2. LA METODOLOGIA DI STIMA DELLE EMISSIONI

Transcript

1 2. LA METODOLOGIA DI STIMA DELLE EMISSIONI 2.1 GENERALITÀ Si definisce emissione una qualsiasi sostanza solida, liquida o gassosa che, introdotta nell atmosfera, sia in grado di generare problemi di inquinamento correnti o potenziali dalla scala globale (acidificazione ed eutrofizzazione, variazioni climatiche, distruzione dell ozono stratosferico) alla scala locale (deterioramento della qualità dell aria, danni all ambiente, agli edifici e ai materiali). Molte sono le attività che possono produrre emissioni atmosferiche. Alcune sorgenti sono antropogeniche, come ad esempio le centrali di potenza, le industrie, gli inceneritori, gli autoveicoli, gli impianti di riscaldamento, l impiego domestico di vernici e solventi. Altre fonti hanno origine naturale, quali il decadimento biologico del terreno, l attività fotosintetica della vegetazione, la fermentazione intestinale degli animali, i lampi, i vulcani. Fissata la tipologia di sorgente, numerosi fattori concorrono inoltre a determinarne la quantità e la modalità di emissione. Nel caso di impianti industriali, ad esempio, le emissioni dipendono dai sistemi di abbattimento, dalla tecnologia e dal combustibile impiegati, dall età e dalla manutenzione degli impianti, dall utilizzo regolare o discontinuo dei macchinari. Anche le emissioni di origine naturale risultano influenzate da fattori geografici, quali latitudine e altitudine, e meteorologici, come temperatura dell aria e radiazione solare. Non è dunque possibile o conveniente individuare e caratterizzare tutti i tipi di fonti e soprattutto misurare le emissioni provenienti dalle singole sorgenti. Il primo passo da compiere per la realizzazione di un inventario delle emissioni consiste proprio nella scelta delle attività rilevanti per la valutazione dell inquinamento atmosferico nel territorio di interesse. Il progetto, analogamente ad altri organismi quali IPCC e US- EPA, ha definito una nomenclatura generale delle principali attività ritenute responsabili delle emissioni, raggruppate in settori e macrosettori omogenei secondo lo schema di figura Figura 2.1.1: schema della nomenclatura SNAP di MACROSETTORE SETTORE Emissioni inquinante 1 ATTIVITÀ Emissioni inquinante 2 Emissioni inquinante 6

2 Secondo lo SNAP97 (si veda Cap. 1) sono definiti 11 macrosettori: 1. Centrali elettriche pubbliche, teleriscaldamento e cogenerazione; che includono le attività di produzione energetica realizzata secondo varie tecnologie da soggetti pubblici e privati; 2. Impianti di combustione non industriale, che comprende le attività di riscaldamento degli edifici commerciali e istituzionali, residenziali e agricoli; 3. Combustione nell industria, per le attività industriali che impiegano macchine termiche per la produzione di energia o vapore (caldaie) e per i processi di combustione con contatto (forni, fonderie, crogiuoli, ) nell industria dei metalli ferrosi e non, del vetro, della carta, del cemento, dei laterizi, ecc ; 4. Processi produttivi, per le attività che implicano emissioni rilasciati dalle materie prime o materiali compositi durante i cicli di produzione nell industria petrolifera, chimica, del ferro e dell acciaio, dei metalli non ferrosi, del legno, della pasta per la carta, alimentare; 5. Estrazione e distribuzione di combustibili fossili, per tenere conto delle emissioni che occorrono durante le fasi di estrazione, primo trattamento, caricamento e distribuzione di combustibili fossili, quali la benzina e il gas naturale; 6. Uso di solventi, che raggruppa i principali ambiti in cui sono impiegati solventi ovvero la verniciatura (manifattura e riparazione autoveicoli, edilizia, uso domestico, rivestimenti, imbarcazioni, legno, altre applicazioni industriali e non industriali), lo sgrassaggio, la pulitura a secco e la componentistica elettronica, la sintesi e lavorazione di prodotti chimici (lavorazione di poliestere, polivinile, poliuretano, gomma, produzione di vernici, colle, inchiostri, finiture tessili, ), l uso di HFC, N 2 O, NH 3, PFC e SF 6 (anestesia, sistemi di condizionamento, produzione di schiuma, estintori, ) e altro uso di solventi (industria della stampa, lana di vetro, lana minerale, applicazione di colle e adesivi, ); 7. Trasporto su strada, che si occupa delle emissioni da autoveicoli, veicoli merci leggeri e pesanti, motocicli su autostrade, strade urbane ed extraurbane; 8. Altre sorgenti mobili e macchinari, che include quali sorgenti le linee ferroviarie non elettrificate, le vie di navigazione interne, gli aeromobili, le macchine agricole, il trasporto entro i siti industriali e quello fuori strada; 9. Trattamento e smaltimento rifiuti, che individua quali fonti emissive i vari processi che avvengono nelle discariche controllate e non (decomposizioni anaerobiche delle sostanze organiche, captazioni di biogas, ), l incenerimento di rifiuti urbani, ospedalieri e industriali, il trattamento dei fanghi e delle acque reflue, la produzione di compost; 10. Agricoltura, che rappresenta fonti emissive quali la fertilizzazione delle colture, l attività fotosintetica delle specie vegetali coltivate, i roghi di ceppaie e paglia sui campi, la fermentazione intestinale e la gestione dei reflui organici degli animali da allevamento, l utilizzo di pesticidi; 11. Natura, che comprende l attività fotosintetica di foreste gestite e non, gli incendi di boschi/foreste/aree verdi, i processi biologici degli animali selvatici, i processi chimici e biologici dei terreni e delle acque, le reazioni chimiche in atmosfera attivate dai lampi, le fuoriuscite di gas dai geyser e dai vulcani. 7

3 La metodologia ormai consolidata per stimare le emissioni consiste sostanzialmente nell applicazione di un prodotto fra almeno due variabili [, 1996]: a. la misura dell emissione in un intervallo determinato di tempo moltiplicata per il numero di accadimento di tali intervalli temporali nel periodo di interesse per la stima; b. una statistica sull attività della sorgente moltiplicata per una fattore che esprime l emissione che mediamente viene generata da tale attività. Nella pratica, gli algoritmi di calcolo risultano più articolati ma il principio rimane lo stesso. Il primo tipo di approccio viene utilizzato sostanzialmente per le cosiddette sorgenti puntuali: singoli impianti o camini caratterizzati da emissioni significative di inquinanti (es. centrali di potenza, grande industrie, inceneritori e discariche), emissioni che spesso vengono monitorate per legge o comunque sono oggetto di stime realizzate utilizzando i parametri specifici della sorgente. Per le sorgenti puntuali sono richieste informazioni dettagliate sulla localizzazione degli impianti, sulle caratteristiche fisiche-geometriche dei camini, sulla capacità produttiva, sulle modalità di produzione, ecc.. Il secondo tipo di approccio (metodo b) viene invece utilizzato per le cosiddette sorgenti diffuse: tutte quelle sorgenti che non è possibile o conveniente localizzare e che si considerano distribuite sul territorio (es. impianti di riscaldamento residenziali, piccole-medie industrie, utilizzo di prodotti domestici, superfici agricole e boscate). Per la stima delle emissioni queste fonti necessitano di un trattamento statistico: E i = A F i dove: E i rappresenta l emissione dell inquinante i A è un opportuno indicatore dell attività correlato con le quantità emesse (es. consumi di combustibile per gli impianti di riscaldamento) F i è il fattore di emissione per l inquinante i e l attività espressa da A, ovvero la massa dell inquinante emessa per una quantità unitaria dell indicatore. Può essere espresso come semplice valore numerico o come funzione di differenti parametri costruttivi e/o operativi di impianti e processi. Nella costruzione di un inventario si può definire anche una terza tipologia di fonti, le sorgenti lineari, le cui emissioni sono localizzabili lungo assi o traiettorie ben definite. Il traffico autoveicolare, le ferrovie, gli aeromobili vengono tipicamente descritte come sorgenti lineari. Il calcolo delle emissioni avviene sostanzialmente secondo l approccio statistico delle sorgenti diffuse con tutte le complicanze derivanti dalla dipendenza delle emissioni da numerosi parametri, di cui alcuni legati alle caratteristiche del moto delle sorgenti. Da quanto sopra illustrato emergono due aspetti importanti. Innanzitutto non esiste un unico fattore di emissione per una data coppia sorgente-inquinante, in quanto il suo valore dipende dalla metodica e dalle ipotesi assunte nel calcolarlo (campagne sperimentali di misura, valutazioni di tipo tecnologico). In secondo luogo, una volta scelto il fattore di emissione, l indicatore di attività va espresso attraverso il parametro cui il fattore di emissione si riferisce. I valori dei fattori di emissione sono reperibili in manuali e pubblicazioni specifiche, di cui la già citata Guidebook è un esempio di riferimento per l Europa. Per la maggioranza delle attività previste dalla nomenclatura SNAP97, la Guidebook fornisce due possibili metodologie di calcolo in relazione al grado di dettaglio delle informazioni disponibili sull attività e, conseguentemente, diversi valori dei fattori di emissione. La metodologia semplificata fa riferimento ad un indicatore supposto in grado di rappresentare l attività nel suo 8

4 insieme, generalmente desumibile dalle statistiche di settore (es. per la distribuzione di benzina dalle stazioni di servizio: la quantità di carburante venduta). La metodologia dettagliata è applicabile quando è possibile caratterizzare quantitativamente le diverse fasi e processi che compongono l attività (es. per la distribuzione di benzina dalle stazioni di servizio: la quantità di carburante movimentata durante la fase di riempimento e stoccaggio nei serbatoi, con la distinzione tra caricamento sommerso e a spruzzo; la quantità di benzina venduta all utente finale; la benzina persa per fuoriuscite accidentali e per ciascuna fase il dettaglio sulla presenza o assenza di sistemi di abbattimento). Un passo fra i più critici nella stesura di un inventario di emissioni consiste proprio nella stima corretta degli indicatori di attività, perché i dati statistici necessari per il trattamento delle sorgenti diffuse e lineari non sempre sono disponibili per l ambito territoriale di interesse e, talvolta, addirittura a livello nazionale. Tralasciando l ultimo caso, di cui non è possibile fornire una trattazione di principio generale, una volta calcolato un fissato indicatore di attività sulla più piccola scala spaziale praticabile, la sua disaggregazione fino alla minima unità territoriale dell inventario è realizzata mediante la metodologia delle cosiddette variabili surrogate o proxy. Si attribuisce all attività A la medesima distribuzione spaziale di un altra grandezza S, detta surrogato, che è nota col dettaglio spaziale desiderato e si valuta sia ben correlata all attività iniziale: A u = A T S u / S T dove: u e T si riferiscono rispettivamente alla minima unità territoriale e all intero dominio spaziale. Tipici esempi di variabili surrogate sono la popolazione, gli addetti alla produzione, i consumi elettrici, la destinazione d uso del suolo. Le variabili proxy sono utili anche per una caratterizzazione temporale delle emissioni. Le quantità di inquinanti emesse annualmente costituiscono il primo tipo di informazione, più facilmente ricavabile, di un inventario. Un ulteriore progresso è rappresentato dall introduzione del concetto di periodo di tempo tipico, che permette di articolare le informazioni su base: annuale stagionale (periodi caldo e freddo) giornaliera (giorno tipo feriale, prefestivo e festivo) oraria La disaggregazione temporale delle emissioni può essere valutata attraverso la variazione nell arco dei mesi, dei giorni della settimana, delle ventiquattro ore dell indicatore di attività utilizzato per la stima delle emissioni. Questa variazione è in generale legata a parametri di tipo sociale ed economico, quali l orario lavorativo, i tassi di produzione, la domanda di energia, e a fattori ambientali, come la variazione di temperatura e radiazione solare. Tali parametri e fattori costituiscono vere e proprie variabili proxy, che possono descrivere la variazione delle emissioni causate dall attività cui sono correlati. 9

5 2.2 L INVENTARIO DELLA PROVINCIA DI MILANO Le emissioni atmosferiche nella provincia di Milano sono state calcolate seguendo le metodologie del programma CORINAIR indicato dall Agenzia Europea dell Ambiente per la realizzazione degli inventari nazionali [ 1999]. L obbiettivo è la stima delle emissioni annue relative al 1998 per le unità territoriali CORINAIR a livello 4: i comuni. In sintonia con le problematiche locali di qualità dell aria e con gli obbiettivi del Piano di Risanamento della Qualità dell Aria della Regione Lombardia (PRQA), sono stati presi in esame, singolarmente o raggruppati in classi, i seguenti inquinanti: gli ossidi di azoto NO x (essenzialmente NO e NO 2 ) i composti organici volatili non metanici COVNM il monossido di carbonio CO gli ossidi di zolfo SO x (principalmente SO 2, SO 3 ) il particolato totale sospeso PTS il biossido di carbonio CO 2 il metano CH 4 il protossido di azoto N 2 O l ammoniaca NH 3 La speciazione dei composti organici volatili e il calcolo delle emissioni della frazione fine del particolato aerodisperso (PM 10 ) sono in corso di realizzazione. La definizione della nomenclatura delle attività rilevanti per la valutazione delle emissioni nel territorio milanese è stata mutuata dalla classificazione SNAP Sono state escluse quelle attività non presenti in provincia o considerate trascurabili, sulla base dell esperienza nella stima delle emissioni e della conoscenza della realtà dell area acquisite in ARPA in oltre un decennio di studi analoghi. In alcuni casi, invece, si sono operate sia aggregazioni di alcune attività CORINAIR che l inserimento di nuove per utilizzare al meglio le informazioni disponibili o evidenziare la loro rilevanza dal punto di vista ambientale nell area di studio (si vedano in particolare i macrosettori 2 e 11). Nelle tabelle e sono elencate le attività prese in considerazione e che si è scelto di trattare rispettivamente come sorgenti puntuali e come fonti diffuse o lineari. Per la caratterizzazione delle sorgenti puntuali si rimanda al successivo paragrafo 3.1, in cui si entra nel merito dei dati impiegati, delle fonti contattate e dei censimenti ad hoc realizzati. Nella tabella relativa alle attività diffuse e lineari sono invece esplicitati gli indicatori di attività utilizzati, la fonte delle metodologie e dei fattori di emissione impiegati. Le informazioni sugli indicatori (fonti, risoluzione spaziale e temporale, variabili proxy) sono contenute nel paragrafo 3.1; analogamente ulteriori dettagli sui fattori di emissione sono forniti nel paragrafo 3.2. Nel seguito vengono descritte brevemente le metodologie di calcolo degli indicatori di attività e/o delle emissioni per il riscaldamento civile e per il traffico su strada, per la complessità degli algoritmi utilizzati. 10

6 Tabella Attività dell Inventario Provinciale associate a fonti emissive schematizzate come sorgenti puntuali macro settore 01 centrali di potenza 03 combustione nell industria 04 processi produttivi settore attività centrali elettriche Caldaie con potenza termica 300 MW pubbliche Caldaie con potenza termica MW Turbine a gas teleriscaldamento Caldaie con potenza termica MW Turbine a gas caldaie, turbine a gas, Caldaie con potenza termica MW motori a combustione Caldaie con potenza termica < 50 MW processi di combustione Produzione di piombo (seconda fusione) con contatto Produzione di contenitori di vetro Produzione di lana di vetro Industria cartiera metalli non ferrosi Produzione leghe metalliche Altro (lavorazione metalli, quali saldatura) chimica inorganica Produzione di solfato d ammonio Altro (cloruri, stearati ) chimica organica Produzione di polistirene Immagazzinamento e trasporto di prodotti chimici nell industria chimica Produzione di pesticidi Altro (resine ) distribuzione di benzina Trasporto e depositi benzina (eccetto 5.5.3) 06 uso di solventi verniciatura Verniciatura di autoveicoli sgrassaggio, Fabbricazione di componenti elettronici sintesi e lavorazione Lavorazione della gomma di prodotti chimici Sintesi di prodotti farmaceutici Produzione di vernici Produzione di inchiostri Produzione di colle Altro (fibre sintetiche e artificiali) altro uso solventi Industria della stampa incenerimento rifiuti Incenerimento di rifiuti solidi urbani Incenerimento di rifiuti industriali Torce nell estrazione di gas ed oli spargimento rifiuti solidi Discarica controllata di rifiuti 1 attività trattata in parte anche come sorgente diffusa 2 comprende anche le attività e

7 Tabella Attività dell Inventario Provinciale associate a fonti emissive trattate come sorgenti diffuse o lineari MACROSETTORE SETTORE ATTIVITÀ INDICATORE E SUA UNITÀ DI MISURA FONTE FATTORE DI EMISSIONE Caldaie con potenza termica inferiore a Consumo di 50 MW nel settore terziario combustibile in GJ/anno Caldaie con potenza termica tra 50 e MW nel settore residenziale Caldaie a gas metano monofamiliari con potenza termica inferiore a 35 kw Altri impianti domestici a gas metano (scaldabagni, cucine) Caldaie con potenza termica inferiore a Consumo di 50 MW in agricoltura combustibile in GJ/anno Caldaie con potenza termica minore di Consumo di 50 MW combustibile in GJ/anno Fonderie di metalli ferrosi Alluminio seconda fusione Quantità prodotta in Agglomerati bituminosi Contenitori in vetro Altro vetro Laterizi e piastrelle Quantità prodotta in Materiale di ceramica fine Quantità prodotta di Laminatoi laminati a caldo in 5 Quantità prodotta in Pane ed industria alimentare Estrazione di materiali da cava Quantità di minerale estratto in Vino bianco Quantità prodotta in Vino rosso Altro trasporto interno ed immagazzinamento (condutture incluse) Trasporto e depositi Stazioni di servizio (incluso rifornimento veicoli) Condutture del gas naturale Reti di distribuzione del gas naturale Quantità movimentata in Quantità di benzina venduta in Quantità di benzina venduta in Quantità gas venduto in PJ/anno Quantità gas venduto in PJ/anno PRQA ANPA PRQA ANPA ANPA ANPA US EPA US EPA US EPA ANPA calcolato 6 - segue - 3 comprende l attività comprende l attività accorpa le attività , , si veda paragrafo

8 MACROSETTORE SETTORE ATTIVITÀ INDICATORE E SUA UNITÀ DI MISURA FONTE FATTORE DI EMISSIONE Verniciatura: Riparazione di autoveicoli Verniciatura: edilizia Verniciatura: uso domestico Verniciatura: rivestimenti Verniciatura: imbarcazioni Verniciatura: legno Altre applicazioni industriali di verniciatura Altre applicazioni non industriali di verniciatura: anticorrosione Sgrassaggio metalli (carrozzerie) Pulitura a secco Consumo di solvente per addetto in Consumo di vernice per abitante (comunale) in Consumo di prodotto verniciante in Consumo di solvente per addetto in Consumo di vernici in Altri lavaggi industriali Kg/anno Quantità lavorata in Lavorazione poliuretano Quantità prodotta in Lavorazione schiuma polistirolica 7 Quantità prodotta in Altro: produzione fibre artificiali Uso solventi domestici (eccetto Quantità consumata in verniciatura) PRQA calcolato 4 calcolato 4 US EPA 07 Traffico su strada COPERT III Ferrovie Traffico aereo nazionale (cicli LTO < 1000 m) Traffico aereo internazionale (cicli LTO < 1000 m) Traffico nazionale di crociera (> 1000 m) Traffico internazionale di crociera (> 1000 m) Agricoltura e silvicoltura Incenerimento di corpi Trattamento acque reflue nei settori residenziale e commerciale Produzione di compost Consumo di gasolio in Kg/anno Numero di cicli LTO/anno Consumo di gasolio in Kg/anno Numero di cremazioni/anno Abitanti equivalenti serviti all anno Quantità prodotta in ANPA US EPA - FAA ANPA US EPA CANA - segue - 7 anche puntuale 8 comprende anche l attività Trattamento acque reflue industriali 13

9 MACROSETTORE SETTORE ATTIVITÀ INDICATORE E SUA UNITÀ DI MISURA FONTE FATTORE DI EMISSIONE Coltivazioni permanenti fertilizzate Risaie Vivai Foraggere Coltivazioni permanenti non fertilizzate Terreni arabili Foraggere non fertilizzate Fermentazione intestinale: Vacche da latte Altri bovini Ovini Maiali Caprini Scrofe Equini Quantità di azoto fornita per tipologia di coltura in ton/ha superficie in ha Numero di capi IPCC Concime a base di composti organici: Vacche da latte Altri bovini Maiali Scrofe Caprini Numero di capi CRPA Equini Uso di pesticidi Quantità in ton/ha Altre querce Pioppi Superficie in ha Altre latifoglie Abete rosso norvegese Superficie in ha Altre conifere Foreste gestite di latifoglie e conifere consociate Superficie in ha 14

10 Gli impianti termici non industriali La stima delle emissioni da impianti di riscaldamento civili è stato realizzato, come indicato dalla metodologia CORINAIR, utilizzando quali indicatori di attività i consumi di combustibili suddivisi per potenzialità delle caldaie e tipo di vettore energetico. Se i consumi di gas naturale sono stati reperiti con il dettaglio merceologico e spaziale desiderato (si veda cap. 3.1), per le quantità di gasolio e olio combustibile impiegate si è dovuto ricorrere ad un modello di stima del fabbisogno termico. Il dato di vendita provinciale dei prodotti petroliferi fornito dal Bollettino Petrolifero non è infatti utilizzabile allo scopo per la provincia di Milano: in essa sono localizzate molte sedi commerciali di industrie petrolifere che registrano le vendite complessive operate indistintamente dalla destinazione finale del prodotto, che può essere interna o esterna al territorio d interesse. Il calcolo del fabbisogno termico è stato affrontato mediante approcci differenti per le seguenti tipologie di edifici: edifici ad uso residenziale; edifici ad uso commerciale istituzionale. Nel primo caso, per ogni mese del periodo invernale, sono stati calcolati i valori medi del fabbisogno termico relativo a fasce di due ore durante il periodo giornaliero di accensione degli impianti. Nel secondo caso sono stati reperiti in letteratura i valori del fabbisogno termico annuale per unità di superficie diversificati secondo la classe di attività ISTAT. Il fabbisogno termico soddisfatto dall impiego di combustibili liquidi (gasolio + olio combustibile) è stato ottenuto per differenza tra quello totale e quello soddisfatto dall uso di gas naturale derivante dal censimento. Dal fabbisogno termico si è risaliti alla quantità di combustibile. La ripartizione tra gasolio e olio combustibile è stata effettuata sulla base della proporzione d uso dei due combustibili derivata dagli studi del Piano di Risanamento della Regione Lombardia [Camussi, 2000] e dell ENEA [Ardi, Perrella, 2000]. Il modello per la stima del fabbisogno termico negli edifici residenziali, sviluppato in ARPA Lombardia Dipartimento Milano Città, implementa le due fasi: calcolo della volumetria da riscaldare per comune; valutazione del fabbisogno termico per fasce orarie.; Il calcolo della volumetria da riscaldare per comune è ottenuto a partire dal Censimento Generale della popolazione e delle abitazioni anno 1991 dell ISTAT e dalle pubblicazioni annuali della CCIAA di Milano sugli ampliamenti e sulle opere progettate dal 1991 al Da tali indagini risultano disponibili informazioni quantitative sulle strutture degli edifici (caratteristiche del fabbricato in termini di n piani ed età di costruzione, tipologia di impianto e di combustibile da riscaldamento; n stanze e superficie degli alloggi) e dati complementari (proprietà, frequenza di occupazione). Il volume riscaldabile è ottenuto moltiplicando la superficie per l altezza dei locali. La superficie è calcolata come somma della superficie delle abitazioni di ogni comune aventi caratteristiche simili. Per le altezze dei locali si adottano i seguenti valori: m 3.40 per edifici costruiti prima del 1945; m 2.90 per edifici costruiti tra il 1946 e il 1971; m 2.80 per edifici costruiti dopo il Il fabbisogno termico è calcolato come prodotto del fabbisogno termico specifico per la volumetria da riscaldare. Il fabbisogno termico specifico viene stimato come quantità di calore dispersa dall edificio nell ambiente esterno. In generale la quantità di calore Q dispersa da un 15

11 edificio nell intervallo di tempo t 1 t 2 è data dal seguente integrale: 2 Q= Cd ( T Te ) dt t t 1 dove : C d = coefficiente di dispersione (quantità di calore dispersa nell ambiente esterno per unità di tempo e per una differenza di temperatura tra interno ed esterno pari a 1 C); T = temperatura interna; T e = temperatura esterna. L andamento temporale della differenza tra la temperatura interna e quella esterna è descritto da espressioni diverse nei seguenti tre casi: a) l impianto di riscaldamento è spento e la temperatura interna decresce a partire dal valore di confortevolezza T c (fase di fermata); b) l impianto viene acceso e la temperatura interna aumenta fino al valore T c (fase transitoria); c) l impianto è in funzione e la temperatura interna si mantiene costantemente al valore T c (fase di regime). Il fabbisogno termico specifico assume dunque una diversa formulazione matematica nei tre casi sopra esposti [Abbattista e al., 1999]. Tali formulazioni includono i seguenti parametri: coefficienti di dispersione dipendenti dall epoca di costruzione e dal numero di abitazioni appartenenti al fabbricato; calore specifico dipendente dal numero di piani del fabbricato; rendimento dell impianto, dipendente dalla tipologia dell impianto di riscaldamento, eventualmente dal numero di abitazioni appartenenti al palazzo (nel caso di impianto centralizzato) e dal tipo di combustibile utilizzato; temperatura dell aria esterna dipendente dal mese, dall ora e dalla zona geografica; ricambio d aria nelle diverse fasce orarie Il DPR n 412 del 26 agosto 1993 prevede per la Provincia di Milano un numero massimo di 14 ore di funzionamento giornaliero degli impianti termici. Si è ritenuto ragionevole ripartire tale periodo nel seguente modo: impianti centralizzati dalle ore 6 alle ore 10 dalle ore 11 alle ore 13 dalle ore 15 alle ore 22 impianti autonomi dalle ore 6 alle ore 11 dalle ore 16 alle ore 22 Lo stesso DPR fissa come arco annuale di funzionamento il periodo dal 15 ottobre al 15 aprile. Si è scelta come temperatura di confortevolezza, da raggiungere all interno degli edifici, il valore di 20 C indicato dallo stesso decreto. Il fabbisogno termico specifico giornaliero è stato ottenuto come somma dei contributi del susseguirsi delle fasi a), b), c) nel corso della giornata. La valutazione del fabbisogno termico tiene conto della condizione di occupazione dell abitazione 9. Il fabbisogno termico delle abitazioni non occupate, che nella provincia di Milano rappresentano tipicamente gli alloggi sfitti, è stato considerato solo se dotate di impianto di riscaldamento centralizzato, mentre è stato trascurato negli altri casi. 9 secondo le definizioni ISTAT un abitazione si considera occupata quando in essa abitino una o più famiglie le cui persone abbiano dimora abituale nell abitazione, anche se temporaneamente assenti alla data del censimento, 16

12 Il consumo di energia termica negli edifici commerciali e istituzionali è stato ottenuto in modo indiretto tramite la valutazione della volumetria edificata per ogni classe di attività ISTAT e l attribuzione ad ognuna di esse di un valore di fabbisogno medio di energia termica che tenga conto del riscaldamento ambientale e della eventuale produzione di acqua calda per usi igienico sanitari [Lombardia Risorse (b), 1993]. Questo metodo presenta però alcune difficoltà legate alla stima sia della volumetria che del fabbisogno specifico. Infatti dai dati del Censimento Generale dell Industria e dei Servizi anno 1990 dell ISTAT è nota la superficie coperta complessiva delle unità locali mentre non sono disponibili informazioni sull altezza media dei locali occupati da ogni singola classe di attività. Il problema è legato al fatto che le classi ISTAT comprendono sottoclassi di attività che possono essere anche molto eterogenee e non avere, quindi, altezza dei locali confrontabile. Da questo deriva la difficoltà di definire un unica altezza dei locali che si adatti a tutte le sottoclassi. Per lo stesso motivo risulta difficoltoso attribuire un fabbisogno specifico (energia/volume) unico a classi eterogenee per il livello di temperatura mantenuta all interno delle unità locali, per il numero di ore giornaliere e per il numero di giorni dell anno di riscaldamento, per la presenza di condizionamento estivo che preveda post-riscaldamento. Ai problemi sulla determinazione dei consumi termici specifici degli edifici si è ovviato seguendo un metodo semplificato rispetto a quello adottato per gli edifici residenziali. Il metodo seguito attribuisce a tutte le classi di attività ISTAT la stessa altezza (3 metri) andando a compensare le differenze volumetriche con un maggiore o minore consumo energetico specifico. In questo modo tutte le incertezze valutative vengono comprese nell unico parametro consumo energetico specifico medio. L algoritmo che stima il fabbisogno totale di energia termica per ogni classe di attività è il seguente: F tot = (Sup * h * C s ) / 1000 dove: F tot = fabbisogno totale di energia termica (Gj/anno); Sup = superficie coperta complessiva delle unità locali (mq); h = Altezza media dell unità locale della classe di attività (valore fissato a 3 metri); C s = consumo termico specifico relativo alla classe di attività (in MJ/m 3 anno). Il fabbisogno termico specifico per classe di attività è stato tratto dalla letteratura [Lombardia Risorse, 1988b] e tiene conto dei seguenti fattori: l altezza media dei locali, per classe di attività; la posizione geografica preponderante delle unità locali appartenenti alla classe in esame; il numero di ore di riscaldamento giornaliero; il numero di giorni di riscaldamento all anno; la presenza di acqua sanitaria prodotta con combustibili fossili; la presenza di un sistema di condizionamento ad assorbimento da compressione con postriscaldamento. mentre si considera non occupata quando essa non è abitata da alcuna persona oppure è abitata solamente da persone temporaneamente presenti che, cioè, non hanno dimora abituale in quella abitazione. 17

13 Il trasporto su strada La metodologia per la stima delle emissioni da traffico autoveicolare si può suddividere in due fasi: 1. l analisi e l assegnazione dei flussi di traffico alla rete viaria 2. la valutazione delle emissioni corrispondenti a tali flussi ciascuna affrontata mediante l applicazione di due modelli matematici. Un modello di assegnazione e simulazione del traffico (fase 1) consente di analizzare sia qualitativamente che quantitativamente la mobilità sul territorio. In linea generale, tale modello mette in rapporto la domanda e l offerta di mobilità tramite la creazione di opportuni legami matematici tra le necessità di chi deve spostarsi 10 e la disponibilità di infrastrutture: il procedimento è denominato assegnazione. Le infrastrutture sono rappresentate attraverso uno schema delle principali vie di comunicazione (strade, ferrovie, mezzi di trasporto pubblico), detto rete. Il procedimento di assegnazione viene compiuto per ogni singolo tratto o arco della rete, valutando la quantità di veicoli o flussi che transitano su tale arco nel corso di un intervallo di tempo fissato. La stima dei flussi si basa sull ipotesi che gli utenti scelgano sempre il percorso più breve tra due punti, stanti i vincoli delle infrastrutture. Il modello usato per il presente inventario è denominato MuO.V.E.T.E.M.I. (Modello Viabilità E Trasporti Extraurbani Milanesi) ed è stato sviluppato a partire dal 1999 dalla Provincia di Milano (Programma Pianificazione Territoriale e Sviluppo Sostenibile, Unità Organizzativa Sistema dei Trasporti, Settore Programmazione Progettazione Direzione Lavori e Mobilità), basandosi sul software VISUM della società PTV AG. Tale modello è stato applicato ad un grafo di rete composto da circa archi e nodi 11 georeferenziati e comprendenti sia strade che ferrovie e metropolitane (fig ). Il grafo è inoltre esteso oltre i confini provinciali, in modo da conteggiare anche, il comune di San Colombano al Lambro, l influenza dell aeroporto di Malpensa e i viaggi di scambio (hanno solo l origine o la destinazione all interno dell area di studio) e di attraversamento (né l origine né la destinazione sono interne). L offerta di mobilità contempla la suddivisione tra traffico privato e trasporto pubblico. Per quanto riguarda MuO.V.E.T.E.M.I., dall elaborazione delle informazioni sulla mobilità alla raccolta dei dati di ingresso fino all applicazione del modello stesso al grafo di rete, si rimanda a rapporti specifici [Bedogni, Consonni, Daleno, 2000]. In uscita il modello di assegnazione fornisce le seguenti informazioni: le coordinate (nel sistema di riferimento Gauss-Boaga) dei nodi di ciascun arco stradale; il senso di percorrenza di ciascun arco (viene anche specificato se è senso unico o meno); 10 La domanda di mobilità è quantificata attraverso le cosiddette matrici origine-destinazione o matrici O/D. A monte della stesura di tali matrici è necessario suddividere la rete in zone quanto più omogenee possibile, basandosi su analisi statistiche che valutino l origine e la destinazione dei viaggi che hanno luogo attraverso le strutture che la compongono. Una volta compiuto questo studio, è possibile rappresentare la domanda di mobilità tramite matrici quadrate strutturate in maniera tale che il generico elemento t ij rappresenti il numero di viaggi che vengono compiuti tra la zona i e la zona j. Tale informazione deve essere ben caratterizzata ed è per questo motivo che le matrici O/D sono accompagnate da un certo numero di parametri quali: - la fascia oraria in cui avvengono i viaggi rappresentati tramite ogni matrice - il motivo per cui ogni viaggio ha luogo - il tipo di mezzo utilizzato - lo scenario temporale in genere l anno di riferimento. Devono esistere, inoltre, matrici O/D anche per i viaggi di scambio e di attraversamento definiti poco sopra. 11 Un nodo è l estremo di un arco; ne consegue che ogni arco è limitato da due nodi che cadono all intersezione di due (o più) archi. 18

14 le tipologie o modi di percorrenza di ogni arco suddivise in autobus, autovetture, ferrovia, pedoni, veicoli merci, metropolitana; la tipologia di arco stradale (carreggiate, corsie, senso di marcia, andamento del tracciato); i flussi veicolari, suddivisi per modo di percorrenza. La stima delle emissioni (fase 2) si basa sulla metodologia COPERT, sviluppata in sede comunitaria sotto l egida dell Agenzia Europea dell Ambiente e giunta alla terza revisione. Le analisi del gruppo di lavoro internazionale preposto vengono compiute sulla base dei modelli di veicoli effettivamente circolanti in Europa tramite i dati diffusi dalle case automobilistiche e misure sperimentali volte alla definizione di fattori di emissione per tipologia di veicolo, classe di età e tipo di carburante. I fattori così ottenuti sono riportati sotto forma di curve che correlano la quantità di inquinante emesso per unità di percorso alla velocità media. Gli inquinanti monitorati sono quelli previsti nella metodica CORINAIR; tra questi, i principali (CO, PTS, SO 2, NO x, COV, CH 4, NH 3, N 2 O) vengono calcolati direttamente sulla base di tali curve, i rimanenti (CO 2, metalli pesanti) stimati in funzione dei consumi di carburante. Le emissioni vengono ripartite dal COPERT in tre gruppi distinti: emissioni a caldo: si sviluppano quando il motore ha raggiunto la temperatura d esercizio (circa 70 C); emissioni a freddo: sono quelle che si verificano prima che il motore raggiunga la temperatura di esercizio e vengono stimate attraverso la valutazione della percentuale di percorrenza effettuata in tali condizioni; emissioni evaporative: riguardano essenzialmente i composti organici volatili non metanici rilasciati dal serbatoio del veicolo sia durante la marcia che durante lo stazionamento. Gli algoritmi di COPERT sono stati implementati nel modello EMI.TR., sviluppato nel 1992 e costantemente aggiornato dall ex Unità Operativa Fisica e Tutela dell Ambiente del P.M.I.P. di Milano attualmente A.R.P.A. Milano Città [Tamponi, 1992; Bedogni, 1998]. Esso permette di calcolare le emissioni di inquinanti provenienti dal traffico autoveicolare sul grafo di rete prescelto nel corso di una giornata, una volta note le seguenti caratteristiche di ogni arco: a. coordinate geografiche e proprietà geometriche (tra cui la pendenza); b. flussi di traffico e loro andamento orario (o fattori di forma); c. composizione del parco circolante; d. velocità media oraria di percorrenza. Nel caso del presente inventario, la rete stradale è quella rappresentata in figura e copre un totale di Km con percorrenze ovvero il totale dei chilometri percorsi da tutti i veicoli su tale estensione che superano i 28 miliardi di Km. I dati di tipo a) e b) sono forniti direttamente da MuO.V.E.T.E.M.I.. Le informazioni di tipo c) e d) sono state ottenute a partire dai dati forniti dall ACI e dai rilievi di traffico compiuti dalla Provincia di Milano sulle strade provinciali, dall ANAS sulle strade statali, da Società Autostrade, Milanoserravalle, Milanotangenziali e Autostrada Torino-Milano sulle autostrade e tangenziali. L enorme mole di dati 12 è stata elaborata ai fini del raggruppamento dei circa 6500 archi coinvolti in classi omogenee per tipologia e posizione, caratteristiche geometriche e d uso e della quantificazione di valori della composizione del parco circolante e delle velocità medie orarie di percorrenza rappresentativi per ciascuna classe. 12 solo i punti di rilievo della Provincia di Milano sono circa 40 e ricoprono omogeneamente l intera rete delle strade provinciali; le campagne di misura durano 5-7 giorni e comprendono giorni festivi e prefestivi. 19

15 Figura Il grafo di rete stradale della Provincia di Milano utilizzato nell Inventario La composizione dettagliata del parco veicolare circolante in provincia, necessaria perché a tipi diversi di veicolo corrispondono emissioni differenti, viene suddivisa nelle 94 classi previste da COPERT e assegnata da EMI.TR. a ciascun arco mediante una ricomposizione in sei macroclassi sintetiche variabili a seconda dell uso effettivo di ogni arco. Gli archi e gli associati flussi veicolari per i quali non è possibile fornire le informazioni previste e che non risultano quindi schematizzati nel grafo di rete (ad es. le strade comunali minori) costituiscono il cosiddetto traffico secondario. Le relative percorrenze vengono stimate tramite il bilancio dei consumi di combustibile 13. Sulla base dei fattori di emissione COPERT, della composizione del parco auto circolante, dei chilometri totali percorsi e dell andamento orario della temperatura ambiente, EMI.TR. fornisce le emissioni da traffico su due grigliati distinti, uno per il traffico primario (con 13 Tali archi nel presente inventario vedono transitare circa il 24% del traffico totale provinciale. 20

16 un passo di 1 Km nel presente inventario) e l altro per il traffico secondario (passo di 3 Km). Il dettaglio sulle emissioni è ricostruibile poi a livello comunale. Il modello offre alcune opzioni di calcolo aggiuntive quali: il numero e la composizione dei raggruppamenti nei quali si vogliono riunire le 94 classi COPERT di veicoli per calcolare i singoli contributi emissivi; la percentuale e l efficacia di eventuali controlli sui gas di scarico dei veicoli; i valori orari della frazione di chilometri percorsi dai veicoli con motore a freddo, se non si desidera utilizzare il corrispondente valore stimato dalla metodologia COPERT. Il modello presenta un incertezza sui valori delle emissioni quantificabile attorno a ± 5%, fatte salvo le incertezze insite nella metodologia COPERT, ancora poco esplorate, e nella misurazione dei dati di traffico su strada. 2.3 IL SISTEMA INFORMATIVO La dotazione di uno specifico sistema software dedicato all inventario delle emissioni costituisce un aspetto di fondamentale importanza. La stessa definizione di inventario, quale serie organizzata di dati relativi alle sorgenti di inquinamento e alle emissioni da esse causate, presuppone la creazione di un database che permetta di archiviare ordinatamente le informazioni qualitative e quantitative raccolte, di consultarle secondo diverse chiavi di lettura (per inquinante, per attività o aggregazioni di attività, per combustibile, per unità territoriale ), di facilitarne l eventuale aggiornamento. Per l inventario della Provincia di Milano è stato messo a punto un sistema informativo finalizzato ai seguenti compiti: realizzazione e gestione dell inventario su scala locale; integrazione e aggiornamento dell inventario con le informazioni derivanti da nuove indagine e censimenti; predisposizione dei dati di emissione per l applicazione di modelli di dispersione atmosferica; simulazione di scenari emissivi futuri sulla base di ipotetici interventi sulle sorgenti, quali le indicazioni tecniche dei Piani di Risanamento della Qualità dell Aria. Il sistema sviluppato possiede le seguenti caratteristiche: interfaccia con l utente di tipo user-friendly flessibilità nell importazione ed esportazione dei dati, nella rappresentazione grafica e tabellare dei dati accessibilità dell utente esperto alla struttura del sistema (database e algoritmi) struttura modulare, predisposta per modifiche e aggiornamenti dei singoli moduli utilità, ovvero il sistema consente l aggiornamento e il miglioramento delle stime in seguito alla disponibilità di nuove informazioni In figura è visualizzata l architettura del sistema, ovvero l insieme di modelli che lo compongono e la loro sequenza di applicazione. Il software APEX costituisce il nucleo centrale ed è il vero e proprio sistema informativo: contiene le banche dati di tutte le informazioni connesse alla stima delle emissioni prodotte da sorgenti puntuali, lineari e diffuse; implementa gli algoritmi per il trattamento delle emissioni da sorgenti puntuali e lineari e per 21

17 il calcolo delle emissioni da fonti diffuse; contiene i moduli per l allocazione spaziale delle emissioni (fino al minimo dettaglio della cella di un grigliato definito dall utente), per l allocazione temporale (fino al giorno tipo e al dettaglio orario ove disponibile), per la speciazione chimica e granulometrica di alcune classi di inquinanti; include i moduli per la gestione e la rappresentazione grafica e numerica dei dati relativi alle emissioni e alle attività. Figura Il sistema informativo dell inventario delle emissioni della Provincia di Milano FA.TE AIR AIR EMI.TR. AIR FOREST indicatori e proxy censimenti puntuali APEX mappe e tabelle emissioni speciazione COVNM e PTS PREM scenari emissivi APEX accoglie in entrata tutti i dati relativi alle sorgenti puntuali (dalle anagrafiche alle emissioni per camino) e a quelle diffuse (indicatori, proxy). Nel caso del traffico autoveicolare, del trasporto aereo, degli impianti di riscaldamento e della vegetazione, APEX si interfaccia a modelli fisico-matematici specifici per il calcolo delle relative emissioni: EMI.TR. per il traffico su strada, che implementano la metodologia COPERT III (si veda par. 2.2); FA.TE per il calcolo del fabbisogno termico negli edifici residenziali, commerciali e istituzionali (si veda par. 2.2); AIR AIR per gli aeromobili, che segue la metodologia di calcolo EPA indicata come metodologia dettagliata nella Guidebook. In AirAir sono state implementate 8 classi di aereo, che raggruppano 451 tipi di aeromobili (distinti per carlinga e motore). Il database interno al modello contiene informazioni sui consumi di combustibile e sui fattori di emissione orari dei singoli aeromobili (US Federal Aviation Administration). 22

18 AIR FOREST per le emissioni biogeniche, che utilizza la metodologia dettagliata (algoritmo di Gunther e Tingey), i fattori di emissione e di biomassa indicati dalla Guidebook. In uscita APEX è collegato a PREM, un modello che consente di creare gli scenari futuri delle emissioni per una data sorgente fino a 10 anni successivi all anno cui è riferito l inventario. La proiezione è effettuata sulla base di un fattore di crescita, descrivente tipicamente l evoluzione naturale dell attività dipendente da fattori socio-economici, e di un fattore di controllo della sorgente, legato a provvedimenti finalizzati al contenimento delle relative emissioni. Il sistema informativo APEX e i moduli AIR AIR, AIR FOREST e PREM sono stati sviluppati dalla società Techne s.r.l.. I modelli EMITR e FA.TE. sono stati sviluppati in ARPA Lombardia e aggiornati con la collaborazione della società Galileo Ambiente s.n.c.. 23