CN111714991A - 用于城市空气净化系统的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了用于城市空气净化系统的方法和设备。空气净化系统(APS)阵列被放置在室外城市环境中。所述APS阵列包括多个APS单元。所述APS阵列还包括：使每个APS单元实施空气流量限制的装置，所述空气流量限制包括：空气流量在5,000CMH至300,000CMH的范围内；使用APS阵列处理至少107m3/天/km2的装置；以及实施每个APS单元的APS进口和APS出口的空气流速度限制的装置，所述空气流速度限制包括：在APS进口处的空气流速度在0.5m/s至4m/s的范围内，并且在APS出口处的空气流速度在2m/s至30m/s的范围内。

Description

用于城市空气净化系统的方法和设备
技术领域
本公开涉及室外空气净化系统(APS)的使用、设计和部署以减少空气中的污染物，例如，在城市环境中，例如街区。
背景技术
空气中的污染物对人体健康有显著的不利影响。因此，一些政府已经确立了城市空气质量目标。虽然可以通过采用洗涤或清洁技术来调控来自可识别来源的排放，但在复杂的城市地区，这样的技术在充分减少空气污染物方面可能不够有效。一些城市中心正在奋力符合空气质量目标。需要更有效的技术和方法来减少城市地区中的空气污染物。
附图说明
图1是根据一些实施方式例示了微粒物质的质量平衡的输入-输出图。
图2是根据一些实施方式例示了在具有变化的空气净化系统(APS)密度的稳态下的本地微粒物质浓度的图。
图3是例示了计算流体动力学(CFD)建模的一种示例性方法的流程图。
图4A-4B根据一些实施方式，例示了包括建筑物并且在其中可以进行空气净化的地理区域的二维和三维地图。
图5是根据一些实施方式所述的一种计算机的框图。
图6是在其中测量空气流速度量值的地理区域的三维地图。
图7A-7D例示了不使用和使用空气净化系统(APS)的地理区域中的预计微粒物质浓度。
图8是例示了用于开发空气净化系统(APS)的室外应用的迭代设计方法的流程图。
图9A-9B根据一些实施方式例示了空气净化系统(APS)装置的侧视图和前视图。
图10A-10D根据一些实施方式描绘了空气净化系统(APS)装置的各种视角的图片。
图11A-11C根据一些实施方式例示了用于空气过滤的微粒过滤器。
图12是根据一些实施方式，例示了用于在室外城市环境中进行空气净化的一种示例性方法的流程图。
图13是根据一些实施方式，例示了对空气净化系统(APS)阵列的性能进行建模的示例性方法的流程图。
发明内容
本公开一般涉及用于城市空气净化系统的方法和设备。
本公开一般涉及在室外城市环境中进行空气净化的机器执行方法。所述方法包括：在室外城市环境中放置空气净化系统(APS)阵列，其包括多个APS单元，其中：每个APS单元的空气流量限制包括：空气流量在5,000CMH至300,000CMH的范围内，所述APS阵列被构造用于处理至少107m3/天/km2，并且每个APS单元的APS进口和APS出口的空气流速度限制包括：在APS进口处的空气流速度在0.5m/s至4m/s的范围内，并且在APS出口处的空气流速度在2m/s至30m/s的范围内。所述方法包括：使APS阵列通电以净化室外城市环境中的空气。
本公开一般涉及用于在室外城市环境中进行空气净化的一个或多个设备，所述一个或多个设备包括被放置在室外城市环境中的空气净化系统(APS)阵列，所述APS阵列包括多个APS单元。所述APS阵列还包括使每个APS单元实施空气流量限制的装置，所述空气流量限制包括：空气流量在5,000CMH至300,000CMH的范围内。所述APS阵列还包括以至少107m3/天/km2处理、使用所述APS阵列的装置。所述APS阵列还包括实施每个APS单元的APS进口和APS出口的空气流速度限制的装置，所述空气流速度限制包括：在APS进口处的空气流速度在0.5m/s至4m/s的范围内，并且在APS出口处的空气流速度在2m/s至30m/s的范围内。
具体实施方式
以下的说明和附图充分例示了能够使本领域技术人员进行实践的具体的实施方式。其他实施方式可以包括结构、逻辑、电、过程和其他变化。一些实施方式的部分和特征可以被包括在其他实施方式中或者替代其他实施方式的部分和特征。权利要求书中阐释的实施方式涵盖了这些权利要求的所有可用的等同物。
一些实施方式以数字来描述(例如，一个圆的半径可以为5米)。除非另有明确规定，否则所有数字仅是示例性的并且可以被与符合本公开的任何其他数字替换(例如，上述圆的半径也可以是6米、10米等)。
本公开的一些方面一般涉及用于设计和部署空气净化系统(APS)和APS网络的城市室外应用的方法或原理。一些方面包括：在指定多个APS阵列之间的最佳间距时，通过追踪空气速度和方向，使微粒物质捕获最大化。具体地，本公开提出了通过追踪和指定重要特征来设计APS阵列的方法，所述重要特征例如，空气流量、空气流速度、放置位置、出口方向和移动实施方式。
如本文所用，词语“空气净化系统(APS)”可以包括一个或多个空气净化装置。包括多个单独的APS装置的APS阵列可以被放置在城市地理区域中，并且从策略上定位所述单独的APS装置以减少城市地理区域中的微粒物质(PM)。APS的一个实例是由纽约州康宁市的康宁股份有限公司(Corning Inc.)制造的康宁(Corning)空气净化系统(CAPS)。
如本文所用，词语“微粒物质(PM)”可以包括空气中的任何污染颗粒。PM的实例尤其可以包括以下中的一种或多种：一氧化碳、二氧化硫、二氧化碳、挥发性有机化合物(VOC)、微粒、氮氧化物、臭氧、含氯氟烃、未燃烃以及铅和重金属。
本文所述的技术涉及一种方法，其包括：使微粒物质捕获最大化，使用于保护城市区域和人群的洁净空气穹状区域最大化，和/或在保护城市区域时，同时使微粒物质捕获最大化。所述方法包括：使室外环境中的微粒物质捕获最大化，这通过下述进行：围隔进入到APS阵列的进入的受污染空气远离离开的经净化的空气，以防止受污染空气与经净化的空气自循环或混合，其中，自循环流动比确定在小于30％，其中，离开的经净化的空气的空气速度足够地高并且与进入的受污染空气的方向相反；以及从策略上放置APS阵列并且彼此有足够的空间，以防止每个系统干扰每个系统的进入或离开的空气流。APS阵列可以用作纯颗粒汇槽并且用于在所有情况中捕获来自空气的最大微粒物质。所述方法包括：使用于保护城市区域和人群的清洁穹状区域最大化，这通过管理清洁空气的流量和方向，使得从APS阵列出来的经净化的空气将在期望的区域或“穹”中循环来进行，同时最小化经净化的空气与周围的受污染空气混合，由此减轻该区域的空气污染。在APS网络设计期间，必需考虑区域特异性信息，例如，风速、风向、景观轮廓、污染源、背景微粒物质浓度和周围建筑物配置。为了符合设计目标，例如，减少空气污染物，APS阵列可以使用仿真法对APS阵列进行单独优化。
在一些情况中，用于城市地区的典型APS网络设计包括重要的特征，例如：每个APS装置的空气流在5,000CMH至300,000CMH的范围内；进入的受污染空气的空气流速度限定为0.5m/s至4m/s；出来的经净化的空气的空气流限定为2m/s至30m/s，其中，出来的空气方向和APS装置的高度可以基于风速、风向和目标地区调整，并且其中，APS装置理想地定位使经净化的空气和外部风向一致；至少一个APS装置被放置在风向的上游；并且认识到APS装置的移动实施方式是可行的。在一些实施方式中，每个APS单元的APS进口和APS出口的空气流速度限制包括：在APS进口处的空气流速度在0.8m/s至2.5m/s的范围内，并且在APS出口处的空气流速度在8m/s至20m/s的范围内。
如本文所述，由于二次源或分配源[例如，车辆、工厂、电力系统、供暖、通风和空调(HVAC)系统等]而排放到空气中的污染物颗粒很难得到调控，但它们对微粒物质浓度的贡献很大。为了有效地减少由这些来源引起的空气污染物，可以将室外空气净化系统引入到城市环境中，所述室外空气净化系统捕获微粒物并保护具有脆弱人群的地区。
放置在某些位置的空气过滤装置(例如，APS阵列中的装置)可以用于减轻空气污染物。另外，设计试验系统可能昂贵并费时。数值仿真可以为指导系统设计提供有价值的信息。具体地，这些仿真可以深刻理解设计标准(例如体积流动速率)，位置指定以及外部因素(例如风力影响)的考虑。
空气污染物水平随着时间变化，并且取决于城市环境固有的各种参数，包括城市布局、建筑物结构、地理格局、风况、背景微粒物质浓度和本地微粒物质来源。这些参数随着城市发展和成长而改变；因此，城市中心可以预计可能需要的APS装置的数量，以及提前计划位置指定和操作模式。本文所述的发明公开了用于设计和部署APS装置和APS阵列的城市室外应用的方法和原理，其通过使微粒物质捕获最大化以及通过使用于保护城市地区和人群的清洁穹状区域最大化来实现。
为了使室外环境中的微粒物质捕获最大化，APS将通过下述起作用：防止进入到APS阵列的进入的受污染空气与离开的经净化的空气混合，由此防止受污染空气与经净化的空气自循环或混合，其中，自循环流动比确定在小于30％(或任何其他阈值)，其中，离开的经净化的空气的空气速度足够地高并且与进入的受污染空气的方向相反；以及从策略上放置多个APS装置并且彼此有足够的空间，以防止每个系统干扰每个系统的进入或离开的空气流。APS装置可以用作颗粒汇槽并且用于在所有情况中捕获来自空气的最大微粒物质。APS网络可以将目标放置位置设置在微粒物质源附近，例如城市公路、建筑工地或其他显著的微粒物质源。
为了评估室外环境中的APS，进行对照体积质量平衡。考虑的因素包括背景微粒物质、风带入的微粒物质、对照体积中生成的微粒物质、由于APS过滤方法导致的微粒质量减小、以及由于风带出的微粒物质。为了简化分析，可以假设微粒物质浓度在对照体积内是空间均匀的，其中，质量平衡如下：
Figure BDA0002559766000000051
其中，
Figure BDA0002559766000000052
和
Figure BDA0002559766000000053
分别代表微粒物质流入对照体积，流出对照体积，在对照体积中生成以及在对照体积内被过滤在的质量，单位为[kg/s]；并且dm/dt表示每单位时间在对照体积内的微粒物质质量的改变。质量平衡根据体积流动速率Q[m3/s]、微粒物质分密度(质量浓度)ρ[kg/m3]和系统体积V[m3]可以重新书写如下：
Figure BDA0002559766000000054
其中，ρ外和ρ内分别是外部(背景或地区)和内部(本地)微粒物质浓度。Qw和QL分别是风和APS的流动速率。
质量平衡可通过使用无量纲参数全然无量纲，其中，无量纲的时间是
Figure BDA0002559766000000055
无量纲的内部浓度是
Figure BDA0002559766000000056
无量纲的微粒质量生成速率是
Figure BDA0002559766000000057
并且无量纲的APS流动速率是Φ≡QL/Qw。引入无量纲参数并重排，质量平衡变成：
Figure BDA0002559766000000058
图1是根据一些实施方式例示了微粒物质的质量平衡的输入-输出图。图1包括APS装置100，其包括输入质量m进102和输出质量m出108。在处理期间，产生m生成104，并且m减少106从输入质量m进102减少以产生输出质量m出108。
图1例示了了APS装置100初始处于平衡状态的实例，其中考虑了周围环境
Figure BDA0002559766000000061
并且微粒物质生成在t＝0时开始，从而得到对照体积中的微粒物质浓度作为时间函数的表达式：
Figure BDA0002559766000000062
为了更好地代表城市环境的实际情况，例如建筑结构和城市布局、风速、空气和细颗粒停留时间，背景微粒物质浓度和分布的微粒物质源取值为2.5。
图2是根据一些实施方式例示了在具有变化的APS密度的稳态下的本地微粒物质浓度的图表200。图表200包括低速风202、典型风204和高速风206的曲线。水平(X)轴示出了每平方千米的APS装置的数目。垂直(Y)轴示出了PM减少的百分比。在图2所示的实例中，区域尺寸为1km2并具有本地微粒物质源，APS空气清洁能力为150,000m3/小时，该区域中的APS单元分别为15个APS装置/km2，30个APS装置/km2和45个APS装置/km2，背景微粒物质浓度为60g/m3，并且本地微粒物质生产速率为3.0*106g/(m3h)。假设具有高的停留时间以使空气循环和校准宽度。
混合良好的空气其中的微粒物质降低了APS的容量，其与APS相对于风况的吞吐量有关，以观察相对微粒物质减少容量(％)，其中相对微粒物质减少容量独立于背景微粒物质和微粒物质生成速率，从而得到以下表达式：
PM减少％＝100*Φ/(1+Φ)＝100*QL/(QL+QW) (5)
该实例得出以下结论：APS装置有效地捕获了本地生成的微粒物质并减少了背景微粒物质。微粒物质减少的总量直接对应于APS装置的数目和风速以及停留时间。APS装置特别有效地降低了无风状况期间的本地微粒物质水平，其通常对应于危险的微粒物质水平。基于建模假设和15个单元/km2的APS密度，针对典型风速的微粒物质减少为约35％，而在低风速时减少高至68％。
为了使用于保护城市区域和人群的清洁穹状区域最大化，APS可以通过下述起作用：管理清洁空气的流量和方向，使得从APS出来的经净化的空气可以在期望的区域或“穹”中循环，同时使经净化的空气与周围的受污染空气的混合最小化，由此减轻该区域的空气污染。在APS阵列设计期间，必需考虑区域特异性信息，例如，风速、风向、景观轮廓、污染源、背景微粒物质浓度和周围建筑物配置。为了符合设计目标，例如，减少空气污染物，需使用高保真仿真法单独优化APS装置。
计算流体动力学(CFD)是用于预测室外环境中的污染物分散的仿真法，其考虑了大气湍流的演变、污染物在大气中的分散、污染物排放源和三维景观轮廓。预测的空间空气速度和压力分布用于确定设计规格。数值仿真替代了物理实验，从而节约了成本，加速了设计迭代，并且提供了关于所需APS装置的数目、每个APS装置的操作效率和APS装置放置位置的最佳预测。
图3是例示了计算流体动力学(CFD)建模的示例性方法300的流程图。方法300可以使用一台或多台计算机在电脑中进行。在框302处，所述一台或多台计算机加载网格，解算器配置以及速度、压力、温度和PM浓度场的初始值。在框304处，所述一台或多台计算机求解速度方程。在框306处，所述一台或多台计算机求解温度方程。在框308处，所述一台或多台计算机求解PM浓度方程。在框310处，所述一台或多台计算机求解压力方程并校正速度。在框312处，所述一台或多台计算机求解湍流动能和耗散率方程并校正湍流性质。在框314处，所述一台或多台计算机确定框304-312的方程的解是否收敛。如果是，则方法300继续到操作316。如果否，则方法300回到操作304。在框316处，在确定了框304-312的方程的解收敛之后，所述一台或多台计算机完成仿真。在框316后，方法300结束。
图3例示了基于湍流的雷诺平均纳维-斯托克斯(Reynolds-Averaged Navier-Stokes,RANS)方程的流程图，这些方程基于仿真成本的考虑。稳定不可压缩流的雷诺平均连续性方程如下：
Figure BDA0002559766000000071
其中，ui和xi分别是平均速度和坐标的第i分量。平均湍流速度的雷诺平均动量方程为：
Figure BDA0002559766000000072
如以下表达式7所列的布辛内斯克(Boussinesq)近似可用于线性化密度对温度的依赖性，并且控制方程类似于用于模拟不可压缩流的表达式。
Figure BDA0002559766000000073
虽然表达式7的左侧的最后一项代表总动量，但是方程的右侧代表雷诺应力的发散。该方程左侧的项不需要额外的模型，因为它们全取决于可求解的流动变量，但是右侧的项需要额外的湍流模型以用于预测分析。出于图3的实例的目的，使用不可压缩的k-ε湍流模型的标准形式，其中，使用湍流动能k和耗散率ε的迁移方程。使用所提及的变量、湍流粘度表达为
Figure BDA0002559766000000081
其中，采用标准系数Ce1＝1.44，Ce2＝1.92，Cμ＝0.09，σk＝1.0和σe＝1.3。
平均温度的雷诺平均能量守恒表达如下：
Figure BDA0002559766000000082
其中，梯度扩散模拟用于将温度波动项计算为：
Figure BDA0002559766000000083
微粒物质污染物浓度C(单位为μg/m3)的换算的表达式如下：
Figure BDA0002559766000000084
其中，源项表示来自汽车尾气的排放，并且微粒源被建模为具有固定和已知速率的点源，因此在一些情况下，可以不考虑产生微粒的化学反应。微粒物质的运输是被动的，因此，污染物浓度不影响湍流。温度和微粒物质浓度的扩散项分别假设为恒定的湍流普朗特数(Prandtl)和施密特(Schmidt)数。
计算流体动力学(CFD)仿真用于确定试验设计的预期结果。收敛后的CFD仿真的结果用于图3的设计迭代以确定该设计是否符合目标规格。
为了确定CFD仿真的边界条件，在上游边界中使用标准大气边界层流量剖面。速度、湍流动能和耗散率进口边界分布曲线是高度z的函数。获得以下表达式结果：
Figure BDA0002559766000000085
Figure BDA0002559766000000086
Figure BDA0002559766000000087
其中u*可从参照速度ur和参照高度zr得出为：
Figure BDA0002559766000000088
其中z0的假设值＝0.5m，其是表面粗糙度高度；并且参照高度(可以测量风速的高度)为10m。其他参数包括冯卡曼(von Karman)常数κ＝0.41，湍流粘度系数Cμ＝0.09，并且地面高度zg＝0m。建筑物表面建模为非渗透性墙，其中，应用标准墙功能。
图4A-4B根据一些实施方式，例示了包括建筑物并且在其中可以进行空气净化的地理区域的二维地图(图4A)和三维地图(图4B)。图4A是例示了在小区域(例如0.1-1km2)中的道路和建筑物的地理位置的二维地图。曲线402A圈出了在仿真中考虑的建筑物。如图所示，曲线402A是大致的圆形，并且直径为500米且包括超过60幢建筑物。
图4B示出了被曲线402A圈起的区域中的建筑的三维(3D)透视图。该3D几何结构重现了本地建筑物轮廓的主特征，例如，高度、取向、每幢建筑物的纵横比和建筑物之间的相对距离。这些因素可以影响本地的风廓线。
该仿直可假设北风(或来自任何其他方向的风)。北边的垂直边界建模为向内行进的风，在其上应用大气边界层剖面。南边的垂直边界建模为向外拓的风。假设平坦表面具有0m高度，并且可以应用非滑动(零速度)边界条件。
该仿真的剩余边界建模为自由滑动的表面。为了解释来自车辆的近地面微粒物质(PM)的排放，在仿真区域的两条道路上随机放置了470个(或任何其他数目)的车辆排放源。来自每个车辆的PM排放建模为点源。点位置被解释为车辆排气出口的位置。每个车辆PM源假设具有10μg/s的强度(或任何其他强度)。为了说明其他PM源，对上游进口边界条件应用100μg/m3的背景PM浓度。
可以使用OpenFOAM提供的“blockMesh”和“snappyHexMesh”实用程序的组合生成网格。“blockMesh”生成的起始背景网格是六面体的，并且沿南北和东西向均匀分布，尺寸为5.55m(或任何其他尺寸)。沿着垂直方向的网格是非均匀的。高度间隔从150m高度处的20m/单元到地面高度的0.6m/单元。初始网格具有842k个六面体单元，并且在其与建筑物几何结构相交之前，其被认为是背景网格。在相交后，使用OpenFOAM网格实用程序“snappyHexMesh”对网格进行局部精修，该实用程序找到由于将背景网格与复杂的几何结构相交而产生的剪切单元，使用多面体单元将剪切单元捕捉到几何结构，并在实体表面上添加单元层以实现湍流模型所需的壁函数。如果几何结构具有背景网格无法解析的精细细节，则将减小单元大小，并局部精修网格以捕获细节。经过三次迭代以切割单元并添加层后，所得网格在1.47×108m3的整个区域体积中产生了大约3.94M个单元。最小的单元体积为0.027m3，而最大的单元体积为649.7m3。如果将最小的单元体积用于该区域，则得到约5.5B个单元。网格在固体表面附近具有精细的分辨率，其中流动迅速变化以化解局部建筑物的影响，而网格在远离固体表面时具有较粗的分辨率，从而降低了计算成本。
图5根据一些实施方式例示了一种计算机500的线路框图。在一些实施方式中，计算机500的部件可以进行储存或者集成到图5所示的线路框图中所示的其他部件中。例如，计算机500的部分可以位于处理器502中并且可被称为“处理线路”。处理线路可以包括处理硬件，例如，一个或多个中央处理单元(CPU)，一个或多个图形处理单元(GPU)等。在替代性实施方式中，计算机500可以作为独立装置来操作，或者可以连接(例如联网)到其他电脑。在联网部署中，计算机500可以在服务器-客户端网络环境中以服务器、客户端或两者的资格来操作。在一个实例中，计算机500可以用作对等(P2P)(或其他分布)网络环境中的对等机。在本文件中，短语P2P、设备对设备(D2D)和直连可以互换使用。计算机500可以是专用电脑、个人电脑(PC)、平板电脑、个人数字助理(PDA)、移动电话、智能电话、网设备、网络路由器、交换机或网桥，或者能够执行指定由该机器采取动作的指令(顺序的或其他的)的任何机器。
如本文所述，实例可以包括或者可以操作逻辑或多个部件、模块或机构。模块和部件是能够执行指定操作的有形实体(例如硬件)，并且其可以以某种方式来构造或布置。在一个实例中，可以以指定的方式将线路布置(例如，在内部布置或关于外部实体，例如其他线路来布置)为模块。在一个实例中，一个或多个计算机系统/设备(例如，独立的、客户端或服务器计算机系统)或一个或多个硬件处理器的全部或部分可以通过固件或软件(例如，指令、应用部分或应用)配置为模块，所述模块运行以执行指定操作。在一个实例中，软件可以存在于机器可读介质上。在一个实例中，当由模块的底层硬件执行时，软件引起硬件执行指定的操作。
因此，术语“模块”(和“部件”)应理解为包括有形实体，其是物理构造，专门配置(例如，硬连线的)，或临时(例如瞬时)配置(例如，编程)的实体，从而以指定方式操作或者执行本文所述的部分或全部的任何操作。考虑到模块是临时配置的实例，每个模块不需要在任何时刻实体化。例如，如果模块包括被配置成使用软件的通用硬件处理器，则通用硬件处理器可以在不同时间配置为相应的不同模块。软件可相应地配置硬件处理器，例如，在一段时间构成特定模块，并在另一段时间构成不同模块。
计算机500可以包括硬件处理器502(例如，中央处理单元(CPU)、GPU、硬件处理器内核或其任何组合)，主存储器504和静态存储器506，其中的一些或全部可以通过互连(例如总线)508相互通信。虽然未示出，但是总存储器504可以包括任何或所有的可移式储存器和非可移式储存器、易失性储存器或非易失性储存器。计算机500还可以包括视频显示单元510(或其他显示单元)、字母数字输入装置512(例如，键盘、条形码或光学字符识别(OCR)扫描仪等)和用户界面(UI)导航装置514(例如鼠标)。在一个实例中，显示单元510、输入装置512和UV导航装置514可以是触摸屏显示器。计算机500还可以包括储存装置(例如，驱动单元)516、信号生成装置518(例如，扬声器)、网络接口装置520和一个或多个传感器521，例如全球定位系统(GPS)传感器、罗盘、加速计或其他传感器。计算机500可以包括输出控制器528，例如串行(例如，通用串行总线(USB)、并行或其他有线或无线(例如红外(IR)、近场通信(NFC)等)连接，以通信或控制一个或多个外围装置(例如打印机、读卡器等)。
驱动单元516(例如，储存装置)可以包括机器可读介质522，在其上储存有一组或多组数据结构或指令524(例如软件)，其体现本文所述的任何一种或多种技术或功能或者被本文所述的任何一种或多种技术或功能利用。在计算机500执行指令524期间，指令524还可以完全或至少部分地存在于主储存器504中，静态存储器506中，或者硬件处理器502中。在一个实例中，硬件处理器502、主存储器504、静态存储器506或者储存装置516中的一种或任何组合可以构成机器可读介质。
虽然机器可读介质522被例示为单一介质，但是术语“机器可读介质”可以包括被配置用于储存所述一个或多个指令524的单一介质或多种介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关的调整缓存和服务器)。
术语“机器可读介质”可包括能够储存、编码或携带由计算机500执行的指令并使计算机500执行本公开的任何一种或多种技术的任何介质，或者能够储存、编码或携带这些指令所采用的或与这些指令相关的数据结构的任何介质。非限制性的机器可读介质实例可以包括固态存储器、光学和磁性介质。机器可读介质的具体实例可以包括：非易失性存储器，例如半导体存储器装置(例如，电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))和闪存装置；磁盘，例如内置硬盘和可移动磁盘；磁光盘；随机存取存储器(RAM)；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。在一些实例中，机器可读介质可以包括非瞬时性机器可读介质。在一些实例中，机器可读介质可以包括非瞬时传播信号的机器可读介质。
指令524还可以使用传输介质经由网络接口设备520在通信网络526上传输或接收，所述通信网络526利用多个传输协议(例如，帧中继、因特网协议(IP)、传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)、超文本传输协议(HTTP)等)中的任何一个。示例性通信网络可以包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、分组数据网(例如因特网)、移动电话网(例如蜂窝网络)、普通老式电话(POTS)网和无线数据网(例如，被称为
Figure BDA0002559766000000121
的电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准系列，被称为
Figure BDA0002559766000000122
的IEEE802.16标准系列，IEEE802.15.4标准系列，长期演进(LTE)标准系列，通用移动通信系统(UMTS)标准系列，对等(P2P)网络等)。在一个实例中，网络接口装置520可以包括一个或多个物理插口(例如以太网、同轴或电话插口)或一个或多个天线，以连接到通信网络526。
本发明的各个方面可以作为计算机系统的一部分来实施。计算机系统可以是一个物理机器，或者可以分布在多个物理机器之间，例如，在云计算分布式模型的情况中，可以按作用或功能，或者按进程线程来分布。在各个实施方式中，本发明的方面可被配置成在虚拟机中运行，进而在一个或多个物理机器上执行所述虚拟机。本领域技术人员应理解，本发明的特征可以通过各种不同的合适的机器实施方式来实现。
所述系统包括各种引擎，每个引擎被构造、编程、配置或以其他方式适配以执行一个功能或一组功能。本文使用的术语引擎意为使用硬件实现的有形装置、部件或部件的布置，例如，通过专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)实现，或者例如作为硬件和软件的组合来实现，例如，通过基于处理器的计算平台和一组程序指令，所述程序指令将计算平台转换为专用装置以实现特定功能。引擎也可以作为硬件和软件的组合来实现，其中某些功能仅通过硬件实现，而其他功能通过硬件和软件的组合实现。
在一个实例中，软件可以可执行或不可执行的形式存在于有形的机器可读存储介质上。以不可执行的形式存在的软件可以在运行时之前或期间被编译、翻译或以其他方式转换为可执行形式。在一个实例中，当由引擎的底层硬件执行时，软件引起硬件执行指定的操作。因此，引擎被物理构造，或被专门配置(例如，硬连线的)，或临时配置(例如，编程的)，以以指定方式操作或执行与该引擎相关的本文所述的任何操作的一部分或全部。
考虑到引擎是临时配置的实例，每个引擎可以在不同的时刻实体化。例如，如果引擎包括被配置成使用软件的通用硬件处理器，则通用硬件处理器内核可以在不同时间配置为相应的不同引擎。软件可相应地配置硬件处理器内核，例如，在一段时间构成特定引擎，并在另一段时间构成不同引擎。
在某些实施方式中，可以在执行操作系统，系统程序和应用程序的一台或多台电脑的处理器上执行引擎的至少一部分，并且在某些情况下可以全部执行，同时还在适当时使用多任务、多线程、分布式(例如，群集，对等，云等)处理或其他此类技术来运行引擎。因此，每个引擎可以以各种合适的配置来实现，并且一般不应将其限于本文示例的任何特定实施方式，明确指出这样的限制的除外。
另外，引擎本身可以由不止一个子引擎组成，每个子引擎本身可以被视为引擎。另外，在本文所述的实施方式中，各个引擎中的每个引擎对应于限定的功能；但是应理解，在其他设想的实施方式中，每种功能可以分布于不止一个引擎。同样地，在其他设想的实施方式中，多种限定的功能可以由执行这些多种功能的单个引擎实现——这些功能可能与其他功能一起执行，或者多个限定的功能以与本文实例中具体例示的方式不同的方式分布在一组引擎中。
图6是在其中测量空气流速度量值的地理区域的三维地图。图6例示了从仿真区域的东边部分观看的速度场，其中风从右边行进到左边，并且10m高处的参照风速为2m/s。图6显示了速度场的一个垂直切片，以证明高度在大气边界层中的影响。一般来说，风速随着高度而增大。在垂直切片的左下1/3部分上，在区域中的最高建筑物附近观察到强烈的再循环区，其中，水平切片为2m高。围绕建筑物的区域一般的风速低于0.5m/s，其用深蓝色例示。相较之下，由于建筑物密度高，相邻区域的低层社区的空气流速低，风速也降低。白色的流线表示气流试图绕过建筑密度高的区域。
图7A-7D例示了不使用(图7A)和使用(图7B)空气净化系统(APS)的地理区域中的预计微粒物质浓度。图7A-7B示出了当10m高度处的风速为2m/s时，在具有和不具有APS过滤的情况下，在2m高度处的预测PM浓度。在该实例中，细的实线相距100m，并且白色方框描绘的是建筑物。在图7A中，由于APS是关闭的，因此该区域中的PM浓度主要受背景PM浓度影响。车辆排放促进了公路附近额外的PM浓度。当APS打开并且过滤流动速率为135,000m3/h时，如图7B所示，在APS出口附近，PM浓度下降到背景的小于1/3。一些实施方式显示出更强的影响，例如，更低的浓度和更大的覆盖区域，而其他实施方式显示出过滤后的空气分散得更快。
图7C-7D例示了当APS阵列关闭(图7C)和打开(图7D)时的PM浓度的结果，其中，风速比图7A-7B的低。当风速减小时，观察到靠近公路有更强的PM浓度(图7C)。这与注意到在低风速日子更有可能发生雾天的观察情况一致。然而，正如无风的空气有助于污染物积累一样，它也有助于将过滤后的空气保持在局部，如图7D所示。
图8是例示了用于开发空气净化系统(APS)的室外应用的迭代设计方法800的流程图。方法800可以在一台或多台计算机处通过电脑实施。在框802处，所述一台或多台计算机指定设计目标、限制和地理位置特异性信息。在框804处，所述一台或多台计算机开始试验设计。在框806处，所述一台或多台计算机运行CFD仿真以预测性能。在框808处，所述一台或多台计算机确定是否符合目标。如果不符合目标，则方法800继续到框810。如果符合目标，则方法800继续到框812。
在框810处，在确定了不符合目标后，计算机基于预测的性能修正设计。在框810后，方法800回到框806。
在框812处，在确定了符合目标后，所述一台或多台计算机完成设计。在框812后，方法800结束。
图9A-9B根据一些实施方式例示了空气净化系统(APS)装置的侧视图和前视图。
图10A-10D根据一些实施方式描绘了空气净化系统(APS)装置的各种视角的图片。
如图所示，图10A的APS视图包括面板21、扇22、吸音板23、空气进入室24和静态压力室25。
如图所示，图10B的APS视图包括显示装置1、出口2、进口3和发光二极管(LED)显示装置4。
如图所示，图10D的APS视图包括隔板41、能量供应装置42和侧空气微粒过滤器43。
如图所示，图10A-10D的APS包括隔板41(示于图10D)，位于隔板41下方的面板21(示于图10A)，固定在隔板41上的扇22(示于图10A)，以及位于空气微粒过滤器板21与扇22之间的空气进入室24(示于图10A)。静态压力室25(示于图10A)位于扇的下游，消声板23(示于图10A)位于静态压力室25(示于图10A)与空气流动出口2(示于图10B)之间。静态压力室25(示于图10A)和空气进入室24(示于图10A)通过隔板41(示于图10D)分开。
在一些情况中，APF面板21包括一个或多个空气微粒过滤器(APF)面板组件(参见图10C)。在一些实施方式中，空气微粒过滤器面板21可以包括2×3布置、3×3布置、4×3布置或APF面板组件的其他布置。不特别限制APF面板组件的布置，且其可根据APS的尺寸来设计，并且不特别限制空气微粒过滤器板的形状。如图10A所示，APF面板的形状是矩形。
在一些实例中，APS包括APF面板、扇、进口和出口。图9A-9B例示了APS的外观。
表1例示了一些APS参数，其可以应用于一些实施方式。
表1：APS参数。
Figure BDA0002559766000000151
图11A-11C根据一些实施方式例示了用于空气过滤的微粒过滤器。
在一些情况中，图11A-11C所示的蜂窝APF是基于堇青石(一种复合镁铝硅酸盐材料)的陶瓷整体蜂窝过滤器。这种复合结构允许使过滤最大化，同时使压降最小化。所述过滤器通过掺混粘土、滑石、氧化铝和二氧化硅，使用挤出模头将其挤出来获得。挤出的材料包括多个相交的壁，它们限定了平行的通道或孔道。每个通道的端部被堵塞，从而迫使空气流通过壁上的孔。在这种过滤过程中，微粒物质被保留在过滤器的多孔壁上，而气态组分通过出口通道离开。
这些蜂窝过滤器常通过每平方英寸表面积的孔道密度以及内壁厚度来描述。包含200个孔道/英寸2(也标注为CPSI)和0.008英寸(203μm)壁厚度的蜂窝结构可以被标记为200/8蜂窝。蜂窝构造的一个优点是每单位体积的超高过滤面积。例如，200CPSI、8密耳壁厚度、144mm直径和123mm长的过滤器具有1.75m2的过滤面积，过滤面积与体积的比值为980m2/m3。大的过滤表面积比提供了超高容尘量的优点。压降增加速率慢于常规的织物过滤器，这有助于节能并降低所有者的总成本。已经证明APF蜂窝过滤器在减小的压降和减少的能量消耗下，以高的过滤效率(对于长期使用，ePM2.5＞90％)捕获各种细和超细空传微粒物质(从PM10到PM0.1)。
在一些实施方式中，APS在初始阶段可捕获＞85％的PM1.0，＞90％的PM2.5和＞95％的PM10，而且，随着PM在过滤器中积聚，过滤效率可以继续增加。过滤效率在所有不同类型的天气状况和多种现场测试的进来的PM浓度中均可靠。一些实施方式具有＞98％的微生物捕获效率。
一些实施方式能够产生＞5000m3/hr的高的清洁空气流体积，同时系统占地面积小——1480(L)x1000(D)，表明是紧凑的系统设计。三个进口区域，前方和侧面，被设计成最大程度地减小系统的占地面积。系统的长度和高度与55英寸的电视和前过滤器面板设计的尺寸完全匹配。当安装的空间有限时，小的占地面积对使用者尤其有利。
在一些情况中，虽然所述系统设计是紧凑的，但是结构被优化以减少系统压降，从而最大程度地发挥了扇的能力。例如，侧过滤面板上方的空间被填充以避免湍流空气流在该死区中回旋。静态压力室被设计在扇的后面，以在过滤后的空气到达出口之前先使其均匀化。
在一些情况中，考虑到高的空气流动速率和紧凑的设计，系统的噪声低。低噪声由三种可能的特征实现。第一种是扇的选择，因为扇是系统中的主要噪声源，因此通过选择可符合性能目标但具有低噪声水平的合适的扇，对实现低系统噪声是有用的。第二种是系统设计的优化，这不仅减少了系统的振动，还有助于使系统内侧的流型平滑。第三种是增加减噪方法以进一步降低系统的噪声水平。被噪声吸收材料覆盖的一组平行板被设计成位于扇后面的静态压力室中。系统衬里也被噪声吸收材料覆盖。
由于优化的系统结构设计和合适的扇的选择，因此系统功率消耗可以很低——包括55英寸显示装置的功率消耗在内仅850W。如果仅考虑空气净化功能而不具有显示装置或者使用远程显示装置，则系统功率消耗可小于750W。
在一些实施方式中，出口的流动速度被设计成6m/s，基于蒲福(Beaufort)风级，这属于“和风”。在这种空气速度下，人们不会感到不适。当将空气速度设置为1m/s作为边界条件时，系统占用的清洁空气量模拟为约22m3。如果在理想条件下并且假设清洁空气体积的厚度为约0.5m，则系统能够清洁～400m2的区域，这证明了出口的空气速度对清洁大型区域是有效的。
在一些实施方式中，就出口流量，显示装置监视和系统控制而言，系统设计是符合人体工程学的。系统出口的高度可以为2012mm，并且出口格栅可以上下调整以使空气流能够吹到人的通常高度。前显示装置和侧控制面板的高度可以分别是1615mm和1516mm。
在一些实施方式中，APS装置易于安装。APS装置配备有四个轮子并且易于在平坦的地板上移动。过滤器面板便于安装和从APS装置取出，这有助于在一定的使用时间后再生过滤器面板。
图12是根据一些实施方式，例示了用于在室外城市环境中进行空气净化的示例性方法1200的流程图。方法1200可以使用一个或多个机器实施。
在框1202处，机器或人将包括多个APS单元的APS阵列放置在室外城市环境中。每个APS单元的空气流量限制包括：空气流量在5,000CMH至300,000CMH的范围内。所述APS阵列被构造成以至少107m3/天/km2进行处理。每个APS单元的APS进口和APS出口的空气流速度限制包括：在APS进口处的空气流速度在0.5m/s至4m/s的范围内，并且在APS出口处的空气流速度在2m/s至30m/s的范围内。
在框1204处，机器或人对APS阵列通电以净化室外城市环境中的空气。在框1204后，方法1200结束。
任选地，APS单元的密度为1-30个/km2。任选地，每个APS单元的APS出口的位置位于年平均风速小于3m/s的位置。任选地，每个APS单元包括可再生过滤介质。任选地，过滤介质的再生间隔比每年一次更长。任选地，至少一个APS单元的清洁空气传输方向对应于给定时间[例如，指定的历年(例如2019年)，指定的历月(例如2019年1月)等]期间的主风向或最常见风向。任选地，方法1200还包括使用一台或多台计算机，对APS阵列的性能进行建模(例如，方法1300)。最常见的风向是北、东、南和西中的一个或它们的组合(例如，北、东北、南偏西75度等)。
图13是根据一些实施方式，例示了对空气净化系统(APS)阵列的性能进行建模的示例性方法1300的流程图。方法1300可以使用一台或多台计算机在电脑中进行。
在操作1302处，所述一台或多台计算机接收包含地理区域数据的第一输入。所述一台或多台计算机接收的第一输入包括：地理区域的二维地图，该地理区域中的建筑物或地势的三维模型，该地理区域中的微粒物质PM源和PM浓度的表示，以及该地理区域中的风的表示。
在操作1304处，所述一台或多台计算机接收包含APS放置数据的第二输入。所述一台或多台计算机接收的第二输入包括：该地理区域中的一个或多个APS进口和出口的建议位置。在一些实施方式中，第一输入从数据存储库接收，而第二输入由终端用户提供。
在操作1306处，所述一台或多台计算机基于第一输入和第二输入计算PM估算浓度。利用计算流体动力学，所述一台或多台计算机计算具有所述一个或多个APS进口和出口的地理区域中的一个或多个地理位置处的PM估算浓度。该计算考虑以下一个或多个因素：单个APS的空气流量限制，APS进口和APS出口的空气流速度限制，清洁空气传输方向，APS出口方向以及APS的高度。
在操作1308处，所述一台或多台计算机提供包括PM估算浓度的图形输出。所述一个或多个计算机通过与所述一个或多个计算机连接的图形用户界面(GUI)提供图形输出，所述图形输出包括叠加了在所述一个或多个地理位置处的PM估算浓度表示的地理区域的地图。在操作1308后，方法1300结束。
在一些实施方式中，所述一台或多台计算机接收多个第二输入，包括所述第二输入，多个第二输入中的每个第二输入包括所述一个或多个空气净化系统(APS)进口和出口在该地理区域中的不同建议放置位置。所述一台或多台计算机接收该地理区域中的空气净化的优化目标，其中，优化目标包括以下中的一项或多项：使PM捕获最大化以及使用于保护地理区域的特定部分的清洁空气穹的尺寸最大化。所述一台或多台计算机基于优化目标选择所述多个第二输入中的一个第二输入。所述一台或多台计算机通过GUI提供输出，该输出代表所选择的多个第二输入中的一个第二输入。
在一些实施方式中，在所述一个或多个地理位置处的PM估算浓度的表示包括颜色码。图形输出包括经颜色编码的地图。
在一些实施方式中，对APS阵列的性能进行建模考虑以下中的一项或多项(或者在一些情况中，以下中的每一项)：单个APS的空气流量限制，APS进口和APS出口的空气流速度限制，清洁空气传输方向，APS出口方向以及APS的高度。
在一些实施方式中，清洁空气传输方向基于风向来确定。在一些实施方式中，APS出口方向和APS的高度基于风向和风速来确定。
一些实施方式以编号的实施例(实施例1、实施例2、实施例3等)来描述。提供这些编号的实施例作为实例，但是其并不对本技术进行限制。
实施例1是一种用于在室外城市环境中进行空气净化的机器执行方法，所述方法包括：在室外城市环境中放置空气净化系统(APS)阵列，其包括多个APS单元，其中：每个APS单元的空气流量限制包括：空气流量在5,000CMH至300,000CMH的范围内，所述APS阵列被构造用于处理至少107m3/天/km2，并且每个APS单元的APS进口和APS出口的空气流速度限制包括：在APS进口处的空气流速度在0.5m/s至4m/s的范围内，并且在APS出口处的空气流速度在2m/s至30m/s的范围内(框1202)；以及使APS阵列通电以净化室外城市环境中的空气(框1204)。(所述APS阵列可以包括图10A-10D所示的APS装置。图10A-10D所示的APS装置能够符合实施例1-12规定的限制。)
实施例2是如实施例1所述的方法，其中，APS单元的密度为1-30个/km2。
实施例3是如实施例1-2中任一个所述的方法，其中，每个APS单元的APS出口的位置位于年平均风速小于3m/s的位置。
实施例4是如实施例1-3中任一个所述的方法，其中，每个APS单元包括可再生过滤介质。
实施例5是如实施例4所述的方法，其中，可再生过滤介质被构造成每预定的时间再生一次，所述时间长于一年。
实施例6是如实施例1-5中任一个所述的方法，其中，至少一个APS单元的清洁空气传输方向对应于给定时间期间的最常见风向，所述最常见风向是北、东、南和西中的一个或它们的组合(例如，北、东北、南偏西75度等)。
实施例7是如实施例1-6中任一个所述的方法，还包括：使用一台或多台计算机对APS阵列的性能进行建模。
实施例8是如实施例7所述的方法，其中，对APS阵列的性能进行建模包括：在所述一台或多台计算机处接收第一输入，所述第一输入包括：地理区域的二维地图，该地理区域中的建筑物或地势的三维模型，该地理区域中的微粒物质(PM)源和PM浓度的表示，以及该地理区域中的风的表示；在所述一台或多台计算机处接收一个或多个第二输入，所述第二输入包括：在所述地理区域中的一个或多个APS装置的建议放置位置和至少一个APS装置的进口和出口的建议取向；在所述一个或多个计算机处利用计算流体动力学计算该地理区域中的一个或多个地理位置处的PM估算浓度，其中，所述计算考虑以下中的一项或多项：单个APS装置的空气流量限制，APS进口和APS出口的空气流速度限制，清洁空气的传输方向，APS出口方向，APS的高度；以及通过与所述一台或多台计算机连接的图形用户界面(GUI)提供图形输出，所述图形输出包括叠加了在所述一个或多个地理位置处的PM估算浓度表示的地理区域的地图。
实施例9是如实施例8所述的方法，其中：所述一个或多个第二输入中的每一者包括所述一个或多个空气净化系统(APS)进口和出口在该地理区域中的不同建议放置位置；并且对APS阵列的性能进行建模还包括：接收该地理区域中的空气净化的优化目标，其中，优化目标包括以下中的一项或多项：使PM捕获最大化以及使用于保护所述地理区域的特定部分的清洁空气穹的尺寸最大化；基于优化目标选择所述一个或多个第二输入中的一种；以及通过GUI提供代表选择的所述一个或多个第二输入中的一种的输出。
实施例10是如实施例8-9中任一个所述的方法，其中，在所述一个或多个地理位置处的PM估算浓度的表示包括颜色码，其中，所述图形输出包括被颜色编码的地图。
实施例11是如实施例8-10中任一个所述的方法，其中，第一输入从数据存储库接收，并且第二输入由终端用户提供。
实施例12是如实施例8-11中任一个所述的方法，其中，对APS阵列的性能进行建模考虑以下中的一项或多项：单个APS的空气流量限制，APS进口和APS出口的空气流速度限制，清洁空气传输方向，APS出口方向以及APS的高度。
实施例13是如实施例1-12中任一个所述的方法，其中，每个APS单元的APS进口和APS出口的空气流速度限制包括：在APS进口处的空气流速度在0.8m/s至2.5m/s的范围内，并且在APS出口处的空气流速度在8m/s至20m/s的范围内。
实施例14是用于在室外城市环境中进行空气净化的一种或多种设备，所述一种或多种设备包括：放置在室外城市环境中的空气净化系统(APS)阵列，所述APS阵列包括多个APS单元，所述APS阵列还包括：使每个APS单元实施空气流量限制的装置，所述空气流量限制包括：空气流量在5,000CMH至300,000CMH的范围内，使用APS阵列处理至少107m3/天/km2的装置，以及使每个APS单元的APS进口和APS出口实施空气流速度限制的装置，所述空气流速度限制包括：在APS进口处的空气流速度在0.5m/s至4m/s的范围内，并且在APS出口处的空气流速度在2m/s至30m/s的范围内。(所述APS阵列可以包括如图10A-10D所示的APS装置。图10A-10D所示的APS装置能够符合实施例13-20规定的限制。)
实施例15是如实施例14所述的一种或多种设备，其还包括：使APS阵列通电以净化室外城市环境中的空气的装置。
实施例16是如实施例14-15中任一个所述的一种或多种设备，其中，APS单元的密度为1-30个/km2。
实施例17是如实施例14-16中任一个所述的一种或多种设备，其中，每个APS单元的APS出口的位置位于年平均风速小于3m/s的位置。
实施例18是如实施例14-17中任一个所述的一种或多种设备，其中，每个APS单元包括可再生过滤介质。
实施例19是如实施例18所述的一种或多种设备，其中，可再生过滤介质被构造成每预定的时间再生一次，所述时间长于一年。
实施例20是如实施例14-19中任一个所述的一种或多种设备，其中，至少一个APS单元的清洁空气传输方向对应于给定时间期间的最常见风向，所述最常见风向是北、东、南和西中的一个或它们的组合(例如，北、东北、南偏西75度等)。
实施例21是至少一种机器可读人质，其包括指令，当处理线路执行所述指令时，造成处理线路执行操作以实施实施例1-20中的任一个。
实施例22是一种设备，其包括用于实施如实施例1-20中任一个的装置。
实施例23是一种用于实施如实施例1-20中的任一个的系统。
实施例24是一种用于实施如实施例1-20中的任一个的方法。
尽管参考具体的示例性实施方式描述了实施方式，但明显的是，可以对这些实施方式进行各种修改和改变而不脱离本公开的较广的精神和范围。因此，应在说明性而非限制性的意义上看待说明书和附图。附图形成了本文的一部分，其通过例示而非限制的形式示出了可实施本公开主题的具体的实施方式。例示的实施方式以足够详细地进行了描述，以使本领域技术人员能够实践本文公开的教导。可以利用其他实施方式并且可以从中得出其他实施方式，因此可以进行结构和逻辑替代和改变而不背离本公开的范围。因此，不应在限制意义上理解本公开的具体实施方式，并且各个实施方式的范围仅由所附权利要求书以及这些权利要求书所赋予的等同物的全部范围来限定。
虽然本文例示和说明了具体的实施方式，但应理解，为实现相同目的而设计的任何布置都可以代替所示的特定实施方式。本公开旨在覆盖各个实施方式的任何及所有的调整或变化。本领域技术人员在阅读了以上描述后，以上实施方式的组合以及本文中未具体描述的其他实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。
本文中，如专利文献中所常见的，使用术语“一种”或“一个”来包括一种(个)或超过一种(个)，其与“至少一种(个)”或者“一种(个)或多种(个)”的任何其他情况或用法无关。本文中，除非另有说明，术语“或”用于表示非排他，或者，用于使“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在本文中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“之中”的通俗等效术语。并且，在所附权利要求书中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，包括除在权利要求中的术语之后列出的要素之外的要素的系统、用户设备(UE)、制品、组合物、制剂或方法仍被认为落在该权利要求的范围内。另外，在所附权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，而不旨在对它们的对象提出数目要求。
提供本公开的摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)，其要求摘要，该摘要将使读者快速确定技术公开的性质。应理解，提交的摘要将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前面的具体实施方式中，可以看出，出于简化本公开的目的，在单个实施方式中将各种特征组合在一起。本公开的这种方法不应被理解为反映的发明使得请求保护的实施方式需要比每项权利要求中明确引用的特征更多的特征。更确切地说，如同所附权利要求所反映的那样，发明主题在于少于公开的单一实施方式的全部特征。因此，所附权利要求将被明确地纳入具体实施方式，并且各权利要求本身作为单独的实施方式。

Claims (20)

1.一种用于在室外城市环境中进行空气净化的机器执行方法，所述方法包括：
在室外城市环境中放置空气净化系统(APS)阵列，其包括多个APS单元，其中：
每个APS单元的空气流量限制包括：空气流量在5,000CMH至300,000CMH的范围内，
所述APS阵列被构造成以至少107m3/天/km2进行处理，和
每个APS单元的APS进口和APS出口的空气流速度限制包括：在APS进口处的空气流速度在0.5m/s至4m/s的范围内，并且在APS出口处的空气流速度在2m/s至30m/s的范围内；以及
使APS阵列通电以净化室外城市环境中的空气。
2.如权利要求1所述的方法，其中，APS单元的密度为1-30个/km2。
3.如权利要求1所述的方法，其中，每个APS单元的APS出口的位置位于年平均风速小于3m/s的位置。
4.如权利要求1所述的方法，其中，每个APS单元包括可再生过滤介质。
5.如权利要求4所述的方法，其中，可再生过滤介质被构造成每预定的时间再生一次，所述时间长于一年。
6.如权利要求1所述的方法，其中，至少一个APS单元的清洁空气传输方向对应于给定时间期间的最常见风向，所述最常见风向是北、东、南和西中的一个或它们的组合。
7.如权利要求1所述的方法，其还包括：
使用一台或多台计算机对APS阵列的性能进行建模。
8.如权利要求7所述的方法，其中，对APS阵列的性能进行建模包括：
在所述一台或多台计算机处接收第一输入，所述第一输入包括：地理区域的二维地图，该地理区域中的建筑物或地势的三维模型，该地理区域中的微粒物质(PM)源和PM浓度的表示，以及该地理区域中的风的表示；
在所述一台或多台计算机处接收一个或多个第二输入，所述第二输入包括：在所述地理区域中的一个或多个APS装置的建议放置位置以及至少一个APS装置的进口和出口的建议取向；
利用计算流体动力学，在所述一台或多台计算机处计算所述地理区域中的一个或多个地理位置处的PM估算浓度，其中，所述计算考虑以下中的一项或多项：单个APS装置的空气流量限制，APS进口和APS出口的空气流速度限制，清洁空气传输方向，APS出口方向以及APS的高度；和
通过与所述一台或多台计算机连接的图形用户界面(GUI)提供图形输出，所述图形输出包括叠加了在所述一个或多个地理位置处的PM估算浓度表示的地理区域的地图。
9.如权利要求8所述的方法，其中：
所述一个或多个第二输入中的每一者包括所述一个或多个空气净化系统(APS)进口和出口在该地理区域中的不同的建议放置位置；并且
对APS阵列的性能进行建模还包括：
接收该地理区域中的空气净化的优化目标，其中，优化目标包括以下中的一项或多项：使PM捕获最大化以及使用于保护地理区域的特定部分的清洁空气穹的尺寸最大化；
基于优化目标选择所述一个或多个第二输入中的一个第二输入；以及
通过GUI提供输出，所述输出代表所选择的一个或多个第二输入中的一个第二输入。
10.如权利要求8所述的方法，其中，在所述一个或多个地理位置处的PM估算浓度的表示包括颜色码，其中，所述图形输出包括被颜色编码的地图。
11.如权利要求8所述的方法，其中，第一输入从数据存储库接收，并且其中，第二输入由终端用户提供。
12.如权利要求8所述的方法，其中，对APS阵列的性能进行建模考虑以下中的一项或多项：单个APS的空气流量限制，APS进口和APS出口的空气流速度限制，清洁空气传输方向，APS出口方向以及APS的高度。
13.如权利要求1所述的方法，其中，每个APS单元的APS进口和APS出口的空气流速度限制包括：在APS进口处的空气流速度在0.8m/s至2.5m/s的范围内，并且在APS出口处的空气流速度在8m/s至20m/s的范围内。
14.用于在室外城市环境中进行空气净化的一种或多种设备，所述一种或多种设备包括：
放置在室外城市环境中的空气净化系统(APS)阵列，所述APS阵列包括多个APS单元，所述APS阵列还包括：
使每个APS单元实施空气流量限制的装置，所述空气流量限制包括：空气流量在5,000CMH至300,000CMH的范围内，
使用APS阵列处理至少107m3/天/km2的装置，和
实施每个APS单元的APS进口和APS出口的空气流速度限制的装置，所述空气流速度限制包括：在APS进口处的空气流速度在0.5m/s至4m/s的范围内，并且在APS出口处的空气流速度在2m/s至30m/s的范围内。
15.如权利要求14所述的一种或多种设备，其还包括：
使APS阵列通电以净化室外城市环境中的空气的装置。
16.如权利要求14所述的一种或多种设备，其中，APS单元的密度为1-30个/km2。
17.如权利要求14所述的一种或多种设备，其中，每个APS单元的APS出口的位置位于年平均风速小于3m/s的位置。
18.如权利要求14所述的一种或多种设备，其中，每个APS单元包括可再生过滤介质。
19.如权利要求18所述的一种或多种设备，其中，可再生过滤介质被构造成每预定的时间再生一次，所述时间长于一年。
20.如权利要求14所述的一种或多种设备，其中，至少一个APS单元的清洁空气传输方向对应于给定时间期间的最常见风向，所述最常见风向是北、东、南和西中的一个或它们的组合。
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