Giovanni Bonafè - ARPA-FVG Centro Regionale di Modellistica Ambientale

1. Disaggregazione delle emissioni di BaP da
riscaldamento a legna
Preparazione dell’input emissivo per simulazioni SPRAY a
Trieste
Giovanni Bonafè, Francesco Montanari e Alessandra Petrini
Centro Regionale di Modellistica Ambientale, ARPA-FVG
28 gennaio 2021 G.Bonafè, F.Montanari, A.Petrini 1 / 23

2. obiettivo
stimare la distribuzione sul territorio del Comune di
Trieste delle emissioni di benzo[a]pirene da
combustione di legna per il riscaldamento domestico
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3. fonti di dati
descrizione fonte
edifici OpenStreetMap
rete metano Comune di Trieste
popolazione (sezioni censuarie) Istat
emissioni BaP Trieste INEMAR ARPA-FVG
fattori di emissione BaP INEMAR ARPA-FVG
residenti per civico Comune di Trieste
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4. procedura di elaborazione
La procedura si articola in 4 fasi :
1. analisi degli edifici e della distribuzione di popolazione
2. definizione delle sorgenti emissive
3. disaggregazione delle emissioni in funzione della distanza degli edifici
dalla rete di distribuzione del metano
4. attribuzione delle emissioni alle sorgenti emissive
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5. fase 1: edifici e popolazione
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6. fase 1: edifici e popolazione
1.1 individua gli edifici non residenziali (categorie OSM: military, railway,
abandoned, ruins, sport, ...)
1.2 associa gli edifici alle sezioni di censimento in base alla posizione del
centroide
1.3 altezze degli edifici: riempie i mancanti con le medie nelle sezioni censuarie
1.4 edifici: calcola area, perimetro, volume, rapporto di forma
1.5 due metodi possibili per assegnare i residenti agli edifici
top-down ripartisce la popolazione della sezione censuaria tra gli edifici
residenziali e abitabili, in proporzione al volume
bottom-up aggrega popolazione dei civici agli edifici (tolleranza 5m)
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7. 5
10
20
50
100
200
500
5
10
20
50
100
200
500
residenti (dati ComTS)
residenti
(stima
OSM+ISTAT)
1
10
100
1000
count
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8. fase 2: sorgenti emissive
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9. fase 2: sorgenti emissive
Nota: SPRAY richiede sorgenti emissive parallelepipede con assi orientati
nord-sud / est-ovest
2.1 ripartisce iterativamente i baricentri degli edifici in sottoinsiemi1
individuati da domini rettangolari:
• gli insiemi che includono più di 500 edifici sono
suddivisi in 9 sottoinsiemi, in base ai terzili in x e y
• gli insiemi con 500 edifici o meno sono suddivisi in 4
sottoinsiemi approssimando con un albero di
classificazione (predittori x e y) il risultato di una
cluster analysis
• i rettangoli con un lato superiore a 4 volte l’altro
sono suddivisi in due con una tecnica analoga
2.2 infine per ciascun sottoinsieme di edifici sono calcolati volume abitabile
totale, media e percentili dell’altezza degli edifici, popolazione totale, ecc.
1la procedura iterativa si interrompe quando i sottoinsiemi sono 700 o più
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10. fase 3: disaggregazione delle
emissioni
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11. fase 3: disaggregazione delle
emissioni
3.1 per ciascuna quadripletta macrosettore, settore, attività, combustibile
(m, s, a, c) stima
• il fattore di emissione η(m,s,a,c) come mediana sulle varie tecnologie
• l’energia prodotta, come rapporto tra emissioni totali M e fattore
emissivo η
E(m,s,a,c) =
M(m,s,a,c)
η(m,s,a,c)
3.2 per ciascun combustibile, calcola il fattore di emissione medio
ηc =
P
(m,s,a)
η(m,s,a,c)·E(m,s,a,c)
P
(m,s,a)
E(m,s,a,c)
3.3 fabbisogno energetico medio annuo per metro cubo residenziale
P
(m,s,a,c)
E(m,s,a,c)
Vtot
= 57 MJ/(m3
· anno)
3.4 energia prodotta da ciascun combustibile (metano: 4.68 PJ/anno)
3.5 per ciascun combustibile, stima l’energia prodotta dagli edifici di ciascuna
categoria d di distanza dalla rete
3.6 emissione Md e densità emissiva ρd per ciascuna categoria di distanza
dalla rete
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12. methane distribution
network
primary pipelines
secondary pipelines
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13. energia in funzione della di-
stanza dalla rete
Per ciascun combustibile, si stima l’energia consumata in un anno dagli edifici di
ciascuna categoria di distanza dalla rete:
<20 m ipotizziamo sia tutto metano (4.72 PJ), sebbene ecceda di 0.8% la stima
INEMAR
>50 m metano: nulla; altri combustibili: i 0.054 PJ totali sono ripartiti in
proporzione all’energia totale prodotta da ciascun combustibile (legna
57.3%, GPL 42.2%, gasolio 0.6%)
20-50 m metano: nulla; altri combustibili: i 0.11 PJ totali sono ripartiti in
proporzione all’energia totale prodotta da ciascun combustibile (legna
57.3%, GPL 42.2%, gasolio 0.6%)
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14. energia ed emissioni
distanza combustibile energia E emissioni M
(m) (TJ/y) (g/y)
<20 metano 4700 2.7
20–50 gasolio 0.89 7.8
GPL 66 0.04
legna e similari 90 13 000
>50 gasolio 0.31 2.7
GPL 23 0.01
legna e similari 31 4500
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15. ●
●
● ●
●
● ●
2.7
7.8
0.037
13000
2.7
0.013
4500
<20
20−50
>50
1e−01 1e+01 1e+03
emissioni totali BaP (g/anno)
distanza
dalla
rete
di
distribuzione
del
metano
(m)
combustibile
●
●
●
●
gasolio
GPL
legna e similari
metano
distribuzione delle emissioni, in base al combustibile e alla
distanza degli edifici dalla rete di distribuzione del metano
BaP da combustione non industriale
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16. fase 4: attribuzione delle emissioni
alle sorgenti
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17. fase4: attribuzionedelleemis-
sioni alle sorgenti
4.1 a ciascuna sorgente parallelepipede s è attribuita un’emissione in base alla
frazione di volume residenziale f(d,s) appartenente a ciascuna delle
categorie di distanza dalla rete
Ms = Vs ·
X
d
f(d,s)ρd
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18. 5055000
5060000
5065000
400000 405000 410000 415000
x UTM33N (m)
y
UTM33N
(m)
emissioni BaP
(g/anno/kmq)
2e−04−0.06
0.06−0.4
0.4−200
200−300
300−700
700−1000
emissioni dagli aggregati di edifici a Trieste
BaP da combustione non industriale
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19. conclusioni
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20. punti di forza
• procedura conforme alle esigenze di SPRAY
• dettaglio adeguato ad applicazioni ad alta risoluzione, ma gestibile senza
parallelizzazione
• replicabile per altri inquinanti
• replicabile per altri Comuni, se disponibile il grafo della rete di
distribuzione del metano
• disaggregazione proporzionale ai volumi, anziché ai residenti (impedisce
bias nel calcolo dell’esposizione)
• fonti dati pubbliche (OpenStreetMap, INEMAR, Istat, Comune di Trieste)
• software liberi (Qgis, R)
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21. punti deboli
• emissioni interamente attribuite agli edifici residenziali
• la stima dei fabbisogni energetici non tiene conto delle caratteristiche
degli edifici
• alcune scelte sono arbitrarie e non validate
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22. extra
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23. ●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
29%
0.9%
0.4%
2.8%
10%
1.3%
1.6%
3.5%
0.9%
3.6%
4.1%
1.2%
11%
1.5%
28%
[0,0.2]
(0.2,0.4]
(0.4,0.6]
(0.6,0.8]
(0.8,1]
[0,0.2] (0.2,0.4] (0.4,0.6] (0.6,0.8] (0.8,1]
frazione di edifici distanti meno di 20m dalla rete
frazione
di
edifici
oltre
50m
dalla
rete
100
200
500
1000
2000
5000
emissioni BaP
(g/anno)
emissioni dagli aggregati di edifici, in base alla loro distanza
dalla rete di distribuzione del metano
BaP da combustione non industriale
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