VALUTAZIONE DEL PARCO CIRCOLANTE, DELLE PERCORRENZE URBANE...

M. Capobianco, G. Zamboni - Valutazione del parco circolante, delle percorrenze urbane e dei fattori emissivi deiveicoli stradali in Genova - VII Incontro Expert Panel Emissioni da trasporto stradale - Roma, 16 gennaio 2003 1

VALUTAZIONE DEL PARCO CIRCOLANTE,VALUTAZIONE DEL PARCO CIRCOLANTE,DELLE PERCORRENZE URBANE E DEIDELLE PERCORRENZE URBANE E DEI

FATTORI EMISSIVI DEI VEICOLI STRADALIFATTORI EMISSIVI DEI VEICOLI STRADALINELLA CITTÀ DI GENOVANELLA CITTÀ DI GENOVA

Massimo Capobianco, Giorgio ZamboniDipartimento di Macchine, Sistemi Energetici e Trasporti (DIMSET)

Università di Genova

VII IncontroVII Incontro

EXPERT PANELEXPERT PANELEMISSIONI DA TRASPORTO STRADALEEMISSIONI DA TRASPORTO STRADALE

Roma, 16 gennaio 2003Roma, 16 gennaio 2003


Caratteristiche ed obiettivi della ricercaCaratteristiche ed obiettivi della ricercaCollaborazione tecnico - scientifica

sviluppata nel periodo 1/12/2000 - 30/11/2002 da:Area Ambiente - Provincia di Genova

U.O. Mobilità, Trasporti e Parcheggi - Comune di Genova

Gruppo di ricerca sui Motori a Combustione Interna (GruppoMCI) del Dipartimento di Macchine, Sistemi Energetici eTrasporti (DIMSET) - Università di Genova

finanziata dal Ministero dell’Ambiente e della Tutela delTerritorio

finalizzata alla realizzazione di un codice di calcolo delleemissioni inquinanti da veicoli stradali in condizioni di realeutilizzo in ambito urbano, con riferimento alla città di Genova


Programma di studioProgramma di studio

Identificazione delle categorie e classi di veicoli

Stima del parco circolante e delle percorrenze urbane

Definizione dei percorsi tipici nella città di Genova

Valutazione dei fattori di emissione di veicoli stradalicon riferimento a spostamenti urbani


Categorie e classi di veicoliCategorie e classi di veicoli

Sulla base di fonti differenti, sono state definite sette categorie diveicoli, ciascuna suddivisa in classi con riferimento a diversiparametri, tra i quali la cilindrata del motore, il combustibile dialimentazione, la massa di riferimento del veicolo, l’anno diimmatricolazione, il tipo di motore (2 o 4 tempi), ecc.:

autovetture con motore ad accensione comandata (20 classi)autovetture con motore Diesel (16 classi)veicoli comm. leggeri con motore ad acc. comandata (35 classi)veicoli commerciali leggeri con motore Diesel (34 classi)veicoli commerciali pesanti ed autobus (14 classi)motocicli (18 classi)ciclomotori (6 classi)


Distribuzione del parco immatricolatoDistribuzione del parco immatricolato

Fonte: elaborazione DIMSET di dati ACI ed ANCMA/ANPA, anno 2000

Motocicli7,3%

Ciclomotori11,6%

Altri2,9%

Autovetture70,7%

Autobus, veicoli comm. leggeri e

pesanti7,5%

ITALIA

Ciclomotori13,7%

Altri3,0%

Autovetture60,0%

Autobus, veicoli comm. leggeri e

pesanti5,1%

Motocicli18,2%

GENOVA


> 200025%

1400 - 200071%

< 14004%

Distribuzione delle autovetture a GenovaDistribuzione delle autovetture a Genova

> 20001%

1400 - 200025%

< 140074%

Secondo lacilindrata delmotore [cm3]

Secondo leDirettiveEuropee

Benzina: 265.006

EURO II31%

EURO I25%

pre EURO44%

Diesel: 30.139

EURO II58%

EURO I10%

pre EURO32%


Parco circolante in GenovaParco circolante in GenovaUna indagine statistica sulla mobilità urbana in Genova,sviluppata dal Comune e dalla Provincia, ha permesso di definirele matrici O - D degli spostamenti in un giorno medio per le fasceorarie di punta mattutina e serale (6.30 ÷ 9.00 e 17.00 ÷ 20.00)

Dalla elaborazione dei dati è stato possibile stimare il numero diautovetture e di veicoli a due ruote circolanti nell’ambito delterritorio comunale:

autovetture: 77.000 nella fascia mattutina, 54.000 nella fasciaserale (pari a circa il 25 ed il 18% del parco immatricolato nelComune)

ciclomotori + motocicli: 33.000 nella fascia mattutina, 21.000nella fascia serale (pari a circa il 21 ed il 13% del parcoimmatricolato e stimato nel Comune)


Percorrenze urbane annuali delle autovetturePercorrenze urbane annuali delle autovetture

Fonte: elaborazione DIMSET di dati studio O - D e manuale codice COPERT III

Benzina

2849

35693327

35413363 3298

36923882

0

1000

2000

3000

4000

5000

pre ECE ECE15.00 e15.01

ECE15.02

ECE15.03

ECE15.04

EURO I EURO II EURO III

Perc

orre

nza

urba

na [k

m/a

nno]

Diesel

1890

2913

3681

4075

0

1000

2000

3000

4000

5000

pre EURO EURO I EURO II EURO III

Perc

orre

nza

urba

na [k

m/a

nno]


Distribuzione degli spostamenti delle autovettureDistribuzione degli spostamenti delle autovetture

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 25

Lunghezza dello spostamento (valore superiore) [km]

Num

ero

di s

post

amen

ti ur

bani

[%]

Fascia oraria mattutina (6.30 - 9.00)

Lunghezza media dello spostamento urbano = 6,6 km

Fonte: elaborazione DIMSET di dati studio O - D


Definizione dei percorsi tipici (1/2)Definizione dei percorsi tipici (1/2)

Utilizzando una vettura strumentata, vengono effettuati rilievisperimentali di velocità nel traffico, per valutare i valori medinell’area urbana e confrontarli con quelli dei cicli di guidanormalizzati

Percorsi considerati:

1. da ponente al centro città (lunghezza totale = 11,6 km,compresa la Sopraelevata, strada a scorrimento veloce di5,0 km)

2. da levante al centro città (6,3 km)

3. zona centrale (4,8 km)

Fasce orarie: 7.30 ÷ 9.00, 11.00 ÷ 13.00 e 17.00 ÷ 19.00


Definizione dei percorsi tipici (2/2)Definizione dei percorsi tipici (2/2)

Le velocità medie ricavate elaborando i dati acquisiti sono pari a:

1. 25,1 km/h, considerando la Sopraelevata

18,6 km/h, escludendo la Sopraelevata

2. 20,9 km/h

3. 20,9 km/h

La velocità media complessiva è pari a 23,3 km/h (20,1 km/hescludendo la Sopraelevata)

Si evidenzia inoltre una certa riduzione della velocità media nellafascia oraria serale, in particolare per i percorsi 1 e 3, e nellezone centrali dei vari percorsi


Emissioni dei veicoli in ambito urbanoEmissioni dei veicoli in ambito urbano (1/2) (1/2)

In generale, per ciascuna classe di veicoli, l’emissione totaleEtotale (g) per uno spostamento di lunghezza d fissata (km) èvalutata secondo la relazione:

(Etotale)i,j = (Fcaldo)i,j · (FCP)i,j · d + (Efreddo)i,jper i = CO, HC, NOx e PM e j = classe del veicolo

dove:(Fcaldo)i,j = fattore di emissione a caldo (g/km), riferito a veicoli nuovi(FCP)i,j = fattore di correzione in funzione della percorrenza(Efreddo)i,j = emissione a freddo (g)

sono stati definiti confrontando ed elaborando i dati ricavatida fonti differenti.


Emissioni dei veicoli in ambito urbano Emissioni dei veicoli in ambito urbano (2/2)(2/2)

Fonti:fattori emissivi normalizzati (Direttive Europee sulleemissioni inquinanti allo scarico dei veicoli);metodologia COPERT (rapporti dei progetti Cost319 eMeet e manuali dei codici COPERT II e III);dati sperimentali da costruttori, istituti di ricerca,università, gestori di flotte pubbliche, ecc.

Ciascuna delle fonti presenta specifiche caratteristiche,alcune delle quali verranno sinteticamente evidenziate nelseguito; risulta opportuno utilizzare tutti i dati disponibili,confrontandoli criticamente per stabilirne la validità el’applicabilità al contesto urbano considerato


Fattori emissivi normalizzatiFattori emissivi normalizzatiI cicli di guida normalizzati rappresentano solo parzialmentel’effettiva utilizzazione dei veicoli (differenze nelle velocitàmedie, nei tempi di sosta al minimo, nelle condizioni operativedel motore, ecc.)

Le modalità di esecuzione delle prove di omologazione evolvononel tempo: i dati relativi a classi di veicoli differenti non sonoquindi sempre confrontabili se non dopo opportune elaborazioniche tengano conto di tale evoluzione

Le prove di omologazione non tengono conto degli effetti dovutiall’invecchiamento e alla temperatura ambiente, in quantovengono eseguite su veicoli con una percorrenza limitata (ad es.3000 km per le autovetture) e ad una temperatura compresa tra i20 ed i 30 °C; solo la più recente Direttiva per le auto (98/69/CE)ha introdotto il controllo delle emissioni di CO ed HC a -7 °C


Metodologia COPERTMetodologia COPERTLe correlazioni proposte per il calcolo dei fattori di emissionesono basate su dati sperimentali raccolti a livello europeo,relativi ad una grande varietà di flotte e cicli di guida reali (mairappresentativi di realtà italiane) e caratterizzati da valori deicoefficienti di correlazione non sempre soddisfacenti,soprattutto per le autovetture EURO I ed EURO IILe correlazioni sono valide per velocità medie superiori a 5 o 10km/h: l’estrapolazione è sconsigliata e non è quindi possibilevalutare le emissioni nel caso di situazioni di trafficocongestionato o con motore al minimoIl modello di calcolo delle emissioni a freddo appare pocorappresentativo del reale comportamento dei veicoli,comportando probabilmente una stima per difetto nel caso dispostamenti brevi (< 10 - 12 km) ed una stima per eccesso pergli spostamenti più lunghi (> 15 - 20 km)


Dati sperimentali da fonti diverseDati sperimentali da fonti diverseLa quantità di informazioni disponibili è generalmente correlataalla diffusione della categoria di veicoli ed al numero di direttiveemanate

Esiste una notevole variabilità nei dati relativi ad una stessaclasse di veicoli provenienti da fonti differenti, dovuta tra l’altroa:

differenze nei veicoli testati (cilindrata, percorrenza, statodel veicolo, caratteristiche costruttive, ecc.);ciclo di guida selezionato;errori di misura, comunque presenti;variazioni nella procedura di condizionamento del veicolo;...


Fattori di emissione a caldo da cicli normalizzatiFattori di emissione a caldo da cicli normalizzati Autovetture EURO I e EURO II Autovetture EURO I e EURO II

Per consentire il confronto dei risultati ottenuti nei testsnormalizzati (ECE 15 + EUDC) con i dati ricavati da fonti differenti(cicli urbani reali, metodologia Copert III, ecc.) è stata sviluppatauna procedura in tre passi:

calcolo dei fattori di emissione relativi al solo ciclo urbano(FECE15) partendo dal fattore di emissione totale (Ftotale),attraverso la definizione di opportuni rapporti (Ftotale / FECE15)suddivisione dei dati relativi alla emissione totale di HC + NOxnei contributi dovuti alle singole specievalutazione del contributo a caldo (Fcaldo) nel ciclo ECE15,mediante la definizione di rapporti (Fcaldo / FECE15) basati sulconfronto tra risultati di test a caldo e a freddo


Confronto di fattori di emissione a caldoConfronto di fattori di emissione a caldoAutovetture EURO IAutovetture EURO I

Calcoli COPERT: cilindrata < 1400 cm3,vmedia = 19 km/h

Benzina

0,40 0,400,120,020,16

5.19

0,240,15

1,69

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

CO HC NOx

Fatto

re d

i em

issi

one

[g/k

m]

ECE15

COPERT III

Cicli urbani reali

Diesel

Calcoli COPERT: vmedia = 19 km/h

1,04 1,06

0,130,10

1,00

0,100,13

0,880,77

0,110,07

0,71

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

CO HC NOx PM

Fatto

ri di

em

issi

one

[g/k

m]

ECE15

COPERT III

Cicli urbanireali


Confronto di fattori di emissione a caldoConfronto di fattori di emissione a caldoAutovettureAutovetture EURO IIEURO II

Diesel

Calcoli COPERT: vmedia = 19 km/h

0,88

1,00

0,14

0,800,79

0,100,13 0,070,07

0,760,60

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

CO HC NOx PM

Fatto

ri di

em

issi

one

[g/k

m]

ECE15

COPERT III

Cicli urbani reali

Benzina

Calcoli COPERT: cilindrata < 1400 cm3,vmedia = 19 km/h

0,080,100,020,09 0,14

3.53

0,100,04

0,63

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

CO HC NOx

Fatto

ri di

em

issi

one

[g/k

m]

ECE15COPERT IIICicli urbani reali


Effetto della percorrenza sui fattori di emissione aEffetto della percorrenza sui fattori di emissione acaldo - caldo - Autovetture a benzina EURO I e EURO IIAutovetture a benzina EURO I e EURO II

L’elaborazione di dati riferiti a misure sul ciclo di guida europeo haconsentito di valutare i fattori a caldo relativi alla parte urbana perdiverse percorrenze e definire opportuni fattori di correzione

0

1

2

3

4

10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000Percorrenza [km]

fatto

re d

i cor

rezi

one

CO

Kemira - tests su ciclo FTP75

Copert III - tests a caldo su ciclo ECE15

DIMSET - elaborazioni di tests su ciclo ECE15

Lucas - tests a caldo su ciclo ECE15

MTC - tests su ciclo A12 (normativa svedese)

correlazione DIMSET: fattore di correzione CO = 2.68 E-05 x percorrenza + 0.732 R2 = 0.22


Influenza della partenza a freddo e della temperaturaInfluenza della partenza a freddo e della temperaturaambiente - ambiente - Autovetture a benzina EURO I e EURO IIAutovetture a benzina EURO I e EURO II

Il fattore di emissione istantaneo a freddo Ffreddo (g/km) è espressoattraverso una funzione esponenziale decrescente della distanzapercorsa x (km):

(Ffreddo)i = ai · exp (- x / Ti) per i = CO, HC, NOxdove:

ai = fattore di emissione istantaneo all’avviamento del motoreTi è correlato alla lunghezza del transitorio a freddo

I valori di ai e Ti sono stati definiti sulla base di datisperimentali relativi alla prima ripetizione del ciclo ECE15 (oparti di esso) con partenza a freddo, considerando due livellidi temperatura ambiente (0 e 20 °C) e tre valori di velocitàmedia (10, 20 e 40 km/h)


L’emissione a freddo (Efreddo)i viene valutata integrando la leggeesponenziale dei fattori emissivi istantanei su un percorso di lunghezzastabilita d, fissando i valori di velocità media e temperatura ambiente

Influenza della partenza a freddo e della temperaturaInfluenza della partenza a freddo e della temperaturaambiente - ambiente - Autovetture a benzina EURO I e EURO IIAutovetture a benzina EURO I e EURO II

0

60

120

180

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4Distanza percorsa [km]

Emis

sion

e a

fred

do d

i CO

[g] DIMSET - 0 °C

INRETS - 0 °CCopert III - 0 °CDIMSET - 20 °CINRETS - 20 °CCopert III - 20 °C

Velocità media = 20 km/h


Conclusioni e sviluppi futuriConclusioni e sviluppi futuriL’attività sinteticamente presentata ha consentito di definireil codice PROGRESS (computer PROGramme for Roadvehicles EmiSSions evaluation in Genoa)

Attualmente la collaborazione con il Comune e la Provinciadi Genova prosegue su alcuni aspetti, tra i quali:

definizione del parco circolante (in particolare perciclomotori e veicoli comm. pesanti), correlazioni conl’immatricolato e sua evoluzione nel tempo

integrazione del codice con simulatori di traffico

approfondimenti sui fattori di emissione (autovettureEURO III, ciclomotori, veicoli commerciali pesanti)

definizione di leggi di moto dei veicoli in ambito urbanoed extra-urbano


Brescianini C., Capobianco M., Zamboni G.Analisi degli Effetti di Provvedimenti di Limitazione del TrafficoVeicolare sulla Qualita' dell'Aria in un Grande Centro Urbano56° Congresso Nazionale ATI, Napoli, 9/2001

Capobianco M., Dagnino R., Mastretta M., Zamboni G.Road Vehicles Emissions under Real Urban Driving ConditionsFisita 2002 World Automotive Congress, Helsinki, 6/2002

http://www.inrets.fr/infos/cost319/

http://walshcarlines.com/

http://www.ingegneria.unige.it/associazioni/ata/

RiferimentiRiferimenti

VALUTAZIONE DEL PARCO CIRCOLANTE, DELLE PERCORRENZE URBANE...

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