ES2605941T3 - Sistema y método para evaluar y reducir la contaminación del aire regulando la ventilación por flujo de aire - Google Patents

Sistema y método para evaluar y reducir la contaminación del aire regulando la ventilación por flujo de aire Download PDF

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ES2605941T3 ES07706147.1T ES07706147T ES2605941T3 ES 2605941 T3 ES2605941 T3 ES 2605941T3 ES 07706147 T ES07706147 T ES 07706147T ES 2605941 T3 ES2605941 T3 ES 2605941T3
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Urecsys - Urban Ecology Systems - Indoor Air Quality Man Ltd
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Abstract

Método para estimar los niveles relativos de contaminación del aire exterior en ubicaciones diferentes dentro de una zona (200) urbana y para optimizar las condiciones de ventilación por flujo de aire de entornos (220) cerrados no monitorizados usando al menos una estación (210) de monitorización de la contaminación del aire y al menos un centro (230) informático, comprendiendo dicho método las etapas de: en la al menos una estación (210) de monitorización de la contaminación del aire: - recopilar de manera continua datos de contaminación del aire exterior e identificar tendencias diarias de fluctuaciones frecuentes de la contaminación del aire exterior de manera rutinaria en tiempo real; - transmitir dichos datos al al menos un centro (230) informático; en el al menos un centro (230) informático: - identificar sincronizaciones entre ubicaciones diferentes de dicha zona urbana en cuanto a tendencias de niveles de contaminación del aire exterior; y - analizar dichos datos incluyendo estimar los niveles relativos de contaminación del aire exterior en al menos una ubicación de esa misma zona urbana que no incluye una estación de monitorización, basándose en sincronizaciones identificadas de niveles relativos de contaminaciones del aire exterior - transmitir dichos datos analizados a una unidad de regulación automática en al menos un entorno cerrado en ubicaciones en dicha zona urbana que no incluyen una estación de monitorización, en el que dichos datos analizados se refieren a niveles relativos de contaminación del aire exterior en tiempo real en los alrededores de dicho entorno cerrado no monitorizado e incluyen instrucciones para la unidad de regulación automática acerca de la ventilación de dicho entorno cerrado no monitorizado con aire procedente del exterior - en el que dichas instrucciones se determinan según estimaciones actuales de niveles relativos de contaminación del aire en los alrededores de dicho entorno cerrado no monitorizado en comparación con un umbral calculado de nivel relativo de contaminación del aire para cada ubicación de dicho entorno cerrado, y - en el que dicho umbral se calcula por dicho centro informático según niveles relativos de contaminación en momentos dados de ventilación anteriores incluyendo en los cálculos del umbral un intervalo de tiempo que se mide desde el último periodo de ventilación, en el que cuanto mayor es el intervalo de tiempo mayores son los umbrales; - en el que las instrucciones controlan la unidad de regulación automática para activar o continuar la ventilación si el nivel relativo de contaminación del aire estimado actual es menor o igual al umbral.

Description

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SISTEMA Y METODO PARA EVALUAR Y REDUCIR LA CONTAMINACION DEL AIRE REGULANDO LA
VENTILACION POR FLUJO DE AIRE
descripciOn
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere en general al campo de monitorizar la contaminacion del aire en un entorno dado, mas precisamente, se refiere a sistemas y metodos para estimartendencias de contaminacion del aire locales y para optimizar de manera rutinaria las condiciones de ventilacion por flujo de aire de construcciones segun mediciones de contaminacion del aire.
El problema de la contaminacion del aire de interior no es menos grave que la contaminacion exterior porque la contaminacion exterior difunde al interior del espacio de construcciones, y porque dentro de las construcciones hay muchas fuentes de contaminacion del aire que emiten contaminacion al interior del volumen limitado de las propias construcciones. La presente invencion no es espedfica para abordar contaminantes del aire, y es adecuada para abordar partfculas ultrafinas y contaminantes gaseosos muy pequenos que son los contaminantes mas comunes, mas peligrosos y mas cancengenos.
El documento JP 2004 028387 A describe un sistema de control y gestion remoto para acondicionadores de aire. Los acondicionadores de aire pueden enviar informacion de ubicacion e informacion del entorno exterior/interior (por ejemplo, contaminacion del aire) a un servidor de gestion que realiza la gestion centralizada de la pluralidad de acondicionadores de aire.
Sumario
Por tanto, la invencion tiene el objetivo de mejorar los metodos y sistemas de ventilacion por flujo de aire de entornos (220) cerrados no monitorizados actuales.
Este objeto se logra mediante un metodo y un sistema segun las reivindicaciones 1 y 8, respectivamente. Realizaciones y desarrollos ventajosos son el objeto de las reivindicaciones dependientes adicionales 2 a 7 y 9 a 14.
Se da a conocer un metodo para estimar niveles absolutos o relativos de contaminacion del aire y tendencias de contaminacion del aire en ubicaciones diferentes de una zona urbana usando al menos una estacion de monitorizacion de la contaminacion del aire y al menos un centro informatico. El metodo comprende recopilar de manera continua datos de contaminacion del aire e identificar fluctuaciones diarias frecuentes de contaminacion del aire de manera rutinaria en tiempo real de al menos una ubicacion en la zona urbana y transmitir los datos a al menos un centro informatico. El metodo tambien incluye las etapas de realizar una fase preliminar de identificar sincronizaciones en cuanto a tendencias de niveles de contaminacion del aire entre ubicaciones diferentes de la zona urbana, y analizar los datos en el centro informatico y estimar los niveles de contaminacion del aire en al menos una ubicacion de esa misma zona urbana que no incluye una estacion de monitorizacion, basandose en la fase preliminar.
La fase preliminar incluye ademas las etapas de recopilar tendencias de contaminacion del aire de una segunda ubicacion en la zona urbana y analizar patrones, regularidades y dependencias en cuanto a diferencias en tendencias de contaminacion del aire en las ubicaciones de la misma zona urbana por el centro informatico. El metodo envfa opcionalmente la informacion a una unidad de regulacion de ventilacion automatica en el entorno cerrado, tal como una construccion o un vehfculo o a una persona ubicada en la zona urbana.
El metodo puede incluir tambien recopilar de al menos una ubicacion en la zona urbana datos acerca de factores de intervencion. Los factores de intervencion incluyen parametros que influyen en la concentracion, difusion y dispersion de la contaminacion del aire y en la transmision de los datos de los factores de intervencion al centro informatico. Las tendencias de contaminacion del aire en secciones de la zona urbana que no incluyen una estacion de monitorizacion se estiman segun datos de estaciones de monitorizacion remotas y los factores de intervencion. Los factores de intervencion incluyen opcionalmente la distancia entre cada estacion de monitorizacion y cada ubicacion, la direccion del viento, la velocidad del viento, la temperatura, la topograffa, la presion barometrica, los niveles de humedad, los angulos o los vectores de estos parametros en relacion con cada ubicacion, y la composicion de aire y la intensidad de la luz solar.
El metodo tambien incluye opcionalmente la etapa de calcular un factor para determinar la influencia relativa de cada estacion de monitorizacion en la estimacion de tendencias de contaminacion del aire de cada ubicacion que no incluye una estacion de monitorizacion cuando se monitorizan los niveles de contaminacion del aire en al menos dos ubicaciones diferentes de la misma zona urbana. El factor para cada par posible de una estacion de monitorizacion y una ubicacion se calcula segun los factores de intervencion.
Los datos analizados se transmiten a receptores en la zona urbana. Los datos analizados se refieren a niveles
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relativos de contaminacion del aire en tiempo real en los alrededores del receptor. Los datos analizados incluyen instrucciones acerca de la ventilacion del entorno cerrado con aire procedente del exterior. Las instrucciones se determinan segun estimaciones actuales de niveles relativos de contaminacion del aire en los alrededores del entorno cerrado en comparacion con un umbral calculado de nivel relativo de contaminacion del aire para cada ubicacion del entorno cerrado. Los calculos se basan en predicciones de niveles de contaminacion del aire segun algoritmos de prediccion, tales como algoritmos de aprendizaje.
El umbral se determina por el centro informatico segun niveles relativos de contaminacion en momentos dados de ventilacion anteriores. En el calculo del umbral, el metodo mide el intervalo de tiempo entre cada dos ventilaciones consecutivas del entorno cerrado y tiene en cuenta el intervalo de tiempo en el calculo del umbral en el que cuanto mayor es el intervalo de tiempo mayor es el umbral. El intervalo de tiempo maximo entre cada dos instrucciones de ventilacion consecutivas esta predefinido dentro de cada unidad de regulacion de ventilacion automatica o por el centro informatico segun parametros relevantes de cada entorno cerrado.
El metodo tambien mide componentes del aire en el entorno cerrado y tiene en cuenta estos datos en el calculo del umbral en el que una mejor composicion de componentes del aire en el entorno cerrado permite un umbral inferior. La ubicacion del entorno cerrado se identifica opcionalmente en tiempo real. El proceso de ubicacion se realiza usando un sistema de posicionamiento global (GPS) o identificacion de ubicacion de dispositivo celular.
Las instrucciones de ventilacion se determinan segun caractensticas del entorno cerrado. Las caractensticas del entorno cerrado incluyen opcionalmente el volumen, la poblacion y los niveles de actividad dentro del entorno cerrado.
El metodo tambien incluye opcionalmente la etapa de recibir informacion de retroalimentacion de los entornos cerrados y ajustar los calculos en consecuencia. La unidad de regulacion de ventilacion automatica incluye opcionalmente un sensor de CO2 y la activacion de la ventilacion por flujo de aire procedente del exterior se activa cuando los niveles de CO2 superan un umbral predefinido.
Tambien se da a conocer un sistema para monitorizar y estimar los niveles diarios o niveles relativos de contaminacion del aire en zonas urbanas para el fin de optimizar las condiciones de ventilacion por flujo de aire de entornos cerrados. El sistema comprende estaciones de monitorizacion de la contaminacion del aire estacionarias o moviles situadas en la zona urbana para monitorizar de manera continua fluctuaciones rutinarias en los niveles de contaminacion del aire en su ubicacion. El sistema tambien incluye una segunda estacion de monitorizacion que funciona para una identificacion preliminar de sincronizaciones en cuanto a tendencias de niveles de contaminacion del aire entre ubicaciones diferentes de la misma zona urbana y un centro informatico centralizado de optimizacion y control para recopilar y analizar datos de contaminacion del aire recibidos de las estaciones de monitorizacion. Esta informacion se recoge por el centro informatico a traves de una primera red de comunicacion y se envfan instrucciones de control a traves de una segunda red de comunicacion a receptores en los entornos cerrados. Las instrucciones de control incluyen datos de modo de ventilacion.
Los receptores pueden estar ubicados en secciones de la zona urbana que no incluyen una estacion de monitorizacion. El receptor puede ser una unidad de regulacion de ventilacion automatica o una persona ubicada dentro de la zona urbana. Puede usarse un sistema de posicionamiento, tal como una unidad de GPS; una unidad de comunicacion celular, para determinar la ubicacion del receptor. El sistema incluye un algoritmo para mediciones y evaluaciones periodicas para predecir momentos dados regulares en los que los niveles de contaminacion del aire son relativamente bajos.
La unidad de regulacion de ventilacion automatica controla la ventilacion del entorno cerrado con aire procedente del exterior. La unidad de regulacion de ventilacion automatica tambien incluye opcionalmente un temporizador para activar la ventilacion por flujo de aire procedente del exterior tras un tiempo predefinido. La unidad de regulacion de ventilacion automatica incluye opcionalmente ademas un sensor de CO2 que permite la activacion de la ventilacion por flujo de aire procedente del exterior cuando los niveles de CO2 superan un umbral predefinido.
La segunda estacion de monitorizacion recopila informacion acerca de factores de intervencion. Los factores de intervencion incluyen parametros que influyen en la concentracion, difusion y dispersion de la contaminacion del aire.
Breve descripcion de los dibujos
El contenido que se considera que es la invencion se entendera mas claramente a la luz de la siguiente descripcion de realizaciones en el presente documento, facilitada unicamente a modo de ejemplo y para fines de discusion ilustrativa la presente invencion, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que
la figura 1 es un diagrama que ilustra las fluctuaciones medidas en la contaminacion del aire en ubicaciones diferentes de la misma zona urbana (Tel-Aviv);
la figura 2 es una ilustracion esquematica del entorno en el que funcionan las realizaciones de la presente invencion;
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la figura 3 es una ilustracion esquematica del flujo de informacion entre los componentes de realizaciones de la presente invencion;
la figura 4 es una ilustracion de la representacion grafica de una zona urbana como una cuadncula en el centro informatico de optimizacion y control segun realizaciones de la presente invencion;
la figura 5 es un diagrama que ilustra el funcionamiento de la funcion de compromiso segun realizaciones de la presente invencion;
la figura 6 es un diagrama que ilustra los niveles de contaminacion del aire en las construcciones en comparacion con la contaminacion del aire fuera de las construcciones tal como se logra mediante realizaciones de la presente invencion;
la figura 7 es una ilustracion de los dos estados del flujo de aire en construcciones y el funcionamiento de las unidades de control de ventilacion por flujo de aire segun realizaciones de la presente invencion;
la figura 8 es un diagrama que ilustra un promedio de valores maximos diarios en comparacion con un promedio de valores mmimos diarios de niveles de contaminacion del aire en seis zonas urbanas diferentes;
la figura 9 es un diagrama que ilustra las fluctuaciones en los niveles de contaminacion del aire en diecisiete dfas diferentes en la misma zona urbana (Londres);
la figura 10 es un diagrama que ilustra fluctuaciones de contaminacion del aire de un ano entero en la misma zona urbana (Haifa);
la figura 11 es un diagrama que ilustra las fluctuaciones en los niveles de contaminacion del aire en cuatro dfas diferentes en la misma zona urbana superpuesta (Londres).
Los dibujos junto con la descripcion hacen que sea evidente para los expertos en la tecnica como puede realizarse la invencion en la practica. No se intenta mostrar detalles estructurales de la invencion en mas detalle de lo necesario para una comprension fundamental de la invencion.
Se apreciara que por motivos de simplicidad y claridad de ilustracion, los elementos mostrados en las figuras no se han dibujado necesariamente a escala. Por ejemplo, las dimensiones de algunos de los elementos pueden estar exageradas en relacion con otros elementos por motivos de claridad. Ademas, cuando se considera apropiado, pueden repetirse numeros de referencia entre las figuras para indicar elementos correspondientes o analogos.
Descripcion detallada
La presente invencion es un sistema y un metodo para monitorizar los niveles de contaminacion del aire en zonas urbanas para el fin de transmitir datos de contaminacion del aire y para el fin de optimizar las condiciones de ventilacion por flujo de aire de construcciones segun los datos. El termino ventilacion por flujo de aire en el presente documento se refiere a ventilacion por flujo de aire procedente del exterior al interior de la construccion, mientras que se excluye el aire de interior; el termino circulacion de flujo de aire se refiere a ventilacion por aire de interior. El sistema y el metodo dados a conocer suministran datos en tiempo real en cuanto a niveles locales o niveles relativos de contaminacion del aire, es decir niveles de contaminacion del aire actuales en relacion con los anteriores. El sistema y el metodo dados a conocer usan las fluctuaciones en los niveles de contaminacion del aire con el fin de lograr la reduccion optima de los niveles de contaminacion del aire dentro de construcciones diariamente.
Una realizacion es un ejemplo o implementacion de las invenciones. Las diversas apariciones de “una realizacion” o “algunas realizaciones” no se refieren necesariamente todos ellos a las mismas realizaciones. Aunque diversas caractensticas de la invencion pueden describirse en el contexto de una unica realizacion, las caractensticas tambien pueden facilitarse por separado o en cualquier combinacion adecuada. A la inversa, aunque la invencion puede describirse en el presente documento en el contexto de realizaciones separadas por motivos de claridad, la invencion tambien puede implementarse en una unica realizacion.
La referencia en la memoria descriptiva a “una realizacion”, “algunas realizaciones” u “otras realizaciones” significa que se incluye un rasgo distintivo, estructura o caractenstica particular descrita en relacion con las realizaciones en al menos una realizacion, pero no necesariamente en todas las realizaciones, de las invenciones. Se entiende que la fraseologfa y la terminologfa empleadas en el presente documento no deben interpretarse como limitativas y que son unicamente para fines descriptivos.
Los principios y los usos de las ensenanzas de la presente invencion pueden entenderse mejor con referencia a la descripcion, las figuras y los ejemplos adjuntos. Ha de entenderse que los detalles expuestos en el presente documento no deben interpretarse como una limitacion a una aplicacion de la invencion. Ademas, ha de entenderse que la invencion puede llevarse a cabo o ponerse en practica de varios modos y que la invencion puede
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implementarse en realizaciones distintas de las explicadas resumidamente en la descripcion a continuacion.
Ha de entenderse que los terminos “que incluye”, “que comprende”, “que consiste en” y variantes gramaticales de los mismos no excluyen la adicion de uno o mas componentes, caractensticas, etapas o numero enteros o grupos de los mismos y que los terminos deben interpretarse como que especifican componentes, caractensticas, etapas o numero enteros. La expresion “que consiste esencialmente en” y variantes gramaticales de la misma, cuando se usa en el presente documento no debe interpretarse que excluye componentes, etapas, caractensticas, numero enteros o grupos de los mismos adicionales, sino mas bien que las caractensticas, numero enteros, etapas, componentes o grupos de los mismos adicionales no alteran materialmente las caractensticas basicas y novedosas de la composicion, dispositivo o metodo reivindicado.
Si la memoria descriptiva o las reivindicaciones se refieren a “un elemento adicional”, esto no excluye que haya mas de uno del elemento adicional. Ha de entenderse que cuando las reivindicaciones o la memoria descriptiva se refieren a “un” elemento, tal referencia no debe interpretarse como que hay solo uno de ese elemento. Ha de entenderse que cuando la memoria descriptiva afirma que un componente, rasgo distintivo, estructura o caractenstica “puede” o “podna” incluirse, no se requiere que se incluya ese componente, rasgo distintivo, estructura o caractenstica particular.
Cuando sea aplicable, aunque pueden usarse diagramas de estado, diagramas de flujo o ambos para describir realizaciones, la invencion no se limita a estos diagramas o a las descripciones correspondientes. Por ejemplo, no es necesario que el flujo pase a traves de cada recuadro o estado ilustrado, o exactamente en el mismo orden que el ilustrado o descrito.
Los metodos de la presente invencion pueden implementarse realizando o completando de manera manual, automatica, o una combinacion de las mismas, etapas o tareas seleccionadas. El termino “metodo” se refiere a maneras, medios, tecnicas y procedimientos para llevar a cabo una tarea dada incluyendo, pero sin limitarse a, aquellas maneras, medios, tecnicas y procedimientos o bien conocidos o bien facilmente desarrollados a partir de maneras, medios, tecnicas y procedimientos conocidos por los expertos en la tecnica a la que pertenece la invencion. Las descripciones, ejemplos, metodos y materiales presentados en las reivindicaciones y la memoria descriptiva no deben interpretarse como limitativos sino mas bien unicamente como ilustrativos.
El significado de los terminos tecnicos y cientfficos usados en el presente documento ha de entenderse comunmente por un experto habitual en la tecnica a la que pertenece la invencion, a menos que se defina de otro modo. La presente invencion puede implementarse en las pruebas o la practica con metodos y materiales equivalentes o similares a los descritos en el presente documento.
Los terminos “inferior”, “por debajo”, “superior” y “por encima” tal como se usan en el presente documento no indican necesariamente que un componente “inferior” esta por debajo de un componente “superior”, o que un componente que esta “por debajo” esta de hecho “por debajo” de otro componente o que un componente que esta “por encima” esta de hecho “por encima” de otro componente. Como tal, las direcciones, los componentes o ambos pueden voltearse, rotarse, moverse en el espacio, situarse en una orientacion o posicion diagonal, situarse en horizontal o en vertical, o modificarse de manera similar. Por consiguiente, se apreciara que los terminos “inferior”, “por debajo”, “superior” y “por encima” pueden usarse en el presente documento unicamente para fines a modo de ejemplo, para ilustrar el posicionamiento o colocacion relativa de determinados componentes, para indicar un primer y un segundo componente o ambos.
Cualquier publicacion, incluyendo patentes, solicitudes de patente y artfculos, a los que se hace referencia o se mencionan en esta memoria descriptiva se incorporan en el presente documento en su totalidad en la memoria descriptiva, en el mismo grado que si se indicara de manera espedfica o individual que cada publicacion individual se incorpora al presente documento. Ademas, la mencion o identificacion de cualquier referencia en la descripcion de algunas realizaciones de la invencion no debe interpretarse como un reconocimiento de que tal referencia esta disponible como tecnica anterior con respecto a la presente invencion.
Uno de los principales objetivos de este sistema y metodo es definir los momentos optimos para la ventilacion con el fin de lograr una mejora significativa y persistente de la calidad del aire de interior, de manera rutinaria, usando fluctuaciones no deterministas, continuas y eficaces en los niveles de contaminacion del aire en los alrededores de cada construccion. El logro de este objetivo no requiere que el sistema mantenga niveles absolutos de contaminacion del aire en los alrededores de cada construccion, puesto que el factor decisivo en la definicion de los momentos optimos para la ventilacion es la tendencia de las fluctuaciones en los niveles relativos de contaminacion del aire y no los niveles absolutos en sf mismos.
Las funciones mencionadas anteriormente del sistema y el metodo dados a conocer requieren la evaluacion en tiempo real de niveles relativos de contaminacion del aire y sus tendencias en los alrededores de cada construccion. El sistema y el metodo sugeridos pueden estimar niveles relativos o reales de contaminacion del aire en ubicaciones diferentes usando solo una o pocas estaciones de monitorizacion en una zona urbana completa, pudiendo proporcionar esta estacion de monitorizacion datos en cuanto a los niveles reales de contaminacion o simplemente
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niveles relativos de contaminacion. Segun la presente invencion, con el fin de estimar los niveles relativos de contaminacion del aire en ubicaciones diferentes de la ciudad, no se necesita que las estaciones de monitorizacion esten ubicadas en esas ubicaciones espedficas. Ademas, el sistema y el metodo sugeridos pueden definir momentos optimos para la ventilacion en ubicaciones diferentes de una zona urbana completa usando solo un centro de procesamiento.
El sistema y el metodo sugeridos se basan en el analisis de datos de la contaminacion del aire y en la caracterizacion de la contaminacion del aire urbana. Estos desarrollos presentan un unico enfoque, con importantes ventajas ecologicas, que permiten que el sistema aborde eficazmente una variedad de contaminantes e incluso con contaminantes gaseosos pequenos y partfculas ultrafinas que no podnan filtrase por tecnolog^as actuales del estado de la tecnica (disenadas para mejorar la calidad del aire de interior). Las partfculas finas, las partfculas ultrafinas y los contaminantes gaseosos son los contaminantes mas comunes y mas peligrosos. No obstante, la solucion sugerida puede funcionar con otros productos disenados para mejorar la calidad del aire de interior, tales como filtros y purificadores, y tambien puede mejorar su eficacia y duracion. Usando esta tecnologfa, los clientes pueden mejorar su salud con el coste de solo algunos dolares al mes.
Realizaciones de la presente invencion ofrecen una solucion eficaz que reduce significativamente los costes de evaluar en tiempo real tendencias o niveles locales de contaminacion del aire, los costes de los canales de comunicacion y las transmisiones requeridas y los costes de las unidades de regulacion del control de ventilacion por flujo de aire. Por tanto, realizaciones de la presente invencion pueden proporcionar dispositivos de control de ventilacion por flujo de aire asequibles para cualquier tipo de construccion, oscilando entre habitaciones pequenas hasta grandes complejos de construcciones. En el presente documento, el uso del termino construccion se refiere a cualquier tipo de estructura, apartamento, oficina, etc.
Los datos empmcos recopilados de ciudades seleccionadas en todo el mundo demuestran y establecen que se repiten cada dfa fluctuaciones drasticas, un aumento y una disminucion de los niveles de contaminacion del aire. Los resultados muestran que cada dfa en la mayona de las ciudades hay momentos en los que los niveles de contaminacion del aire disminuyen hasta un valor que es una decima parte de los niveles mas altos de ese dfa, como promedio. En algunas ciudades, la diferencia promedio entre los momentos dados mas contaminados y mas limpios es de hasta 30 veces mayor.
La figura 8 es un diagrama que ilustra un promedio de valores maximos diarios en comparacion con un promedio de valores mmimos diarios de niveles de contaminacion del aire en seis zonas urbanas diferentes. En cuanto a las ciudades Londres, Los Angeles, Tel Aviv y Haifa, la toma de muestras cubrio el ano entero (de lo contrario, las muestras se tomaron a intervalos de 22 dfas) omitiendo los fines de semana y las vacaciones porque la actividad industrial y el trafico son relativamente bajos en esos dfas. En la ciudad de Nueva York, la toma de muestras cubrio aproximadamente un mes y medio continuo. En Hong Kong, los datos cubrieron un ano entero. La figura 8 demuestra la repeticion de fluctuaciones drasticas cada dfa en seis zonas urbanas diferentes. El hecho de que todas las ciudades muestren un patron similar, pese a las diferencias en la toma de muestras, refuerza la afirmacion de que se repiten fluctuaciones significativas de los niveles de contaminacion del aire a lo largo del dfa.
La figura 9 es un diagrama que ilustra la repeticion de fluctuaciones significativas de los niveles de contaminacion del aire tal como se monitorizo en la ciudad de Londres a lo largo de un periodo de diecisiete dfas de toma de muestras que cubnan un ano entero (las muestras se tomaron a intervalos de 22 dfas). La figura 10 es un diagrama que ilustra un ano entero de fluctuaciones medidas en la ciudad de Haifa. Tal como se muestra, se repiten fluctuaciones de contaminacion del aire el ano entero. Adicionalmente, numerosas fluctuaciones, especialmente en el invierno, superan los niveles maximos presentados en la figura io. Los niveles de contaminacion del aire se caracterizan por fluctuaciones impredecibles, continuas, frecuentes y significativas que se producen cada dfa. La figura li es un diagrama que ilustra tales fluctuaciones no deterministas. Este diagrama muestra fluctuaciones de contaminacion del aire tal como se midieron en cuatro dfas diferentes en la ciudad de Londres. Tal como se ilustra mediante los datos en el grafico de la figura 11, los niveles de contaminacion del aire no muestran ninguna regularidad.
Las fluctuaciones de contaminacion del aire no tienen lugar segun ciclos predeterminados. Por tanto, no hay manera de predecir de manera exacta el valor del nivel de contaminacion del aire en momentos dados secuenciales, en ubicaciones espedficas. Aunque hay algunos prototipos de sistemas, tales como redes neuronales, disenados para predecir los niveles de contaminacion del aire, estos metodos no pueden abordar eficazmente los cambios, no son lo suficientemente sensibles como para detectar irregularidades locales, no son precisos y no estan adaptados para analizar la contaminacion del aire en alta resolucion. Por ejemplo, estos sistemas no pueden identificar diferencias de las tendencias y los niveles de contaminacion del aire a lo largo de minutos y docenas de minutos. En ultima instancia, estos sistemas podnan servir como el sistema y el metodo sugeridos en el futuro, pero por ahora no hay modo de predecir de manera precisa cual sera el cambio de los niveles de contaminacion en minutos, decenas de minutos, o en cualquier momento dado individual en el plazo de meses.
El uso de fluctuaciones de contaminacion del aire con el fin de programar la ventilacion de construcciones para los momentos optimos plantea dos problemas principales: En primer lugar, hay problemas de viabilidad y aplicacion. Por
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ejemplo, las fluctuaciones de contaminacion del aire no son dclicas ni predeterminadas. Por tanto, es necesario un sistema y un metodo para decidir si ventilar en un momento dado determinado o esperar al siguiente momento dado con el fin de lograr una calidad del aire optima en construcciones.
El segundo problema es el alto coste de tales sistemas para cada construccion. Solo las estaciones de monitorizacion profesionales son lo suficientemente sensibles para detectar breves cambios de los niveles de contaminacion del aire de manera eficaz, en tiempo real y con alta resolucion. Sin embargo, el coste de las estaciones de monitorizacion profesionales es de miles de dolares por unidad como mmimo, y es necesario un funcionamiento contante, profesional de las estaciones de monitorizacion para cada construccion. La ubicacion de una estacion de monitorizacion grande, cara y profesional en los alrededores de cada construccion no resulta practica. Adicionalmente, debe establecerse una conexion entre las estaciones de monitorizacion y ordenadores que deben funcionar segun programas que pueden estimar los momentos dados apropiados mas limpios para la ventilacion.
Las fluctuaciones de contaminacion del aire no son dclicas ni predeterminadas y diferentes partes de la ciudad urbana pueden mostrar diferente niveles de contaminacion del aire. Sin embargo, el sistema y el metodo dados a conocer hacen uso del hecho de que segun el analisis realizado sobre los datos acumulados por las estaciones de monitorizacion de contaminacion del aire, las zonas urbanas tienden a incluir vastos entornos homogeneos en lo que se refiere a sus tendencias de contaminacion del aire. Es probable que en muchos casos toda una zona urbana este en un unico entorno en lo que se refiere a las tendencias de contaminacion del aire. Una similitud en las tendencias de contaminacion del aire es una similitud en los momentos en que los niveles de contaminacion del aire aumentan o disminuyen, y en los momentos de valores mmimos y maximos. En otras palabras, aunque ubicaciones diferentes en una unica zona urbana pueden tener niveles diferentes de contaminacion del aire en cualquier momento dado individual, las fluctuaciones en los niveles monitorizados en las diferentes ubicaciones tienden a coincidir.
La figura i es un diagrama que ilustra los niveles monitorizados de contaminacion del aire tal como se monitorizaron en cuatro secciones diferentes en la ciudad de Tel Aviv a lo largo de un periodo de seis dfas. Tal como resulta evidente a partir de este diagrama, aunque se midieron diferentes niveles de contaminacion en las cuatro estaciones de monitorizacion, las tendencias medidas fueron principalmente las mismas en todas las zonas y los niveles mmimos, tales como los puntos 130, 140 y 150, y los niveles maximos, tales como los puntos 100, 110 y 120, coincidieron. Aunque algunas secciones pueden no estar sincronizadas entre sf, es probable que dos secciones diferentes de la misma zona urbana puedan mostrar un patron o regularidad detectable en cuanto a sus diferencias en tendencias de contaminacion del aire. La investigacion realizada por los inventores ha mostrado que estos hallazgos son caractensticos de fluctuaciones en los niveles de contaminacion del aire en zonas urbanas.
Basandose en estos hallazgos y puesto que el fin principal de este sistema y metodo es identificar estos puntos de extremidad, tanto el maximo como el mmimo, para encontrar los momentos optimos durante el dfa para ventilar las construcciones, el sistema y el metodo dados a conocer proponen hacer uso de este fenomeno. Adicionalmente, el sistema y el metodo dados a conocer estan disenados para identificar patrones y regularidades en cuanto a diferencias en tendencias de contaminacion del aire entre diferentes partes de la zona urbana y hacen uso de este fenomeno.
La figura 2 es una ilustracion esquematica de los componentes principales del sistema ubicados en una zona urbana segun realizaciones de la presente invencion. Realizaciones de la presente invencion comprenden el centro 230 informatico de optimizacion y control y varias estaciones 210 de monitorizacion de contaminacion del aire, moviles o estacionarias, ubicadas en diferentes secciones de la misma zona 200 urbana. Ademas, en la zona 200 urbana hay construcciones 220 clientes cuya ventilacion por flujo de aire esta regulada por unidades 240 de regulacion sencillas. Es importante observar que el numero de centros 230 informaticos y el numero de estaciones 210 de monitorizacion es significativamente mas pequeno que el numero de construcciones cuya ventilacion por flujo de aire esta controlada por el sistema. Y lo que es mas, un unico centro 230 informatico de optimizacion y control puede dar servicio a varias zonas urbanas. Considerando el hecho de que las estaciones 210 de monitorizacion de contaminacion del aire son habitualmente los componentes mas caros en el sistema, esta caractenstica del sistema reduce drasticamente sus costes de implementacion, puesto que solo requiere una o pocas estaciones 210 de monitorizacion para cada gran zona urbana.
La figura 3 es una ilustracion esquematica del flujo de informacion entre los componentes del sistema segun realizaciones de la presente invencion. Las estaciones 210 de monitorizacion de contaminacion del aire monitorizan los niveles de contaminacion del aire en las ubicaciones en las que estan colocadas y transfieren estos datos en tiempo real al centro 230 informatico de optimizacion y control a traves de la red 300. Los niveles de contaminacion del aire pueden monitorizarse de manera continua o en cortos intervalos de tiempo. Otras fuentes de datos pueden servir como centro 230 informatico de optimizacion y control. La red 300 puede ser una red privada especializada, una red de datos celular, internet o cualquier otro tipo de red de comunicacion de datos. Los datos recibidos se almacenan y se analizan en el centro 230 informatico de optimizacion y control. La comunicacion entre el centro 230 informatico de optimizacion y control y las unidades 240 de regulacion se realiza a traves de la red 310. La red 310 puede ser una red privada especializada, una red de datos celular, internet o cualquier otro tipo de red de comunicacion de datos.
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El sistema y el metodo sugeridos pueden estimar los niveles de contaminacion del aire mediante el uso de marcadores de contaminacion del aire aceptados tales como NOx o tambien otros tipos de contaminantes. Por tanto, el sistema y el metodo sugeridos pueden funcionar segun un mdice normalizado.
En un entorno definido por la similitud de tendencias de contaminacion del aire es posible evaluar de manera aproximada las tendencias de contaminacion del aire en una ubicacion conociendo las tendencias en otra. El grado de similitud de las tendencias de contaminacion del aire entre dos ubicaciones diferentes en la misma zona urbana depende de varios factores tales como la distancia, la direccion del viento, la velocidad del viento, la temperatura, etc. Conociendo estos factores y sus valores es posible optimizar la evaluacion de tendencias de contaminacion del aire en ubicaciones diferentes monitorizando las tendencias de contaminacion del aire en otras ubicaciones dentro de la misma zona urbana.
El centro 230 informatico de optimizacion y control contiene un mapa detallado de la zona 200 urbana. Las ubicaciones exactas de las construcciones abonadas estan marcadas en el mapa. La figura 4 es una ilustracion del mapa detallado de la zona 200 urbana observado en la unidad de procesamiento del centro 230 informatico de optimizacion y control. En el mapa 400, la zona 200 urbana se divide inicialmente en secciones primarias, por ejemplo dividiendo una ciudad en una cuadncula, y marcando la ubicacion exacta de las unidades 210 de monitorizacion de contaminacion del aire. El tamano de las secciones primarias puede determinarse segun la homogeneidad de las tendencias de contaminacion del aire en la ciudad: se necesitan menos secciones primarias en una ciudad homogenea porque sus secciones primarias son mas grandes. El sistema asocia cada construccion 220 con la seccion primaria de la zona 200 urbana a la que pertenece. Basandose en los datos recibidos de las unidades 210 de monitorizacion en tiempo real, el sistema mantiene datos sobre los niveles de contaminacion del aire en sus secciones primarias, tales como en las secciones primarias B2, C4, D-E2 y F3-4. Se estima la contaminacion del aire en las secciones primarias de la zona 200 urbana que no tienen una unidad 210 de monitorizacion de contaminacion del aire, tal como las secciones primarias C2, D3 y F2. La estimacion de los niveles de contaminacion del aire en estas secciones primarias se calcula y se optimiza segun datos de todas las estaciones 210 de monitorizacion en la zona urbana, mientras que el peso relativo de los datos recibidos de cada estacion 210 se determina segun su distancia desde las secciones primarias diadas y teniendo en cuenta otros factores medidos que se sabe que influyen en los niveles y la difusion de la contaminacion del aire, tales como la direccion y la velocidad del viento, la temperatura, la topograffa, la presion barometrica y los niveles de humedad. Pueden medirse muchos factores mediante las estaciones de monitorizacion, y otros pueden actualizarse directamente en el centro informatico de optimizacion y control. Este proceso de optimizacion se realiza en la fase preliminar y puede realizarse periodicamente durante el funcionamiento del sistema, permitiendo estimar los niveles reales de contaminacion del aire en la ubicacion que no incluye estaciones de monitorizacion.
Se calcula un factor espedfico para cada par posible de una seccion primaria y una estacion de monitorizacion. El factor determina la influencia relativa de cada estacion en relacion con las otras estaciones evaluando las tendencias de contaminacion del aire en la seccion primaria. Los valores de los factores recibidos de las diferentes estaciones de monitorizacion se multiplican por los factores espedficos para cada par posible de una seccion primaria y una estacion de monitorizacion. Los valores multiplicados recibidos de todas las estaciones de monitorizacion se suman entonces y se dividen entre la suma de los factores con el fin de determinar los niveles relativos de contaminacion del aire en diferentes secciones primarias. Puesto que un unico o un numero pequeno de centros 230 informaticos pueden dar servicio a una zona 200 urbana, pueden realizarse de manera central un nuevo examen de los calculos, la mejora y los ajustes de algoritmos, la actualizacion del mapa de la ciudad y las ubicaciones de estaciones de monitorizacion y la actualizacion de parametros adicionales.
Adicionalmente, mediciones periodicas, usando una estacion de monitorizacion movil, en una seccion que no tiene estacion de monitorizacion estacionaria, permiten suministrar datos en cuanto a niveles exactos de contaminacion en esa seccion. Esto permite que el centro informatico evalue los niveles absolutos de contaminacion en esa seccion cuando no hay estaciones de monitorizacion situadas en esa seccion, y comparar la estimacion calculada de tendencias de contaminacion con las medidas, y corregir el algoritmo de calculo en consecuencia. Segun una realizacion de la presente invencion, las estaciones de monitorizacion moviles pueden colocarse en un vehuculo de transporte publico, tal como un tranvfa o un tren ligero. Por tanto, la estacion de monitorizacion movil sigue un transcurso regular a traves de toda la zona urbana y puede transmitir datos de contaminacion del aire a intervalos de tiempo programados previamente.
Puesto que las fluctuaciones en los niveles de contaminacion del aire en todas las secciones de la zona 200 urbana no son dclicos ni predecibles en modo alguno, el sistema utiliza un algoritmo de optimizacion para determinar los momentos optimos para la ventilacion de construcciones. Para garantizar resultados optimizados y asegurarse de que las construcciones se ventilan en los momentos dados en que hay contaminacion del aire minima, el sistema compara el nivel relativo de contaminacion del aire estimado actual en cualquier momento dado en la seccion en la que reside la construccion y lo compara con los niveles relativos de contaminacion del aire de las ultimas ventilaciones por flujo de aire de esa construccion. Por tanto, las instrucciones de ventilacion desde el centro informatico de optimizacion y control pueden ser espedficas para cada seccion. La determinacion de los momentos de ventilacion optimos para cada construccion se basa en tres algoritmos: el algoritmo del valor de contaminacion
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relevante de las construcciones, el algoritmo del nivel de contaminacion de una unidad de tiempo y la funcion de compromiso. Los tres algoritmos pueden actualizarse o cambiarse.
El valor de contaminacion relevante de las construcciones se define segun los niveles relativos de contaminacion del aire que quedo en las construcciones de una seccion espedfica durante las ventilaciones recientes. El valor de contaminacion relevante de las construcciones depende de las unidades de tiempo entre dos mediciones consecutivas. El peso de la unidad de tiempo cuando tuvo lugar realmente la ventilacion procedente del exterior en la determinacion del valor de contaminacion relevante de las construcciones depende de la actualidad de esta unidad de tiempo. A medida que se llevan a cabo mas instrucciones de ventilacion, los valores de unidades de tiempo anteriores se vuelven menos relevantes en la estimacion del valor de contaminacion actual de las construcciones. En cualquier momento dado en que haya una actualizacion de los datos de contaminacion del aire, el centro 230 informatico evalua para cada seccion si el valor de contaminacion relativo presente es mas pequeno o igual que el valor de contaminacion relevante de las construcciones. La ventilacion procedente del exterior se activa o continua cuando los valores de contaminacion medidos son mas pequenos o iguales que el “valor de contaminacion relevante de las construcciones”.
Para garantizar un uso optimo de las veces en las que los niveles de contaminacion del aire son relativamente bajos y para evitar largos periodos de tiempo en los que las construcciones no estan ventiladas, el sistema tambien realiza una funcion de compromiso. Esta funcion expresa la relacion requerida entre el valor de contaminacion relevante de construcciones y el nivel actual de contaminacion. Segun esta funcion, a medida que pasa el tiempo desde la ultima ventilacion se necesita una relacion menor entre el valor de contaminacion relevante de construcciones y los niveles actuales de contaminacion del aire con el fin de iniciar la ventilacion procedente del exterior. Por tanto, se determina que un nivel de contaminacion relativamente superior es lo suficientemente bajo como para definir el momento actual como un momento para la ventilacion. Una vez activada la ventilacion en las construcciones, se actualiza el valor de contaminacion relevante de esas construcciones y vuelve a calcularse la funcion de compromiso.
Pueden usarse funciones alternativas para determinar los momentos apropiados para ventilar las construcciones, y sus parametros pueden modificarse y actualizarse. Por ejemplo, pueden usarse redes que usan algoritmos de aprendizaje disenados para predecir niveles de contaminacion del aire, por ejemplo redes neurales, con el fin de mejorar el tiempo de reaccion del sistema y su capacidad para encontrar momentos optimos para la ventilacion exterior. Tambien pueden determinarse momentos de ventilacion optimos segun mediciones y evaluaciones periodicas que predicen momentos regulares en los que los niveles de contaminacion del aire son relativamente bajos tales como horas nocturnas.
La figura 5 es un diagrama que ilustra el funcionamiento de la funcion de compromiso. La lmea 500 marca los niveles relativos de contaminacion del aire en la seccion en la que se encuentra la construccion 220, las secciones 510 marcan el periodo de tiempo en el que funciono la unidad 240 de regulacion de ventilacion por flujo de aire y activo la ventilacion por flujo de aire en la construccion 220. La lmea 520 representa el valor calculado segun la funcion de compromiso, marca el nivel maximo de contaminacion del aire en el que puede darse una instruccion a la unidad 240 de regulacion de ventilacion por flujo de aire para empezar la ventilacion por flujo de aire. El nivel de la lmea 520 se determina segun el nivel del valor de contaminacion relevante de construcciones en las ultimas ventilaciones (por ejemplo, los puntos a, c y e). Segun la funcion de compromiso mostrada en esta ilustracion, la lmea 520 permanece constante durante un intervalo de tiempo predeterminado Ti y despues aumenta gradualmente a medida que avanza el tiempo T2. Una vez que el nivel de contaminacion del aire disminuye hasta el nivel maximo marcado por la lmea 520, tal como en los puntos b, e y g, se da la instruccion a la unidad 240 de regulacion de ventilacion del aire para empezar a funcionar una vez mas. Por tanto, aunque los niveles de contaminacion del aire de los puntos f y g son los mismos, a la unidad 240 de regulacion de ventilacion por flujo de aire solo se le da la instruccion de funcionar en el punto g ya que el punto f esta por encima de la lmea 520. La funcion de compromiso puede actualizarse en relacion con diferentes condiciones tales como diferentes condiciones meteorologicas en diferentes estaciones.
La figura 6 es un diagrama que ilustra los niveles de contaminacion del aire en las construcciones en comparacion con la contaminacion del aire fuera de las construcciones tal como se alcanza mediante el algoritmo descrito anteriormente. La lmea 500 ilustra los niveles de contaminacion del aire fuera de la construccion y la lmea 600 ilustra los niveles de contaminacion del aire dentro de la construccion. La lmea 610 marca el valor promedio de los niveles de contaminacion del aire fuera de la construccion y la lmea 620 marca el valor promedio del nivel de contaminacion del aire dentro de la construccion. Tal como resulta evidente a partir del diagrama, el nivel de contaminacion del aire promedio fuera de la construccion 610 es significativamente superior al nivel de contaminacion del aire promedio dentro de la construccion 620.
Se envfan instrucciones de regulacion de la ventilacion a cada cliente en la seccion. El mecanismo 240 de regulacion de la ventilacion economico y sencillo se instala en cada construccion 220 cliente. Instrucciones, tales como comenzar o detener, hacen que funcione el procedimiento de ventilacion en la construccion. Adicionalmente, el sistema puede enviar instrucciones intermedias que regulan el grado de ventilacion, tal como aumentar o reducir la ventilacion.
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Las estaciones de monitorizacion profesionales son los elementos mas caros en el sistema y metodo sugeridos. Por tanto es deseable reducir su numero lo mas posible. La similitud de tendencias en los niveles de contaminacion del aire a lo largo de grandes zonas en la ciudad hace posible reducir el numero de estaciones de monitorizacion. En una ciudad en la que se sincronizan diferentes secciones en cuanto a sus tendencias de contaminacion del aire, una estacion de monitorizacion sera suficiente para cubrir grandes zonas y puede incluso que toda la zona urbana.
Este sistema y metodo mejoran y reducen las cargas de transferencia de datos en rutas de comunicacion entre los puntos de recopilacion de datos de niveles de contaminacion del aire y otros parametros y un gran numero de mecanismos de ventilacion. El uso de un centro de procesamiento (el centro informatico), que recopila datos de contaminacion del aire y otros parametros de diferentes ubicaciones y fuentes, permite que cada cliente reciba datos simples, es decir datos ya procesados para obtener datos o instrucciones claros, a partir de una unica fuente. El uso de un centro de procesamiento evita que los clientes necesiten incluir una unidad de procesamiento local. Este sistema y metodo evitan la necesidad de poner una estacion de monitorizacion profesional frente a cada construccion y cada seccion e integrar numerosos procesadores en cada mecanismo de ventilacion de cada cliente. Este sistema y metodo ofrecen unicamente un centro informatico que determina si enviar instrucciones a una unidad 240 de regulacion sencilla en cada construccion. Ademas, se evita la necesidad de recibir informacion sin procesar, de diferentes clases y de diferentes fuentes, por aparatos de cliente. Por tanto, este sistema y metodo evitan la necesidad de integrar numerosos procesadores en cada mecanismo de ventilacion de cada cliente. Por tanto, se impide una sobrecarga de trafico continuo de datos en canales de comunicacion con el aparato del cliente. Esto reduce el coste y la complejidad de la solucion propuesta.
Para reducir adicionalmente costes y aumentar la eficacia del sistema, pueden unificarse diferentes secciones primarias que muestran tendencias sincronizadas de contaminacion del aire para formar secciones secundarias mas grandes. En este caso, la evaluacion de tendencias de contaminacion del aire y optimizacion de estas evaluaciones para el centro de cada seccion secundaria es suficiente para establecer tendencias de contaminacion del aire para cada construccion ubicada en la seccion secundaria. Se monitoriza la agrupacion de secciones primarias en secciones secundarias y pueden reordenarse las secciones secundarias. La eficacia de la division en secciones secundarias se examina usando estaciones de monitorizacion moviles, tal como se menciono anteriormente, que sirven como control de calidad para la estimacion de tendencias de contaminacion del aire. Como resultado de este proceso la zona urbana se divide en secciones segun la sincronizacion de apariciones de fluctuacion en los niveles de contaminacion del aire o niveles relativos y la definicion de patrones de regularidades en cuanto a las diferencias de apariciones de fluctuacion entre las distintas secciones.
El centro informatico identifica patrones o regularidades en cuanto a diferencias en tendencias de contaminacion del aire entre diferentes secciones secundarias. Si se identifican, puede lograrse una eficacia adicional usando las mismas estaciones de monitorizacion para evaluar tendencias de contaminacion del aire en diferentes secciones secundarias.
Las proporciones del sistema son las siguientes: de una a varias estaciones de monitorizacion y un unico centro informatico, mientras que un unico ordenador puede dar servicio a diferentes ciudades. Estas instalaciones pueden dar servicio a hasta cientos de secciones secundarias y dominios por ciudad, y de miles a varios millones de clientes.
El sistema y metodo sugeridos pueden regular de manera remota la actividad de diferentes clases de sistemas de ventilacion y sistemas de acondicionamiento de aire con el fin de reducir la contaminacion del aire en el interior. Puede adaptarse y comercializarse como un producto independiente, como un mecanismo que puede integrarse en los sistemas de ventilacion y acondicionamiento de aire de clientes, o como un mecanismo incorporado, tal como un chip, en lmeas de produccion de sistemas de acondicionamiento de aire y ventilacion. Por tanto, el sistema y metodo sugeridos pueden funcionar con sistemas de ventilacion que no estan conectados a ninguna clase de sistemas de acondicionamiento de aire.
Segun las instrucciones enviadas desde el centro informatico hasta las unidades 240 de regulacion, el sistema regula valvulas o respiraderos que conmutan entre circulacion interior de aire y flujo de aire del exterior. Con el fin de reducir los niveles de contaminacion del aire en construcciones que solo tienen circulacion interior, el sistema de ventilacion puede integrarse con una valvula o respiradero alterno que regula flujo de aire del exterior.
La figura 7 es una ilustracion de los dos estados del flujo de aire en construcciones y el funcionamiento de las unidades de regulacion de ventilacion por flujo de aire. En el estado 700, la abertura 710 de ventilacion esta cerrada y el aire dentro de la construccion 720 circula 730. En el estado 750, la abertura 760 de ventilacion esta abierta, los ventiladores estan activos, y aire fresco procedente del exterior 780 fluye en 770. Las unidades 240 de regulacion de ventilacion por flujo de aire regulan el estado de la abertura 710, 760. Si se encuentra que el nivel de contaminacion del aire actual es igual o inferior al valor calculado segun la funcion de compromiso, el sistema envfa una instruccion a la unidad 240 de regulacion para comenzar, continuar o aumentar la ventilacion por flujo de aire. Si se encuentra que el nivel de contaminacion del aire actual es superior al valor calculado segun la funcion de compromiso, el sistema envfa una instruccion a la unidad 240 de regulacion para detener o reducir la ventilacion por flujo de aire.
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Un mecanismo de ventilacion autonomo esta disenado para ignorar niveles de contaminacion del aire exterior, y para regular el flujo de aire fresco al interior de la construccion. Este mecanismo contiene un temporizador que puede realizar la ventilacion procedente del exterior aunque no se reciban instrucciones del centro de control. Segun parametros y condiciones locales el mecanismo de ventilacion autonomo puede regular el flujo de aire del exterior. Estos parametros locales pueden incluir un lfmite de tiempo con respecto a la cantidad de tiempo entre cada dos activaciones de ventilacion por flujo de aire consecutivas. Durante la fase de instalacion o configuracion, el mecanismo de ventilacion autonomo puede programarse para contar el tiempo desde la ultima activacion de ventilacion y activar de manera automatica la ventilacion tras un tiempo predeterminado si no se recibio una instruccion del centro informatico central. Tras cada decision del centro informatico de optimizacion y control de realizar ventilacion procedente del exterior, el temporizador se carga con un tiempo de retardo adicional. El tiempo de retardo se acumula segun la duracion de ventilacion procedente del exterior reciente determinada por el centro informatico, multiplicada por un “coeficiente de retardo” que caracteriza las necesidades de la construccion. En una construccion que necesita ventilacion frecuente, puede determinarse un valor mas pequeno del coeficiente de retardo, por tanto el tiempo de retardo es mas pequeno. El valor del coeficiente de retardo se determina por los tecnicos del sistema durante la instalacion del sistema, y el sistema tambien define las limitaciones de tiempo de retardo maximo.
Los clientes pueden limitar o reducir el tiempo de retardo programado en el temporizador, cuando desean una ventilacion procedente del exterior mas frecuente que la habitual. Los clientes no pueden aumentar el tiempo de retardo definido por los tecnicos, pero pueden apagar los sistemas de ventilacion.
Segun otra implementacion de esta realizacion el mecanismo de ventilacion autonomo puede activarse no solo por un temporizador, sino tambien por otro mecanismo que se basa en concentraciones de CO2 de interior medidas por un sensor integrado en los sistemas de ventilacion. Un pequeno sensor esta conectado al mecanismo de ventilacion. El sensor mide los niveles del interior de la construccion e informa al mecanismo de ventilacion autonomo cuando los niveles superan un umbral predefinido, dado que niveles de CO2 relativamente altos indican que se necesita ventilacion por aire procedente del exterior. Entonces el mecanismo de ventilacion autonomo puede activar la ventilacion por flujo de aire para reducir los niveles del interior de la construccion.
Segun una realizacion de la presente invencion un bucle de retroalimentacion esta situado entre el centro 230 informatico y las unidades 240 de regulacion. El centro informatico puede recibir informacion en cuanto a la ventilacion por flujo de aire de la unidad 240 de regulacion en cada construccion 220. El centro informatico tambien puede recibir informacion en cuanto a la actividad y el funcionamiento de fuentes contaminantes del aire dentro del entorno cerrado tal como el funcionamiento de equipos de coccion. Al hacer esto, el centro informatico puede examinar la eficacia del funcionamiento en construcciones espedficas. El centro informatico tambien puede recibir informacion estatica tal como el tamano de la construccion, las horas de actividad primaria en la construccion, la frecuencia de ventilacion por flujo de aire deseable de la construccion y sus velocidades de ventilacion por flujo de aire, e informacion dinamica referente al tiempo que paso desde la ultima ventilacion y su duracion.
El centro 230 informatico de optimizacion y control tambien contiene informacion en cuanto a todas las unidades 240 de regulacion de ventilacion por flujo de aire en cada construccion 220. Para cada unidad 240 el centro 230 informatico contiene su ubicacion en la zona urbana y el tipo de construccion en la que esta instalado. Los datos de ventilacion por flujo de aire en cuanto a cada unidad de regulacion incluyen informacion estatica tal como el tamano de la construccion, las horas de actividad primaria en la construccion, la frecuencia de ventilacion por flujo de aire deseable de la construccion y sus velocidades de ventilacion por flujo de aire, e informacion dinamica referente al tiempo que paso desde la ultima ventilacion y su duracion. Segun estos datos, y segun fluctuaciones de contaminacion del aire el centro 230 informatico envfa instrucciones de ventilacion por flujo de aire, principalmente instrucciones de comenzar o detener el procedimiento de ventilacion por flujo de aire en la construccion 220.
En ilustracion 6 la duracion del intervalo de tiempo Ti y la tasa de gradiente de T2 pueden determinarse segun los parametros estaticos de la construccion, tales como el tamano de la construccion, sus capacidades de ventilacion por flujo de aire, su densidad de poblacion minima y maxima estimada y los periodos del dfa en los que tiene una poblacion mas densa. Por ejemplo, la funcion de compromiso para una construccion de oficina grande, que se espera que tenga una poblacion mas densa al mediodfa y en la que la ventilacion es mala, se programara para tener un Ti relativamente corto y un gradiente pronunciado en T2 durante el dfa, para garantizar una ventilacion frecuente cuando en la construccion hay mucha gente. Por otro lado, la funcion de compromiso para una construccion con buenas velocidades de ventilacion y niveles medios de densidad de poblacion puede programarse para tener un Ti mas largo y un gradiente mas moderado en T2.
Segun otra realizacion de la presente invencion el sistema dado a conocer puede adaptarse para funcionar para vehfculos de cualquier clase, por ejemplo coches, autobuses, trenes y barcos anclados en puertos. Para ello, se instala una unidad de sistema de posicionamiento global (GPS) o una unidad celular en el vehfculo. A cada intervalo de tiempo predeterminado, la unidad transmite la posicion del vehfculo al centro 230 informatico. Entonces el centro 230 informatico determina si ventilar los interiores del vehfculo usando aire procedente del exterior segun la posicion relevante del vehfculo en relacion con las secciones de cada zona urbana tal como se definen por el centro 230 informatico. En general, el centro 230 informatico conmuta entre ventilacion procedente del exterior y circulacion
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segun los niveles de contaminacion medidos en los alrededores del vetnculo.
Segun otra realizacion de la presente invencion, los resultados del calculo se envfan directamente a usuarios del sistema y no a unidades 240 de regulacion de ventilacion por flujo de aire automatizadas. La posicion del usuario puede determinarla manualmente el usuario. Alternativamente, la posicion del usuario puede identificarse segun la ubicacion geografica de un dispositivo movil celular que porta el usuario, tal como un telefono celular, o una unidad de GPS, segun metodos conocidos en tecnica anterior. La posicion del usuario se transfiere al centro 230 informatico. El centro 230 informatico transmite mensajes a los usuarios en cuanto a las tendencias en los niveles de contaminacion del aire en su ubicacion actual y los momentos dados optimos para la ventilacion. Estos mensajes se envfan opcionalmente usando cualquier tipo de sistema de mensajena electronico en tiempo real tal como mensajes por servicios de mensajes cortos (SMS), mensajes instantaneos, mensajes por correo electronico, mensajes por servicio de mensajes multimedia (MMS) y similares. Los usuarios del sistema tambien pueden recibir datos de contaminacion del aire en cuanto a los niveles de contaminacion en ubicaciones diferentes y los momentos optimos para la ventilacion, en tiempo real, a traves de un sitio web dedicado o consultar al sistema usando cualquier tipo de sistema de mensajena electronico. Por tanto, los usuarios pueden decidir cuando ventilar sus domicilios, oficinas o donde quiera que esten en cualquier momento dado.
Aunque se ha descrito la invencion con respecto a un numero limitado de realizaciones, estas no deben interpretarse como limitaciones del alcance de la invencion, sino mas bien como ejemplos de algunas de las realizaciones. Los expertos en la tecnica concebiran otras posibles variaciones, modificaciones y aplicaciones que tambien estan dentro del alcance de la invencion. Por consiguiente, el alcance de la invencion no debe limitarse por lo que se ha descrito hasta ahora de este modo, sino por las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes legales. Por tanto, ha de entenderse que debe interpretarse que alternativas, modificaciones y variaciones de la presente invencion estan dentro del alcance y espmtu de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    Metodo para estimar los niveles relativos de contaminacion del aire exterior en ubicaciones diferentes dentro de una zona (200) urbana y para optimizar las condiciones de ventilacion por flujo de aire de entornos (220) cerrados no monitorizados usando al menos una estacion (210) de monitorizacion de la contaminacion del aire y al menos un centro (230) informatico, comprendiendo dicho metodo las etapas de:
    en la al menos una estacion (210) de monitorizacion de la contaminacion del aire:
    - recopilar de manera continua datos de contaminacion del aire exterior e identificar tendencias diarias de fluctuaciones frecuentes de la contaminacion del aire exterior de manera rutinaria en tiempo real;
    - transmitir dichos datos al al menos un centro (230) informatico; en el al menos un centro (230) informatico:
    - identificar sincronizaciones entre ubicaciones diferentes de dicha zona urbana en cuanto a tendencias de niveles de contaminacion del aire exterior; y
    - analizar dichos datos incluyendo estimar los niveles relativos de contaminacion del aire exterior en al menos una ubicacion de esa misma zona urbana que no incluye una estacion de monitorizacion, basandose en sincronizaciones identificadas de niveles relativos de contaminaciones del aire exterior
    - transmitir dichos datos analizados a una unidad de regulacion automatica en al menos un entorno cerrado en ubicaciones en dicha zona urbana que no incluyen una estacion de monitorizacion, en el que dichos datos analizados se refieren a niveles relativos de contaminacion del aire exterior en tiempo real en los alrededores de dicho entorno cerrado no monitorizado e incluyen instrucciones para la unidad de regulacion automatica acerca de la ventilacion de dicho entorno cerrado no monitorizado con aire procedente del exterior
    - en el que dichas instrucciones se determinan segun estimaciones actuales de niveles relativos de contaminacion del aire en los alrededores de dicho entorno cerrado no monitorizado en comparacion con un umbral calculado de nivel relativo de contaminacion del aire para cada ubicacion de dicho entorno cerrado, y
    - en el que dicho umbral se calcula por dicho centro informatico segun niveles relativos de contaminacion en momentos dados de ventilacion anteriores incluyendo en los calculos del umbral un intervalo de tiempo que se mide desde el ultimo periodo de ventilacion, en el que cuanto mayor es el intervalo de tiempo mayores son los umbrales;
    - en el que las instrucciones controlan la unidad de regulacion automatica para activar o continuar la ventilacion si el nivel relativo de contaminacion del aire estimado actual es menor o igual al umbral.
    Metodo segun la reivindicacion 1, que comprende ademas las etapas de:
    - recopilar tendencias de contaminacion del aire de una segunda ubicacion en dicha zona urbana; y
    - analizar patrones, regularidades y dependencias en cuanto a diferencias en tendencias de contaminacion del aire en dichas ubicaciones de la misma zona urbana por dicho centro informatico, en el que dichas tendencias se miden dentro del mismo periodo de tiempo.
    Metodo segun la reivindicacion 1, que comprende ademas las etapas de:
    - recopilar de manera continua datos acerca de factores de intervencion de al menos una ubicacion en dicha zona urbana en el que dichos factores de intervencion incluyen parametros que influyen en la concentracion, difusion y dispersion de la contaminacion del aire, incluyendo al menos uno de los siguientes: la distancia entre cada estacion de monitorizacion y cada ubicacion, la direccion del viento, la velocidad del viento, la temperatura, la topograffa, la presion barometrica, los niveles de humedad, los angulos o los vectores de estos parametros en relacion con cada ubicacion, la composicion del aire y la intensidad de la luz solar;
    - transmitir dichos datos de dichos factores de intervencion a dicho centro informatico; y
    - estimar las tendencias de contaminacion del aire en secciones de dicha zona urbana que no incluyen una estacion de monitorizacion, segun datos de estaciones de monitorizacion remotas y dichos factores de intervencion.
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    Metodo segun la reivindicacion 3, que comprende ademas la etapa de calcular un factor para determinar la influencia relativa de cada estacion de monitorizacion en la estimacion de tendencias de contaminacion del aire de cada ubicacion, que no incluye una estacion de monitorizacion, cuando se monitorizan los niveles de contaminacion del aire en al menos dos ubicaciones diferentes de la misma zona urbana, en el que dicho factor se calcula para cada par posible que incluye una estacion de monitorizacion y una ubicacion, en el que dicho factor se calcula segun: la distancia entre cada estacion de monitorizacion y cada ubicacion, la direccion del viento, la velocidad del viento, la temperatura, la topograffa, la presion barometrica, los niveles de humedad, los angulos o los vectores de estos parametros en relacion con cada ubicacion o cada lmea entre cada par posible de estacion de monitorizacion y una ubicacion, la composicion del aire y la intensidad de la luz solar.
    Metodo segun la reivindicacion 1, que incluye ademas las etapas de:
    - medir componentes del aire en dicho entorno cerrado;
    - incluir dichos componentes del aire medidos en dicho entorno cerrado en el calculo de dicho umbral en el que una mejor composicion de componentes del aire en dicho entorno cerrado permite un umbral inferior.
    Metodo segun la reivindicacion 1, en el que dicho analisis de datos se lleva a cabo segun al menos uno de los siguientes:
    - predicciones de niveles de contaminacion del aire segun algoritmos de prediccion, basandose dichos algoritmos en un algoritmo de aprendizaje;
    - informacion de retroalimentacion de dichos entornos cerrados.
    Metodo segun la reivindicacion 1, en el que dichas instrucciones de ventilacion se determinan segun caractensticas de dicho entorno cerrado, en el que dichas caractensticas incluyen al menos uno de los siguientes: el volumen, la poblacion y los niveles de actividad dentro de dicho entorno cerrado, y la informacion de retroalimentacion de dicho entorno cerrado, en el que los calculos se ajustan en consecuencia.
    Sistema para monitorizar y estimar niveles relativos diarios de contaminacion del aire exterior dentro de al menos una zona (200) urbana predefinida, y para optimizar las condiciones de ventilacion por flujo de aire de entornos (220) cerrados no monitorizados en ubicaciones de esa misma zona urbana que no incluyen una estacion de monitorizacion de la contaminacion del aire exterior, comprendiendo dicho sistema:
    - al menos una estacion (210) de monitorizacion de la contaminacion del aire situada en ubicaciones de dicha zona (200) urbana para monitorizar de manera continua fluctuaciones en los niveles de contaminacion del aire en dicha ubicacion de manera rutinaria;
    - un centro (230) informatico centralizado de optimizacion y control para recopilar datos de contaminacion del aire recibidos de dicha estacion de monitorizacion a traves de una primera red (300) de comunicacion, para analizar los datos e identificar periodos de tiempo preferidos para ventilar dicho entorno cerrado no monitorizado, usando aire procedente del exterior y para transmitir instrucciones de control a traves de una segunda red (310) de comunicacion a unidades de regulacion automaticas de al menos un entorno cerrado no monitorizado,
    - en el que el sistema funciona segun uno cualquiera de los metodos segun la reivindicacion 1 a 7.
    Sistema segun la reivindicacion 8, en el que se usa al menos una segunda estacion de monitorizacion para recopilar informacion acerca de factores de intervencion en el que dichos factores de intervencion incluyen parametros que influyen en la concentracion, difusion y dispersion de la contaminacion del aire.
    Sistema segun la reivindicacion 8, que incluye ademas un algoritmo que permite mediciones y evaluaciones periodicas para predecir momentos dados regulares en los que los niveles de contaminacion del aire son relativamente bajos.
    Sistema segun la reivindicacion 8, que comprende ademas al menos una segunda estacion de monitorizacion que funciona para una identificacion preliminar de sincronizaciones en cuanto a tendencias de niveles de contaminacion del aire entre ubicaciones diferentes de la misma zona urbana.
    Sistema segun la reivindicacion 8, en el que dicha al menos una segunda estacion de monitorizacion mide niveles absolutos de contaminacion del aire en periodos de tiempo limitados permitiendo estimar niveles absolutos de contaminacion del aire en cualquier momento basandose en la correlacion de niveles de
    contaminacion del aire entre diferente zonas.
  7. 13.
    Sistema segun la reivindicacion 8, en el que las estimaciones de niveles relativos de contaminacion del aire se basan en mediciones de estaciones de monitorizacion remotas.
  8. 5 14.
    Sistema segun la reivindicacion 8, en el que las estimaciones de niveles relativos de contaminacion del aire se basan en mediciones de al menos una estacion de monitorizacion movil.
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