Confronto tra i fattori di emissione COPERT Artemis Progress da

XV Incontro EXPERT PANEL
EMISSIONI DA TRASPORTO STRADALE
ENEA – Roma, 29 aprile 2010
Confronto tra i fattori di emissione utilizzati in
Copert, Artemis e Progress e delle relative stime
di emissioni da flotte circolanti in area urbana
G. Zamboni, C. Carraro, S. Malfettani, M. Capobianco
Internal Combustion Engines Group (ICEG)
Dipartimento di Macchine Sistemi Energetici e Trasporti (DIMSET)
Università di Genova
1
Attività svolte nel periodo 2008 – 2010 (1/2)
Indagini sviluppate nell’ambito di collaborazioni con INRETS ed Istituto Motori del
CNR di Napoli e di una convenzione con l’Area Ambiente dell’Amministrazione
Provinciale di Genova
•
Acquisizioni della velocità istantanea di auto e moto, equipaggiate con
strumento GPS su 4 differenti percorsi urbani (suddivisi in 21 tratti sulla base
della localizzazione e della tipologia delle strade) in 4 diverse fasce orarie
•
Elaborazione ed analisi dei risultati in termini di valori medi di diversi
parametri cinematici e dinamici (velocità media, sosta al minimo, coeff. di
accelerazione positiva, ecc.) (XIII Incontro EP, Roma, 2007)
Il database sperimentale così definito consente molteplici applicazioni:
•
Confronto del comportamento di auto e moto in ambito urbano (XIII Incontro
EP, Roma, 2007)
•
Valutazione di diverse metodologie per la classificazione delle strade
•
Validazione dei dati di velocità media calcolati da simulatori di traffico
G. Zamboni, C. Carraro, S. Malfettani, M. Capobianco – XV incontro EP, Roma, 29 aprile 2010
2
Attività svolte nel periodo 2008 – 2010 (2/2)
•
Calcolo dei fattori di emissione a caldo di CO, HC, NOx, PM e CO2 per auto e
moto sui tratti selezionati, considerando funzioni e approcci implementati in
Copert, Artemis e Progress (velocità media, traffic situations) o definendo
nuove procedure (traffic situations modificato) (XIV Incontro EP, Venezia, 2008)
•
Valutazione sperimentale del comportamento emissivo di moto Euro 3 e
ciclomotori Euro 2 presso il Laboratorio Emissioni dell’IM - CNR, considerando
cicli di omologazione, cicli reali e profili di velocità misurati nell’attività svolta
a Genova (XIII Incontro EP, Roma, 2007)
La collaborazione con INRETS riguarda invece il calcolo delle emissioni totali
dovute a 8 categorie di veicoli stradali nell’area urbana genovese per il periodo
2000 – 2007 utilizzando il modello Artemis, con i metodi basati sulla velocità
media e sulle traffic situations
Per consentire una migliore validazione delle emissioni stimate, i calcoli sono stati
eseguiti anche Copert 4, a parità di area urbana, anni, flotta e percorrenze
Dal 1 gennaio 2010 è infine attiva una borsa di Dottorato di Ricerca finanziata da
Regione Liguria/Fondo Sociale Europeo, nel cui ambito si svolgono attualmente
indagini sui veicoli commerciali pesanti (dati di base e fattori di emissione)
G. Zamboni, C. Carraro, S. Malfettani, M. Capobianco – XV incontro EP, Roma, 29 aprile 2010
3
Classificazione delle strade
•
Nella documentazione relativa al progetto Artemis si fa riferimento a diverse
classificazioni per le strade. Limitandosi all’ambito urbano e a limiti di velocità
≤ 60 km/h:
Fattori di emissione per
auto (deliverable 3)
Fattori di emissione per
moto (deliverable 5)
Modello
Primary
Primary
Primary
Collector
Distributor
Local distributor
Secondary
Local
Local access
Residential streets
Residential
Districts
district
distributor,
inter
•
Nel caso si interfacci il modello con un simulatore di traffico (approccio
indispensabile nel caso della metodologia di calcolo basata sulle traffic
situations), occorre ovviamente definire preliminarmente la corrispondenza
tra la classificazione delle strade utilizzata nel simulatore e quella del modello
•
Dal punto di vista del comportamento cinematico ed emissivo dei veicoli, la
suddetta classificazione non è forse pienamente soddisfacente
G. Zamboni, C. Carraro, S. Malfettani, M. Capobianco – XV incontro EP, Roma, 29 aprile 2010
4
Classificazione delle strade
Coeff. di accelerazione positiva [m/s2]
0,400
Auto
0,300
0,200
0,100
10
Centrali
15
20
25
30
35
40
Velocità media [km/h]
Semiperiferiche
G. Zamboni, C. Carraro, S. Malfettani, M. Capobianco – XV incontro EP, Roma, 29 aprile 2010
45
50
55
60
Scorrimento veloce
5
Valutazione dei fattori di emissione a caldo
La valutazione dei fattori di emissione di CO, HC, NOx, PM e CO2 per auto e
moto viene effettuata secondo diversi approcci
•
velocità media: vengono confrontate le funzioni implementate nei tre
modelli (Copert, Artemis e Progress), considerando i valori di velocità
rilevati sui tratti considerati e quelli tipicamente applicati per il calcolo
degli inventari (25 e 34 km/h). Nel primo caso sono poi stati valutati i
valori medi per le tre classi di strade presentate nella slide precedente
•
“traffic situations/reference test patterns”: la procedura, utilizzata nel
modello Artemis, prevede la già citata classificazione delle strade e la
definizione dei livelli di traffico sulla base dei valori di velocità. Alle
situazioni di traffico vengono poi associati i fattori di emissione, pesando
con opportuni coefficienti i valori corrispondenti ai reference test patterns
(Urban dense; Congested urban, low speeds; ecc.). Vengono utilizzati sia
i coefficienti proposti nel modello, sia coefficienti modificati
opportunamente sulla base dei dati sperimentali, considerando diversi
parametri cinematici (velocità media, sosta al minimo, coeff. di
accelerazione positiva, velocità in marcia, numero di fermate al km)
G. Zamboni, C. Carraro, S. Malfettani, M. Capobianco – XV incontro EP, Roma, 29 aprile 2010
6
Fattori a caldo di NOx – auto a benzina
Fattori più elevati per velocità minori
125
Fattori di emissione di NO x normalizzati [%]
Fattori normalizzati considerando
come valore di riferimento il dato
calcolato ponendo v media = 25 km/h
nella funzione di Copert 4
corrispondente alla classe normativa
in esame
Euro 3
100
75
50
25
0
Artemis v media
I valori utilizzati in Artemis e Progress
sono generalmente più elevati per la
classe Euro 3
Scorrimento veloce
Semiperiferiche
Progress
v media = 25 Km/h
120
Fattori di emissione di NO x normalizzati [%]
Necessità di una migliore
caratterizzazione delle classi
normative attuali:
Euro 4  pochi dati, coefficienti di
correlazione delle funzioni
generalmente non elevati
Euro 5  fattori ottenuti tramite
coefficienti riduttivi a partire dalla fase
Euro 4
Centrali
Copert 4
Euro 4
100
80
60
40
20
0
Artemis v media
Centrali
Scorrimento veloce
G. Zamboni, C. Carraro, S. Malfettani, M. Capobianco – XV incontro EP, Roma, 29 aprile 2010
Copert 4
Semiperiferiche
Progress
v media = 25 Km/h
7
Emissioni nell’area urbana di Genova
•
Utilizzando i tre modelli, sono state calcolate le emissioni di CO, HC, NOx,
NO2, PM e CO2 nell’area urbana genovese per gli anni dal 2000 al 2007,
considerando 8 categorie di veicoli (auto e veicoli commerciali leggeri a
benzina e Diesel, autobus e veicoli commerciali pesanti, motocicli e
ciclomotori)
•
I dati di input (numero di veicoli per le diverse categorie, percorrenze,
velocità media, distribuzione delle temperature ambiente, ecc.) sono
uguali nei tre casi
•
Viene anche applicata la procedura “traffic situations/reference test
patterns” del modello Artemis, utilizzando i dati di un simulatore per la
valutazione della distribuzione dei livelli di traffico riferita all’area urbana
in esame. La procedura è attualmente implementata per tre categorie di
veicoli (auto a benzina e Diesel, motocicli)
G. Zamboni, C. Carraro, S. Malfettani, M. Capobianco – XV incontro EP, Roma, 29 aprile 2010
8
Emissioni di NOx nell’area urbana di Genova
3000
Gli andamenti percentuali, ricavati
considerando le emissioni
dell’anno 2000 come valore di
riferimento per ciascun modello,
sono simili (risultato valido anche
per le altre specie inquinanti).
Applicazioni quali la valutazione
dei benefici correlati all’evoluzione
della normativa sulle emissioni allo
scarico possono quindi essere
sviluppate con buona accuratezza
Copert
Artemis
Progress
Emissione di NOx [106 g]
2600
2200
1800
1400
1000
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2005
2006
2007
100%
90%
Emissione di NOx
I valori assoluti mostrano
differenze significative tra i diversi
modelli (considerazione valida
anche per le altre specie
inquinanti). Questo è rilevante in
applicazioni quali il confronto con
le emissioni di altri settori
80%
Copert
Artemis
Progress
70%
60%
2000
2001
2002
2003
G. Zamboni, C. Carraro, S. Malfettani, M. Capobianco – XV incontro EP, Roma, 29 aprile 2010
2004
9
Emissioni di NOx nell’area urbana di Genova
1000
300
Auto a benzina
Auto Diesel
250
800
Emissione di NOx [106 g]
Emissione di NOx [106 g]
Analizzando nel dettaglio i
contributi delle singole
categorie, si possono
evidenziare analogie (auto a
benzina, in diminuzione, auto
Diesel, in aumento) o differenze
(moto a 4 o 2 tempi) importanti
600
200
150
400
100
Copert
200
2000
2001
2002
Artemis
2003
2004
Copert
Progress
2005
2006
50
2000
2007
100
2001
2002
Artemis
2003
2004
Progress
2005
2006
2007
40
Moto a 2 tempi
80
Moto a 4 tempi
60
Emissione di NOx [106 g]
32
Emissione di NOx [106 g]
Il contributo in valore assoluto è
più o meno rilevante (quello
delle moto a 2 tempi è
trascurabile rispetto a quello
delle auto Diesel, a maggior
ragione considerando l’attuale
diffusione e la relativa
tendenza), ma occorre tenere
presente la capacità di un
modello di fornire dati affidabili
per l’adozione di provvedimenti
o studi su scenari futuri, in
questo caso considerando anche
il legame NOx/NO2
24
16
40
8
Copert
Artemis
Progress
Copert
20
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
G. Zamboni, C. Carraro, S. Malfettani, M. Capobianco – XV incontro EP, Roma, 29 aprile 2010
0
2000
2001
2002
Artemis
2003
2004
Progress
2005
2006
2007
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Grazie per l’attenzione!
Per ulteriori informazioni e contatti
ed il download di articoli e presentazioni:
www.iceg.unige.it
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