Microclima, indicatori di vivibilità e sostenibilità ambientale. Lunedì 16 marzo 2015, Firenze

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1 Microclima, indicatori di vivibilità e sostenibilità ambientale Lunedì 16 marzo 2015, Firenze

2 IL DIPARTIMENTO DIpartimento di Scienze delle Produzioni Agroalimentari e dell'ambiente (DISPAA) Dipartimento di produzioni vegetali, del suolo e dell ambiente agro-forestale Dipartimento di biotecnologie agrarie Agronomia Agrometeorologia Fisiologia, propagazione e caratterizzazione delle specie arboree e arbustive Svolge attività relative a Microbiologia del suolo Biologia Biodiversità e conservazione delle specie Pratiche agronomiche e forestali E molte altre

3 IL DIPARTIMENTO: attività scientifiche a servizio del progetto Biometeorologia Sostenibilità ambientale nella gestione del verde COLLABORAZIONE CON l ISTITUTO DI BIOMETEOROLOGIA CNR -IBIMET- Studio delle relazioni esistenti fra condizioni meteorologiche e stato di salute della popolazione Urban forestry e greening Studio dei principali agenti inquinanti presenti in atmosfera. COME UN INTERVENTO PROGETTUALE PUÒ INFLUIRE, DA UNA PARTE SULLE CONDIZIONI DI BENESSERE/DISAGIO DELLA POPOLAZIONE E, DALL ALTRA, SULL ABBATTIMENTO DI INQUINANTI E SULLA FISSAZIONE DEL CARBONIO.

4 COMFORT TERMICO: isola di calore Copertura del suolo Alcune delle peculiarità che caratterizzano l ambiente urbano sono: Presenza degli edifici e altre infrastrutture Superfici impermeabili: minore quantità di acqua trattenuta rispetto agli ambienti rurali circostanti (15,5% versus 36,6% in media) Temperature medie più alte (Oke, 1978) Umidità minore e vento meno intenso (Landsberg, 1981). Cambiamento climatico Gli eventi estremi possono avere le conseguenze peggiori sull ambiente urbano e sulla popolazione che vi risiede ONDATE DI CALORE

5 COMFORT TERMICO: isola di calore L esposizione ad alte temperature può causare: Colpo di calore Disidratazione SITUAZIONI CLINICHE COMPLESSE CHE POSSONO AVERE GRAVI CONSEGUENZE Persone più fragili e gruppi di popolazione a rischio (anziani fragili, malati cronici, neonati e bambini piccoli, senza fissa dimora).

6 COMFORT TERMICO: fasi attuate Scelta degli indici biometeorologici attraverso un accurato studio della letteratura scientifica relativa. Applicazione di INDICI BIOMETEOROLOGICI per la valutazione delle condizioni di benessere/disagio in conseguenza all andamento meteorologico. I casi di studio effettuati durante il periodo estivo del 2013 e del 1014 Raccolta di dati necessari allo sviluppo degli algoritmi necessari per le simulazioni e la realizzazione dei vari sottosistemi necessari all analisi dei vari indicatori prescelti. I modelli sono stati implementati e calibrati in base ai dati raccolti, successivamente testati per la validazione. Attraverso il software SMARTURBAN l utente potrà avere l opportunità sviluppare un servizio di progettazione che consentirà di effettuare le proprie scelte, non solo su base estetico-funzionale, ma anche e soprattutto in funzione di una consapevole conoscenza dei miglioramenti introdotti sull ambiente.

7 COMFORT TERMICO La percezione dell ambiente termico dipende dalla combinazione di molti parametri: temperatura, vento, umidità, radiazione, ecc. QUALI INDICI APPLICA SMARTURBAN? Apparent Temperature Index -ATI- Universal Thermal Climate Index -UTCI- Temperatura dell aria, Umidità relativa, Radiazione, Velocità del vento Temperatura dell aria, Temperatura media radiante, Umidità relativa, Radiazione, Velocità del vento Bilancio energetico

8 COMFOR TERMICO: ATI L equazione che viene utilizzata dal modello è la seguente (Steadman, 1979, 1994) ATI sun= T+{3.48*[(RH%/1000)*(6.105*EXP(T*17.27/(237.7+T)))]}- (0.7*V*1.4)+{0.7*[0.395*( *SUN_EL)*RAD]+0.4+(0.1*0.5)- 150*( *{6.105*[EXP(17.27*T/(237.7+T))] *(RH/100)} 0.5 )}/(V*1.4+10)-4.25 ATI shade= T+{0.33*{6.105*[EXP(17.27*T/(237.7+T))] *(RH/100)} }-(0.7*V*1.4)-4 DOVE T= temperatura dell aria ( C), RH= Umidità relativa (%), V= velocità del vento, SUN_EL= sun elevation, RAD= radiazione globale L ALGORITMO RESTITUISCE UN VALORE DI TEMPERATURA ESPRESSO IN C

9 COMFOR TERMICO: UTCI RAPPRESENTA LO STATO DELL ARTE DEGLI INDICI RAZIONALI PER LA VALUTAZIONE DELLE CONDIZIONI DI BENESSERE/DISAGIO TERMICO IN AMBIENTE OUTDOOR CONSIDERANDO CONDIZIONI AMBIENTALI COMPLESSE E DINAMICHE (Jendritzky et al., 2012; Havenith et al., 2012; Fiala et al., 2012). I vantaggi dell UTCI risiedono quindi nella valutazione delle reazioni termoregolatorie del sistema nervoso centrale nei vari segmenti corporei, nella sua applicabilità possibile in tutte le stagioni e in tutte le condizioni climatiche. L applicazione dell indice si basa su complessi algoritmi che prendono in considerazione i seguenti parametri: Temperatura dell aria ( C), Pressione di vapore (hpa), Velocità del vento misurata a 10 m (m s-1) Temperatura media radiante ( C) Stima il contributo del calore emesso dalle superfici circostanti sulla t_percepita Tg= temperatura del globo ( C) Va= velocità del vento (m/s) Ta= temperatura dell aria ( C) D= diametro del globo (mm) Ɛ= emissività del globo

10 COMFORT TERMICO: script UTCI L ALGORITMO RESTITUISCE UN VALORE DI TEMPERATURA ESPRESSO IN C Parte dello script per il calcolo dell indice viene illustrato qui di seguito a titolo di esempio utci = ta+ ( E-01 ) + ( E-02 ) * ta + ( E-04 ) * ta*ta + ( E-04 ) * ta*ta*ta + ( E-06 ) * ta*ta*ta*ta + ( E-08 ) * ta*ta*ta*ta*ta + ( E-09 ) * ta*ta*ta*ta*ta*ta + ( E+00 ) * va + ( E-02 ) * ta*va + ( E-03 ) * ta*ta*va + ( E-05 ) * ta*ta*ta*va + ( E-07 ) * ta*ta*ta*ta*va + ( E-09 ) * ta*ta*ta*ta*ta*va + ( E-01 ) * va*va + ( E-03 ) * ta*va*va + ( E-05 ) * ta*ta*va*va + ( E-06 ) * ta*ta*ta*va*va + ( E-08 ) * ta*ta*ta*ta*va*va + ( E-01 ) * va*va*va + ( E-05 ) * ta*va*va*va + ( E-07 ) * ta*ta*va*va*va + ( E-08 ) * ta*ta*ta*va*va*va + ( E-02 ) * va*va*va*va + ( E-06 ) * ta*va*va*va*va + ( E-10 ) * ta*ta*va*dtm*dtm*dtm + ( E-08 ) * va*va*dtm*dtm*dtm + ( E-10 ) * ta*va*va*dtm*dtm*dtm + ( E-10 ) * va*va*va*dtm*dtm*dtm + ( E-09 ) * dtm*dtm*dtm*dtm + ( E-10 ) * ta*dtm*dtm*dtm*dtm + ( E-12 ) * ta*ta*dtm*dtm*dtm*dtm + ( E-09 ) * va*dtm*dtm*dtm*dtm + ( E-11 ) * ta*va*dtm*dtm*dtm*dtm + ( E-10 ) * va*va*dtm*dtm*dtm*dtm + ( E-10 ) * dtm*dtm*dtm*dtm*dtm + ( E-13 ) * ta*dtm*dtm*dtm*dtm*dtm + ( E-12 ) * va*dtm*dtm*dtm*dtm*dtm + ( E-12 ) * dtm*dtm*dtm*dtm*dtm*dtm + ( E+00 ) * pa + ( E-01 ) * ta*pa + ( E-02 ) * ta*ta*pa + ( E-04 ) * ta*ta*ta*pa + ( E-06 ) * ta*ta*ta*ta*pa + ( E-07 ) * ta*ta*ta*ta*ta*pa..

11 COMFORT TERMICO: Bilancio energetico Calcolo del bilancio energetico Il bilancio di energia di un qualsiasi punto considerato potrà essere espresso come: Hs= Rn - Hl - G Hs= flusso di calore sensibile verso l atmosfera Rn= radiazione netta Hl= flusso di calore latente (evaporazione + traspirazione ) G= flusso di calore in entrata o in uscita dal terreno LA VALUTAZIONE DEL COMFORT IN AMBIENTE URBANO VIENE EFFETTUATA CONFRONTANDO IL FLUSSO DI CALORE SENSIBILE (HS) EMESSO DALLE DIVERSE TIPOLOGIE DI SUPERFICIE. IN USCITA IL SOFTWARE RENDE UN VALORE ESPRESSO IN kw/mq CHE RAPPRESENTA LA QUANTITÀ DI ENERGIA CHE UNA SUPERFICIE EMETTE O ASSORBE. Δ BIL= BIL Iniziale BIL Finale CALORE SENSIBILE Energia termica che produce una variazione di temperatura nella sostanza interessata (aria) SE Δ BIL <0 = la progettazione prevede dei benefici (le superfici assorbono energia sottraendo calore all ambiente circostante) SE Δ BIL >0 = la progettazione prevede degli svantaggi (le superfici emettono energia andando a riscaldare l ambiente circostante)

12 INQUINANTI Il traffico stradale produce materiale particolato fino a 70 volte rispetto all'atmosfera pulita Le piante come FILTRO dell ARIA LE PIANTE LIMITANO LA DIFFUSIONE DEGLI INQUINANTI NELL'AMBIENTE Gli alberi intercettano il particolato e assorbono alcuni dei principali inquinanti gassosi (NO x, CO, SO 2, O 3 ) sia per deposizione sulle superfici vegetali (foglie e corteccia), sia per assorbimento attraverso gli stomi Oltre che rappresentare una barriera fisica che limita la dispersione di particolato e della frazione gassosa degli inquinanti

13 INQUINANTI IL SOFTWARE SMARTURBAN STIMA L EFFETTO DELL INTERVENTO PROGETTUALE SULLA CONCENTRAZIONE DI INQUINANTI La quantità di inquinanti rimossi viene stimata mediante DRY DEPOSITION MODEL (Scott, 1998) SO 2, NO 2, O 3 e PM 10 EQUAZIONI UTILIZZATE DAL SOFTWARE Il modello richiede stime orarie della PAR, della temperatura dell aria, della concentrazione di CO 2, dell umidità assoluta e del vento Deposizione secca = V deposizione * Concentrazione V deposizione f(resistenza aerodinamica, strato limite, chioma)

14 CO 2 Le foglie assimilano la CO 2 mediante la fotosintesi....e la stoccano per lungo periodo nel legno Carbonio STOCCATO: carbonio accumulato dalla nascita della pianta t 0 fino al tempo t 1 Carbonio ASSIMILATO: carbonio accumulato dalla pianta in un dato periodo di tempo

15 Stoccaggio di CO 2 : come stimarlo? Modelli Process-based Empirici Ibridi Modellizzano lo stoccaggio in base a processi fisiologici (es. fotosintesi) Modellizzano lo stoccaggio in base a un ampio set di dati biometrici (es. curve di crescita) Rappresentano un compromesso tra dettaglio e praticabilità, e possono essere considerati l evoluzione a uso pratico dei modelli process based

16 Biomassa epigea Diametro B tot = e (a+b)*ln(diametro) CO 2 stoccata nella pianta Il software effettua il calcolo dello stoccaggio e dell assimilazione e del carbonio atmosferico con MODELLI EMPIRICI STOCCATO Root/shoot ASSIMILATO (all ANNO) STD ΔØ = ΔØ * (n. giorni senza gelo in stagione vegetativa/190) Incremento di diametro annuale standardizzato Btot = B aerea + 0,26 * B Incremento di aerea diametro annuale B tot = e (a+b)*ln(diametro) Biomassa totale STD ΔØ esposizione = STD ΔØ / CLE B legno = (Btot e (a+b)*ln(diametro) ) Decidue Biomassa fusto e radici C stoccato = 0,5* (B legno) C stoccato = 0,5* (Btot) Carbonio stoccato Incremento di diametro annuale standardizzato corretto per esposizione e salute della pianta STD ΔØ esposizione+salute = STD ΔØ * H C assimilato = C stoccato (t2) C stoccato (t1) Incremento di diametro annuale standardizzato corretto per esposizione

17 Carbonio stoccato e assimilato DATI DA IMMETTERE: specie vegetale, diametro, esposizione, stato di salute, lati liberi della chioma (in filare oppure singoli) Ai fini della quantificazione del sequestro di CO 2, le specie vegetali sono state raggruppate in categorie omogenee per dimensione a maturità, tasso di crescita e caducità delle foglie. 4 steps temporali: dopo 10 anni, dopo 35 anni, dopo 75 anni, dopo 100 anni dall impianto

18 CONCLUSIONI Ricapitolando, il software SMARTURBAN è in grado di calcolare, per ogni progetto: 3 indici comfort termico Quantità di inquinanti abbattuti Quantità di CO 2 stoccata e assimilata

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