Valutazione del potenziale di energia eolica in ambito urbano. Mappatura mediante GIS della producibilità di sistemi microeolici nella città di Bari.

La struttura della superficie urbana è molto complessa e, come tale, essa altera ciascuno dei termini del bilancio energetico di superficie rispetto alla maggior parte dei tipi di superficie naturale.
A causa di queste complessità, non è ancora chiaro come elaborare un modello affidabile descrittivo del bilancio energetico di una superficie urbana.

Consideriamo i diversi contributi singolarmente:

- radiazione sulla superficie;
- flusso di calore turbolento;
- flusso turbolento connesso all’umidità;
- accumulo del flusso di calore;
- fonti di calore antropiche.

Considerando solo il bilancio delle radiazioni sulla superficie, per la maggior parte delle superfici, è molto semplice e si compone di flussi in entrata e in uscita di radiazioni a onde corte e lunghe (ossia radiazione nello spettro visibile e parte infrarossa).
La geometria complessa di una zona urbana implica che non vi siano semplici superfici su cui si possono considerare questi flussi. Quindi si ottengono riflessioni multiple (spesso ignorate nei modelli semplici) sia della radiazione a lunghezza d’onda corta che di quelle a lunghezza d’onda lunga su tutta la zona urbana.
I modelli che tengono conto delle superfici di edifici esposte al sole e di quelli in ombra necessitano per la loro risoluzione la conoscenza della radiazione diretta e di quella diffusa.
Il principio di base per il flusso di calore turbolento è lo stesso in tutti i modelli di bilancio energetico superficiale urbano. Il flusso è determinato dal gradiente di temperatura tra la superficie e un punto di riferimento in atmosfera e il livello di turbolenza che è il meccanismo per il trasporto di questa energia. Le differenze tra i modelli provengono dal modo di modellare della turbolenza.

Data la natura complessa della superficie urbana, la maggior parte della ricerca si è concentrata sulla radiazioni, sul flusso di calore e sulle componenti del calore immagazzinato del bilancio energetico. Il flusso di umidità è simile in natura al flusso di calore in quanto è anch’esso trasportato dalla turbolenza. Molti modelli del bilancio energetico urbano non tengono conto dei flussi di umidità all’interno della zona urbana, e anche quei modelli che ne tengono conto si limitano all’analisi di situazioni singolari come i parchi urbani, ma trascurano elementi diffusi come i viali alberati o i giardini delle abitazioni.

Per la maggior parte delle superfici naturali, il flusso di calore connesso all’accumulo è rappresentato dal flusso di calore del suolo ed è generalmente modellato utilizzando le equazioni di diffusione. Per le aree urbane, esiste un simile flusso di calore proveniente dall’accumulo nel terreno sotto una strada, ma questa è solo una piccola componente del deposito totale di calore all’interno della superficie urbana. Il calore è anche accumulato all’interno delle pareti e, in misura minore nel tetto.

E’ la grande capacità di accumulo termico di una zona urbana che gli permette il rilascio di calore fino a notte fonda e il mantenimento di una struttura vicina allo strato limite, a differenza di altre superfici che tendono ad avere uno strato limite stabile notturno.
In aggiunta alle componenti "naturali" del bilancio energetico superficiale, la superficie urbana ha una fonte che è dovuta a fattori umani, come il consumo di energia, le emissioni del traffico, ecc..
L’entità di questo termine è significativa e può essere di 30W / m2 anche per le piccole città come Lodz in Polonia (Offerle et al., 2005). La parte del consumo energetico della fonte di calore di origine antropica è generalmente inserita nel modello assumendo una temperatura fissa all’interno degli edifici (ad esempio, Masson 2000, Kondo et al. 2005, Dupont e Mestayer, 2006) o una temperatura fissa alla base delle pareti e del tetto (ad esempio Martilli, 2002; Kondo et al., 2005; Dupont e Mestayer, 2006).
Questa temperatura ci consente la stima del flusso di calore attraverso l’involucro dell’edificio. Altre fonti di calore, come le centrali elettriche, non tendono ad essere importanti per le aree urbane e non sono generalmente incluse.