυμερή Ηλεκτρολυτική Μεμβράνη... 139 5.3 Εναλλακτικά Στοιχεία με Πολυμερή Ηλεκτρολύτη (PME)... 142 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9ο: ΚΑΥΣΙΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ ΡΥΠΑΝΣΗ... 145 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10ο ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ, ΥΒΡΙΔΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗ ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ... 165 1.Α cost-concious approach to the design of an electric vehicle 2. PEV, A software to estimate the power and torque requirements and evaluate the performance of electric vehicles 3.Development of a high performance electric vehicle 4.Development of Y-EV, an electric vehicle purposely designed for the city of Athens 5.Safety aspects of the design of an electric vehicle 6.An energy-balance approach to the design of an electric vehicle v

7.EV-DaB, a Database of Electric, Hybrid and Fuel Cell Vehicles 8.A generalised dynamic model of a four-wheel drive and four-wheel steering electric vehicle equipped with an electronic differential vi

ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ Από Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Καθηγητής Κ.Αμπακούμκιν Αν.Καθηγητής Α.Σταθόπουλος Επικ.Καθηγητής Δ.Τσαμπούλας Λεκτ.Κ.Λυμπέρης ΚΕΦ.1 ΚΕΦ.2 ΚΕΦ.3 ΚΕΦ.4 ΚΕΦ.5 ΚΕΦ.1 ΚΕΦ.2 ΚΕΦ.3 ΚΕΦ.4 ΚΕΦ.1 ΚΕΦ.2 ΚΕΦ.3 ΚΕΦ.4 ΚΕΦ.6 Από τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών: Αν.Καθηγητής Κ.Σπέντζας Επικ.Καθηγητής Δ.Χουντάλας ΚΕΦ.10 ΚΕΦ.8 Από τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ Καθηγητής Σ.Μανιάς ΚΕΦ.7 Από τμήμα Χημικών Μηχανικών Καθηγητής Σ.Στούρνας ΚΕΦ.9 vii

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΔΙΚΕΣ ΑΣΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ ΚΑΙ ΣΤΑΘΜΕΥΣΗ: ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ 1. Εισαγωγή Το φαινόμενο των μεταφορών είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τη λειτουργία της καθημερινής οικονομικής και κοινωνικής ζωής. Η εντατικοποίηση των ανθρώπινων δραστηριοτήτων και η πληθυσμιακή αύξηση απαιτούν όλο και μεγαλύτερη ανάπτυξη των μεταφορικών δραστηριοτήτων (περισσότερες και καλύτερες μεταφορές). Είναι λοιπόν προφανές ότι η αμφίδρομη σχέση επιρροής μεταφορών και δραστηριοτήτων περιπλέκει το φαινόμενο και την αντιμετώπισή του. Ειδικά οι αστικές μεταφορές, με την πληθυσμιακή και οικονομική ανάπτυξη των σημερινών πόλεων, αποκτούν μεγάλη σημασία. Από τις αστικές μεταφορές, οι οδικές αποτελούν μία σημαντική συνιστώσα, τόσο για τη μεταφορά εμπορευμάτων όσο και για τη μεταφορά προσώπων. Η στάθμευση (αναφερόμενη στα οδικά μέσα) εξάλλου, διαδραματίζει αποφασιστικό ρόλο σχετικά με τις καθημερινές δραστηριότητες στα αστικά κέντρα, αφού είναι συνιφασμένη με τη λειτουργία και τη διαχείριση των αστικών οδικών μεταφορών. Ένας σημαντικός παράγοντας των αστικών οδικών μεταφορών και της στάθμευσης είναι η ενέργεια. Η ενεργειακή θεώρηση των μεταφορών γίνεται όλο και πιο σημαντική, αφενός, λόγω της (ποσοτικής και ποιοτικής) ανάπτυξής τους, και αφετέρου, λόγω της ανταπόκρισης σε δύο βασικούς στόχους: την εξοικονόμηση ενεργειακών πρώτων υλών και κεφαλαίων και την προστασία του περιβάλλοντος. Ο παρακάτω πίνακας είναι ενδεικτικός για τη σπουδαιότητα της ενεργειακής θεώρησης των μεταφορών. Πωλήσεις καυσίμων στην ελληνική εσωτερική αγορά 1998 (σε χιλ. τόννους) 1997 (σε χιλ. τόννους) % 1998 Βενζίνες Αμόλυβδες 95+98R 1.513 1.296 Σούπερ και κοινή 1.632 1.734 3.145 3.030 33,4 Πετρέλαια Θέρμανσης 3.062 2.794 Κίνησης 2.255 2.244 5.417 5.038 57,5 Μαζούτ 1500 550 566 3500 306 366 856 932 9,1 Σύνολο 9.418 9.000 100,0 Πίνακας 1: Πωλήσεις καυσίμων στην εσωτερική αγορά. Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 1

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση Στον πίνακα δεν περιλαμβάνονται οι καταναλώσεις καυσίμων από τις ένοπλες δυνάμεις, τη ΔΕΗ και τις άλλες κρατικές επιχειρήσεις που παραλαμβάνουν καύσιμα απευθείας από τα διϋλιστήρια. Ενδιαφέρον παρουσιάζει και η εξέλιξη των πωλήσεων στη διεθνή αγορά κατά τα τελευταία έτη. Ο ακόλουθος πίνακας είναι σχετικός. Διεθνείς πωλήσεις 1996-1997-1998 (σε χιλιάδες τόννους) 1998 1997 1996 Καύσιμο αεροπορίας 656 626 665 Πετρέλαιο Ντήζελ 1.098 1.006 1.004 Μαζούτ 3.183 2.753 2.644 Σύνολο 4.937 4.385 4.313 Πίνακας 2: Η εξέλιξη των διεθνών πωλήσεων καυσίμων στην Ελλάδα. Οι πωλήσεις το 1998 στο σύνολό τους είναι αυξημένες έναντι των προηγουμένων ετών. Αυτό οφείλεται στην αύξηση των πωλήσεων μαζούτ στα πλοία του εσωτερικού και του εξωτερικού. Στην αγορά του εσωτερικού, αξίζει να θεωρηθούν οι κατά περιοχή πωλήσεις των διαφόρων ειδών καυσίμων. Καύσιμα κατά περιοχή της Ελλάδας Πωλήσεις στην εσωτερική αγορά - 1998 ΒΕΝΖΙΝΕΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΑ ΜΑΖΟΥΤ Αττική 1.148 1.560 227 Θεσσαλονίκη 349 763 149 Μακεδονία 342 852 146 Πελοπόννησος 331 425 63 Λοιποί 975 1.817 271 Σύνολο 3.145 5.417 856 Πίνακας 3: Πωλήσεις στην εσωτερική αγορά κατά είδος καυσίμου. 2. Παράγοντες που επιδρούν στην κατανάλωση ενέργειας στις οδικές αστικές μεταφορές. 2.1 Γενικά Για την καλύτερη κατανόηση και την ποσοτική περιγραφή της κατανάλωσης ενέργειας στις οδικές αστικές μεταφορές πρέπει να θεωρηθούν οι παράγοντες που επηρεάζουν το φαινόμενο αυτό. Οι κυριότεροι παράγοντες είναι οι ακόλουθοι: Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 2

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση 1. Τα χαρακτηριστικά της διαδρομής: απόσταση, ταχύτητα, επιταχύνσεις/επιβραδύνσεις, στάσεις. 2. Τα χαρακτηριστικά της οδού: κατά μήκος κλίση, οριζοντιογραφικές ακτίνες, ποιότητα οδοστρώματος. 3. Οι καιρικές συνθήκες: θερμοκρασία, πάγος/χιόνι. 4. Τα χαρακτηριστικά του οχήματος: τύπος, βάρος/φορτίο, τεχνολογία, ηλικία. 5. Το είδος της καύσιμης και λιπαντικής ύλης των αυτοκινήτων. 6. Η σηματοδότηση. Είναι προφανές ότι οι παράγοντες 4 και 5 έχουν αλληλεξάρτηση, ωστόσο, η μεταξύ τους διάκριση κρίνεται σκόπιμη και από άποψη εννοιολογικού περιεχομένου και λόγω διαφορετικού περιβάλλοντος απόφασης που μπορεί να ισχύσει μεταξύ της αγοράς ενός αυτοκινήτου και της επιλογής είδους καυσίμων, και δεδομένου ότι η πρώτη δεν καθορίζει μονοσήμαντα τη δεύτερη. Τα χαρακτηριστικά του οδηγού (ηλικία, επιδεξιότητα, μόρφωση, ψυχοσύνθεση) είναι έμμεσοι καθοριστικοί παράγοντες και μπορεί να εκφρασθούν μέσω των χαρακτηριστικών της κίνησης και του αυτοκινήτου. Όλοι οι προαναφερθέντες παράγοντες, διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο και στις υπεραστικές οδικές μεταφορές. Όμως, στις αστικές μεταφορές η αναλογία των επιρροών είναι διαφορετική από ό,τι στις υπεραστικές. Επίσης, στις αστικές μεταφορές πρέπει να θεωρηθούν και άλλοι παράγοντες, οι οποίοι είναι έμμεσοι, αλλά διαδραματίζουν αποφασιστικό ρόλο λόγω της μεγάλης κλίμακας επιρροής τους. Τέτοιοι παράγοντες είναι η γενικότερη χωροταξία, η πληθυσμιακή πυκνότητα, η διασπορά των κατά είδος δραστηριοτήτων εντός του κάθε αστικού κέντρου. Στο κεφάλαιο 4 αναπτύσσεται η επιρροή αυτών των παραγόντων στην κατανάλωση καυσίμων. Η στάθμευση επίσης, είναι ένας ιδιαίτερα σημαντικός παράγοντας επιρροής στις οδικές αστικές μεταφορές, που μπορεί να αναλυθεί ξεχωριστά. Η στάθμευση από ενεργειακή θεώρηση, αναπτύσσεται στο κεφάλαιο 3. Ως γενικό συμπέρασμα για τις αστικές οδικές μεταφορές και ως αντιδιαστολή προς τις αντίστοιχες υπεραστικές, μπορεί να επισημανθεί η συχνά διακοπτόμενη ροή της κυκλοφορίας λόγω σηματοδότησης, στάθμευσης, αλλά και ιδιαίτερων κυκλοφοριακών συνθηκών (όπως η κυκλοφοριακή συμφόρηση). 2.2 Τα χαρακτηριστικά της διαδρομής. Από τα χαρακτηριστικά της διαδρομής, ιδιαίτερης σημασίας είναι η ταχύτητα. Με δεδομένο από τη Φυσική ότι η κινητική ενέργεια δίδεται από τη σχέση: Ε κινητική = (½) * m * v 2, (2.1) όπου: Ε κινητική, η κινητική ενέργεια, m, η μάζα, v, η ταχύτητα, είναι προφανής η σημασία της ταχύτητας στην κατανάλωση ενέργειας. Μετά από εργαστηριακές μετρήσεις, αλλά και από επιβεβαιώσεις σε συνθήκες πραγματικών αστικών κυκλοφοριακών συνθηκών, έχει κατορθωθεί να γίνει συσχέτιση μεταξύ ταχύτητας και κατανάλωσης καυσίμων. Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 3

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση Η σχέση η οποία δίδεται είναι η εξής: φ = k 1 + k 2 *(1/v), (2.2) όπου: φ, η κατανάλωση καυσίμου σε ml/km, k 1, σταθερά που εκφράζει την υπερνίκηση της αντίστασης κύλισης k 2, σταθερά που εκφράζει την υπερνίκηση μηχανικών απωλειών που εκδηλώνονται με το χρόνο v, η ταχύτητα σε km/sec. Η προηγούμενη σχέση μπορεί να συμπεριλάβει και καθυστερήσεις σε αστικές αρτηρίες. Εννοιολογικά μάλιστα αυτό είναι πιο εμφανές εάν γραφεί ως ακολούθως: φ = k 1 + k 2 * t,. (2.3) όπου, t, η μέση χρονική διάρκεια για τη διάνυση απόστασης ανηγμένη στην απόσταση αυτή (η t μετράται σε σε sec/km). Οι παραπάνω σχέσεις ισχύουν κυρίως για ταχύτητα μικρότερη των 60 km/h και για καύσιμο τη βενζίνη. Οι σταθερές k 1 και k 2 έχουν προσδιορισθεί βάσει παρατηρήσεων αντίστοιχα ίσες με 112 και 1,05, οπότε η σχέση (2.3) γράφεται ως εξής: φ = 112 + 1,05* t.. (2.4) Εκτός όμως της ταχύτητας, και η απόσταση της διαδρομής είναι καθοριστική παράμετρος για την κατανάλωση καυσίμων. Έτσι, για διαδρομές κάθε απόστασης (κυρίως σε αστικές περιοχές), προτείνεται και η ακόλουθη σχέση, η οποία προκύπτει από τις προηγούμενες με κατά μέλη πολλαπλασιασμό με την απόσταση: F = 112*D + 1,05*T,. (2.5) όπου: F, η κατανάλωση καυσίμου σε ml, D, η απόσταση σε km, T, η χρονική διάρκεια της διαδρομής σε sec (δευτερόλεπτα). Στην προσπάθεια να ευρεθεί η βέλτιστη γενικά ταχύτητα αυτοκινήτου από ενεργειακής άποψης (δηλαδή αυτή που δίδει την ελάχιστη κατανάλωση καυσίμων ανά km) διαπιστώνεται ότι για μέσο επιβατικό αυτοκίνητο η ταχύτητα περί τα 60 km/h είναι πολύ ικανοποιητική. Επίσης, η περιοχή τιμών από 50-80 km/h δίδει ικανοποιητικές τιμές κατανάλωσης καυσίμων. Για φορτηγά αυτοκίνητα η ταχύτητα των 50 km/h μπορεί να θεωρηθεί επίσης ως η βέλτιστη, ενώ η ικανοποιητική περιοχή περιορίζεται στο διάστημα 50-70 km/h. Ενδεικτικές τιμές κατανάλωσης καυσίμων για μέσο επιβατικό αυτοκίνητο σε διάφορες ταχύτητες δίδονται στον παρακάτω πίνακα: Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 4

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση Ταχύτητα σε km/h Κατανάλωση σε l/1000 km 60 75 70 80 80 85 90 92 100 100 Πίνακας 4. Κατανάλωση καυσίμων με την ταχύτητα. Η ταχύτητα είναι σημαντική παράμετρος και για την κατανάλωση λιπαντικού μηχανής, η οποία συνιστά κατανάλωση ενέργειας. Η ανά κατηγορία οχήματος βέλτιστη ταχύτητα για την κατανάλωση λιπαντικού μηχανής ευρίσκεται σημαντικά μικρότερη από την αντίστοιχη για τα καύσιμα. Έτσι, για μέσο επιβατικό αυτοκίνητο αναφορικά με την κατανάλωση λιπαντικών, ως βέλτιστη μπορεί να θεωρηθεί η ταχύτητα των 40 km/h, ενώ για φορτηγά και λεωφορεία η ταχύτητα των 30 km/h. Οι ικανοποιητικές περιοχές τιμών είναι αντίστοιχα 25-70 km/h και 25-55 km/h. Γενική παρατήρηση που μπορεί να γίνει για την κατανάλωση των λιπαντικών σε σχέση με αυτή των καυσίμων είναι η έντονη ασυμμετρία του διαγράμματος της κατανάλωσης με την ταχύτητα, κατά συνέπεια στα λιπαντικά και με αναφορά στη βέλτιστη ανά κατηγορία οχήματος ταχύτητα (όπως αναφέρθηκε), οι μεγαλύτερες ταχύτητες είναι πολύ πιο αντιοικονομικές από τις μικρές. Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει μεταβολές της κατανάλωσης λιπαντικών σε σχέση με την ταχύτητα και για μέσο επιβατικό αυτοκίνητο: Ταχύτητα σε km/h Κατανάλωση 50 α 60 1,15 * α 70 1,40 * α 80 1,90 * α 90 2,50 * α Πίνακας 5. Κατανάλωση λιπαντικών με την ταχύτητα για μέσο επιβατικό αυτοκίνητο. Εκτός όμως της ταχύτητας, άλλο πρωτεύον χαρακτηριστικό κίνησης, ειδικά για αστικές οδικές μεταφορές, είναι οι με το χρόνο μεταβολές της, δηλαδή οι επιταχύνσεις/επιβραδύνσεις. Έτσι, κατόπιν ερευνών και παρατηρήσεων, έχει ευρεθεί ότι οι επιταχύνσεις/επιβραδύνσεις αυξάνουν την κατανάλωση καυσίμων σε σχέση με την κίνηση σταθερής ταχύτητας. Καθίσταται επομένως σαφές ότι η μέση τιμή της ταχύτητας Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 5

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση (μέση ταχύτητα) διαδρομής δεν καθορίζει μονοσήμαντα την κατανάλωση ενέργειας (καύσιμα-λιπαντικά), αλλά επιδρά και η διασπορά των τιμών της στο χρόνο. Μάλιστα, η επιρροή του παράγοντα επιτάχυνση/επιβράδυνση στην κατανάλωση καυσίμων μπορεί να ποσοτικοποιηθεί. Όπως αναμένετο άλλωστε, με την αύξηση της επιτάχυνσης, αυξάνεται η ανά μονάδα διανυόμενου μήκους κατανάλωση καυσίμων, ακόμη και εάν η μέση χρονικά ταχύτητα παραμένει σταθερή. Ο ακόλουθος πίνακας παρουσιάζει την κατανάλωση καυσίμων για μέσο επιβατικό αυτοκίνητο με την αύξηση της επιτάχυνσης και για διάφορες μέσες ταχύτητες: Διανυόμενη απόσταση σε km για κατανάλωση 1 λίτρου καυσίμου από μέσο επιβατικό Ταχύτητα σε km/h 30 40 50 Επιτάχυνση σε 0,30 5,2 5,9 6,0 m/sec 2 0,60 3,8 4,0 4,0 0,90 3,0 2,9 3,1 1,20 2,4 2,5 2,6 Πίνακας 6. Διανυόμενη απόσταση για κατανάλωση ενός λίτρου καυσίμου από μέσο επιβατικό όχημα για διάφορες επιταχύνσεις και μέσες ταχύτητες. 2.3 Τα χαρακτηριστικά της οδού. Ιδιαίτερη σημασία για την κατανάλωση σε ενέργεια (καύσιμα-λιπαντικά) έχει η γεωμετρία της οδού. Επί μέρους καθοριστικοί παράγοντες είναι η οριζοντιογραφική γεωμετρία και η κατά μήκος κλίση. Η οριζοντιογραφική γεωμετρία εκφράζεται με την καμπυλότητα. Η καμπυλότητα σε μακροκλίμακα μπορεί να αποδοθεί ποσοτικά με την ελικτότητα της οδού, ενώ σε μικροκλίμακα παρατήρησης είναι δυνατό να μετρηθεί από το βαθμό των καμπυλών. Αυτός ο τελευταίος τρόπος συνήθως χρησιμοποιείται για να ληφθεί υπόψη η επιρροή της οριζοντιογραφικής γεωμετρίας στην κατανάλωση ενέργειας. Ορίζεται ως βαθμός καμπύλης D σε μοίρες η επίκεντρη γωνία που αντιστοιχεί σε τόξο μήκους 100 ft (πόδια), δηλαδή σε 30,48 μέτρα. Κατόπιν αυτού, μπορεί να δοθεί η σχέση που συνδέει το βαθμό καμπύλης D σε μοίρες με την ακτίνα καμπυλότητας R σε μέτρα: R = (180*30,48)/(D*π) (2.6) Όπως είναι λογικό, η αύξηση του βαθμού καμπύλης, δηλαδή η μείωση της ακτίνας καμπυλότητας R (ήτοι η αύξηση της καμπυλότητας: 1/R), προκαλεί αύξηση της κατανάλωσης καυσίμων. Στον παρακάτω πίνακα δίδεται για μέσο επιβατικό αυτοκίνητο και για διάφορες ταχύτητες η κατανάλωση καυσίμων για διάφορους βαθμούς καμπύλης, έναντι της κατανάλωσης σε οριζοντιογραφική ευθεία: Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 6

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση Ταχύτητα σε Οριζοντιογραφική D = 4 D = 6 D = 8 km/h ευθεία ήτοι D = 0 (R = 436m) (R = 291m) (R = 218m) 60 α 60 - - 1,02* α 60 70 α 70-1,03* α 70 1,05* α 70 80 α 80 1,03*α 80 1,05* α 80 1,10* α 80 90 α 90 1,05* α 90 1,09* α 90 1,17* α 90 100 α 100 1,07* α 100 1,14* α 100 1,25* α 100 Πίνακας 7. Η κατανάλωση μέσου επιβατικού αυτοκινήτου σε σχέση με την οριζοντιογραφία. Σημαντικό ρόλο στην κατανάλωση καυσίμων παίζει και η μηκοτομή της οδού με την κατά μήκος κλίση. Η αύξηση της κατά μήκος κλίσης έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της κατανάλωσης καυσίμων. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι για μέσο επιβατικό αυτοκίνητο και ταχύτητα 80 km/h, μία κατά μήκος κλίση +2% επιφέρει αύξηση κατανάλωσης κατά 40% έναντι της μηκοτομικής ευθυγραμμίας. Στα βαρέα οχήματα (φορτηγά-λεωφορεία), η αύξηση της κατά μήκος κλίσης έχει ακόμη πιο εντυπωσιακή επιρροή στην κατανάλωση καυσίμων. Ως παράδειγμα μπορεί να αναφερθεί ένα φορτηγό 15 τόννων. Για την ταχύτητα μόλις των 30 km/h, στην ανωφέρεια με 8% κλίση, απαιτείται 90% αύξηση κατανάλωσης καυσίμων έναντι της μηκοτομικής ευθυγραμμίας. Η ποιότητα του οδοστρώματος αποτελεί άλλον ένα σημαντικότατο παράγοντα επιρροής της κατανάλωσης ενέργειας. Χαρακτηριστικές διαφοροποιήσεις στην κατανάλωση καυσίμων παρουσιάζονται μεταξύ ασφαλτοστρωμένης, χαλικόστρωτης και χωμάτινης οδού. Οι διαφορές οφείλονται στο διαφορετικό μέγεθος των τριβών και αντιστάσεων που παρουσιάζονται κατά περίπτωση στην επιφάνεια κύλισης της οδού. Βέβαια, στις αστικές οδούς είναι σπάνια η μη ασφάλτινη επιφάνεια κύλισης, ωστόσο, για τις έστω αυτές σπάνιες περιπτώσεις, ενδεικτικά αναφέρεται ότι για μέσο επιβατικό αυτοκίνητο στη χαλικόστρωτη οδό παρατηρείται περίπου 20% αύξηση κατανάλωσης καυσίμων έναντι της ασφαλτοστρωμένης και για διάφορες ταχύτητες, ενώ στη χωμάτινη οδό η αύξηση είναι περίπου 40% έναντι της ασφαλτοστρωμένης (για διάφορες ταχύτητες). Επίσης, μπορεί να αναφερθεί, ότι για τα μικρά φορτηγά (αγροτικού τύπου) η αύξηση της κατανάλωσης σε χαλικόστρωτη και χωμάτινη οδό έναντι της ασφαλτόστρωτης είναι αντίστοιχα περί το 17% και 33%. Οι αυξήσεις παρουσιάζονται μικρότερες από τις αντίστοιχες των επιβατικών λόγω της κατασκευής των συγκεκριμένων μικρών φορτηγών. Αντίθετα, τα μεσαία και κυρίως τα μεγάλα φορτηγά Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 7

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση παρουσιάζουν μεγάλες αυξήσεις κατανάλωσης σε χαλικόστρωτο και χωμάτινο οδόστρωμα. Αν και οι καταγραφές για χαλικόστρωτο και χωμάτινο οδόσρωμα έχουν ενδιαφέρον περισσότερο σε υπεραστικές οδούς, ωστόσο επειδή τα συμπεράσματα μπορεί (αναλογικά) να γενικευθούν και για κακό ασφάλτινο οδόστρωμα, αποκτούν σημαντικό ενδιαφέρον και για τις αστικές οδούς. 2.4 Οι καιρικές συνθήκες Οι καιρικές συνθήκες συσχετίζονται άμεσα και έμμεσα με την κατανάλωση καυσίμων από τα αυτοκίνητα. Η άμεση επιρροή αφορά στη μηχανολογική λειτουργία των οχημάτων και στηρίζεται σε αρχές της θερμοδυναμικής. Η έμμεση (αλλά επίσης σημαντική) επιρροή αφορά στην επίδραση της κατάστασης του οδοστρώματος. Βασικός παράγοντας επιρροής στην κατανάλωση καυσίμων στα αυτοκίνητα είναι η θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Το ψύχος εντείνει την κατανάλωση καυσίμων από τα αυτοκίνητα. Αυτή η θεωρητική υπόθεση ισχυροποιήθηκε από εργαστηριακές δοκιμές και τελικά επαληθεύτηκε από μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες. Έτσι, η βασική εξίσωση που διέπει την κατανάλωση των καυσίμων, δηλαδή η F = 112*D + 1,05*T, για να προσαρμοσθεί σε καιρικές συνθήκες με μεταβολές στη διαφορά θερμοκρασίας λαμβάνει την ακόλουθη μορφή: F = 112*D + 1,05*T +ΔF,.. (2.7) όπου, ΔF, όρος που εκφράζει την επιρροή της θερμοκρασίας. Με βάση αυτά που αναφέρθηκαν, είναι πρόδηλο ότι ο ΔF αυξάνει αλγεβρικά με τη μείωση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος. Χαρακτηριστικό είναι ότι σε μετρήσεις που έγιναν σε αυτοκίνητα σε Ευρώπη και ΗΠΑ, παρουσιάστηκε για μία απόσταση ταξιδίου 10 km (η οποία είναι λογική για αστικές μετακινήσεις σε μεγαλουπόλεις), σημαντικότατη αύξηση κατανάλωσης καυσίμων με τη μείωση της περιβαλλοντικής θερμοκρασίας. Ο παρακάτω πίνακας είναι χαρακτηριστικός: Διαδρομή 10 km για μέσο επιβατικό όχημα Θερμοκρασία Αύξηση συνολικής κατανάλωσης περιβάλλοντος έναντι αυτής των 20 C 10 C +90 ml 0 C +180 ml Πίνακας 8. Η αύξηση της κατανάλωσης λόγω ψύχους. Άλλοι σημαντικοί καιρικοί παράγοντες που επηρεάζουν την κατανάλωση καυσίμων των αυτοκινήτων είναι ο πάγος και το χιόνι. Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 8

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση Η ύπαρξη πάγου ή χιονιού επηρεάζει αυξητικά την κατανάλωση καυσίμων. Πιο συγκεκριμένα, με την αύξηση του πάχους του χιονιού η αύξηση της κατανάλωσης καυσίμων είναι σημαντικότατη. Ο ακόλουθος πίνακας παρουσιάζει διορθωτικούς συντελεστές για την κατανάλωση των καυσίμων για μέσο επιβατικό αυτοκίνητο σε διάφορες καιρικές συνθήκες και για διάφορες ταχύτητες. Οι συντελεστές αναφέρονται βέβαια στην κατανάλωση υπό ξηρές συνθήκες για την αντίστοιχη ταχύτητα. Κατανάλωση καυσίμων μέσου επιβατικού αυτοκινήτου με τις συνθήκες οδοστρώματος Ταχύτητα Ξηρό Πάγος Χιόνι (σε ίντσες) mph km/h Σε Λείο Σε Ανώμαλο ½ 3/4 1 1½ 2 Οδόστρωμα Οδόστρωμα 20 32 1,00 1,23 1,30 1,36 1,43 1,47 1,51 1,60 30 48 1,00 1,16 1,20 1,28 1,32 1,35 1,45 1,54 40 64 1,00 1,11 1,14 1,20 1,23 1,28 1,40 1,48 50 80 1,00 1,06 1,10 1,12 1,18 1,24 1,34 1,45 60 97 1,00 1,04 1,08 1,10 - - - - Πίνακας 9. Η αύξηση της κατανάλωσης καυσίμων με τον πάγο και το χιόνι. Παρατηρείται ότι με την αύξηση της ταχύτητας η επιρροή του πάγου και του χιονιού στην κατανάλωση καυσίμων εξασθενεί. 2.5 Τα χαρακτηριστικά του οχήματος Το σπουδαιότερο ρόλο στην κατανάλωση ενέργειας στις μεταφορές (καύσιμα, λιπαντικά), παίζουν τα χαρακτηριστικά των οχημάτων. Από τα χαρακτηριστικά, το πιο σημαντικό είναι ο τύπος. Είναι προφανές, ότι ένα μεγάλο φορτηγό ή ένα λεωφορείο καταναλώνει πολύ περισσότερη ενέργεια από ένα μέσο επιβατικό αυτοκίνητο, το οποίο με τη σειρά του καταναλώνει πολύ περισσότερη ενέργεια από ένα δίκυκλο. Ως ιδιαίτερο μέσο οδικής αστικής μεταφοράς μνημονεύεται το ποδήλατο, το οποίο δεν καταναλώνει κανένα καύσιμο για τη μετακίνηση, αφού κινείται με τη φυσική ανθρώπινη ενέργεια. Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει για διάφορους τύπους οχημάτων και ανά ταχύτητα την κατανάλωση καυσίμων. (Γίνεται η παραδοχή ότι τα οχήματα κινούνται σε οριζόντια και ευθύγραμμη οδό, η οποία έχει ξηρή ασφάλτινη επιφάνεια κύλισης): Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 9

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση Κατανάλωση καυσίμων σε l/1000km Ταχύτητα Τύπος Οχήματος 40 km/h 60 km/h 80 km/h Ευρωπαϊκό επιβατικό 60 55 65 Αμερικανικό επιβατικό 105 100 120 Αγροτικό 110 115 135 Φορτηγό 3,5 τόννων 225 230 245 Φορτηγό 15 τόννων 260 250 300 Φορτηγό 18 τόννων 460 370 420 Πίνακας 10. Κατανάλωση καυσίμων ανάλογα με τον τύπο του οχήματος. Ειδικά στις αστικές οδικές μεταφορές, τα μηχανοκίνητα δίκυκλα έχουν μεγάλη σημασία, αφού στο περιβάλλον των πόλεων, λόγω των μικρών σχετικά αποστάσεων και των ιδιαίτερων κυκλοφοριακών συνθηκών, χρησιμοποιούνται σε μεγάλο βαθμό. Από ενεργειακής άποψης, η χρήση μηχανοκίνητων δικύκλων είναι ιδιαίτερα οικονομική έναντι της χρήσης των άλλων τύπων οχημάτων. Χαρακτηριστικά αποτελέσματα παρουσίασε συγκοινωνιακή έρευνα που έγινε στις ΗΠΑ που κατέδειξε την εξοικονόμηση ενέργειας από τη χρήση μηχανοκίνητων δικύκλων έναντι της χρήσης επιβατικών οχημάτων. Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει συνοπτικά κάποια αποτελέσματα της εν λόγω έρευνας: Μέση απόσταση διάνυσης για κατανάλωση 1 λίτρου καυσίμου για το έτος 1975 στις ΗΠΑ Μέσο αμερικανικό επιβατικό αυτοκίνητο 5,8 km Μέσο μηχανοκίνητο δίκυκλο 21,3 km Πίνακας 11. Σύγκριση της κατανάλωσης ενέργειας από τη χρήση αυτοκινήτων και μηχανοκίνητων δικύκλων. Οδικά μέσα χρησιμοποιούμενα ιδιαίτερα σε αστικό περιβάλλον είναι τα μικρά κλειστά οχήματα τύπου vanpool και carpool. Συγκρίνοντας την ενέργεια που απαιτείται συνολικά από την κατασκευή μέχρι και τη λειτουργία των μέσων αυτών σε σχέση με το τυπικό ΙΧ επιβατικό, προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα. Ο παρακάτω πίνακας αποδίδει συνοπτικά μία τέτοια σύγκριση: Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 10

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση Είδος αυτοκινήτου Αναλογικά Καταναλωνόμενη Ενέργεια ανά χιλιόμετρο αστικής διάνυσης (ενδεικτικές τιμές) Προώθησης Συντήρησης Κατασκευής Κατασκευής Συνολική Υποδομής Οχημάτων Τυπικό ΙΧ 11*ε 2,0*ε 0,125*ε 1,1*ε 14,225*ε Carpool 11*ε 2,0*ε 0,125*ε 1,1*ε 14,225*ε Vanpool 14*ε 2,0*ε 0,200*ε 2,0*ε 18,200*ε Πίνακας 12. Ενεργειακή σύγκριση τυπικού ΙΧ, carpool και vanpool. Άλλο ένα οδικό μέσο με τεράστια σημασία για τις αστικές μετακινήσεις είναι το λεωφορείο. Ο παρακάτω πίνακας συγκρίνει την κατανάλωση καυσίμων σε τυπικό αστικό λεωφορείο με την κατανάλωση σε υπεραστικό λεωφορείο και σε μέσο τυπικό φορτηγό αυτοκίνητο: Μέση απόσταση διάνυσης για κατανάλωση 1 λίτρου καυσίμου για το έτος 1975 στις ΗΠΑ Αστικό λεωφορείο Υπεραστικό λεωφορείο Μέσο τυπικό φορτηγό αυτοκίνητο 3,1 km 2,0 km 4,3 km Πίνακας 13. Σύγκριση της κατανάλωσης ενέργειας από τη χρήση αστικού λεωφορείου, υπεραστικού λεωφορείου και μέσου τυπικού φορτηγού αυτοκινήτου. Ιδιαίτερος τύπος οδικής μεταφοράς, ειδικά εφαρμοσμένης σε αστικό περιβάλλον, είναι η μεταφορά με τραμ (ελαφρό αστικό σιδηρόδρομο). Το τραμ, παρά το ότι λόγω των τροχιοδρόμων που χρησιμοποιεί ομοιάζει με τον αστικό σιδηρόδρομο (μετρό), επειδή όπου υπάρχει καταλαμβάνει τμήματα οδικών διατομών, θεωρείται οδικό αστικό μέσο μεταφοράς. Το μεταφορικό έργο (εκφραζόμενο συνήθως σε επιβατοχιλιόμετρα) που μπορεί να παράγει ένα σύστημα τραμ κατά τη λειτουργία του είναι σημαντικό. Η χρήση ηλεκτρισμού, ως ενέργειας για τη λειτουργία ενός συστήματος τραμ, πρέπει να αντιμετωπίζεται θετικά από την περιβαλλοντική άποψη. Ωστόσο, από καθαρά ενεργειακή άποψη, το τραμ καταναλώνει αρκετή ενέργεια. Σε σύγκριση με τα αστικά λεωφορεία, το τραμ καταναλώνει περισσότερη ενέργεια ανά επιβατοχιλιόμετρο από ό,τι αυτά. Μελέτη που έγινε στις ΗΠΑ στη δεκαετία του 70, έδειξε για τα αστικά λεωφορεία, το τραμ και το μετρό τις ακόλουθες τιμές: Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 11

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση Μέσο αστικής μεταφοράς Ενδεικτικές τιμές κατανάλωσης ενέργειας ανά μονάδα μεταφορικού έργου σε MJ/επιβατοχιλιόμετρο Αστικά λεωφορεία 1,60 Τραμ 2,65 Μετρό (Αστικός σιδηρόδρομος) 2,00 Πίνακας 14. Σύγκριση κατανάλωσης ενέργειας για διάφορα μέσα αστικών οδικών μεταφορών. Άλλη σημαντική παράμετρος που επιδρά στην κατανάλωση των καυσίμων είναι το βάρος. Σε έρευνα που έγινε, έγινε συσχέτιση της κατανάλωσης καυσίμων με το βάρος του οχήματος. Η συσχέτιση έγινε για τύπους ελαφρών φορτηγών και επιβατικών οχημάτων του έτους 1978 και για αντίστοιχους τύπους οχημάτων του 1985. Στην περίπτωση του 1978 ευρέθηκε η εξής ευθεία παλινδρόμησης: Φ 1 = 0,012 + 0,0023*(w-3,75),.. (2.8) ενώ στην περίπτωση του 1985 η ακόλουθη ευθεία παλινδρόμησης: Φ 2 = 0,012 + 0,0014*(w-3,75).. (2.9) Στα παραπάνω: Φ 1 και Φ 2 αντίστοιχα η κατανάλωση για τα οχήματα τεχνολογίας 1978 και τα οχήματα τεχνολογίας 1985, σε λίτρα/χιλιόμετρο, w, το βάρος του οχήματος σε χιλιάδες κιλά. Είναι προφανές ότι με την αύξηση του βάρους οχήματος αυξάνει και η κατανάλωση καυσίμων και μάλιστα γραμμικά. Επίσης, από τη σύγκριση των δύο ευθειών παλινδρόμησης, προκύπτει ότι τα οχήματα τεχνολογίας 1985 έχουν σημαντική μείωση στην κατανάλωση καυσίμων έναντι αυτών με τεχνολογία 1978. Αυτό οδηγεί στο να ληφθεί υπόψη ένας άλλος σπουδαίος παράγοντας κατανάλωσης ενέργειας για τα οχήματα: η τεχνολογία. Σημαντικό ρόλο επίσης στην κατανάλωση καυσίμων διαδραματίζει ο λόγος [Όγκος/Βάρος] των οχημάτων. Μπορεί να δειχθεί ότι με την αύξηση του λόγου [Όγκος/Βάρος], αυξάνει και η κατανάλωση σε καύσιμα. Η συσχέτιση μάλιστα είναι γραμμική. Η σχέση που βρέθηκε για τα αυτοκίνητα τεχνολογίας έτους 1985 είναι η εξής: Φ 0 = 0,014 + 1,554* (μ-0,0007),. (2.10) όπου, Φ 0, η κατανάλωση καυσίμων σε λίτρα/χιλιόμετρο, μ, ο λόγος [Όγκος/Βάρος], σε [κυβ. εκατοστά/κιλά]. Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 12

Κεφάλαιο 1ο Οδικές Αστικές Μεταφορές και Στάθμευση Ενεργειακή Θεώρηση 2.6 Το είδος των καυσίμων Σημαντικός παράγοντας για την κατανάλωση ενέργειας είναι και το είδος της καύσιμης ύλης. Κλασσικά χρησιμοποιούμενα καύσιμα είναι η βενζίνη και το πετρέλαιο. Εναλλακτικές μορφές καυσίμων αναπτύσσονται στα ειδικά θέματα, στο κεφ. 4. Στο ίδιο επίσης κεφάλαιο αναπτύσσονται και θέματα που αφορούν στη χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας για τις αστικές οδικές μεταφορές (ηλεκτρικό όχημα). 2.7 Η σηματοδότηση. Οι καθυστερήσεις των οχημάτων που προκαλούνται στους σηματοδοτούμενους κόμβους είναι ένας από τους κυριότερους παράγοντες κατανάλωσης καυσίμων στις αστικές οδικές μετακινήσεις. Οι προαναφερόμενες καθυστερήσεις, σε θεωρητική βάση, μπορούν να υπολογιστούν από την προσομοίωση με θεωρητικές κατανομές πιθανοτήτων των αφίξεων και των χρονικών διαχωρισμών των οχημάτων στους κόμβους. Το πρόγραμμα Η/Υ σηματοδότησης TRANSYT (TRL, U.K.), αστικών κέντρων, έχει τη δυνατότητα υπολογισμού των καθυστερήσεων οχημάτων στους σηματοδοτούμενους κόμβους, αλλά και της προκαλούμενης κατανάλωσης καυσίμων. Η μέση καθυστέρηση οχήματος σε σηματοδοτούμενο κόμβο υπολογίζεται από το TRANSYT (έκδοση TRANSYT-7) ως ακολούθως: D = [c (1-λ) 2 / 2(1-λΧ)] + [Χ 2 /2Q(1-Χ)] [0,65(c/Q 2 ) 1/3 Χ (2+5λ) ], (2.11) όπου: D, η μέση καθυστέρηση οχήματος σε σηματοδοτούμενο κόμβο, εφρασμένη σε sec, c, η χρονική περίοδος της σηματοδότησης του κόμβου, σε sec, λ, ο λόγος του χρόνου πράσινης φάσης για την κατεύθυνση προσέγγισης του οχήματος προς τη χρονική διάρκεια της περιόδου σηματοδότησης του κόμβου, δηλαδή λ=g/c, Q, ο κυκλοφοριακός φόρτος για τη ζητούμενη κατεύθυνση, σε οχήματα/sec, Χ, ο βαθμός κορεσμού ροής, δηλαδή Χ=Q/λS, όπου S, η ροή κορεσμού της υπόψη κατεύθυνσης, σε οχήματα/sec. Περαιτέρω, η θεώρηση του προγράμματος TRANSYT, αποδίδει και ποσοτική σχέση μεταξύ καθυστερήσεων οχημάτων και κατανάλωσης καυσίμων από αυτά: F = k 1 TT + k 2 D + k 3 S,. (2.12) όπου, F, η κατανάλωση καυσίμων σε λίτρα/ώρα, TT, η συνολικά διανυθείσα απόσταση από όλα τα εξεταζόμενα οχήματα, σε οχηματοχιλιόμετρα, D, η χρονικά ανηγμένη συνολική καθυστέρηση, σε οχηματοώρες ανά ώρα, S, οι χρονικά ανηγμένες συνολικές στάσεις σε στάσεις ανά ώρα, Μεταφορές και Κυκλοφορία Μη Συμβατικά Οχήματα 13