modelli per la simulazione dell’inquinamento … atmosferico da traffico valutazione inquinamento...

Corso diTEORIA DEI SISTEMI DI TRASPORTO 2

Prof. Ing. Umberto Crisalli

Modelli per la simulazione Modelli per la simulazione delldell’’inquinamento atmosferico da trafficoinquinamento atmosferico da trafficodelldell’’inquinamento atmosferico da trafficoinquinamento atmosferico da traffico

Inquinamento atmosferico da traffico

Inquinamento atmosferico da trafficoq

VEICOLI, CONDIZIONI EMISSIONE ,DI DEFLUSSO

FATTORI

INQUINANTI

FATTORI METEOROLOGICI,

TURBOLENZA DOVUTA AL TRAFFICO

DISPERSIONE INQUINANTI

CONCENTRAZIONEINQUINANTI

U. Crisalli - Teoria dei Sistemi di Trasporto 2 2

Q


Attività di controllo su inquinamento qatmosferico da traffico

1) a priori

REGOLAMENTAZIONE EMISSIONI

EMISSIONE INQUINANTE DEI VEICOLI

2) a posteriori

STANDARDS DI QUALITA’ DELL’ARIA

CONCENTRAZIONE INQUINANTI NELL’ARIA



V l t i i i t t f iValutazione inquinamento atmosfericosi può ottenere con: serve per:

1) Misurazione delleconcentrazioni di

1) Controllare che non venganosuperati gli standards di qualità

inquinanti con strumenti dell’aria nelle condizioni attuali

2) Calcolo delle 2) Controllare che non vengano) Cconcentrazioni diinquinanti con modelli

) C gsuperati gli standards di qualitàdell’aria nelle condizioni di

(sistemi di modelli) progetto

3) Confrontare più alternative di) pprogetto in fase di valutazionedei piani di trasporto



Valutazione inquinamento atmosferico qda traffico con sistema di modelli

Simulazione Realtà

Modelli di traffico Veicoli condizioni di deflussoModelli di traffico

Modelli di emissione

Veicoli, condizioni di deflusso

Emissione degli inquinantiModelli di emissione

Modelli di dispersione

Emissione degli inquinanti

Dispersione degli inquinantiModelli di dispersione

Calcolo della

Dispersione degli inquinanti

Concentrazione degli Ca co o de aconcentrazione degli inquinanti nell’aria

ginquinanti nell’aria



InquinantiqI principali inquinanti emessi dai veicoli a motore sono:MONOSSIDO DI CARBONIO COPIOMBO PbOSSIDI DI AZOTO NoxIDROCARBURI INCOMBUSTI HCIDROCARBURI INCOMBUSTI HCANIDRIDE SOLFOROSA SO2POLVERO o PARTICOLATO(policiclici aromatici benzene)(policiclici aromatici, benzene)

% di questi inquinanti dovuta al traffico:Inquinante Globale Aree urbane centrali

CO 90 100

Pb 50 100Pb 50 100

NOx 40 50

HC 40 50

SO 10


SOx 10


Effetti degli inquinanti sulla salute umanag qCO:L’ossido di carbonio è un gas altamente tossico; se inalato si combina con l’emoglobina

(1/2)L ossido di carbonio è un gas altamente tossico; se inalato si combina con l emoglobinaformando carbossiemoglobina, inibendo così il trasporto dell’ossigeno. Anche piccoleconcentrazioni di CO producono grandi % di carbossiemoglobina..

Sox, Nox:- Infezioni occhi e all’apparato respiratorio.Studi sperimentali hanno mostrato come concentrazioni di 4-5 ppm portino rapidamente adifficoltà respiratorie. Concentrazioni di 250 ppm hanno effetti gravissimi (edemapolmonare) che si verificano con ritardo di qualche ora dall’esposizione.

Pb:Pb:- Danneggiano il sistema nervoso centrale, i reni, l’apparato riproduttivo.Per lunghe esposizioni a concentrazioni anche basse sono stati ipotizzati anchedi i i d ll’i t lli i tti ità i t i id i d ll l ità d idiminuzione dell’intelligenza, iperattività, ipertensione, riduzione della velocità deiriflessi, deficienze uditive.



Effetti degli inquinanti sulla salute umanag qHC:Tra i composti organici volatili (VOC) particolarmente tossici sono:

(2/2)

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

- i policiclici aromatici (PAH): sono cancerogeni.

Particolato:E’ costituito da particelle carboniose su cui risultano assorbite altre sostanze inquinanti tra c i i PAHcui i PAH.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 polmonare.


p , , p


Effetti degli inquinanti sull’ambienteg qSox e NOx:Portano alla formazione di acidi che aggrediscono la superficie degli edifici; sono altresìPortano alla formazione di acidi che aggrediscono la superficie degli edifici; sono altresìresponsabili del fenomeno delle piogge acide che stanno causando il rapidodeterioramento delle foreste e la scomparsa di vita nei laghi.

Particolato:Imbratta edifici e monumenti.

Smog fotochimico:Produce danni alla vegetazione

COCO2:Contribuisce all’effetto serra.



Le sostanze inquinanti

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

qLa normativa (1/3)In gran parte dei Paesi esistono norme sulla qualità dell aria dirette alimitare i rischi derivanti dalla presenza in essa di sostanzeinquinanti.

Tali norme stabiliscono, per ciascuna sostanza inquinante, uno o piùli lli di t i i ibili ( t d d di litàlivelli di concentrazione ammissibili (o standards di qualitàdell’aria), intesi come quei livelli al disotto dei quali può ritenersi,allo stato attuale delle conoscenze, che la sostanza inquinante non diaallo stato attuale delle conoscenze, che la sostanza inquinante non dialuogo ad effetti dannosi tali da giustificare l’adozione di misurecorrettive.



Le sostanze inquinantiLe norme per la tutela della qualità dell’aria prevedono quattrodi i li lli i ibili di i

qLa normativa (2/3)

diversi livelli ammissibili di concentrazione:Valori limite di qualità dell’ariavalori massimi delle concentrazioni a cui si ritiene possa essere esposto l’uomo, p p ,al di là di tali valori esiste un serio rischio per la sua salute;

Livelli di allarmevalori 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;

Livelli di attenzionevalori 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 llpersistenti, determinano il rischio del raggiungimento dello stato di allarme;

Valori guida di qualità dell’arialivelli 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 per la tutela della qualità

qLa normativa (3/3)

p , p qdell’aria prevedono per città urbane di medie dimensioni i seguentivalori:



Emissione degli inquinantig qLa quantità di inquinante emessa da un veicolo è funzione in generale di:generale di:

1) caratteristiche del veicolo;2) condizioni di moto del veicolo2) condizioni di moto del veicolo.

Per un veicolo si ha:e = e (v a ) g/kmesi = esi (vist, aist) g/kmeti = eti (vist, aist) g/h

E i i di di tEmissione media di una corrente:

e in

∑ e in

∑e en

ssi

i

==∑

1e e

nt

ti

i

==∑

1



Fattori che influenzano l’emissione1) TIPI DI CARBURANTE.2) CARATTERISTICHE DEL VEICOLO:2) CARATTERISTICHE DEL VEICOLO:

a) tipo di veicolo (benzian, diesel, gpl);b) fattori che influiscono sul consumo (cilindrata, peso, aerodinamica);) ( p )c) presenza di dispositivi per l’abbattimento dei rifiuti;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 influenzataa) 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);) l i


c) accelerazione.


Emissione degli inquinanti g qModelli di emissioneI modelli di emissione dovrebbero fornire i tassi unitari di emissione nellospazio es e/o nel tempo et della sostanza inquinante k per un veicolo di unacerta categoria i in funzione delle principali grandezze cinematiche velocitàV e accelerazione a:V e accelerazione a:

eksi = ek

si (V, a) [g/m]ek

ti = ekti (V, a) [g/s]

per cui è necessaria la conoscenza di velocità ed accelerazione istantaneaper ciascun veicolo che percorre un tratto stradale.Nella pratica questa procedura è molto complessa e comunque va accoppiata ad unNella pratica questa procedura è molto complessa e comunque va accoppiata ad unmodello 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 iaree limitate.Per le applicazioni di progettazione a livello di intero sistema a cui fa riferimentoquesto volume è prassi corrente far ricorso a modelli che mediano le equazioni


precedenti.


Tecnologie per il contenimento delle emissioni1) INTERVENTI DI TIPO MOTORISTICO:

a) motori a benzina:

Tecnologie per il contenimento delle emissioni

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) INTERVANTI SULLA QUALITA’ DEI CARBURANTI.3) CONTENIMENTO DEI CONSUMI:

- contenimento dei pesitti i i d ll’ di i- ottimizzazione dell’aerodinamica

4) ADOZIONE DI VEICOLI ELETTRICI (emissioni nulle).



Tecnologie per il contenimento delle emissioniStandard emissiviLa comunità europea haLa comunità europea haemanato, a partire dal 1991, unaserie di direttive sull'emissionidi inquinanti da parte deiveicoli.In base a queste direttive sonoIn base a queste direttive sonostate individuate le categorie“Euro” di appartenenza per gli

t i liautoveicoli



Calcolo dell’emissione media di inquinanteqMODELLI DI EMISSIONE

E i l i i i d i i li i f i d ll l

(1/2)

Esprimono le emissioni dei veicoli in funzione delle loro caratteristiche del moto.1) M d lli i i1) Modelli teorici:

- Modelli modali (disaggregati)( )e = e (vist, aist)

- Modelli medi - Modelli disaggregati( )e = e (vcomm) (un modello per ogni categoria di veicolo)

- Modelli aggregati(un unico modello per il veicolo medio)

2) Modelli empirici: (misurazione delle emissioni su cicli guida)



Calcolo dell’emissione media di inquinanteqMODELLI DI EMISSIONE

L di i d ll di d d ll

(2/2)

La disaggregazione serve per tener conto della dipendenza delle emissioni dalle caratteristiche del veicolo quindi delle differentiemissioni dei diversi veicoli ed è tanto più spinta tanto maggiore è ilemissioni dei diversi veicoli ed è tanto più spinta tanto maggiore è ilgrado di precisione desiderato.

L’emissione del veicolo medio sarà:k = n° categorie di veicoli individuate nella disaggregazione

% di i li d ll i iEk

∑ pi = % di veicoli della categoria iei = emissione media isima categoria

Nell’utilizzare dei modelli di emissione già calibrati bisogna fare

E p ei ii

==∑

1

Nell utilizzare dei modelli di emissione già calibrati bisogna fare attenzione al parco veicolare cui essi fanno riferimento.



Modelli di emissione EMPIRICIMODELLI INRETS

I modelli sono rappresentativi delle condizioni di guida e del parco veicolare francese.

DEFINIZIONE SPERIMENTALE SELEZIONAMENTO DI UN DI CICLI GUIDA ELEMENTARI5 urbani, 3 extraurbani, 2 extraurbani, 2 autostradali, 2 tunnel urbani e 6 a

CAMPIONE CASUALE DI AUTOVETTURE70 a benzina, 20 diesel

velocità costante (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


emissioni a freddo.


Modelli di emissione TEORICI MEDIMODELLI CORINAIR

Insieme di modelli che forniscono le emissioni medie di alcuni inquinanti per determinate categorie di veicoli.

All’interno della categoria benzina è stata introdotta una ulteriore distinzione a d d ll’ di l i i t i l i d l i l iseconda dell’anno di omologazione-immatricolazione del veicolo cui

corrisponde la relativa normativa CEE (o emendamento ECE) del momento, in proposito di limitazione di emissioni di inquinanti.

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

i id i


preso in considerazione.


Emissione degli inquinanti g qModelli di emissione

Emissioni di COin ambito urbanoper veicoli di diverso tipo(Modelli CORINAIR)




Gli effetti nocivi degli inquinanti dipendono da:

p g qFattori di dipendenzaGli effetti nocivi degli inquinanti dipendono da:

tempo di esposizioneconcentrazione media che si verifica in tale tempo:

quantità di inquinante emesso da ciascuna sorgente

dalla posizione reciproca dalle sorgenti rispetto al punto di rilevazione

meccanismo di dispersione degli inquinanti nell’atmosfera




I principali fattori che influenzano il meccanismo di dispersione

p g qMeccanismi di dispersione nell’atmosfera (1/5)I principali fattori che influenzano il meccanismo di dispersione

degli inquinanti nell’atmosfera sono:fattori meteorologicifattori meteorologiciturbolenza del flusso di veicoli in motocaratteristiche della stradacaratteristiche della strada




I fattori meteorologici rilevanti sono:

p g qMeccanismi di dispersione nell’atmosfera (2/5)I fattori meteorologici rilevanti sono:

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

il livello di turbolenza atmosfericala velocità del vento cambia rapidamente nello spazio e nel tempo; unala velocità del vento cambia rapidamente nello spazio e nel tempo; unamaggiore stabilità dell'aria (minore turbolenza) produce concentrazioni piùelevate.





p g qMeccanismi di dispersione nell’atmosfera (3/5)

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 dovvero la presenza di strati di aria più calda che invertono la naturale tendenzadella temperatura a ridursi al crescere dell’altezza

AltezzaAltezza

Strato di inversione}Base di Base di inversione}

inversione

Temperatura

inversione

Temperatura

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

Condizioni normali Inversione termica


quindi ne aumenta la concentrazione.




p g qMeccanismi di dispersione nell’atmosfera (4/5)

gla temperaturaIl tasso di emissione della maggior parte degli inquinanti tende ad essere piùalto 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 salirea causa della loro temperatura più elevata di quella dell’aria evengono dispersi dalla turbolenza provocata dai veicoli in moto.



Dispersione degli inquinanti p g qMeccanismi di dispersione nell’atmosfera (5/5)Le caratteristiche della strada:Per le strade a tessuto chiuso,ovvero strade fiancheggiate daedifici per le quali il rapporto fra

direzione del vento

EDIFICIO EDIFICIO

edifici per le quali il rapporto fral ’ altezza degli edifici H e lalarghezza W è superiore a 0,2,

d l di i d l tSOPRAVENTO

SOTTOVENTO

POSIZIONE DELRICETTOREquando la direzione del vento

forma angoli maggiori di 30° con ladirezione dell ’ asse stradale, si

H VORTICEPRIMARIO

z

forma una circolazione elicoidaleche produce una concentrazionedue tre volte più alta sul lato

CORSIA DITRAFFICO

r + L0

sopravvento della strada. W

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


diventano predominanti i fenomeni di turbolenza da flusso e da gas caldi.


Dispersione degli inquinanti p g qModelli di dispersionePer calcolare la concentrazione media di inquinanti nell'aria siutilizzano i modelli di dispersione che mettono in relazione leconcentrazioni in un punto a cui corrisponde un ricettore (ipotetico o

l ) i i i li f tt i d ittireale) con i principali fattori descritti.I principali modelli di dispersione possono essere classificati in:

Modelli eulerianiModelli euleriani(concentrazione media in un volume)

Modelli lagrangiani( t i di i l )(concentrazione media in un volume)

Modelli gaussiani(concentrazione media in un punto)

Modelli empirici

I modelli di dispersione vengono spesso utilizzati per valutare la sola


p g p pconcentrazione del monossido di carbonio, l’inquinante più dannoso.


Dispersione degli inquinanti p g qModelli Gaussiani (1/8)I modelli gaussiani sono utilizzati per il calcolo della concentrazioneg pmedia di inquinante in un punto (ricettore) e si basano sulla teoriadella dispersione gaussiana.

Ipotesi semplificative:componente verticale del vento nulla;p ;superficie del terreno piana;atmosfera stazionaria ed omogenea (distribuzione della velocità del vento indipendente dal tempo e dallo spazio);t b l l l di i d l t t bilturbolenza lungo la direzione del vento trascurabile(velocità media sufficientemente grande);assenza di reazioni chimiche e di deposizione al suolo


assenza di reazioni chimiche e di deposizione al suolo.


Dispersione degli inquinanti p g qModelli Gaussiani (2/8)Sotto queste ipotesi si assume che, data una sorgente puntiforme eq p g puna direzione media del vento la distribuzione della concentrazionedi inquinante in un piano verticale perpendicolare alla direzione del

t d l di ti i i ivento possa essere espressa da una legge di tipo gaussiano i cuiparametri sono funzione della distanza del piano verticale dallasorgentesorgente.

x

z

y

di i d l t

SORGENTE INQUINANTE


direzione del vento


Dispersione degli inquinanti p g qModelli Gaussiani (3/8)Per esprimere la concentrazione di un generico inquinante in undeterminato punto è utile esprimere le coordinate di tale puntorispetto ad una terna di assi di riferimento così localizzata:

o origine nella sorgente inquinante;asse x orizzontale e coincidente con la direzione del vento;asse y orizzontale e perpendicolare al primo;

x

asse y orizzontale e perpendicolare al primo;asse z verticale;

z

ySORGENTE INQUINANTE


direzione del vento


Dispersione degli inquinanti p g qModelli Gaussiani (4/8)

x

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

+−22 zy

z

x

( )⎟⎠

⎜⎝

+

⋅=2

z2

y 22

zye

21

uEz,y,x,u,EC

σσ

σπσ

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];σy,σz = 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 qModelli Gaussiani (5/8)I coefficienti di dispersione σy e σz determinano l’ammontare della dispersione, essiysono 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 tantoIn termini geometrici la concentrazione nei punti lungo l asse x (y=z=0) è tantominore quanto più è lontano il punto stesso dalla sorgente; tuttavia all’aumentare dix, la concentrazione si mantiene più alta per punti localizzati sul piano

di l ll’ iù l t i d tperpendicolare all’asse x e più lontani da questox

z

ySORGENTE INQUINANTE


direzione del vento


Dispersione degli inquinantip g qModelli Gaussiani (6/8)I coefficienti di dispersione vanno ricavati per via sperimentale

classe di stabilità σy [m] σz [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 5E-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 didispersione in funzione di x per diverse condizioni di stabilità atmosferica:dispersione in funzione di x per diverse condizioni di stabilità atmosferica:

A= atmosfera estremamente instabileB= atmosfera moderatamente instabileC f d b l i bilC= atmosfera debolmente instabileD= atmosfera neutraE= atmosfera debolmente stabile


F= atmosfera moderatamente stabile


Dispersione degli inquinantip g qModelli Gaussiani (7/8)Se il suolo è perfettamente riflettente:

⎟⎞

⎜⎛ 22p

( )⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛+−

⋅=2

z

2

2y

2

2z

2y

e2

1uE2z,y,x,u,EC

σσ

σπσ

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

zy2u σπσ

g p pcoincidente con il piano xy

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛ −+− 2

2

2

2 )Hz(y

( )⎟⎠

⎜⎝⋅=

2z

2y 22

zye

21

uE2z,y,x,u,EC

σσ

σπσ



Dispersione degli inquinantip g qModelli Gaussiani (8/8)Per applicare il modello gaussiano al caso di un tronco stradale:pp g

si schematizza il tronco con un insieme di sorgenti puntualicorrispondenti a tratti finiti;corrispondenti a tratti finiti;si calcolano la emissione totale nell’unità di tempo per ciascunasorgente;si determinano le coordinate del ricettore rispetto alla sorgentesi totalizzano i singoli contributi dei diversi tronchi considerati.



Dispersione degli inquinantid d l

p g qModelli Empirici (1/5)Utilizzati in ambito urbano per le strade a tessutohi ( d )

direzione del vento

EDIFICIO

SOTTOVENTO

EDIFICIO

chiuso (strade canyon).I modelli gaussiani, ipotizzando uno spazio didispersione illimitato ed esente da ostacoli, sono

H VORTICEPRIMARIO

SOPRAVENTO

z

POSIZIONE DELRICETTORE

inadeguati a descrivere situazioni topografiche diquesto tipo.

All’interno del canyon le caratteristiche del moto W

CORSIA DITRAFFICO

r + L0

All interno del canyon le caratteristiche del motodell’aria sono influenzate dalla direzione evelocità 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 ventopiuttosto bassa (u ∼ 1÷2 m/sec) la presenza di unacomponente di vento esterno trasversale origina

direzione del vento

R

un vortice che rimane imprigionato nella cavitàdel canyon; il vento si dice trasversale se la suadirezione forma un angolo compreso fra -45° e

SOTTOVENTO SOPRAVENTO

-45°


g p+45° con la normale all’asse del canyon.


Dispersione degli inquinantid d l

p g qModelli Empirici (2/5)In questo caso si verificano i seguenti fenomeni:

direzione del vento

EDIFICIO

SOTTOVENTO

EDIFICIO

q gH VORTICE

PRIMARIO

SOPRAVENTO

z


gli inquinanti emessi dagli autoveicoliessendo influenzati dal vortice, si

W

CORSIA DITRAFFICO

r + L0distribuiscono quantitativamente in modomaggiore sul lato sopravvento rispetto aquello sottovento;

+45°

ASSE DEL CANYON

qil vortice da un lato solleva gli inquinantiemessi dagli autoveicoli fino ai tetti(facilitandone la rimozione), dall’altro

direzione del vento

R

(facilitandone la rimozione), dall altroraccoglie gli inquinanti emessi dai caminie li convoglia nel canyon;la scarsa penetrazione degli inquinanti SOTTOVENTO SOPRAVENTO

-45°

la scarsa penetrazione degli inquinantiprovenienti dall’alto denota un limitatoricambio d’aria tra la cavità e l’ambiente

t


esterno.


Dispersione degli inquinantip g qModelli Empirici (3/5)La concentrazione di inquinante di un punto generico di una stradacanyon è determinata come somma di:

una componente di fondo, Cb(dovuta alle emissioni sugli altri archi che entrano al livello dei tetti)

una componente locale ΔC(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 poichéscarsamente influente (studi sperimentali hanno

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

PRIMARIO

SOPRAVENTO

CORSIA DITRAFFICO

z

r + L0


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


W


Dispersione degli inquinanti direzione del vento

+45°

ASSE DEL CANYONp g qModelli Empirici (4/5)Il modello di canyon stradale fornisce la componente ΔC.

direzione del vento

SOTTOVENTO SOPRAVENTO

-45°

R

y pSe la direzione del vento è trasversale all’asse del canyon ilcontributo ΔC è espresso da due relazioni differenti secondo lapposizione del ricettore:

sopravvento (leeward side) ΔCL

sottovento (windward side) ΔCW

S l di i d l è i ll l ll dSe la direzione del vento è quasi parallela alla strada(cioè forma con l’asse stradale un angolo con il valore assoluto minore di 45°):

CC ΔΔ +

ΔC è calcolato come media tra i valori sopravento e sottovento ed assume lo stesso2

CCC WL ΔΔΔ +=


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


Dispersione degli inquinanti p g qModelli Empirici (5/5)Le componenti di ΔC sopravvento ΔCL e sottovento ΔCW possonoessere calcolate come:

][g/m )50u(H*W

)zH(E*KC 3W +

−=Δ][g/m

)Lr)(50u(E*KC 3

L ++=Δ

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

)5.0u(H*W +)Lr)(5.0u( o++

( p p );Loè la larghezza del veicolo (2 m);E è la quantità di inquinante emesso dagli autoveicoli [g/ms];r è la distanza del ricettore dalla corsia più vicina [m];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];Wè la larghezza della strada [m];

direzione del vento

EDIFICIO

SOPRAVENTO

SOTTOVENTO

EDIFICIO

POSIZIONE DELWè la larghezza della strada [m];u è la velocità del vento [m/s];

H VORTICEPRIMARIO

CORSIA DITRAFFICO

z

r + L0



W

modelli per la simulazione dell’inquinamento … atmosferico da traffico valutazione inquinamento...

Documents