Corso di TRASPORTI E TERRITORIO. Prof. Ing. Agostino Nuzzolo

TRASPORTI E TERRITORIO

Prof. Ing. Agostino Nuzzolo

Inquinamento atmosferico da traffico

Inquinamento atmosferico da traffico

Inquinamento atmosferico da traffico

Inquinamento atmosferico da traffico

Costi Esterni

Effetto serra

Effetto serra

Effetto serra

In base al Protocollo di Kyoto firmato nel 1997, le nazioni industrializzate hanno preso l’impegno di ridurre le emissioni di industrializzate hanno preso l impegno di ridurre le emissioni di anidride carbonica di almeno il 5% entro il 2008-2012 rispetto ai livelli del '90.

In particolare l'Italia, che si è impegnata a ridurre del 6,5% entro il 2010 i tt l '90 l i i i di CO

2010 rispetto al '90 le emissioni di CO

Oggi le emissioni in Italia sono cresciute di oltre il 7%

Oggi le emissioni in Italia sono cresciute di oltre il 7%.

Effetto serra - monetizzazione

Ð

100 € 2005/tonnellata

100 € 2005/tonnellata

Principali inquinanti dovuti ai trasporti p q p

Componenti delle emissioni p

Principali componenti delle emissioni dei veicoli a motore:

• Vapore acqueo H₂O

• Azoto N

• Anidride Carbonica CO₂

• Ossido di carbonio CO

• Piombo Pb

• Polveri e Particolato PTS

• Anidride solforosa SO₂

• Ossidi di azotoOssidi di azoto NONO_x

• Idrocarburi incombusti HC

• Anidride solforosa

(policiclici aromatici benzene) (policiclici aromatici, benzene)

• Ozono O₃

Componenti delle emissioni: inquinanti p q

Principali agenti inquinanti emessi dai veicoli a motore:

• Vapore acqueo H₂O

• Azoto N

• Anidride Carbonica CO₂

• Monossido di carbonio CO

• Piombo Pb

• Polveri e Particolato PTS

• Anidride solforosa SO₂

• Ossidi di azotoOssidi di azoto NONO_x

• Idrocarburi incombusti HC

• Anidride solforosa

(policiclici aromatici benzene) (policiclici aromatici, benzene)

• Ozono O₃

Effetti degli inquinanti sulla salute umana g q

CO

(1/3)

L’ossido di carbonio è un gas altamente tossico; se inalato si combina con l’emoglobina formando carbossiemoglobina, inibendo così il trasporto dell’ossigeno. Anche piccole concentrazioni di CO producono grandi % di carbossiemoglobina..

SOx, NOx

- Infezioni occhi e all’apparato respiratorio - Infezioni occhi e all apparato respiratorio.

Studi sperimentali hanno mostrato come concentrazioni di 4-5 ppm portino rapidamente a difficoltà respiratorie. Concentrazioni di 250 ppm hanno effetti gravissimi (edema polmonare) che si verificano con ritardo di qualche ora dall’esposizione.

polmonare) che si verificano con ritardo di qualche ora dall esposizione.

Pb

D i il i t t l i i l’ t i d tti

- Danneggiano il sistema nervoso centrale, i reni, l’apparato riproduttivo.

Per lunghe esposizioni a concentrazioni anche basse sono stati ipotizzati anche diminuzione dell’intelligenza, iperattività, ipertensione, riduzione della velocità dei

Effetti degli inquinanti sulla salute umana g q

HC

Tra i composti organici volatili (VOC) particolarmente tossici sono:

(2/3)

- il benzene: aggredisce il midollo spinale provocando gravi malattie dall’anemia aplastica alla leucemia;

- i policiclici aromatici (PAH): sono cancerogeni.

Particolato

È costituito da particelle carboniose su cui risultano assorbite altre sostanze inquinanti tra c i i PAH (policiclici aromatici)

cui i PAH (policiclici aromatici).

Esercita un’azione irritante sull’apparato respiratorio.

A causa di reazioni chimiche che avvengono nell’aria alimentate da alcuni di questi inquinanti viene prodotto lo:

Smog fotochimico

I suoi componenti sono:

I suoi componenti sono:

l’ozono, il biossido di azoto ed i perossiocetilnitrati (PAN)

Questi sono tutti ossidanti. In particolare l’ozono causa irritazione agli occhi, emicrania, malattie respiratorie, attacchi d’asma, riduzione della funzione, p , , polmonare.

Effetti degli inquinanti sulla salute umana g q

(3/3)

O

È un inquinante secondario che deriva da reazioni fotochimiche che coinvolgono ossidi di È un inquinante secondario che deriva da reazioni fotochimiche che coinvolgono ossidi di azoto e idrocarburi. I prodotti di queste reazioni sono indicate globalmente come smog fotochimico.

Per queste ragioni l’ozono non è un inquinante locale ma si rileva anche a distanze Per queste ragioni l ozono non è un inquinante locale ma si rileva anche a distanze notevoli dalle fonti di emissione primaria.

Irrita i polmoni, produce problemi respiratori ed aumenta la vulnerabilità dell’organismo alle malattie dell’apparato respiratorio.pp p

Effetti degli inquinanti sull’ambiente g q

So

e NO

Portano alla formazione di acidi che aggrediscono la superficie degli edifici; sono altresì responsabili del fenomeno delle piogge acide che stanno causando il rapido deterioramento delle foreste e la scomparsa di vita nei laghip g

Particolato

Imbratta edifici e monumenti Imbratta edifici e monumenti

Smog fotochimico g f

Produce danni alla vegetazione

CO CO

Contribuisce all’effetto serra

Inquinamento atmosferico da traffico q

VEICOLI, CONDIZIONI , EMISSIONE

DI DEFLUSSO FATTORI

INQUINANTI FATTORI

METEOROLOGICI, TURBOLENZA

DOVUTA AL TRAFFICO DISPERSIONE

INQUINANTI

CONCENTRAZIONE

INQUINANTI Q

Attività di controllo su inquinamento q atmosferico da traffico

1) a priori

REGOLAMENTAZIONE EMISSIONI

EMISSIONE INQUINANTE DEI VEICOLI

2) a posteriori

STANDARD DI QUALITÀ DELL’ARIA

CONCENTRAZIONE

INQUINANTI NELL’ARIA

Le sostanze inquinanti

In gran parte dei Paesi esistono norme sulla qualità dell’aria dirette a

q

La normativa (1/3)

In gran parte dei Paesi esistono norme sulla qualità dell aria dirette a limitare i rischi derivanti dalla presenza in essa di sostanze inquinanti.

Tali norme stabiliscono, per ciascuna sostanza inquinante, uno o più

li lli di t i i ibili ( t d d di lità

livelli di concentrazione ammissibili (o standard di qualità

dell’aria), intesi come quei livelli al disotto dei quali può ritenersi,

allo stato attuale delle conoscenze, che la sostanza inquinante non dia

allo stato attuale delle conoscenze, che la sostanza inquinante non dia

luogo ad effetti dannosi tali da giustificare l’adozione di misure

correttive.

Le sostanze inquinanti

Le norme per la tutela della qualità dell’aria prevedono quattro

di i li lli i ibili di i

q

La normativa (2/3)

diversi livelli ammissibili di concentrazione:

9 Valori limite di qualità dell’aria

valori massimi delle concentrazioni a cui si ritiene possa essere esposto p p l’uomo, al di là di tali valori esiste un serio rischio per la sua salute;

9 Livelli di allarme

valori di concentrazione che richiedono interventi urgenti atti a ridurre l’emissione di sostanze inquinanti allo scopo di evitare un serio rischio sanitario per la popolazione;

9 Livelli di attenzione

valori di concentrazione tali da determinare condizioni di inquinamento che, se i t ti d t i il i hi d l i i t d ll t t di ll

persistenti, determinano il rischio del raggiungimento dello stato di allarme;

9 Valori guida di qualità dell’aria

livelli di concentrazione finalizzati alla salvaguardia a lungo termine della livelli di concentrazione finalizzati alla salvaguardia a lungo termine della salute umana e dell’ambiente.

Le sostanze inquinanti

A titolo di esempio, le norme italiane (DM 15 Aprile 1994) per la

q

La normativa (3/3)

p , ( p ) p

tutela della qualità dell’aria prevedono nelle aree urbane i seguenti valori:

inquinante periodo soglia di soglia di

di riferimento attenzione (μg/m³) allarme (μg/m³)

CO 1h 15⋅10³ 30⋅10³

NO 1h 200 400

NO₂ 1h 200 400

O₃ 1h 180 360

SO₂ 24h 125 125

Particelle 24h 150 300

Le sostanze inquinanti q

La normativa – Categorie per autoveicoli

La comunità europea ha emanato, a partire dal 1991, una serie di direttive sull'emissioni di inquinanti da parte dei veicoli.

I b t di tti t t i di id t i t i di

In base a queste direttive sono state individuate cinque categorie di appartenenza per gli autoveicoli:

9 pre-Euro 1

9 Euro 1

1989-1996 91/441, 93/59 Euro 1

9 Euro 2 9 Euro 3

9 E 4

,

1995-2000 94/12, 96/69, 98/77 Euro 2

1999-2005 98/69, 98/77 – 98/69 Euro 3

2000-2006 98/69 B, 98/77-98/69 B Euro 4

9 Euro 4

Le sostanze inquinanti q

La normativa – Categorie per autoveicoli

9pre-Euro 1: indica i veicoli “non catalizzati” a benzina e i veicoli “non ecodiesel”

ecodiesel

9Euro 1: indica le autovetture conformi alla direttiva 91/441 o i “veicoli commerciali leggeri” conformi alla direttiva 93/59. Ha introdotto l’obbligo per la casa costruttrice di montare la marmitta catalitica e di usare l’alimentazione a iniezione È entrata in vigore nel 1993

l alimentazione a iniezione. È entrata in vigore nel 1993

9Euro 2: indica le autovetture conformi alla direttiva 94/12 o i “veicoli

commerciali leggeri” conformi alla direttiva 96/69. Normativa che ha

richiesto modifiche anche sui diesel, è in vigore dal 1996

Le sostanze inquinanti q

La normativa – Categorie per autoveicoli

9 Euro 3: indica i veicoli conformi alla direttiva 98/69. In vigore dal 2000, relativa all'ulteriore diminuzione delle emissioni, è obbligatoria per gli autoveicoli fabbricati dopo il 1 gennaio 2001

9 Euro 4: indica i veicoli conformi con la direttiva 98/69B obbligatoria

9 Euro 4: indica i veicoli conformi con la direttiva 98/69B, obbligatoria

dal 1 gennaio 2006

Le sostanze inquinanti q

La normativa – Categorie per autoveicoli

Emissione degli inquinanti g q

La quantità di inquinante emessa da un veicolo è funzione in generale di:

generale di:

1) tipo di carburante

2) caratteristiche del veicolo 2) caratteristiche del veicolo

3) condizioni di moto del veicolo Per un veicolo si ha:

e

= e

(v

, a

) g/km

( ) /h

e

= e

(v

, a

) g/h Emissione media di una corrente:

e e

s

n

i

=

∑

e e

t

n

i

=

∑

Fattori che influenzano l’emissione

1) TIPI DI CARBURANTE

2) CARATTERISTICHE DEL VEICOLO:

2) CARATTERISTICHE DEL VEICOLO:

a) tipo di veicolo (benzina, diesel, gpl)

b)) fattori che influiscono sul consumo (cilindrata, peso, aerodinamica)( p ) c) presenza di dispositivi per l’abbattimento degli inquinanti

d) rapporto superficie/volume dei cilindri e) rapporto aria/carburante

e) rapporto aria/carburante f) tempi di accensione

g) rapporto di compressione

h) età e stato di manutenzione (influiscono sui punti e f g) h) età e stato di manutenzione (influiscono sui punti e, f, g)

3) CONDIZIONI DEL MOTO:

a) temperatura del motore (a freddo è a sua volta influenzata dalla temperatura a) temperatura del motore (a freddo è a sua volta influenzata dalla temperatura

esterna)

b) velocità (influisce sia sul consumo che sull’emissione a parità di consumo)

Tecnologie per il contenimento delle emissioni g p

1) INTERVENTI DI TIPO MOTORISTICO:

a) motori a benzina:

a) motori a benzina:

- controllo elettronico dell’iniezione di carburante

(in funzione del tenore di O₂ nei gas di scarico rilevato da apposita sonda) marmitte catalitiche (benzina senza piombo)

- marmitte catalitiche (benzina senza piombo)

b) motori diesel:

- elevatissime pressioni nell’iniezione

- marmitte catalitiche (carburanti a basso tenore di zolfo)

2) INTERVENTI SULLA QUALITA’ DEI CARBURANTI.

3) CONTENIMENTO DEI CONSUMI:

- contenimento dei pesi

tti i i d ll’ di i

- ottimizzazione dell’aerodinamica

4) ADOZIONE DI VEICOLI ELETTRICI (emissioni nulle).

Valutazione inquinamento atmosferico Valutazione inquinamento atmosferico

si può ottenere con: serve per:

1) Misurazione delle concentrazioni di

1) Controllare che non vengano superati gli standard di qualità inquinanti con strumenti dell’aria nelle condizioni attuali 2) Calcolo delle ) C 2) Controllare che non vengano

concentrazioni di

inquinanti con modelli

) C g

superati gli standard di qualità dell’aria nelle condizioni di (sistemi di modelli) progetto

3) Confrontare più alternative di ) p

progetto in fase di valutazione

dei piani di trasporto

Valutazione inquinamento atmosferico da q traffico con sistema di modelli

Simulazione Realtà

Modelli di traffico Veicoli condizioni di deflusso Modelli di traffico

Modelli di emissione

Veicoli, condizioni di deflusso Emissione degli inquinanti Modelli di emissione

Modelli di dispersione

Emissione degli inquinanti Dispersione degli inquinanti Modelli di dispersione

Calcolo della

Dispersione degli inquinanti Concentrazione degli Ca co o de a

concentrazione degli inquinanti nell’aria

g

inquinanti nell’aria

Emissione degli inquinanti g q

Modelli di emissione

I modelli di emissione dovrebbero fornire i tassi unitari di emissione nello spazio e

e/o nel tempo e

della sostanza inquinante k per un veicolo di una certa categoria i in funzione delle principali grandezze cinematiche velocità V e accelerazione a:

V e accelerazione a:

e

= e

(V, a) [g/m]

e

= e

(V, a) [g/s]

per cui è necessaria la conoscenza di velocità ed accelerazione istantanea per ciascun veicolo che percorre un tratto stradale.

Nella pratica questa procedura è molto complessa e comunque va accoppiata ad un Nella pratica questa procedura è molto complessa e comunque va accoppiata ad un modello di traffico in grado di simulare le condizioni del moto di ciascun veicolo.

Questi metodi di calcolo sono onerosi e si giustificano per analisi di dettaglio di li i

aree limitate.

Per le applicazioni di progettazione a livello di intero sistema a cui fa riferimento questo volume è prassi corrente far ricorso a modelli che mediano le equazioni

Emissione degli inquinanti g q

Modelli di emissione medi per categoria

Tali modelli forniscono i valori medi dei tassi di emissione di Tali modelli forniscono i valori medi dei tassi di emissione di ciascuna sostanza k per ciascuna categoria i in funzione della velocità commerciale, o media, sul tronco stradale V che a sua volta tiene conto in modo implicito delle diverse fasi del moto lungo il tronco stesso:

k

] /

[ )

( g km

V a b

V

e

ci

k k i

i k

si

= +

dove i coefficienti a

, b

e c

dipendono dal tipo di inquinante, dal tipo di veicolo e dal rango di velocità considerata.

V

Modelli di emissione medi per categoria

Insieme di modelli che forniscono le emissioni medie di alcuni

p g

CORINAIR

inquinanti (k) per determinate categorie di veicoli (i).

NO_x(NO ed NO₂) espressi come equivalente in NO₂ N₂O

SO_x espressi come equivalente in SO₂ SO_x espressi come equivalente in SO₂ VOC espressi come equivalente in CH1.85

CH₄ CO CO CO₂ NH₃ Pb Particolato

Categorie di inquinanti trattati nei modelli Corinair Categorie di inquinanti trattati nei modelli Corinair

Modelli di emissione medi per categoria

Si riportano a titolo di esempio i modelli relativi all’emissione di CO

p g

CORINAIR

Si riportano a titolo di esempio i modelli relativi all emissione di CO, per tutte le categorie di veicoli considerate.

Per le autovetture e i veicoli commerciali leggeri si può tenere conto delle maggiori emissioni a freddo tramite: gg

- coefficienti correttivi (decrescono linearmente con la temperatura esterna)

- relazioni tra la percorrenza media a freddo e quella totale del particolare sistema preso in considerazione

Modelli di emissione medi per categoria p g

CORINAIR

Emissioni di CO in ambito urbano per veicoli di diverso tipo per veicoli di diverso tipo

(Modelli CORINAIR)

Dispersione degli inquinanti

Gli effetti nocivi degli inquinanti dipendono da:

p g q

Fattori di dipendenza

Gli effetti nocivi degli inquinanti dipendono da:

9 tempo di esposizione 9

9 concentrazione media che si verifica in tale tempo:

8 quantità di inquinante emesso da ciascuna sorgente

8 dalla posizione reciproca dalle sorgenti rispetto al punto di rilevazione 8 meccanismo di dispersione degli inquinanti nell’atmosfera

Dispersione degli inquinanti

I principali fattori che influenzano il meccanismo di dispersione

p g q

Meccanismi di dispersione nell’atmosfera (1/5)

I principali fattori che influenzano il meccanismo di dispersione degli inquinanti nell’atmosfera sono:

9 fattori meteorologici fattori meteorologici

9 turbolenza del flusso di veicoli in moto 9 caratteristiche della strada

9 caratteristiche della strada

Dispersione degli inquinanti

I f tt i t l i i il ti

p g q

Meccanismi di dispersione nell’atmosfera (2/5)

I fattori meteorologici rilevanti sono:

9 il vento (velocità e direzione)

Il vento rende più alta la concentrazione sul lato della strada da esso investito e la riduce dall’altro; incrementi di velocità del vento producono una riduzione di concentrazione in quanto riducono il tempo di permanenza di un dato volume concentrazione in quanto riducono il tempo di permanenza di un dato volume di inquinante in una data posizione

9 il livello di turbolenza atmosferica

l l i d l bi id ll i l

la velocità del vento cambia rapidamente nello spazio e nel tempo; una maggiore stabilità dell'aria (minore turbolenza) produce concentrazioni più elevate.

Dispersione degli inquinanti

I fattori meteorologici rilevanti sono:

p g q

Meccanismi di dispersione nell’atmosfera (3/5)

9 il fenomeno dell’inversione termica (altezza)

Nell’atmosfera possono inoltre verificarsi fenomeni di inversione termica,

l di t ti di i iù ld h i t l t l t d

ovvero la presenza di strati di aria più calda che invertono la naturale tendenza della temperatura a ridursi al crescere dell’altezza

Altezza Altezza

Strato di inversione

}

Base di

Base di

}

inversione

Temperatura inversione

Temperatura

La presenza di uno strato di inversione riduce l’altezza di mescolamento, ovvero riduce il volume di atmosfera nel quale si disperdono le sostanze

Condizioni normali Inversione termica

Dispersione degli inquinanti p g q

Meccanismi di dispersione nell’atmosfera (4/5)

I fattori meteorologici rilevanti sono:

9 la temperatura p

Il tasso di emissione della maggior parte degli inquinanti tende ad essere più alto quando la temperatura è bassa

La turbolenza del flusso di veicoli in moto:

Per bassi valori della velocità del vento i gas emessi tendono a salire

a causa della loro temperatura più elevata di quella dell’aria e

vengono dispersi dalla turbolenza provocata dai veicoli in moto.

Dispersione degli inquinanti p g q

Meccanismi di dispersione nell’atmosfera (5/5)

Le caratteristiche della strada:

Per le strade a tessuto chiuso, ovvero strade fiancheggiate da edifici per le quali il rapporto fra

direzione del vento

EDIFICIO EDIFICIO

edifici per le quali il rapporto fra l’altezza degli edifici H e la larghezza W è superiore a 0,2,

d l di i d l t

SOPRAVENTO SOTTOVENTO

POSIZIONE DEL RICETTORE

quando la direzione del vento forma angoli maggiori di 30° con la direzione dell’asse stradale, si

H VORTICE

PRIMARIO

z

forma una circolazione elicoidale che produce una concentrazione due tre volte più alta sul lato

CORSIA DI TRAFFICO

r + L0

sopravvento della strada. _W

Sempre per le strade a tessuto chiuso, per basse velocità del vento,

Monetizzazione

Metodologie

Sti i f i d ll t ll t

• Stima in funzione delle tonnellate emesse

il valore economico dell’inquinamento atmosferico si può stima in

il valore economico dell inquinamento atmosferico si può stima in

base alla variazione assoluta (tonnellate) di emissioni inquinanti

ed ai valori unitari di riferimento (€ / tonnellata emessa) ottenibili

ed ai valori unitari di riferimento (€ / tonnellata emessa) ottenibili

dalla letteratura in materia (es. Commissione Europea HEATCO)

Monetizzazione

Stima in funzione delle tonnellate emesse

Il costo esterno totale (CE) viene determinato moltiplicando la Il costo esterno totale (CE) viene determinato moltiplicando la variazione dei quantitativi emessi (ΔE

) dei diversi inquinanti per il relativo costo esterno unitario (CE e vo cos o es e o u o (C

). ).

[€]

CE

E

CE ⁼ ∑ ^Δ

^⋅

^{[ ]}

k

∑

TRASPORTI E TERRITORIO

Prof. Ing. Agostino Nuzzolo

Inquinamento atmosferico da traffico Inquinamento atmosferico da traffico

APPENDICE

APPENDICE

Emissioni di PM _{10 10}

Il Piano Nazionale per la riduzione delle p emissioni: misure e obiettivi

Riduzione Riduzione (M tCO²/anno)

Industria elettrica 26

Espansione CC per 3200 M W 8,9

Espansione capacità im port per 2300 M W 10,6

Ulteriore crescita rinnovabili per 2800 M W 6,5

Civile 6,3

D ti ffii ifi li 6 3

Decreti efficienza usi finali 6,3

Trasporti 7,5

Autobus e veicoli privati con carburanti a m inor densità di carbonio (Gpl, m etano) 1,5 Sistem idiottim izzazione e collettivizzazione deltrasporto privato (carpooling carsharing taxicollettivi)

Sistem i di ottim izzazione e collettivizzazione del trasporto privato (car pooling, car sharing, taxi collettivi) Rim odulazione dell’im posizione sugli oli m inerali

Attivazione sistem i inform atico-telem atici

2,1

Sviluppo infrastrutture nazionali e incentivazione del trasporto com binato su rotaia e del cabotaggio 3,9

Totale m isure nazionali 39,8

Crediti di carbonio da JI e CDM 12

TO TALE M ISURE 51,8

Emissione degli inquinanti

I Modelli sono rappresentativi delle condizioni di guida e del parco

g q

Modelli Empirici

veicolare francese.

DEFINIZIONE SPERIMENTALE SELEZIONAMENTO DI UN DI CICLI GUIDA ELEMENTARI

5 urbani, 3 extraurbani, 2 autostradali, 2 tunnel urbani e 6 a velocità costante

CAMPIONE CASUALE DI AUTOVETTURE

70 a benzina, 20 diesel

PROVE AL BANCO (0, 15, 30, 60, 90, 120 km/h)

PROVE AL BANCO

CALCOLO DEI FATTORI DI EMISSIONE MEDI PER OGNI CICLO DI GUIDA

Ci sono dei fattori di correzione per tenere conto delle maggiori

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli di dispersione

Per calcolare la concentrazione media di inquinanti nell'aria si utilizzano i modelli di dispersione che mettono in relazione le concentrazioni in un punto a cui corrisponde un ricettore (ipotetico o

l ) i i i li f tt i d itti reale) con i principali fattori descritti.

I principali modelli di dispersione possono essere classificati in:

9 Modelli euleriani Modelli euleriani

(concentrazione media in un volume)

9 Modelli lagrangiani

( t i di i l )

(concentrazione media in un volume)

9 Modelli gaussiani

(concentrazione media in un punto)

9 Modelli empirici

I modelli di dispersione vengono spesso utilizzati per valutare la solap g p p concentrazione del monossido di carbonio, l’inquinante più dannoso.

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Gaussiani (1/8)

I modelli gaussiani sono utilizzati per il calcolo della concentrazione g p media di inquinante in un punto (ricettore) e si basano sulla teoria della dispersione gaussiana.

Ipotesi semplificative:

9 componente verticale del vento nulla; p ; 9 superficie del terreno piana;

9 atmosfera stazionaria ed omogenea

(distribuzione della velocità del vento indipendente dal tempo e dallo spazio);

9 t b l l l di i d l t t bil

9 turbolenza lungo la direzione del vento trascurabile (velocità media sufficientemente grande);

9 assenza di reazioni chimiche e di deposizione al suolo

9 assenza di reazioni chimiche e di deposizione al suolo.

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Gaussiani (2/8)

Sotto queste ipotesi si assume che, data una sorgente puntiforme e q p g p una direzione media del vento la distribuzione della concentrazione di inquinante in un piano verticale perpendicolare alla direzione del

t d l di ti i i i

vento possa essere espressa da una legge di tipo gaussiano i cui parametri sono funzione della distanza del piano verticale dalla sorgente

sorgente.

x

z

y

di i d l t

SORGENTE INQUINANTE

direzione del vento

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Gaussiani (3/8)

Per esprimere la concentrazione di un generico inquinante in un determinato punto è utile esprimere le coordinate di tale punto rispetto ad una terna di assi di riferimento così localizzata:

9 o origine nella sorgente inquinante;

9 asse x orizzontale e coincidente con la direzione del vento;

9 asse y orizzontale e perpendicolare al primo;

x

9 asse y orizzontale e perpendicolare al primo;

9 asse z verticale;

z

y

SORGENTE INQUINANTE

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Gaussiani (4/8)

⎟ x

⎟⎞

⎜⎜

⎛ +

− y² z²

z

x

( )

+

⋅

=

z y

2 e

1 u

z E , y , x , u , E

C ^{σ σ}

σ πσ

con:

o origine nella sorgente inquinante;

y

direzione del vento

SORGENTE INQUINANTE

y

o origine nella sorgente inquinante;

asse x orizzontale e coincidente con la direzione del vento;

asse y orizzontale e perpendicolare al primo;

asse verticale;

asse z verticale;

C = concentrazione di inquinante nel punto di coordinate x,y,z [g/mc];

E = emissione della sorgente nell'unità di tempo [g/sec];

l i à di d l [ / ]

u = velocità media del vento [m/sec];

σ_y,σ_z = coefficienti di dispersione =σ (x, st) [m];

x = distanza lungo la direzione del vento [m];

st = classe di stabilità atmosferica.

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Gaussiani (5/8)

I coefficienti di dispersione σ_yy e σ_z determinano l’ammontare della dispersione, essi sono in generale crescenti con la distanza del punto dalla sorgente inquinante (x), tanto più rapidamente quanto più instabile è l’atmosfera.

In termini geometrici la concentrazione nei punti lungo l’asse x (y=z=0) è tanto In termini geometrici la concentrazione nei punti lungo l asse x (y=z=0) è tanto minore quanto più è lontano il punto stesso dalla sorgente; tuttavia all’aumentare di x, la concentrazione si mantiene più alta per punti localizzati sul piano

di l ll’ iù l t i d t

perpendicolare all’asse x e più lontani da questo

x

z y

SORGENTE INQUINANTE

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Gaussiani (6/8)

I coefficienti di dispersione vanno ricavati per via sperimentale

classe di stabilità σ_y [m] σ_z [m]

A-B 0,32x (1+0,0004x)^0,5 0,24x (1+0,0001x) ^0,5

C 0,22x (1+0,0004x) ^0,5 0,20x

D 0,16x (1+0,0004x) ^0,5 0,14x (1+0,0003x) ^0,5 E F 0 11x (1+0 0004x)^{0 5} 0 08x (1+0 00015x) ^{0 5} E-F 0,11x (1+0,0004x) ^0,5 0,08x (1+0,00015x) ^0,5

Espressioni empiriche valide per le aree urbane per il calcolo dei coefficienti di dispersione in funzione di x per diverse condizioni di stabilità atmosferica:

dispersione in funzione di x per diverse condizioni di stabilità atmosferica:

9 A= atmosfera estremamente instabile 9 B= atmosfera moderatamente instabile

9 C f d b l i bil

9 C= atmosfera debolmente instabile 9 D= atmosfera neutra

9 E= atmosfera debolmente stabile 9 F= atmosfera moderatamente stabile

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Gaussiani (7/8)

Se il suolo è perfettamente riflettente:

⎟⎞

⎜⎛ 2 2

p

( )

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +

−

⋅

=

2 y2

2

2 z 2

y

2 e

1 u

E z 2

, y , x , u , E

C ^{σ σ}

σ πσ

Se la sorgente è ad una altezza H rispetto al piano stradale

z

2

u πσ σ

g p p

coincidente con il piano xy

⎟⎟

⎞

⎜⎜

⎛ + −

− 2

2 2

2 ( z H ) y

( ) ^{= ⋅}

z y

2 e

1 u

E z 2

, y , x , u , E

C ^{σ σ}

σ

πσ

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Gaussiani (8/8)

Per applicare il modello gaussiano al caso di un tronco stradale:

9 si schematizza il tronco con un insieme di sorgenti puntuali si schematizza il tronco con un insieme di sorgenti puntuali corrispondenti a tratti finiti;

9 si calcolano la emissione totale nell’unità di tempo per ciascuna sorgente;

9 si determinano le coordinate del ricettore rispetto alla sorgente

9 si totali ano i singoli contrib ti dei di ersi tronchi considerati

9 si totalizzano i singoli contributi dei diversi tronchi considerati.

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Empirici (1/5)

Utilizzati in ambito urbano per le strade a tessuto

hi ( d )

direzione del vento

EDIFICIO

SOTTOVENTO

EDIFICIO

chiuso (strade canyon).

I modelli gaussiani, ipotizzando uno spazio di dispersione illimitato ed esente da ostacoli, sono

H VORTICE

PRIMARIO SOPRAVENTO

z

POSIZIONE DEL RICETTORE

inadeguati a descrivere situazioni topografiche di questo tipo.

All’interno del canyon le caratteristiche del moto ^W

CORSIA DI TRAFFICO

r + L0

All interno del canyon le caratteristiche del moto dell’aria sono influenzate dalla direzione e velocità del vento e dalla altezza degli edifici.

I i l i d l i à d l ^+45°

ASSE DEL CANYON

In particolare a partire da una velocità del vento piuttosto bassa (u ∼ 1÷2 m/sec) la presenza di una componente di vento esterno trasversale origina

direzione del vento

R

un vortice che rimane imprigionato nella cavità del canyon; il vento si dice trasversale se la sua direzione forma un angolo compreso fra -45° e

SOTTOVENTO SOPRAVENTO

g p -45°

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Empirici (2/5)

In questo caso si verificano i seguenti fenomeni:

direzione del vento

EDIFICIO

SOTTOVENTO

EDIFICIO

q g

H VORTICE

PRIMARIO SOPRAVENTO

z

POSIZIONE DEL RICETTORE

9 gli inquinanti emessi dagli autoveicoli essendo influenzati dal vortice, si

W CORSIA DI TRAFFICO

r + L0

distribuiscono quantitativamente in modo maggiore sul lato sopravvento rispetto a quello sottovento;

+45°

ASSE DEL CANYON

q

9 il vortice da un lato solleva gli inquinanti emessi dagli autoveicoli fino ai tetti (facilitandone la rimozione), dall’altro

direzione del vento

R

(facilitandone la rimozione), dall altro raccoglie gli inquinanti emessi dai camini e li convoglia nel canyon;

9 la scarsa penetrazione degli inquinanti SOTTOVENTO SOPRAVENTO

-45°

9 la scarsa penetrazione degli inquinanti provenienti dall’alto denota un limitato ricambio d’aria tra la cavità e l’ambiente

t

esterno.

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Empirici (3/5)

La concentrazione di inquinante di un punto generico di una strada canyon è determinata come somma di:

9 una componente di fondo, Cb

(dovuta alle emissioni sugli altri archi che entrano al livello dei tetti)

9 una componente locale Δ C

(l ll i i i d li i li ll d )

(legata alle emissioni degli autoveicoli nella strada)

direzione del vento

EDIFICIO

SOTTOVENTO

EDIFICIO

La componente di fondo Cb, può essere trascurata poiché scarsamente influente (studi sperimentali hanno

id i t h t li t ib ti 50 lt i f i i

H VORTICE

PRIMARIO SOPRAVENTO

CORSIA DI z

r + L0

POSIZIONE DEL RICETTORE

evidenziato che tali contributi sono 50 volte inferiori rispetto a quelli interni).

Dispersione degli inquinanti

p g q

Modelli Empirici (4/5)

Il modello di canyon stradale fornisce la componente Δ ^C.

direzione del vento

SOTTOVENTO SOPRAVENTO

-45°

R

y p

9 Se la direzione del vento è trasversale all’asse del canyon il contributo Δ C è espresso da due relazioni differenti secondo la p posizione del ricettore:

8 sopravvento (leeward side) Ä Δ C

8 sottovento (windward side) Ä Δ C

9 S l di i d l è i ll l ll d

9 Se la direzione del vento è quasi parallela alla strada

(cioè forma con l’asse stradale un angolo con il valore assoluto minore di 45°)

: C

C Δ

Δ +

ΔC è calcolato come media tra i valori sopravento e sottovento ed assume lo stesso

2 C C Δ C

Δ

Δ = ⁺

ΔC è calcolato come media tra i valori sopravento e sottovento ed assume lo stesso valore su entrambi i lati della strada

Dispersione degli inquinanti p g q

Modelli Empirici (5/5)

Le componenti di Δ C sopravvento Δ C e sottovento Δ C possono Le componenti di Δ C sopravvento Δ C

e sottovento Δ C

possono essere calcolate come:

] ) [ /

z H

( E

*

C K −

Δ

] E [ /

*

C K

Δ

dove:

] [g/m )

5 . 0 u ( H

* W

)

C

(

= +

Δ

] [g/m )

L r

)(

5 . 0 u

C (

L

= + +

Δ

K è una costante adimensionale (sperimentalmente circa pari a 7);

L_oè la larghezza del veicolo (2 m);

E è la quantità di inquinante emesso dagli autoveicoli [g/ms];q q g [g ];

r è la distanza del ricettore dalla corsia più vicina [m];

z è l’altezza del ricettore [m];

H è la minima altezza degli edifici [m];

direzione del vento

EDIFICIO

SOPRAVENTO SOTTOVENTO

EDIFICIO

POSIZIONE DEL

H è la minima altezza degli edifici [m];

W è la larghezza della strada [m];

u è la velocità del vento [m/s];

H VORTICE

PRIMARIO

CORSIA DI TRAFFICO

z

r + L0

POSIZIONE DEL RICETTORE