ES3055851T3 - Device for detecting and reducing radon concentration in an indoor environment - Google Patents

Abstract

La presente solicitud describe un dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en interiores. Este dispositivo comprende al menos un sensor de gas radón y al menos un sensor de presión diferencial para medir la diferencia entre la presión atmosférica interior y exterior. Ambos sensores están conectados a un microcontrolador configurado para preprocesar y agregar los datos obtenidos por dichos sensores. Para reducir los niveles de radón, activa al menos un actuador físico que activa un dispositivo de ventilación para reducir la concentración de radón en interiores cuando esta supera un primer umbral predeterminado o cuando supera un segundo umbral predeterminado y la presión diferencial es negativa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior

[0003] Campo de la invención

[0004] La presente descripción se refiere a un dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0005] Antecedentes

[0006] El radón es un elemento radiactivo de origen natural que es ubicuo en el medio ambiente, principalmente en suelos y rocas, alcanzando la superficie terrestre en su forma gaseosa, tras la aparición de dos fenómenos: el primero es la “emanación” que corresponde a su liberación entre los granos minerales, y el otro es la “exhalación”, un proceso asociado con su transporte a través de áreas porosas de suelo y rocas, propagándose a través del aire o el agua. La concentración de radón que llega a la superficie terrestre depende de varios factores, a saber la cantidad de uranio presente en la roca, la permeabilidad del suelo, la porosidad de los minerales, la existencia de defectos geológicos en el sustrato del suelo, etc. [1].

[0007] La concentración de gas radón de exterior actual tiene un promedio de alrededor de 10 Bq/m<3>, dado que los gradientes de temperatura y el viento disuelven rápidamente las partículas de radón que emanan del terreno, lo que da como resultado un riesgo residual para la salud humana, considerando la mezcla de gases contenida en la atmósfera [2]. En el aire de interior, el radón puede convertirse en un problema, ya que tiende a acumularse en entornos cerrados de escasa ventilación, donde puede alcanzar altas concentraciones de interior. De acuerdo con la Directiva Europea 2013/59/EURATOM, del 5 de diciembre de 2013 [3], niveles de concentración de radón de interior por encima de 300 Bq/m<3>deben desencadenar acciones de mitigación que se basan principalmente en procedimientos de ventilación. Durante el proceso de exhalación, el radón tiende a fluir a interiores debido a la diferencia de presión atmosférica entre el aire de interior y de exterior. Normalmente, en interiores, la presión del aire es menor que en exteriores, lo que facilita la acumulación de radón. Aproximadamente el 80 % del radón de interior surge del terreno y rocas, y su entrada se realiza principalmente a través de grietas en suelos, paredes y/o tuberías, y a través de juntas en materiales de construcción. El 20 % restante procede de sistemas de suministro de aire y agua abiertos, en este último caso, no por ingestión, sino inhalando su liberación desde grifos, o durante la preparación de alimentos [4]. Las personas que viven en una región con una abundancia de suelos predominantemente rocosos, especialmente de granito y esquisto, son propensas a la exposición de riesgo a radón. De acuerdo con la Encuesta Nacional de Patrones de Actividad Humana (NHAPS), los seres humanos pasan aproximadamente el 90 % de su tiempo en interiores [4], por lo que aumenta la probabilidad de exposición a altas concentraciones de radón. La contribución a la dosis de aire inhalado por los seres humanos no proviene únicamente del radón, sino también de su progenie de vida corta. Tal progenie surge de la cadena de desintegración del uranio y puede durar de minutos a segundos. Los descendientes del radón son elementos sólidos que se depositan en los alvéolos pulmonares, y debido a este proceso de desintegración, emiten partículas de radiación alfa o beta. A largo plazo, las evidencias han mostrado que tales partículas pueden afectar a las vías respiratorias e incluso provocar cáncer de pulmón, de acuerdo con varios estudios llevados a cabo a lo largo de los últimos 20 años [5]. La aparición de cáncer de pulmón no depende únicamente de los niveles de exposición al gas radón, sino que también está relacionada con el tiempo diario de exposición al mismo. Por tanto, para que se produzca un daño permanente, se requiere una exposición prolongada al gas radón en entornos de interior [5].

[0008] El dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior descrito en este texto es una evolución disruptiva de la versión de RnProbe presentada en las referencias [6-9], por Pereira, Lopes, y Martinset al.RnProbe es un dispositivo de Internet de las cosas (IoT) diseñado para la monitorización de la calidad del aire de interior, centrado en la medición y transmisión de datos en tiempo real a una plataforma en la nube. Cuando se supera el umbral de radón de interior, se notifica al administrador del edificio que realice una ventilación manual o mecánica para reducir la concentración de radón de interior. La secuencia de procedimientos para la detección de radón sigue tres etapas: (i) medición de una alta concentración de radón; (ii) alerta activada al administrador del edificio; y (iii) implementación de ventilación manual. La arquitectura de sistema se compone de una red privada en línea con tres elementos principales: (i) dispositivos terminales con modulación, pasarela y servidor de LoRaWAN, (ii) motor de análisis y almacenamiento en la nube, y (iii) una aplicación de extremo posterior (backend) con un panel de instrumentos con notificaciones. Los componentes restantes están basados en software e incluyen un mecanismo de seguridad AES128+SSL y los protocolos MQTT Secure y HTTPS. El RnProbe también está equipado con dos tecnologías de comunicación (LoRa y Wi-Fi) para garantizar la redundancia, largo alcance, y baja potencia; esto trata de garantizar que siempre se transmiten datos. La plataforma de software principal denominada RnMonitor [7-9], de la que forma parte el dispositivo RnProbe, se basa en tecnologías de loT y consiste en un sistema de información geográfica basado en la web (WebGIS), para gestionar la concentración de gas radón y acelerar la instalación del sensorin situ. Esta solución presenta un motor de análisis de datos e información de referencia geográfica en forma visual, donde se usa la estructura jerárquica interna de edificios públicos para realizar la referencia geométrica entre compartimentos. Esta plataforma fomenta la mitigación de la exposición de riesgo a radón, teniendo en cuenta el factor humano para intervenciones físicas (lo que se denomina intervención humana “Human-in-the-loop”).

[0009] El artículo científico de P. Barroset al. [10] enumera el estado de la técnica de las tecnologías de IoT con respecto a la gestión de la exposición de riesgo a radón. Este artículo ha demostrado que estas tecnologías son cruciales actualmente para mejorar la calidad del aire de interior y desempeñan un papel significativo en el desarrollo de los denominados edificios cognitivos o inteligentes, donde la intervención humana está volviéndose menos esencial y tiende a sustituirse por sistemas de gestión de edificios autónomos. La intención es gestionar factores críticos tales como la eficiencia energética, la exposición humana al gas radón y la experiencia del usuario. Los principales retos y oportunidades de estas tecnologías se centran en la gestión de la exposición a radón, la manera en que funcionan, el tipo de mecanismos de detección que usan, el tipo de arquitectura de sistema, y los componentes y tecnologías de comunicación auxiliares.

[0010] El documento KR20210023598A da a conocer un sistema de ventilación, que purifica automáticamente el aire a través de un sensor de calidad del aire de interior, donde se integran un módulo de comunicación por Wi-Fi y un sistema de purificación de aire.

[0011] El documento KR101957985B1 da a conocer un sistema para detectar y extraer radón de un entorno, donde se ha detectado, abriendo y cerrando una ventana. El sistema de extracción comprende: múltiples sensores de detección de radón instalados en entornos de interior; un mecanismo de apertura y cierre de ventanas diseñado para responder a las lecturas del sensor de radón, y un controlador responsable de supervisar el funcionamiento de todo el sistema, incluyendo la ventilación natural de espacios de interior controlando las aperturas y cierres de ventanas. Tras la detección de gas radón, se acoplan los mecanismos de apertura y cierre de ventana automáticos. Por tanto, el gas radón contenido en el aire de interior se diluye con aire de exterior, reduciéndose de manera efectiva la exposición humana dentro del entorno de interior.

[0012] El documento WO2022/071809 A1 proporciona el ajuste de la presión de aire en el edificio después de obtener una medición de una concentración de radón en el aire en el interior del cerramiento del edificio: se controla el sistema de ventilación para aumentar la presión de aire dentro del cerramiento del edificio sólo si la concentración medida de radón está por encima de un umbral predeterminado para la concentración de radón.

[0013] Estos hechos se describen para ilustrar el problema técnico resuelto por los logros del presente documento.

[0014] Descripción general

[0015] La presente descripción se refiere a un dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0016] El dispositivo presentado para detectar y reducir la concentración de radón dentro de entornos de interior representa una solución disruptiva para detectar y reducir activamente los niveles de gas radón en interiores. Emplea un dispositivo de loT, totalmente concebido y desarrollado con atributos técnicos relevantes y validado en un escenario experimental.

[0017] El desarrollo del dispositivo forma parte de una visión de diseño de sistemas inteligentes y sostenibles, basados en loT y tecnologías de información y comunicación, que fomentan la mejora de la calidad del aire de interior y la salud de sus residentes. Así, el dispositivo de loT debe considerarse únicamente un elemento del sistema, encontrándose la propuesta de valor en el equilibrio de tres factores críticos: 1) calidad del aire de interior, 2) bienestar térmico, y 3) eficiencia energética del entorno de interior, ya sea un edificio o cualquier otro tipo de construcción. Combinando la gestión de estos factores, el objetivo es centrarse en fomentar la salud y la calidad de vida de los residentes de entornos de interior. Lograr este equilibrio es un reto para los dispositivos del estado de la técnica porque normalmente, cuando se optimiza uno de los factores críticos, los otros tienden a tener un menor rendimiento, y es necesario una gestión en tiempo real para mantener el punto de equilibrio ideal.

[0018] A lo largo de esta descripción, un dispositivo de loT se refiere a cualquier dispositivo informático integrado en al menos un objeto diario, que fomenta la interconectividad basada en internet al permitirles que transmitan y reciban datos.

[0019] El dispositivo de la presente invención tal como se define en la reivindicación 1, detecta y reduce la concentración de radón en un entorno de interior y comprende al menos un sensor de gas radón y al menos un sensor de presión diferencial para medir la diferencia entre las presiones atmosféricas de interior (P<interior>) y de exterior (P<exterior>), un sensor de detección de movimiento y un sensor de temperatura. Los sensores están conectados a un microcontrolador configurado para realizar el preprocesamiento y la agregación de datos obtenidos por tales sensores, y accionar al menos un actuador físico para activar al menos un dispositivo de ventilación para reducir la exposición de riesgo a radón, es decir, la concentración en un entorno de interior, si la concentración de interior está por encima de un primer umbral predeterminado; o si la concentración de radón de interior está por encima de un segundo umbral predeterminado y la presión diferencial es negativa.

[0020] Normalmente, el diferencial de presión entre el aire de exterior y de interior en un entorno de interior es muy pequeño, de modo que para obtener mediciones precisas y consecutivas, es importante incorporar un sensor de presión diferencial centralizado que ayude a minimizar los errores de medición. Dicho de otro modo, dado el estado de la tecnología, para medir la disparidad de presión no resulta práctico emplear sensores de presión independientes: uno para medir la presión atmosférica de exterior y otro para el entorno de interior. Este enfoque introduce un nivel de error significativamente mayor en comparación con lo que un único sensor de presión diferencial puede medir con precisión.

[0021] El dispositivo mitiga el riesgo de exposición a radón siempre que detecta un punto que supera un umbral predefinido para la presencia de radón. En una realización, el dispositivo de ventilación se activa para reducir la concentración de radón en un entorno de interior, esto se produce si la concentración de radón de interior está por encima de un primer umbral predeterminado, o si la concentración de radón de interior está por encima de un segundo umbral predeterminado y la presión diferencial es negativa (P<interior>- P<exterior>< 0).

[0022] En una realización, el dispositivo puede comprender además al menos un sensor seleccionado de una lista que consiste en un sensor de humedad relativa, sensor de dióxido de carbono, sensor de compuestos orgánicos volátiles totales, o cualquier combinación de los mismos.

[0023] En una realización, el dispositivo comprende al menos un elemento de alerta visual seleccionado de una lista que consiste en un diodo emisor de luz, un diodo emisor de luz electroluminiscente, un diodo emisor de luz orgánico, o cualquier combinación de los mismos.

[0024] Según la invención, el actuador físico para activar el dispositivo de ventilación comprende un módulo con al menos un regulador de tensión de CA.

[0025] En una realización, el actuador físico que activa el dispositivo de ventilación del dispositivo comprende al menos un motor de control de modulación por ancho de impulso.

[0026] En una realización, el dispositivo comprende además un módulo de comunicación.

[0027] En una realización, el dispositivo comprende además un módulo de comunicación que puede conectarse a través de Bluetooth, o Bluetooth de baja energía (BLE), o protocolo de red de área amplia y baja potencia (LoRaWAN) o Zigbee, o comunicación por Wi-Fi.

[0028] Según la invención, el sensor de radón del dispositivo comprende una cámara de ionización o un fotodiodo para detectar partículas alfa.

[0029] En una realización, el dispositivo comprende además una batería.

[0030] En una realización, el dispositivo de ventilación para reducir la concentración de gas radón de interior comprende un sistema de aire forzado.

[0031] En una realización, el dispositivo comprende además un puerto para la carga y/o el suministro de energía.

[0032] Según la invención, el dispositivo comprende además un sensor de detección de movimiento.

[0033] En una realización, el dispositivo está configurado para activarse en un momento predeterminado.

[0034] La presente invención también puede aplicarse a una puerta o ventana de edificio, de construcción, que puede desarrollarse para comprender el dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior y también integrar el dispositivo de ventilación, dado a conocer ahora.

[0035] Por tanto, la presente invención también se refiere a una puerta de edificio, de construcción, que comprende al menos un dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior según lo descrito anteriormente.

[0036] La presente invención también se refiere a una ventana de edificio, de construcción, que comprende al menos un dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior según lo descrito anteriormente.

[0037] La presente invención también se refiere al uso del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en entornos de interior para reducir la exposición de riesgo a radón, en concreto en el interior de edificios de servicios, oficinas, hogares, y centros comerciales.

[0038] Breve descripción de los dibujos

[0039] Para facilitar la comprensión se han adjuntado las figuras que representan realizaciones preferidas que no pretenden limitar el objeto de la presente invención.

[0040] Figura 1: Representación esquemática de las dimensiones mínimas para la vida sana en interiores.

[0041] Figura 2: Representación esquemática de las dimensiones mínimas para una vida sana en el interior, por ejemplo, de una habitación ocupada frente a una habitación vacía.

[0042] Figura 3: Diagrama de bloques de la arquitectura de una posible realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0043] Figuras 4A y 4B: Diagramas de flujo que representan funciones obligatorias ejecutadas por una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0044] Figuras 5A y 5B: Diagramas de flujo que representan funciones de inicialización ejecutadas por los sensores, sensor de radón y sensor de presión diferencial (5A) y sensores para temperatura y/o humedad relativa y/o dióxido de carbono y/o compuestos orgánicos volátiles totales (5B) de una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0045] Figuras 6A y 6B: Diagramas de flujo que representan funciones de lectura ejecutadas por los sensores, sensor de radón (6A) y sensores para temperatura y/o humedad relativa y/o dióxido de carbono y/o compuestos orgánicos volátiles totales (6B) de una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0046] Figura 7: Diagrama de flujo que representa la función de control del actuador ejecutada por una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0047] Figura 8: Diagrama de flujo que representa la función de comunicación en línea ejecutada por una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0048] Figura 9: Diagrama de flujo que representa la función de monitorización en línea ejecutada por una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0049] Figura 10: Representación gráfica para la detección de concentración de gas radón por el dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior y un sensor de la técnica anterior en lo que se refiere a la concentración de radón frente al tiempo.

[0050] Figura 11: Correlación gráfica entre la concentración de gas radón detectada por el dispositivo y datos del sensor de presión diferencial, es decir, la medida de la diferencia de presión entre el exterior y el interior.

[0051] Figura 12: Representación de una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0052] Descripción detallada

[0053] Esta descripción se refiere a un dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0054] Según la invención, el dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior comprende un microcontrolador configurado para realizar el preprocesamiento y la agregación de datos, obtenidos por al menos un sensor de detección de movimiento, un sensor de temperatura, un sensor de gas radón y un sensor de presión diferencial entre el aire de exterior y de interior de un entorno de interior. Para la actuación, comprende al menos un actuador físico que controla un dispositivo de ventilación para reducir la exposición de riesgo a radón siempre que se encuentre un cierto punto por encima de un umbral predeterminado para los niveles de radón.

[0055] La figura 1 presenta el diagrama conceptual que describe el modo de funcionamiento ideal de un sistema optimizado de gestión de calidad del aire de interior, que consiste en un trinomio que abarca la calidad del aire de interior, la bienestar térmico, y la eficiencia energética, que trata de garantizar la agilidad, los tiempos de respuesta adecuados, y el menor coste posible para garantizar un rendimiento óptimo, considerando estos tres criterios de rendimiento definidos para una vida sana dentro de un entorno de interior. La primera dimensión es la calidad del aire de interior, que incluye la composición química del aire y el componente bacteriológico, y se garantiza mediante dispositivos de ventilación naturales, mecánicos, o híbridos, que están destinados a suministrar aire nuevo a los residentes del entorno de interior o a garantizar la extracción de productos de fuentes contaminantes, que derivan de la combustión y otras fuentes como los compuestos orgánicos volátiles (COV), por ejemplo.

[0056] A lo largo de esta descripción, se considera que la ventilación híbrida es cualquier tipo de ventilación que combine ventilaciones natural y mecánica.

[0057] La segunda dimensión, relacionada con el bienestar térmico, se define de acuerdo con la norma EN ISO 7730:2005 (2005- ergonomía del ambiente térmico) [11], como la condición psicológica, en la que la satisfacción del individuo con el entorno circundante (condiciones higrométricas) está en un buen equilibrio, contribuyendo por tanto a su salud y bienestar. Esta condición mental es un concepto amplio que varía según el metabolismo de cada persona a través de cinco procesos: conducción, convección, radiación, evaporación ,y respiración. Además de estos, parámetros individuales tales como la ropa y el tipo de actividad son de igual importancia, así como los parámetros ambientales del espacio donde están las personas, tales como la temperatura del aire, la humedad relativa, y la velocidad del aire. Finalmente, la tercera dimensión se refiere a la eficiencia energética, que hace referencia al uso sostenible de energía al reducir el consumo y aumentar el bienestar térmico general.

[0058] La figura 2 demuestra el paradigma de gestión de esta tríada más allá de sus dimensiones. Es esencial combinar acciones físicas de interior con la ocupación de espacios en tres dimensiones: agilidad, tiempo de respuesta, y coste mínimo. Estos factores dependen de la combinación de diferentes variables, lo que significa que en escenarios de edificios ocupados, es esencial lograr el equilibrio correcto entre la calidad del aire de interior y el bienestar térmico. A su vez, cuando los compartimentos están vacíos, los requisitos relativos a la calidad del aire de interior, el bienestar térmico, y eficiencia energética sólo deben cumplir las normas reglamentarias sobre el objeto, ya que no hay residentes presentes. Es posible optimizar estos niveles cuando el sistema integrado está equipado con todos los componentes necesarios: dispositivos terminales (tales como sensores y actuadores), una plataforma de extremo posterior centralizada, e infraestructura de comunicación, entre otros, y cuando el algoritmo o modelo predictivo puede maximizar la calidad de las tres dimensiones y garantizar así la eficiencia de todos los procesos de manera sostenible y con el menor coste posible. Finalmente, debe observarse que pueden considerarse incluso más dimensiones, tales como la contaminación acústica, ya que los dispositivos de ventilación producen sonidos propagados por el aire que pueden afectar al bienestar de los residentes. Sin embargo, para lograr un sistema más capaz y sensible durante el periodo de ocupación, y considerando los retos en la gestión del trío de factores presentado, el sistema debe tener como objetivo optimizar la sinergia de al menos dos dimensiones, siendo una de ellas la calidad del aire de interior, que se alinea con el objetivo principal de reducir la exposición humana al gas radón.

[0060] La figura 3 ilustra el diagrama de bloques con una posible arquitectura de una realización para el dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior, que está centralizado en un microcontrolador, al que están conectados al menos un sensor de gas radón y, al menos un sensor de presión diferencial. En una realización, el dispositivo puede comprender además al menos un sensor de temperatura, y/o humedad relativa, y/o dióxido de carbono, y/o compuestos orgánicos volátiles totales. De manera conceptual, el sensor de radón puede usar cualquier técnica de detección de partículas alfa. Se da preferencia a la detección con una cámara de ionización, que revela mayor precisión pero también mayor consumo de energía. Otra opción es la detección con fotodiodo, que tiene la ventaja de tener dimensiones más pequeñas y un bajo consumo de energía. En una realización, el sensor de presión diferencial hace que sea posible percibir la variabilidad entre las presiones atmosféricas de interior y de exterior, y cómo afectan al contenido de radón en el entorno de interior. Después de medir y analizar los resultados obtenidos por los sensores indicados anteriormente, el microcontrolador realiza el preprocesamiento y la agregación de los valores detectados, y en caso de riesgo, se activará al menos un actuador físico del dispositivo de ventilación para reducir eficazmente la exposición de riesgo a radón. Además, en una realización, el dispositivo puede incluir además al menos un elemento de alerta visual, por ejemplo, un diodo emisor de luz, un diodo emisor de luz electroluminiscente, un diodo emisor de luz orgánico, o combinaciones de los mismos. Según la invención, el actuador físico comprende un regulador de tensión de CA, opcionalmente con control de modulación por ancho de impulso, que permite el control del flujo de aire, a través de la acción física de un dispositivo de ventilación que mitigará la exposición de riesgo a radón dentro de un entorno de interior. Como tecnología de comunicaciones, el dispositivo puede incluir cualquier módulo de comunicaciones, por ejemplo, Bluetooth, Bluetooth de baja energía (BLE), protocolo de red de área amplia y baja potencia (LoRaWAN), Zigbee, o comunicación por Wi-Fi, que ayudará a comunicarse con servidores web que garantizan el procesamiento final de los datos, el almacenamiento en línea (o local), la visualización de los datos recibidos y el análisis de los impactos de contaminantes en los edificios en análisis. Este módulo de comunicaciones debe garantizar siempre una redundancia de comunicación, informando instantáneamente a los responsables de los espacios y/o los residentes, sobre los niveles de radón y la calidad del aire de interior en general.

[0062] Las figuras 4A y 4B muestran diagramas de flujo que representan funciones obligatorias ejecutadas por una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior, en particular SETUP (configuración), LOOP (bucle) e INIT_MESSAGE (iniciar mensaje) (figura 4A) y funciones INTERRUPT (interrupción) (figura 4B).

[0064] Las figuras 5A y 5B muestran diagramas de flujo que representan funciones de inicialización ejecutadas por los sensores, sensor de radón y sensor de presión diferencial, funciones de inicialización (sensores de Rn & DP, en la figura 5A, y sensores para temperatura y/o humedad relativa y/o dióxido de carbono y/o compuestos orgánicos volátiles totales, funciones de inicialización (sensores de aire & MOX) en la figura 5B, de una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0066] Las figuras 6A y 6B muestran diagramas de flujo que representan funciones de lectura ejecutadas por los sensores, sensor de radón, funciones de lectura (sensor de Rn) en la figura 6A, y sensores para temperatura y/o humedad relativa y/o dióxido de carbono y/o compuestos orgánicos volátiles totales, funciones de lectura (DP, sensores de aire & MOX) en la figura 6B, de una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0068] En una realización, la fuente de alimentación del dispositivo es una batería portátil de capacidad ampliada, por ejemplo 10000 mAh, o preferentemente una conexión directa a la red eléctrica de CA con un adaptador de tensión USB de 5V de CC.

[0070] En una realización, el kit de desarrollo de pasarela ESP32 LoRa 1-CH de Sparkfun puede usarse como la base del dispositivo, que usa un microcontrolador ESP32. Con respecto a los sensores del dispositivo, ejemplos de sensores diferentes potenciales son el sensor de gas radón RD200M de FTLab, que hace uso de la técnica de detección con cámara de ionización, y el sensor de presión diferencial SDP810 de Sensirion. En otra realización y además de esos, se añade un sensor como el SCD30 de Sensirion al dispositivo para medir dióxido de carbono, humedad relativa, y temperatura. En una realización, para medir los compuestos orgánicos volátiles totales, se usa el sensor SGP30 de Adafruit, cuya nueva versión viene equipada con una interfaz de I<2>C con conectores Qwiic compatibles con el kit de desarrollo de Sparkfun. En una realización, puede usarse un módulo de LED RGB de 5 mm como actuador, para la indicación visual de los niveles de radón, mientras que puede usarse un dispositivo de ventilación industrial de 220 V para la reducción de gas radón.

[0071] En una realización, se usó la versión ensamblada del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior, con todos los componentes montados en una placa de inserción con el circuito de alimentación correspondiente y el control de sensores y actuadores. Todos los sensores se alimentaron directamente desde la red eléctrica con un adaptador de tensión USB de 5 V de CC, que permite la salida de al menos 2 A de corriente, teniendo el sensor de radón un aumento de 5-12 V. El sistema también puede alimentarse con una batería portátil de capacidad ampliada, preferentemente con carga solar para evitar fallos de alimentación. Para garantizar periodos sucesivos de 7 días de medición, se recomiendan 50000 mAh. El ventilador se alimenta con 220 V y se controla a través de un regulador de tensión de CA que también puede usarse como relé, para encender y apagar el ventilador.

[0072] Inicialmente, se analizaron las magnitudes físicas que iban a medirse, para evaluar la periodicidad de la medición y para evitar que los resultados presentasen grandes variaciones en periodos de tiempo cortos. Por tanto, en las pruebas experimentales, se configuró una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior para recopilar y transmitir valores en periodos de 10 minutos, para radón, y en periodos de 1 minuto para los parámetros restantes. Estos periodos de tiempo se encuentran dentro de los márgenes de error presentados por los fabricantes de sensores y permiten la verificación de cualquier error durante las mediciones. Siempre que se produzcan grandes fluctuaciones entre las lecturas, se repite la medición de radón, y se compara de nuevo el nuevo valor con las lecturas anteriores. Cuando el valor concuerda con los anteriores, es decir, presenta una variación por debajo del 20 %, se considera una medición precisa, y se transmite entonces la información a través de Wi-Fi. Cuando el valor no concuerda, se considera una medición errónea y se descarta. Se llevó a cabo el proceso de validación experimental para aprobar una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior y su integración con una plataforma de monitorización en línea [12]. Este proceso se dividió en cuatro partes: (i) idealización y creación del escenario experimental; (ii) integración con la plataforma; (iii) validación del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior y (iv) reducción activa de gas radón.

[0073] Para validar la prueba de concepto, se configuró un escenario experimental, con una realización, en la extensión exterior de un dormitorio, ubicado en la planta baja de una vivienda unifamiliar. Las dimensiones del compartimento son de 4,80x3,40x2,50 metros (LxWxH), dando como resultado un área de 16,32 metros cuadrados y un volumen de 40,80 metros cúbicos.

[0074] Dentro de este espacio, se instaló un tubo de medición y se conectó al sensor de presión diferencial, que se extendía al exterior para medir la lectura de presión diferencial en el sensor respectivo ubicado dentro del edificio. Adicionalmente, se colocó un miniventilador industrial en una ventana, colocado estratégicamente para facilitar la entrada de aire de exterior. Una vez que estos componentes estaban en su lugar, se selló la abertura de ventana restante usando un panel de madera recubierto de acero inoxidable, y se selló meticulosamente cualquier hueco con cinta aislante y una placa de material esponjoso sujetada con un cierre de madera.

[0075] Así, se llevó a cabo el proceso de validación experimental durante un periodo de 7 días consecutivos, que tuvo lugar entre el 8 y el 16 de junio de 2022, y corresponde a una evaluación a corto plazo. La adquisición de datosin situtuvo lugar en condiciones normales de uso de espacios, es decir, la habitación estaba desocupada durante el día y ocupada durante la noche. Por tanto, la apertura de la puerta interior durante el día o la entrada y salida del compartimento en cualquier momento se interpretó como uso normal, y no se tuvo en cuenta este factor en la evaluación. Para evitar lecturas con falsos positivos, se tomaron algunas precauciones, a saber: la abertura externa permaneció completamente sellada, excepto por el orificio de instalación del ventilador; se protegió el dispositivo de IoT de la luz solar o la radiación electromagnética; se colocó una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior en un módulo de cajón, situado a 2,00 metros del ventilador y fuera de su trayectoria de flujo de aire; se mantuvo un hueco de 25 centímetros entre el dispositivo y la pared, así como otros objetos, y con una altura de techo de 2,50 metros, se situó el dispositivo a una altura de 0,80 metros del suelo y 1,70 metros del techo. Durante el periodo de medición, la realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón permaneció completamente intacta, sin haberse movido ni manipulado indebidamente. Para enviar las mediciones experimentales a la nube, en una realización del dispositivo, se eligió el módulo Wi-Fi ESP32 como la tecnología de comunicación principal, entre el kit de desarrollo y la plataforma de monitorización en línea, ya que acelera las pruebas independientemente de la ubicación del usuario. Aun así, son posibles otras opciones de protocolo de comunicación, por ejemplo, Zigbee, LoRaWAN, Bluetooth, BLE, entre otras opciones adecuadas.

[0076] Para una validación precisa y fiable de una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior, se usó como referencia un detector activo de calidad profesional llamado Canary Pro de Airthings y se colocó dentro del espacio de interior durante la configuración del escenario experimental. Esta sonda está debidamente certificada, recopila mediciones instantáneas a intervalos de 1 minuto y guarda promedios horarios en un total de 24 registros al día. En una realización, se configuró el dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior para recopilar y transmitir valores en periodos de 10 minutos para radón, en un total de 6 registros por hora, y en periodos de 1 minuto para los parámetros restantes, en un total de 60 registros por hora. Así, pudo validarse mediante comparación la medición de la concentración de radón cuya concentración promedio durante los 7 días fue de 82 Bq/m<3>con una desviación estándar de 39 Bq/m<3>, para el dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior, que está dentro del intervalo de confianza de la sonda de referencia, que mostró una desviación estándar de 91 Bq/m<3>. La figura 10 muestra claramente que se sigue el desarrollo de radón en ambos dispositivos a lo largo del tiempo.

[0077] En una realización, se estableció la activación del dispositivo de ventilación para la reducción de gas radón en el valor límite de 100 Bq/m<3>, un valor recomendado por la OMS [2]. Así, puede definirse la siguiente escala de acción para controlar los actuadores: normal - contenido de radón menor de o igual a 100 Bq/m<3>, lo que implica la iluminación de LED en verde y el mantenimiento del dispositivo de ventilación apagado; alerta - contenido de radón mayor de 100 y menor de o igual a 300 Bq/m<3>, implica iluminación de LED en azul y dispositivo de ventilación encendido; peligroso - contenido de radón mayor de 300 Bq/m<3>, implica iluminación de LED en rojo y dispositivo de ventilación encendido. Durante la prueba experimental, tanto la indicación de alerta visual de los niveles de radón existentes, facilitada por el LED RGB, como la activación y desactivación del dispositivo de ventilación funcionaron perfectamente. Por tanto, en este punto, puede afirmarse que el resultado logrado era favorable, y se gestionó de manera efectiva el sistema, de una manera altamente satisfactoria.

[0078] En una realización, el sensor de presión diferencial entre el exterior y el interior de un entorno de interior tiene dos entradas para conectar los tubos de medición. La entrada “HIGH” (alta) producirá una medida positiva del diferencial de presión entre el exterior y el interior, es decir, un valor mayor de 0 Pa. Por el contrario, la entrada “LOW” (baja) producirá una medida negativa del diferencial de presión entre el exterior y el interior, indicando un valor menor de 0 Pa. En la prueba experimental, se siguió la recomendación normal, que es medir presiones positivas dentro del compartimento, de esta manera se conectó la entrada “LOW” a la presión del aire externo, mientras que la entrada “HIGH” permaneció abierta a la presión positiva que iba a medirse dentro del compartimento. Si, por otra parte, la intención era medir la presión negativa o de succión, bastaba con invertir las conexiones, es decir, conectar la entrada “HIGH” al aire exterior y la entrada “LOW” al compartimento de vacío. A medida que aumenta el nivel de vacío, también aumenta la diferencia de presión entre los lados inferior y superior. La figura 11 presenta los resultados obtenidos para la concentración de gas radón y la presión diferencial entre el exterior y el interior a lo largo de un periodo de tiempo continuo de 7 días. En este punto, la presión diferencial negativa entre el exterior y el interior indica que la presión del aire exterior es mayor que la del interior, por lo que el entorno interior está subpresurizado. A partir del análisis de datos, parece que si la diferencia de presión externa e interna es negativa, se encuentra en condiciones de entorno interno subpresurizado, fomentando el efecto de succión y a corto-medio plazo el contenido de radón tenderá a aumentar como puede observarse el 15 de junio, a las 17:00 en la figura 11. Por otro lado, si la diferencia de presión exterior e interior es positiva, se encuentra en un entorno interior sobrepresurizado, deteniéndose el efecto de succión y fomentado el flujo de aire de interior-de exterior, por lo que la concentración de gas radón tenderá a disminuir. El gráfico demuestra que siempre que el diferencial de presión externa e interna se vuelve negativo, la concentración de radón sigue esta tendencia. Por tanto, será posible predecir con alta precisión que aumentará la concentración de radón en las siguientes horas. En vista de este análisis, estos resultados se consideran óptimos e indican la existencia de una correlación entre el contenido de radón y el diferencial de presión.

[0079] La figura 12 muestra una representación de una realización del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior.

[0080] En una realización y considerando la dimensión de la eficiencia energética, el dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en una concentración de interior también podría comprender un sensor de detección de movimiento que estaría configurado para activar su funcionamiento. De esta manera, el dispositivo puede ahorrar energía cuando el compartimento analizado está vacío, es decir, sin personas o animales.

[0081] En una realización, el dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior puede preprogramarse además para activarse en un momento predeterminado por el usuario.

[0082] En una realización, el dispositivo dado a conocer ahora para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior puede usarse, por ejemplo, dentro de edificios de servicios, oficinas, hogares, y centros comerciales.

[0083] En una realización, también puede desarrollarse una puerta y/o ventana para que comprenda el dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior y su combinación con un dispositivo de ventilación integrado, dado a conocer ahora.

[0084] El término “comprende” o “que comprende”, cuando se usa en el presente documento, pretende indicar la presencia de las características, los elementos, números enteros, etapas, y componentes mencionados, pero no excluye la presencia o adición de una o más características, elementos, números enteros, etapas, y componentes distintos, o grupos de los mismos.

[0085] Por supuesto, la presente invención no está restringida en modo alguno a las realizaciones descritas en el presente documento y una persona con conocimiento medio del área podrá prever muchas posibilidades para modificarla y reemplazar las características técnicas por otras equivalentes, dependiendo de los requisitos de cada situación, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

[0086] Las siguientes reivindicaciones definen realizaciones adicionales de la presente descripción.

[0087] Bibliografía

[0088] [1] S. Frutos-Puerto, E. Pinilla-Gil, E. Andrade, M. Reis, M.J. Madruga & C. Miró Rodriguez, “Radon and thoron exhalation rate, emanation factor and radioactivity risks of building materials of the Iberian Peninsula”. PeerJ, 2020, 8, e10331. DOl: https://doi.org/10.7717/peerj.10331

[0089] [2] El radón y sus efectos en la salud (Notas descriptivas). Organización Mundial de la Salud. En línea: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/radon-and-health

[0090] [3] Directiva 2013/59/Euratom del Consejo del 5 de diciembre de 2013 por la que se establecen normas de seguridad básicas para la protección contra los peligros derivados de la exposición a radiaciones ionizantes, y se derogan las Directivas 89/618/Euratom, 90/641/Euratom, 96/29/Euratom, 97/43/Euratom y 2003/122/Euratom.2014. En línea: https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2013/59/oj

[0091] [4] N. Klepeis, W. Nelson, W. Ott.et al, “The National Human Activity Pattern Survey (NHAPS): a resource for assessing exposure to environmental pollutants.” J Expo Sci Environ Epidemiol 11, 231-252 (2001). https://doi.org/10.1038/sj.jea.7500165

[0092] [5] H. Zeeb, F. Shannoun, “Who Handbook on Indoor Radon - A Public Health Perspective”, 1ª ed.; Organización Mundial de la Salud: Ginebra, Suiza, 2009. En línea: https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/44149/9789241547673_eng.pdf

[0093] [6] F. Pereira, S. I. Lopes, N. B. Carvalho y A. Curado, “RnProbe: A LoRa-Enabled loT Edge Device for Integrated Radon Risk Management,” en IEEE Access, vol. 8, págs. 203488-203502, 2020. DOl: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3036980

[0094] [7] S. I. Lopes, A. M. Cruz, P. M. Moreira, C. Abreu, J. Silva, N. Lopes, J.M. Vieira y A. Curado, “On the design of a Human-in-the-Loop Cyber-Physical System for online monitoring and active mitigation of indoor Radon gas concentration,” Conferencia Internacional de Ciudades Inteligentes de IEEE de 2018 (ISC2), 2018, págs. 1-8. DOl: https://doi.org/10.1109/ISC2.2018.8656777

[0095] [8] S. I. Lopes, P. M. Moreira, A. M. Cruz, P. Martins, F. Pereira y A. Curado, “RnMonitor: A WebGIS-based platform for expedite in situ deployment of loT edge devices and effective Radon Risk Management,” Conferencia Internacional de Ciudades Inteligentes de IEEE de 2019 (ISC2), 2019, págs. 451-457. DOl: https://doi.org/10.1109/ISC246665.2019.9071789

[0096] [9] P. Martins, S. I. Lopes, F. Pereira y A. Curado, “RnMonitor: An loT-Enabled Platform for Radon Risk Management in H. Santos, G. Pereira, M. Budde, S. Lopes and P. Nikolic, (eds) Science and Technologies for Smart Cities. SmartCity 360 2019. Notas de conferencia del Instituto de Ciencias de la computación, Informática Social e ingeniería de Telecomunicaciones, vol. 323. Springer, págs. 49-55, 2020. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-51005-3_6

[0097] [10] P. Barros, A. Curado, & S.I. Lopes, “Internet of Things (IoT) Technologies for Managing Indoor Radon Risk Exposure: Applications, Opportunities, and Future Challenges.” en Applied Sciences, 2021, 11, 11064. DOl: https://doi.org/10.3390/app112211064

[0098] [11] Norma EN ISO 7730:2005 - Ergonomía del ambiente térmico. Determinación analítica e interpretación del bienestar térmico mediante el cálculo de los índices PMV y PPD y los criterios de bienestar térmico local. En línea: https://www.iso.org/standard/39155.html

[0099] [12] 1994-2022 The MathWorks, Inc. - ThingSpeak for loT Projects. En línea: https://thingspeak.com/

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior que comprende al menos un sensor de gas radón que comprende una cámara de ionización o un fotodiodo para detectar partículas alfa;

un sensor de detección de movimiento;

un sensor de temperatura;

al menos un sensor de presión diferencial para medir la diferencia entre las presiones atmosféricas de interior y de exterior;

en el que los sensores están conectados a un microcontrolador configurado para realizar el preprocesamiento y la agregación de los datos obtenidos por dichos sensores;

y accionar al menos un actuador físico para activar al menos un dispositivo de ventilación para reducir la concentración de radón en un entorno de interior:

si la concentración de interior está por encima de un primer umbral predeterminado; o

si la concentración de radón de interior está por encima de un segundo umbral predeterminado y la presión diferencial es negativa,

en el que el actuador físico para activar el dispositivo de ventilación comprende un módulo con al menos un regulador de tensión de CA.

2. El dispositivo según la reivindicación anterior, que comprende además al menos un sensor seleccionado de una lista que consiste en sensor de humedad relativa, sensor de dióxido de carbono, sensor de compuestos orgánicos volátiles totales, y combinaciones de los mismos.

3. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos un elemento de alerta visual seleccionado de una lista que consiste en un diodo emisor de luz, un diodo emisor de luz electroluminiscente, un diodo emisor de luz orgánico, o combinaciones de los mismos.

4. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un módulo de comunicación.

5. El dispositivo según la reivindicación anterior, en el que el módulo de comunicación usa Bluetooth, Bluetooth de baja energía, protocolo de red de área amplia y baja potencia, Zigbee, comunicación por Wi-Fi, o combinaciones de los mismos, para la conexión.

6. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de ventilación para reducir la exposición de riesgo a gas radón comprende un sistema de aire forzado.

7. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una batería y/o un puerto para la carga y/o el suministro de energía.

8. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que tal dispositivo está configurado para activarse en un momento predeterminado.

9. Una puerta de edificio que comprende al menos un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

10. Una ventana de edificio que comprende al menos un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

11. Uso del dispositivo para detectar y reducir la concentración de radón en un entorno de interior según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, para reducir la exposición de riesgo a radón, a saber, en el interior de edificios de servicios, oficinas, hogares, y centros comerciales.