COPERT (Computer( Il modello viene usato per calcolare le emissioni di CO, NO x , CO 2 O, NH 3 , SO 2 , VOC, N 2 , CH 4 HM, NMVOC.

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1 Il modello COPERT

2 COPERT (Computer( Programme to calculate Emissions from Road Traffic) ) è un programma di calcolo delle emissioni da traffico realizzato dalla European Environment Agency - EEA nell ambito del programma CORINAIR. E un modello di tipo disaggregato, cioè consente di ottenere i valori delle emissioni per ogni categoria di veicoli. Il modello viene usato per calcolare le emissioni di CO, NO x, VOC, N 2 O, NH 3, SO 2, CO 2, CH 4, Pb,, PM, HM, NMVOC.

3 Le quantità di sostanze emesse in atmosfera dagli autoveicoli dipendono sia dalle emissioni dei veicoli (fattori di emissione), che dalla numerosità delle flotte (di veicoli a benzina, diesel, GPL, veicoli catalizzati e non,..) e dalle relative percorrenze. A ciascuna classe veicolare e per ogni inquinante il modello associa delle funzioni di stima delle emissioni e dei consumi dipendenti dalla velocità. Tali funzioni rappresentano delle curve medie di emissione e di consumo di carburante; ; esse vengono ricavate da misure di emissioni per diverse tipologie e marche di veicoli e si riferiscono a prove realizzate in vari paesi europei, su diverse varietà di cicli di guida.

4 In particolare la metodologia di calcolo del COPERT si basa sui seguenti parametri: parco auto circolante: numero di veicoli, anno di immatricolazione, cilindrata (per le autovetture) o peso (per i veicoli commerciali) condizione di guida: velocità media e km percorsi fattori di emissione tipo di combustibile condizioni climatiche: temperature max e min pendenza della strada carico trasportato nel caso dei veicoli commerciali

5 A parte i fattori di emissione,, presenti nel codice di calcolo del programma, gli altri dati vengono inseriti dall utente nel modello durante la creazione del database di input. L ACI fornisce i dati relativi al parco circolante suddividendo i veicoli in categorie di cilindrata/peso e data di immatricolazione. Le categorie considerate nel modello sono 21 e possono essere raggruppate in: autovetture (passenger( cars) veicoli commerciali leggeri (light( duty vehicles) veicoli commerciali pesanti (heavy( duty vehicles) ciclomotori (mopeds( mopeds) motocicli (motorcycles( motorcycles) )

6 La composizione del parco auto italiano nel 1997.

7 Riferimento principale per avere i valori delle percorrenze medie è il Ministero dei trasporti; altre possibili informazioni provengono dall ACI o da ricerche di mercato. Per le velocità medie non è possibile identificare una fonte specifica. Tali informazioni vengono ricavate da casi di studio o da articoli della stampa specializzata. I valori dei consumi annui di benzina, gasolio e GPL sono riportati sul Bilancio Energetico Nazionale redatto dal Ministero dell Industria.

8 Flow chart dell applicazione del COPERT.

9 I tipi di emissione COPERT considera le emissioni da veicoli su strada come la somma di tre tipologie di contributi: E = E hot + E cold + E vap E hot : emissioni a caldo, prodotte durante il funzionamento del motore alla temperatura di esercizio E cold : emissioni a freddo, prodotte nella fase di riscaldamento del motore E vap : emissioni evaporative costituite solo dai NMVOC

10 Poiché diverse situazioni di guida comportano differenti condizioni di funzionamento del motore (e quindi differenti tipologie di emissione), COPERT considera tre differenti condizioni di guida che avvengono su percorsi urbani, rurali e sulle autostrade. L equazione precedente può quindi essere riscritta nel seguente modo: E = E urban + E rural + E highway E urban, E rural, E highway sono le emissioni di inquinanti nelle rispettive situazioni di guida

11 A) Calcolo delle hot emissions La marcia prolungata è la condizione che si verifica una volta trascorso il tempo di riscaldamento del motore e del catalizzatore. Questo tipo di emissione dipende da vari fattori, tra cui: - la distanza percorsa dal veicolo - la velocità (legata al tipo di strada) - l età del veicolo - il tipo di motore - il peso

12 COPERT calcola queste emissioni in base alla media annua dei km percorsi e alla velocità media del veicolo, da cui dipende il fattore di emissione. L equazione su cui si basa il calcolo è: E hot = n j * m j,k * e hot hot;i,j,k n j (veicoli): numero di veicoli della classe j-esimaj m j,k (km/veicolo): distanza media percorsa da ogni veicolo di categoria j su strada di classe k e hot;i,j,k ;i,j,k (g/km): fattore di emissione per l inquinante i, rilevato per la categoria di veicoli j, sulla strada di classe k. N.B. I valori di e sono riportati in letteratura.

13 B) Calcolo delle cold emissions Questa condizione si verifica quando il motore è stato spento a lungo; le emissioni di CH e CO sono più elevate poiché il catalizzatore deve raggiungere la temperatura operativa. Inoltre a freddo la benzina non si mischia con l aria in maniera adeguata. Segue che del carburante incombusto viene emesso in alte concentrazioni.

14 L equazione di base usata per il calcolo è: E cold = β i,j * n j * m j * e hot;i,j * (e( cold cold:i,j /e hot;i,j ;i,j 1) β j : frazione di km percorsi con il motore o il catalizzatore freddo n j : numero di veicoli della classe j-esimaj m j : totale km annui percorsi dal veicolo j e cold:i,j /e hot;i,j : rapporto tra le emissioni a caldo e quelle a freddo per l inquinante i, rilevato per la categoria di veicoli j

15 C) Calcolo delle evaporative emissions Ci sono 3 fonti principali di emissioni evaporative: diurnal emissions: vapori emessi durante la giornata e persi attraverso il tappo del serbatoio in seguito al riscaldamento del carburante hot soak emissions: vapori emessi dopo un arresto a caldo; quando un motore caldo viene spento, il carburante nel carburatore e negli iniettori può evaporare running emissions: : vapori emessi durante la marcia che si generano dal serbatoio durante la marcia

16 La formula relativa al calcolo delle emissioni è la seguente: E vap = 365 * n j * (e d + S c + S fi ) + R n j : numero di veicoli della classe j-esimaj e d : fattore di emissione delle perdite diurne S c : fattore di emissione a caldo e a freddo per i veicoli a benzina dotati di carburatore S fi : fattore di emissione a caldo e a freddo per i veicoli a benzina dotati d iniezione elettronica R: : perdite durante il moto

17 Emission corrections Le correzioni tengono conto degli effetti sugli scarichi dei seguenti parametri: età del veicolo: : i fattori di emissione sono associati ad un certo fattore di degradazione in funzione della vita media dei veicoli; se l etl età del veicolo aumenta, occorre applicare un ulteriore fattore di degrado manutenzioni e ispezioni intensificate: : il modello ne tiene conto correggendo il fattore di degradazione

18 migliori combustibili: : l effetto l sulle emissioni è simulato per mezzo di un fattore di correzione funzione del tipo di combustibile e del tipo di veicolo effetto della pendenza della strada sui veicoli pesanti: : le correzioni sono funzione della massa veicolare, del gradiente stradale, del tipo di inquinante e della velocità media carico dei veicoli pesanti: : l influenza l del carico sull emissione viene simulata considerando un carico aggiuntivo del 50%

19 Creazione del database del COPERT III Il cuore del modello è costituito da 2 file: Snap07.mdb e Snap08.mdb.. Il primo calcola le emissioni provenienti dal trasporto su strada, il secondo quelle provenienti da altre fonti. Dopo aver selezionato il primo file, si crea il file per la simulazione e appare il menu:

20 I) Country menu La prima cosa da fare è scegliere la nazione europea della quale si deve eseguire l analisi delle emissioni; infatti il modello contiene (per ogni paese) un database standard di equazioni che vengono utilizzate nelle elaborazioni.

21 Si seleziona (Select( Select) quindi un paese dalla lista:

22 Selezionando Fuel appare una finestra in cui l utente deve inserire i dati per il consumo di carburante (forniti da appositi organismi sulla base di elaborazioni statistiche) e le sue caratteristiche (sono proposti alcuni valori, ma possono essere cambiati). Vengono contemplati 4 tipi di carburante: benzina con piombo, benzina senza piombo, gasolio, LPG (light petroleum gas). L utente deve inoltre rispondere a 2 domande. Poiché dal 2000 la benzina deve per legge essere senza piombo, alla prima domanda si risponde yes e di default la risposta alla seconda è no.

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24 Cliccando su Temperatures appare una finestra in cui l utente ha la possibilità di inserire le temperature massime e minime per ogni mese.

25 Selezionando Reid Vapour Pressure, appare una finestra; l utente può inserire dei valori per la volatilità del carburante, oppure utilizzare quelli forniti dal modello.

26 L opzione Cold Start Parameters permette all utente di inserire un valore per la distanza media percorsa in un giorno (ltrip( ltrip), necessaria per il calcolo del coefficiente β. Il modello fornisce in alternativa dei valori di default.

27 Questa sezione consente l inserimento dei valori relativi all efficienza del dispositivo che permette la cattura dei vapori che altrimenti verrebbero persi attraverso il tappo del serbatoio.

28 II) Activity data menu In questa fase si inseriscono i dati sull attività della flotta circolante.

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30 Selezionando Fleet Info,, l utente inserisce, per ogni categoria (autovetture, veicoli commerciali leggeri, veicoli commerciali pesanti, ciclomotori, motocicli) e sottocategoria (funzione della legislazione di riferimento) di veicoli i dati relativi alla numerosità della flotta circolante, ai chilometri percorsi in 1 anno, alla percentuale di veicoli dotati di iniezione e alla percentuale di quelli dotati di dispositivo di controllo delle emissioni evaporative.

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32 Cliccando su Circulation Info compare una finestra in cui l utente deve inserire per ogni categoria (autovetture, veicoli commerciali leggeri, veicoli commerciali pesanti, ciclomotori, motocicli) e sottocategoria di veicoli la velocità media e la percentuale di distanza percorsa in funzione del tipo di percorso (urbano, rurale, autostradale).

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34 Questa sezione consente l inserimento dei dati relativi alla distribuzione delle emissioni evaporative per differenti tipologie di percorso.

35 Il comando Check permette di verificare che: la somma delle percentuali di distanza percorsa da ogni categoria di veicoli in funzione del tipo di percorso (Driving( Share) ) sia pari al 100% la somma delle percentuali delle emissioni evaporative per differenti tipologie di percorso (Evaporation Share) ) sia pari al 100% Il comando Reports consente di visualizzare i dati immessi in forma riassuntiva. In questo modo è possibile stamparli e verificarne la correttezza.

36 III) Emission factors menu In questa sezione vengono riportati i valori dei fattori di emissione (hot,( cold, evaporative emissions).

37 Cliccando su Hot Stabilised compare una finestra in cui vengono visualizzati - per ogni inquinante e per ogni categoria di veicoli - i valori dei fattori di emissione in tre differenti colonne relative alle tre tipologie di percorso (urbano, rurale, autostradale). Tali fattori di emissione corrispondono alle emissioni veicolari quando il motore ha raggiunto la temperatura operativa. L utente può inserire dei fattori di emissione - non usando in questo modo quelli proposti dal software - tramite il comando Keep. Nella lista degli inquinanti è incluso anche il consumo di carburante (FC).

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39 Selezionando Cold Excess invece vengono visualizzati i fattori di emissione relativi al periodo in cui il motore non ha ancora raggiunto la temperatura operativa perché è stato spento a lungo. Tali fattori dipendono dalla temperatura ambientale, e questo è il motivo per cui in cima allo schermo compare una lista di mesi, in aggiunta alla lista degli inquinanti e a quella relativa alle differenti tipologie veicolari. Il comando Keep ha la stassa funzione del caso precedente.

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41 Utilizzando infine il comando Evaporation si hanno 2 possibilità di visualizzare le emissioni evaporative: tramite la metodologia standard Corinair,, che considera 6 possibili tipologie di perdite tramite un approccio alternativo, che non fa distinzione tra hot e warm soak losses, tra hot e warm running losses e che non tiene conto delle perdite dal carburatore, considerando così solo 3 tipologie di perdite In entrambi i casi i fattori di emissione sono relativi solo ai veicoli a benzina. I risultati sono suddivisi in 2 colonne, una relativa ai veicoli dotati del sistema di controllo delle evaporazioni (Controlled)) e l altra relativa a quelli non forniti di tale sistema (Uncontrolled( Uncontrolled). Il comando Keep ha la stessa funzione di prima.

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44 IV) Results menu In questa fase vengono riportati i risultati della simulazione.

45 Nella finestra Hot stabilised vengono riportati i valori delle hot emissions in relazione al tipo di inquinante (che l utente seleziona dalla lista in cima allo schermo), di percorso e di veicolo. I risultati sono espressi in tonnellate per gli inquinanti gassosi e in kg per i metalli pesanti. Il tasto Recalculate permette di ricalcolare i valori delle emissioni quando vengono introdotti dei cambiamenti per esempio nella sezione Fleet Info.

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47 Cliccando invece su Cold excess compaiono i valori relativi alle cold emissions.. La schermata è simile alla precedente, ma in questo caso non viene riportata la colonna relativa al percorso autostradale poiché si suppone che quando un veicolo arriva in autostrada, il motore ha già raggiunto la temperatura operativa. Il tasto Results ha sempre la funzione di aggiornare i risultati.

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49 Questa finestra presenta i risultati relativi alle emissioni evaporative,, in funzione del tipo di percorso e di veicolo. Nella parte alta dello schermo compaiono dei tasti tramite i quali è possibile visualizzare le perdite dovute ai diversi tipi di sorgente: perdite totali, vapori emessi durante la giornata, perdite dal carburatore, perdite all atto del rifornimento, vapori emessi durante la marcia.

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51 In questa schermata sono riportate, per ogni inquinante (la lista è riportata in cima allo schermo) le emissioni totali, date dalla somma di quelle a caldo, a freddo ed evaporative.. I tasti riportati in fondo allo schermo (Emission( Source Oriented e Driving Mode Oriented) ) sono usati per visualizzare in maniera riassuntiva i dati relativi al tipo di percorso (urbano, rurale, autostradale) o al tipo di emissione (a caldo, a freddo, evaporativa) rispettivamente.

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53 Questa finestra costituisce un punto di controllo per paragonare il consumo di carburante fornito come dato di input e calcolato sulla base di elaborazioni statistiche e quello calcolato dal modello. La deviazione non dovrebbe essere maggiore di pochi punti percentuali.

54 Questa schermata fornisce un riassunto delle emissioni degli NMVOC considerati dal modello. Emissioni di idrocarburi aromatici e a catena aperta, suddivise in emissioni a caldo, a freddo, evaporative e totali. Emissioni totali di di idrocarburi poliaromatici,, diossine e furani.

55 Il tasto Run Details permette di visualizzare un riassunto globale della simulazione in corso, riportando alcune caratteristiche base come il nome, la data, il paese selezionato. Sono mostrati per esempio i parametri per i quali sono stati usati valori inseriti dall utente anziché quelli proposti di default dal modello e quali ipotesi sono state fatte per il carburante (in questo caso unleaded).

56 IV) Advanced Il modello dà la possibilità di raffinare i risultati tramite una serie di opzioni.

57 La riduzione percentuale dei fattori di emissione a caldo per i veicoli prodotti con tecnologie successive alla EURO I è funzione del tipo di percorso e dell inquinante considerato. Tale riduzione è tanto più spinta quanto più cresce la classe EURO; quindi per la classe EURO I non ci sarà alcuna riduzione, mentre per la classe EURO V la riduzione è del 100%.

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59 Questa opzione è usata per raccogliere le distanze cumulative (cioè accumulate dal momento di immissione sul mercato di quel tipo di veicolo) percorse dalle diverse flotte di veicoli, distinte per tecnologia. Tali valori sono usati per fornire un fattore di degradazione delle emissioni dipendente dall età del veicolo. I tasti With IM Effect e With No IM Effect possono o meno prendere in considerazione la presenza di un programma di ispezione e manutenzione per la riduzione delle emissioni.

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61 L effetto del carico sulle emissioni si applica solo alla categoria dei veicoli commerciali pesanti (HDV) e dipende dalla tecnologia veicolare e dalla tipologia di percorso. Il modello dà un valore di default del 50%; per applicare un valore percentuale differente è necessario cliccare sul tasto Yes dopo che è stata fatta la correzione. Il range percentuale va da 0 (veicolo vuoto) a 100 (veicolo completamente carico).

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63 L effetto della pendenza della strada sulle emissioni si applica anche in questo caso solo ai veicoli commerciali pesanti (HDV) e dipende dalla tecnologia veicolare e dalla tipologia di percorso. Ci sono 5 classi di pendenza relative a determinati range di velocità; i valori di pendenza estremi sono -6% (guida in salita) e +6% (guida in discesa).

64 Questa finestra fornisce informazioni su quali veicoli hanno cambiato il tipo di alimentazione di origine, passando dalla benzina con piombo a quella verde. Poiché nella sezione relativa alle informazioni sui Fuel Data si era imposto che i veicoli dovessero essere alimentati esclusivamente con benzina senza piombo, nella seconda colonna (New( Fuel Type) ) il valore è sempre unleaded.

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66 Sulla base dei valori immessi dall utente nelle sezioni Mileage Degradation, Load Effect, Slope Effect,, vengono calcolati dei coefficienti di correzione che vengono riportati nelle sezioni Load Correction, Slope Correction, Mileage Degradation IM, Mileage Degradation No IM.. Tali fattori variano in funzione del tipo di inquinante e di percorso.

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70 IV) Add Questa opzione può essere usata quando è necessario introdurre delle nuove categorie di veicoli, oltre a quelle offerte dal modello.

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