Modellazione fluidodinamica dell’area (ENVI-met)

Una volta raccolti ed elaborati i dati climatici abbiamo analizzato le condizioni ambientali dell’area Reggiane attraverso la simulazione dinamica dei processi fisici, utilizzando il software ENVI-met. Esso è uno dei pochi modelli di simulazione ambientale e microclimatica che opera ad un livello di micro-scala urbana e che, attraverso equazioni di tipo termo-fluidodinamico, permette di riprodurre il comportamento di un modello climatico tridimensionale.

Sviluppato dal Prof. Michael Bruse del Gruppo Modellistica Am- bientale dell'Istituto di Geografia presso l'Università di Mainz, in Germania, ENVI-met è in grado di simulare microaree urbane con una risoluzione variabile fra gli 0.5 e i 10 metri.

Esso analizza le interazioni tra edifici, superfici, vegetazione e i flussi d’aria e di energia all’interno del tessuto urbano; a differenza però di altri software CFD, ENVI-met è maggiormente adatto a si- mulare porzioni di aree cittadine non molto vaste, assimilabili alle dimensioni di un quartiere o anche più piccole: ecco perché si par- la solitamente di micro-scala urbana.

La struttura di base del software implementa un modello di calcolo molto complesso che comprende (Bruse M.,2007):

• Flussi di radiazioni ad onda lunga e ad onda corta, su tutto lo spettro, dall’infrarosso all’ultravioletto, tenuto anche conto

dell’ombrosità, della riflessione e dell’emissione di radiazioni, prodotte dagli edifici e dalla vegetazione;

• Traspirazione, evaporazione e flussi di calore sensibile verso l’ambiente derivanti dalla vegetazione;

• Simulazione completa dei fattori fisici delle piante, come ad esempio la reazione di fotosintesi ed i suoi effetti;

• Temperatura delle superfici dell’area di simulazione (edifici e suolo);

• Scambi di calore e di acqua all’interno del suolo;

• Calcolo di parametri biometereologici come la temperatura me- dia radiante e il PMV (Predicted Mean Vote) dei fruitori dell’area in analisi;

• Dispersone di gas inerti e particolato e sedimentazione su super- fici e foglie;

• Flussi d’aria e turbolenze, dati relativi al vento.

Proprio in relazione a questo vasto sistema di calcolo in grado di gestire contemporaneamente molti fattori, il software in oggetto è spesso impiegato all’interno di studi sugli effetti dell’isola di calore nelle città, della vegetazione nel contesto urbano, delle variazioni dei flussi d’aria e di calore in relazione alle modifiche del contesto micro-climatico ma anche in studi riguardanti la qualità dell’aria e la diffusione degli inquinanti.

ENVI-met è composto di diverse interfacce, ognuna delle quali è necessaria alla composizione di una parte della simulazione o alla lettura dei dati di output.

La struttura del software vede infatti tre principali componenti di input che vanno a convergere nell’interfaccia che svolge la vera e

propria simulazione applicando i modelli di calcolo. I risultati dei calcoli svolti sono raggruppati in numerosi file output suddivisi in base alla frequenza di salvataggio scelta, i quali possono essere letti e analizzati attraverso due ulteriori interfacce di lettura, Leo- nardo e XTract.

Dopo aver impostato il file di input (.in) e di configurazione (.cf) do- ve concretamente si impostano i valori climatici di partenza, si procede alla simulazione vera e propria, che nel caso in questione ha avuto una durata media di 24/28 ore.

La simulazione effettuata si riferisce al giorno mediamente più cal- do dell’estate, il 25 luglio dalle 06:00 alle 24:00.

ENVI-met genera moltissimi output e li suddivide in cartelle di de- stinazione a seconda dei datafield cui sono associati i dati. I data- field in cui sono organizzati i risultati sono così denominati: At- mosphere, BOTworld, Inflow, Log, Receptors, Soil, Surface.

Di questi, quelli che abbiamo ritenuto particolarmente utili sono gli output della cartella Atmosphere, che fornisce valori orari relativi a ciascuna z riguardo a: vento (velocità sulle tre direzioni, velocità complessiva, direzione risultante, variazione percentuale di ve- locità del vento), umidità relativa e assoluta, temperatura dell’aria, espressa attraverso temperatura potenziale (di cui è indicata an- che la variazione oraria) e la temperatura media radiante. Sono

fig. 39_ Struttura del software ENVI-met

indicate anche le temperature superficiali, espresse però attraver- so la temperatura del bordo della cella.

I file ATM contengono anche numerosi dati relativi al flusso di va- pore, di anidride carbonica o di altri inquinanti eventualmente inse- riti nel modello e informazioni relative alla vegetazione; vi sono poi ulteriori informazioni riguardanti le turbolenze: coefficienti di scam- bio e dissipazione cinetica. Sono presenti anche risultati relativi ai flussi radiativi: flusso incidente (diretto, diffuso e riflesso), fattore di vista del cielo (differenziato a seconda che consideri solo gli edifici o l’interazione di edifici e vegetazione), flussi radiativi di scambio a bassa frequenza.

I valori utili per le considerazioni ambientali in funzione del nostro progetto sono:

• Temperatura dell’aria (°C) • Umidità Relativa

• Velocità del vento e direzione del vento • Temperatura Media Radiante

Benessere percepito: indice pmv

Gli output evidenziano una notevole differenza del dato della tem- peratura media radiante e dell’aria della porzione a Nord di Viale Ramazzini e a Sud dello stesso, il primo dotato di una considere- vole quantità di verde alberato e massa erbosa rispetto al secondo prevalentemente edificato e pavimentato: osserviamo infatti che nell'immediato intorno delle aree verdi si registra una temperatura di circa 2°C inferiore rispetto al comparto a Sud, un incremento dell’umidità dovuto alla naturale evapotraspirazione caratteristica del fogliame e una barriera rispetto al vento: questo infatti rallenta

la sua velocità in corrispondenza della massa per poi accelerare subito dopo averla superata.

I punti più critici evidenziati dal software sono l’area asfaltata di Piazzale Europa, il boulevard centrale e lo spiazzo adiacente al tecnopolo, che influiscono negativamente sulle condizioni delle aree adiacenti.

fig. 40_ Output LEONARDO: Temperatura dell’aria

fig.41_ Output LEONARDO: Velocità del vento e direzione

fig.42_ Output LEONARDO: PMV