ES1221605U - Sistema de iluminación de luz natural - Google Patents

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Abstract

1. Sistema de iluminación de luz natural para la integración en un edificio o un vehículo, comprendiendo el sistema de iluminación de luz natural. Un elemento (800) de fachada translúcida o elemento de pared que contiene una lámina de vidrio y un elemento (302 o 708) de redirección de luz y un canal (801) de transporte de luz para guiar la luz aproximadamente horizontal hacia el interior del edificio o vehículo, el canal de transporte de luz que comprende una abertura conectada al lado interior de dicho elemento de fachada o elemento de pared y al menos una abertura hacia el interior del edificio o vehículo, caracterizado porque el elemento (302 o 708) de redirección de luz está formado como una película o lámina de polímero estructurada conectada a una lámina de vidrio del elemento (800) de fachada o elemento de pared y está configurado para cambiar la dirección de la luz incidente en el canal de transporte de luz aproximadamente.

Description

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SISTEMA DE ILUMINACION DE LUZ NATURAL
DESCRIPCION
Campo de la invention
La presente invencion se refiere a la iluminacion con luz natural de habitaciones interiores con luz natural insuficiente, tipicamente en edificios. En particular, se refiere a un canal de transporte de luz reflejado adecuado para el montaje horizontal bajo el techo, cuyo extremo frontal esta sellado al lado interior de la fachada del edificio y comprende una pelicula o lamina de polimero estructurado que funciona como un elemento de redirection luz y/o luz. El otro extremo del canal de transporte se extiende hacia el interior del edificio; su pared lateral, especialmente la pared lateral enfrentada al piso comprende una o mas aberturas equipadas con luminarias. La invencion se refiere ademas a un sistema de iluminacion de luz natural que comprende dichos componentes, y a un edificio con tal sistema de iluminacion de luz natural.
Antecedentes de la invencion
El transporte a larga distancia de la luz visible a traves de un edificio puede utilizar grandes conductos revestidos con espejo o guias solidas de luz mas pequenas que explotan la reflexion interna total. Los conductos revestidos con espejos incluyen ventajas de area de gran section transversal y gran apertura numerica (permitiendo flujos mas grandes con menos concentration), un medio de propagation robusto y claro (es decir, aire) que conduce a una menor atenuacion y vidas mas largas, y potencialmente un peso inferior por unidad de flujo de luz transportado. Las guias solidas de luz incluyen la ventaja de la flexibilidad de configuration, que puede dar como resultado curvas relativamente cerradas con poca perdida de luz. Si bien las ventajas de los conductos revestidos con espejos pueden parecer abrumadoras, sin embargo, se eligen con frecuencia guias solidas de luz debido al valor practico de ensamblar conductos de luz de forma muy similar a la fontaneria. Independientemente de la tecnica utilizada para transportar la luz de manera efectiva, se necesita un colector de luz natural practica y eficiente que este adaptado al sistema de transporte.
Los sistemas de luz natural basados en fibra optica que recogen la luz fuera de un edificio y la transportan a larga distancia a traves de cables de fibra optica hacia el interior han sido descritos, por ejemplo, en los documentos US 4389085 y US 5581447. Estos sistemas pueden
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recolectar y concentrar grandes cantidades de luz solar directa con un alto factor de concentration para acoplarse en un cable de fibra optica. Sin embargo, su angulo de aceptacion del sol es, sin embargo, muy pequeno y necesitan dispositivos mecanicos de seguimiento solar biaxiales que son costosos de producir, requieren un intenso mantenimiento en uso y son muy voluminosos, lo que hace extremadamente diflcil la integration en la fachada de un edificio.
En los documentos DE 3604269, US 5709456 y US 6059438, se propone un sistema de fibra optica que utiliza un colector estatico (sin seguimiento del sol) basado en colorantes que absorben y reemiten la luz. Tal sistema puede ser plano y asl integrarse facilmente en la fachada o el techo de un edificio. Sin embargo, este se afecta bajo una muy baja eficiencia de recogida optica, un factor de baja concentracion de luz y un espectro de luz no natural.
La solicitud de patente estadounidense US 2010/0172147 describe otro tipo de sistema de fibra optica que consiste en un colector estatico con modulos de matriz de prisma macroscopicos para recoger la luz y acoplarla en una tuberla de luz solida para su transporte a un edificio. La solicitud de patente WO 2015/098209 describe otro sistema de fibra optica basado en un diseno de colector de pellcula de prisma microoptico multicapa plano. El documento DE 3522717 describe un sistema de fibra optica con un elemento concentrador estatico basado en una lente plana.
Todos estos sistemas de colectores estaticos son planos y, en principio, pueden integrarse facilmente en la fachada de un edificio o en su techo. Sin embargo, no permiten un factor de alta concentracion de luz y, por lo tanto, se requiere una gran cantidad de fibra optica (tubo de luz) para transportar la luz a largas distancias en el edificio, lo que hace que los sistemas sean extremadamente caros y pesados.
Los sistemas de luz natural basados en elementos de transporte de luz de conducto revestidos de espejo son bien conocidos. Los tubos de luz vertical para el transporte de luz desde el techo a los pisos superiores de un edificio se describen, por ejemplo, en los documentos US 8955269, WO 2011/022274, US 2014/0160570, o EP 1306606. Los sistemas de esta clase son de interes menor para edificios de oficinas de varios pisos, donde las distancias desde el techo a las oficinas son en general demasiado largas para proporcionar la intensidad de luz requerida de 500 Ix en la zona central de trabajo (DIN EN 12464-1, iluminacion de oficinas). Por lo tanto, estan limitados en su distancia de transporte de luz a aproximadamente 5 m o requieren un area de section transversal muy grande para el transporte de luz a distancias mas largas, ocupando asl una gran proportion del volumen de construction disponible. Para
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una mayor eficacia de recogida de luz, los sistemas a menudo comprenden un domo que cubre el conducto de transporte de luz que puede comprender estructuras opticas adicionales tales como estructuras Fresnel o paneles cortados por laser (LCP). La cubierta es, por lo tanto, voluminosa y dificulta la integration del sistema en la envoltura del edificio.
Los tubos de luz horizontales para la iluminacion del edificio con luz natural desde la fachada se han sugerido en los documentos CN 102305380 y WO 1998/028645, un sistema combinado con paneles cortados con laser como colector (LCP) fue descrito por V. Garcia Hansen y I. Edmonds en ‘Natural illumination of deep-plan office buildings: light pipe strategies. In: ISES Solar World Congress 2003, 14-19 de junio de 2003, Goteborg, Suecia y CN203162829, y otro sistema con elementos colectores tipo CPC es descrito por D. Vazquez- Molini et al. (ADASY, Active Daylighting System; Proc. of SPIE Vol. 7410, 74100H). Todos estos sistemas no permiten recoger la luz natural desde un area mas grande que la section transversal del conducto revestido de espejo y/o tienen extensiones voluminosas que sobresalen de la fachada del edificio. Esto hace que la integracion arquitectonica sea desafiante y/o requiera la presencia de elementos opticos costosos.
Un sistema de tubo de luz horizontal con un elemento colector de luz natural que permite recoger la luz de un area sustancialmente mas grande que la seccion transversal del conducto revestido de espejo se propone en KR 100384277. El colector comprende una parte de condensation formada por un marco y uno lente Fresnel, y una parte de cambio de luz formada por dos lentes de prisma. La segunda lente de prisma esta conectada opticamente a un conducto revestido de espejo. El dispositivo colector de este sistema es, sin embargo, muy voluminoso y, por lo tanto, no puede integrarse facilmente en la fachada o el techo de un edificio.
En los documentos JP 2014/209423 y JP 2014/209424 y JP 2016/048618 se propone un sistema de iluminacion natural que combina un elemento colector plano sobresaliente que comprende estructuras macroopticas y de espejo con un conducto revestido de espejo.
Todos los sistemas de luz natural del estado de la tecnica descritos anteriormente tienen la desventaja de un bajo angulo de aceptacion solar que da como resultado la necesidad de costosos sistemas de seguimiento mecanico y/o la necesidad de costosos cables de fibra optica para el transporte de luz natural a largas distancias y/o elementos colectores voluminosos que hacen que la integracion en la envoltura del edificio sea un desaflo, y/o la necesidad de elementos opticos costosos, y/o una eficiencia optica limitada. Cuando se utilizan para introducir luz desde el lado de la fachada, dichos dispositivos no solo introducen
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roturas esteticas en la fachada, sino que tambien interrumpen la envoltura del edificio y su blindaje termico.
Resumen de la invention
Por lo tanto, existe la necesidad en la tecnica de un sistema de luz natural con un colector estatico y/o un elemento de redirection que no requiera partes sobresalientes y pueda integrarse facilmente en la envoltura del edificio, conservando sus propiedades de aislamiento termico y no requiere elementos opticos costosos para la recogida de la luz y el transporte luz.
Los inventores de la presente invencion han encontrado que la combination de un elemento de fachada de vidrio translucido que comprende una pellcula o lamina de recogida y/o redireccion de luz, que esta configurada para acoplar luz solar en un conducto revestido de espejo sorprendentemente mejora mucho el rendimiento del sistema. Los detalles acerca de dichos sistemas beneficiosos de luz natural seran evidentes a partir de las siguientes explicaciones.
Por lo tanto, la invencion se refiere generalmente a un sistema de iluminacion de luz natural para su integration en un edificio, comprendiendo el sistema de iluminacion de luz natural un elemento (800) de fachada translucido que contiene una lamina de vidrio y un elemento (302 o 708) de redireccion de luz y un canal (801) de transporte de luz para guiar la luz horizontalmente hacia el interior del edificio, comprendiendo el canal de transporte de luz una abertura frontal unida al lado interior de dicho elemento de fachada y al menos una abertura hacia el interior del edificio, caracterizado porque
el elemento (302 o 708de redireccion de luz) esta formado como una pellcula o lamina polimerica estructurada unida a una lamina de vidrio del elemento (800) de fachada y esta configurado para cambiar la direction de la luz incidente en el canal de transporte de luz horizontal. La lamina de vidrio puede llevar el presente elemento de redireccion de luz directamente sobre su superficie de vidrio, tlpicamente con un adhesivo, o la lamina de vidrio puede revestirse como se explica mas adelante y llevar dicho elemento sobre su superficie revestida.
El objeto de la presente invencion se resuelve por la materia objeto de las reivindicaciones independientes. Se incorporan realizaciones y ventajas adicionales de la invencion en las reivindicaciones dependientes.
Description detallada de las realizaciones
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Las realizaciones descritas se refieren de manera similar al colector de luz para uso en un sistema de iluminacion de luz natural, al sistema de iluminacion de luz natural para la integration en un edificio y al edificio. Los efectos sinergicos pueden surgir a partir de diferentes combinaciones de las realizaciones aunque podrlan no describirse en detalle.
Donde se usa un artlculo indefinido o definido cuando se refiere a un sustantivo singular, por ejemplo "un”, "una” o "el”, esto incluye una pluralidad de ese sustantivo a menos que se especifique algo mas. Los terminos "aproximadamente” o "con aproximacion” en el contexto de la presente invention denotan un intervalo de precision que comprendera la persona experta en la tecnica para garantizar aun el efecto tecnico de la caracterlstica en cuestion. El termino tlpicamente indica una desviacion del valor numerico indicado de ±20%, preferiblemente ±15%, mas preferiblemente ±10%, e incluso mas preferiblemente ±5%. El termino "aproximadamente” es sinonimo de "esencialmente” y denota una posible desviacion del valor basico como se indico anteriormente, excepto en el caso de angulos, donde el termino "aproximadamente” denota una posible desviacion en mas o menos 10 grados (preferiblemente hasta mas o menos 5 grados). Por lo tanto, el termino "aproximadamente horizontal” indica una alineacion (por ejemplo, del canal de transporte de luz) con una inclination maxima de mas o menos 10 grados, y preferiblemente mas o menos 5 grados, desde la horizontal.
Los terminos tecnicos son usados por su sentido comun. Si un significado especlfico se transmite a ciertos terminos, las definiciones de los terminos se daran a continuation en el contexto del cual se usan los terminos. Los terminos "conducto revestido de espejo”, "conducto de luz”, "canal de transporte de luz”, "canal de luz”, "tubo de luz” se utilizan como sinonimos. El termino "reflexion especular” se refiere a la reflexion sin creation de luz difusa.
Funcionalmente, as! como esteticamente, el presente elemento de fachada puede integrarse en la envoltura del edificio sin sobresalir, convirtiendose preferiblemente en parte de la envoltura del edificio, tlpicamente como parte de una fachada lisa, que puede ser una fachada de vidrio. Por lo tanto, el elemento de fachada (con su superficie tlpicamente definida por la altura h' y el ancho w' como se representa en la figura 2), junto con la lamina de vidrio y la pellcula o lamina que comprende el elemento de redirection de luz adjunto a este (es decir, el elemento de redireccionamiento de luz siendo tlpicamente laminado a una lamina de vidrio u otra lamina paralela a una lamina de vidrio), generalmente puede estar dispuesta paralela a la fachada y/o como parte de una fachada plana (tlpicamente: vertical).
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En general, el canal de transporte de luz presente esta equipado, con su abertura frontal, con el elemento de fachada desde el interior del edificio, preservando asi las propiedades de manejo del calor de la envoltura del edificio y la apariencia estetica de la fachada. El presente canal de transporte de luz puede ajustarse al elemento de fachada de manera que su abertura frontal (seccion transversal) este sellada a dicho elemento de fachada, o el canal de transporte de luz este simplemente dispuesto detras del elemento de fachada para permitir la entrada de luz desde el elemento de fachada hacia su abertura frontal, que puede sellarse mediante una lamina transparente separada tal como una lamina de polimero o una lamina de vidrio.
El grosor del elemento de fachada puede variar tipicamente de 0.1 cm a 25 cm, preferiblemente de 1 cm a 20 cm, mas preferiblemente de 2 cm a 15 cm. Preferiblemente, el espesor del colector es constante en toda el area, pero tambien puede diferir en el area del al menos un centro o la seccion de conexion del canal del colector.
Segun una primera realization general de la presente invention (vease la figura 1), el elemento de redirection de luz esta configurado para dirigir la luz, que alcanza la superficie exterior de la envoltura del edificio tipicamente bajo un angulo de incidencia mas o menos pronunciado, hacia un canal d trasporte de luz. La luz que entra (o se acopla) a la pelicula o lamina que contiene este elemento de redireccion de luz cambia su direction en la direction deseada, y posteriormente deja la pelicula o lamina (es decir, acoplada) hacia el interior del edificio esencialmente sin redirigir mas (excepto por pasajes a traves de una o mas capas adicionales opcionales de la envoltura del edificio, tales como peliculas o laminas de vidrio, que pueden causar una difraccion menor; dicha difraccion permanece extremadamente pequena ya que las superficies de tales capas adicionales son esencialmente paralelas).
Segun una segunda realizacion general de la presente invencion (vease la figura 2), el elemento de redireccion de luz esta configurado para acoplar la luz, que alcanza la superficie exterior de la envoltura del edificio tipicamente bajo un angulo de incidencia mas o menos pronunciado, en la pelicula o lamina, o una o mas capas adyacentes a la misma (capa(s) de guia de ondas), actuando la pelicula o lamina como un colector de luz para su uso en un sistema de iluminacion de luz natural y para su integration en un edificio. El colector de luz comprende una capa de guia de ondas, un elemento de recogida y redireccion de luz que esta configurado para acoplar luz solar en la capa de guia de ondas. El colector de luz tambien comprende un elemento de desacoplamiento configurado para acoplar la luz desde la guia de ondas a un canal de transporte de luz del sistema de iluminacion de luz natural.
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A continuation, las secciones referidas al colector de luz se refieren a esta segunda realization general de la invention, mientras que todas las demas secciones (entre otras las relacionadas con el elemento de redirection, el canal de transporte de luz, el elemento de fachada o las luminarias) se refieren a cada una y la segunda realization general de la invention.
El canal de transporte de luz (Fig. 1 o 2, previsto para extenderse con su longitud I hacia el interior del edificio) generalmente forma un angulo de 45° o mas con la superficie exterior del elemento de fachada (en la Fig. 2 definida por su altura h' y ancho w'); tlpicamente, el angulo entre el plano h' x w' y un lado largo del canal de luz de longitud I es de aproximadamente 90°, realizando as! un posicionamiento aproximadamente horizontal.
Por lo tanto, el actual sistema de luz natural no es un sistema basado en fibra optica. En general, se supone que el elemento de fachada equipado con el elemento de redirection de luz debe colocarse en el exterior del edificio expuesto a la luz natural. Como se explicara con mas detalle, un colector de luz a partir de la segunda realization permite recoger la luz de un area que es mas grande que el area de la seccion transversal del canal de transporte de luz.
El colector de luz de la presente invention recoge luz de una manera diferente en comparacion con la tecnica anterior y tambien gula la luz recogida de una manera diferente hacia el canal de transporte de luz. Se utiliza al menos una capa de gula de ondas que puede hacer uso de gulas solidas y/o llquidas de luz. En principio, la luz que incide sobre la superficie del colector de luz se acopla mediante el elemento de recogida y redirection de luz en la gula de ondas, en la que se gula hacia el elemento de desacoplamiento a traves de la Reflexion Interna Total (TIR). La una o mas capas de gula de ondas, el elemento de recogida y redirection de luz y el elemento de desacoplamiento pueden incorporarse de varias maneras diferentes. Esto se explicara con mas detalle a continuation en el contexto de diferentes realizaciones de la presente invencion.
En otras palabras, el nuevo colector de luz que esta configurado para usarse en un sistema de iluminacion de luz natural y para integrarse en la fachada de un edificio, esta configurado para acoplar la luz natural en la capa de gula de onda solida y/o llquida y tambien acoplarla fuera de dicha capa de gula de ondas para dirigir la luz desacoplada en un canal de transporte de luz que se puede disponer en o dentro del colector de luz. La interfaz entre el colector de luz y el canal de transporte de luz se explicara con mas detalle mas adelante. En particular, la combination de la capa de gula de ondas como una gula solida de luz, y el canal de transporte de luz como un conducto revestido de espejo es una realization preferida.
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La seccion donde los elementos de desacoplamiento estan ubicados en el colector de luz puede estar preferiblemente en el centro del colector de luz, como se muestra y se explica en el contexto de, por ejemplo, figuras 2 y 3. Esto se debe a que puede preferirse que el canal de transporte de luz este conectado al colector de luz en una posicion central, como se indica en las figuras 2 y 3. Pero tambien son posibles otras posiciones de conexion no centradas. El area o seccion del colector de luz donde va a ser conectado o se conecta el canal de transporte de luz se denomina seccion de conexion de canal. Por lo tanto, a continuation, algunas caracterlsticas como, por ejemplo, los elementos de desacoplamiento se describiran con respecto al centro del colector de luz o, alternativamente, la seccion de conexion del canal, es decir, la ubicacion donde el canal de transporte de luz se conecta al colector de luz.
La capa de gula de ondas es preferiblemente una placa de gula solida de luz, pero tambien puede incluir un material de gula llquido de luz. El elemento colector de luz tambien puede comprender un laminado de una pluralidad de capas de gula de ondas. La capa de gula de ondas esta hecha preferiblemente de un material solido tal como un pollmero o vidrio. Preferiblemente esta hecho de polimetil metacrilato, poliacrilato, poliuretano termoplastico, policarbonato, polisilicona o policicloolefina. La al menos una capa de gula de ondas puede tener un espesor constante en toda el area del colector o su grosor puede aumentar desde el borde hacia el centro o hacia el area o seccion donde el canal de transporte de luz se va a conectar o se conecta, es decir, la seccion de conexion del canal. Puede haber areas centrales del colector de luz, donde la capa de gula de ondas esta interrumpida, es decir, donde hay una o varias aberturas (preferiblemente circulares o rectangulares) en la al menos una capa de gula de ondas. El espesor de la capa de gula de ondas puede ser de 0.1 mm a 200 mm, preferiblemente de 0.5 mm a 100 mm, mas preferiblemente de 1 mm a 50 mm.
La capa de gula de ondas puede ser una capa continua dentro del colector de luz y que no tiene interrupciones o rebajes o similares. En otras palabras, desde una perspectiva frontal como se muestra en, por ejemplo, la figura 1, la capa de gula de ondas puede cubrir toda la seccion transversal del colector de luz o sustancialmente toda la seccion transversal del colector de luz.
Como se explicara mas adelante en el contexto de realizaciones especlficas, la capa de gula de ondas puede tener tambien rebajes, en particular en la seccion de conexion de canales del colector de luz o el centro del colector de luz, como puede recogerse, por ejemplo, de la figura 3.
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De acuerdo con otra realization a modo de ejemplo de la presente invention, el elemento de recogida y/o redirection de luz se realiza como una pluralidad de acopladores de rejilla y/o hologramas y/o espejos y/o microespejos y/o microestructuras reflectantes. En una realization, se usa una microestructura transparente donde la luz se refleja por reflexion interna total para angulos especlficos y pasa a traves de otros angulos.
En el contexto de la presente invention, el termino microespejo se debe entender como un espejo que tiene dimensiones en la escala micrometrica, es decir, de 0.1 a 5000 micrometros o preferiblemente de 0.5 a 2000 micrometros o mas preferiblemente de 1 a 1000 micrometros. Ademas, en el contexto de la presente invention, el termino microestructura reflectante debe entenderse como una estructura reflectante que tiene dimensiones en la escala micrometrica, es decir, de 0.1 a 5000 micrometros o preferiblemente de 0.5 a 2000 micrometros o mas preferiblemente de 1 a 1000 micrometros.
El elemento de recogida y/o redirection de luz puede consistir en una pluralidad de estructuras opticas o microopticas tales como estructuras de prismas, piramides, sinusoides o tipos de cono simetricos o asimetricos. Preferiblemente, puede consistir en una pluralidad de estructuras (micro) opticas extendidas lineales o circulares, por ejemplo, de tipo surco en V simetrico o asimetrico. En el caso de la realization 2 de la presente invention, la estructura (micro) optica puede ser transparente y, por lo tanto, redirigir la luz por reflexion interna total (TIR), o puede revestirse con una capa especular de espejo reflectante. En el ultimo caso, la estructura (micro) optica esta situada en el lado de la capa de gula de ondas dirigida hacia el interior del edificio.
El elemento optico para redirigir la luz natural incidente tambien puede ser una rejilla holografica o una rejilla de difraccion que redirecciona la luz incidente hacia el canal de luz (en el caso de la realization 1 de la presente invention) o acopla la luz a la capa de gula de ondas (en el caso de la realization 2 de la presente invention). El elemento optico que redirige la luz natural incidente esta dispuesto de manera que la luz se dirige y se transporta al canal de transporte de luz, o en la capa de gula de ondas hacia el centro del colector o hacia la section de conexion del canal. El colector de luz puede tener solo un area, section o centro hacia el cual se redirige la luz natural y se transporta a traves de la capa de gula de onda, o puede tener una pluralidad de areas, secciones o centros hacia los cuales se redirige la luz natural y se transporta a traves de la capa de gula de ondas.
Las pellculas polimericas redireccionadoras de luz utiles en la presente invention estan disponibles comercialmente. La pellcula de pollmero que redirige la luz puede obtenerse en
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un proceso que comprende una etapa de microestructuracion de una superficie de polimero para obtener una capa estructurada. La estructura (micro) optica, como un todo, tlpicamente es transparente y esta incrustada en una lamina o pellcula de polimero o repujada en la superficie de una lamina o pellcula de polimero, preferiblemente de polivinilbutiral (PVB), polimetil metacrilato (PMMA), poliacrilato, poliuretano termoplastico, policarbonato (PC), polisilicona o policicloolefina. Los mismos materiales se usan preferiblemente para elementos de redirection de luz holograficos o difractantes. En el caso de que la estructura (micro) optica este revestida con una capa especular de espejo reflectante (por ejemplo, una capa de aluminio o una capa de plata, o una pellcula polimerica multicapa reflectante especular), la estructura tambien puede estar hecha de poliacrilato, poliolefina, poliester y cualquier otro material adecuado.
Cuando la capa estructurada se prepara mediante repujado, tlpicamente se pone en contacto una pellcula plana con una superficie repujable con una herramienta estructurada con la aplicacion de presion y/o calor para formar una superficie repujada. La pellcula plana completa puede comprender un material repujable, o la pellcula plana puede tener solamente una superficie repujable. La superficie repujable puede comprender una capa de un material que es diferente del material de la pellcula plana, lo que quiere decir que la pellcula plana puede tener un revestimiento de material repujable en su superficie. La estructura en la superficie repujada es la inversa de la estructura en la superficie de la herramienta, es decir, una protuberancia en la superficie de la herramienta formara una depresion en la superficie en relieve, y una depresion en la superficie de la herramienta formara una protuberancia en la superficie en relieve.
En un metodo de interes tecnico especlfico para preparar las estructuras de redireccion (como tambien se menciona en WO2014024146), se aplica una capa de resina curable por UV a una pellcula de polimero (como una pellcula de PET), estructurada mediante un proceso de impresion y se cura con luz UV. Un proceso puede ser un proceso de impresion y, preferiblemente, un proceso de impresion de bobina-bobina. En una realization preferida, el laminado que lleva la capa estructurada se prepara como una unica construction mediante un proceso de impresion UV. En otra realizacion, el sustrato revestido se prepara a partir de un material de (met)acrilato curable por radiation, y el material de (met)acrilato moldeado se cura por exposition a radiacion actlnica. Por ejemplo, un material polimerico curable puede revestirse sobre una pellcula de sustrato y presionarse contra una herramienta de moldeo microestructurada y dejarse curar, por ejemplo, por irradiation UV para formar una capa estructurada sobre la pellcula de sustrato. Al retirar la herramienta de moldeo, se obtiene la capa estructurada. La estructura en la superficie impresa es la inversa de la estructura en la
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superficie de la herramienta, es decir, una protuberancia en la superficie de la herramienta formara una depresion en la superficie impresa, y una depresion en la superficie de la herramienta formara una protuberancia en la superficie impresa.
En caso de que se use un material de resina curable por calor y/o radiacion para preparar la capa estructurada, se prefiere una resina curable por UV. En este caso, el aglutinante comprende esencialmente compuestos monomericos u oligomericos que contienen enlaces etilenicamente insaturados, que despues de la aplicacion se curan mediante radiacion actlnica, es decir, convertido en una forma reticulada de alto peso molecular. Cuando el sistema se cura con UV, generalmente tambien contiene un fotoiniciador. Los sistemas correspondientes se describen en la publication mencionada anteriormente Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5a edition, vol. A18, paginas 451-453. La composition de resina puede contener ademas un estabilizante tal como una amina estericamente impedida.
Los sistemas de curado dual, que se curan primero mediante calor y posteriormente por irradiation UV, o viceversa, comprenden componentes que contienen dobles enlaces etilenicos capaces de reaccionar con la irradiacion con luz UV, tlpicamente en presencia de un fotoiniciador.
La radiacion electromagnetica es asl preferentemente luz UV, y el revestimiento curable por radiacion tlpicamente es un revestimiento curable por UV. La cura del revestimiento curable por UV (laca UV) durante la etapa de transferencia puede realizarse de forma analoga a los metodos descritos en el documento WO 12/176126. Las longitudes de onda de curado preferidas son, por ejemplo, del intervalo de longitud de onda corta 220-300 nm, especialmente 240-270 nm, y/o del intervalo de longitud de onda larga 340-400 nm, especialmente 350-380 nm, como puede conseguirse, por ejemplo, mediante curado por LED.
La capa estructurada asl obtenida puede someterse a deposition de vapor metalico bajo un angulo oblicuo, produciendo asl una rejilla de microespejos. Los microespejos se pueden encapsular utilizando el mismo material que en la etapa de estructuracion u otro material. Tal encapsulation modifica las propiedades opticas y protege el recubrimiento. La pellcula de pollmero estructurado se puede aplicar con un adhesivo sobre el vidrio o la lamina de vidrio revestido del elemento de fachada, formando asl la presente placa frontal. La Figura 12 muestra el proceso descrito anteriormente.
La pellcula de redirection de la luz tambien puede ser una pellcula de pollmero estructurado que proporciona reflexion de la luz en una interfaz entre 2 materiales transparentes de Indice
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de refraccion fuertemente diferente (por ejemplo, de 0.4 a 0.7) tal como se realiza, por ejemplo, por interfaces entre el pollmero y el aire como en el documento WO 2016/064669.
El elemento de recogida y/o redirection de luz del colector de luz puede incorporarse de varias maneras diferentes. Este elemento optico que redirige la luz natural incidente puede cubrir toda el area de la capa de la gula de ondas o puede cubrir solo partes del area de la capa de la gula de ondas. Si el colector de luz consiste en un laminado de una pluralidad de capas de gula de onda, el elemento de recogida y redireccion de luz que redirige la luz natural incidente puede consistir en una pluralidad de franjas o parches conectados a cada una de la pluralidad de capas de gula de onda, las franjas o parches desplazados uno hacia el otro de una manera que combinen cubren una gran area del colector de luz. El elemento de recogida y redireccion de luz del colector de luz puede comprender solo un tipo de elemento optico o puede comprender una combination de varios tipos de elementos opticos, como se describe aqul, en partes del area de la capa de gula de ondas o en toda el area de la capa de gula de onda.
El elemento de recogida y redireccionamiento de luz que redirige la luz natural incidente puede estar directamente conectado a la al menos una capa de gula de ondas o elementos adicionales pueden estar comprendidos entre el elemento optico y la capa de gula de ondas. Estos elementos pueden incluir, pero no estan limitados a, un espacio de aire, una capa de Indice de refraccion baja, una capa de Indice de refraccion alta, una capa de coincidencia de Indice, una capa de Indice de gradiente. Los elementos adicionales tambien pueden incluir capas adhesivas, pellculas polimericas, capas de vidrio o capas de compatibilidad.
En el contexto de la presente invention, la expresion "capa de alto Indice de refraccion” o "material de alto Indice de refraccion” se debe entender como una capa o material que tiene un Indice de refraccion que es mayor que el Indice de refraccion de la capa de gula de ondas. Ademas, en el contexto de la presente invencion, la expresion "capa de bajo Indice de refraccion” o "material de bajo Indice de refraccion” se debe entender como una capa o material que tiene un Indice de refraccion que es menor que el Indice de refraccion de la capa de gula de ondas.
Entre el elemento de recogida y redireccion de luz que redirige la luz incidente y la capa de gula de ondas, puede usarse una capa de Indice de refraccion de gradiente que tenga un Indice de refraccion donde este en contacto con la capa de gula de onda que es mayor que el Indice de refraccion del material de gula de onda. La capa de Indice de refraccion de gradiente puede construirse de manera que la diferencia entre su alto Indice de refraccion n (alto) y su bajo Indice de refraccion n (bajo) varle de 0.15 a 0.4 y, preferiblemente, de 0.18 a
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0.35. Por ejemplo, en el ejemplo de la figura 10, hay una capa de n=1.7, una capa de n=1.6 (adhesivo). La capa de mdice de refraccion de gradiente puede formarse como una unica capa o como una secuencia de una multitud (dos o mas) de capas con un mdice de refraccion diferente en forma de una capa de mdice de gradiente escalonado. Sin embargo, en general, el mdice de refraccion de la capa de mdice de refraccion del gradiente disminuye desde la parte de la capa que esta en contacto con el elemento de recogida y redirection de luz hacia la parte de la capa que esta en contacto con la capa de guia de ondas. Esta disminucion puede ser gradual y/o continua en el sentido de un gradiente continuo. En una realization preferida, la parte de la capa de mdice de refraccion de gradiente con el mdice de refraccion mas alto cubre completamente y esta en contacto con el elemento de recogida y redireccion de luz.
El colector de luz puede comprender adicionalmente lentes en el lado de la al menos una capa de guia de ondas dirigida desde el edificio hacia el sol. Estas lentes pueden enfocar la luz natural incidente sobre el elemento optico que redirige la luz natural incidente y la acopla en al menos una capa de guia de ondas, donde es transportada por reflexion interna total (TIR) hacia, por ejemplo, el centro del colector o, en general, hacia la section de conexion del canal. Las lentes pueden ser macro o micro lentes o lentes Fresnel, preferiblemente micro lentes o lentes Fresnel. Las lentes pueden estar hechas de vidrio, polisilicio, poliacrilato, policarbonato, polimetimetacrilato, policicloolefina o cualquier otro material adecuado.
Entre las lentes y el elemento de recogida y redireccion de luz que redirige la luz natural incidente pueden estar comprendidos elementos adicionales. Estos elementos pueden incluir, entre otros, un espacio de aire, una capa de mdice de refraccion bajo, una capa de mdice de refraccion alto, una capa de mdice de gradiente. Los elementos adicionales tambien pueden incluir capas adhesivas, pelmulas polimericas, capas de vidrio o capas de compatibilidad. Las lentes pueden permitir aumentar las dimensiones del colector sobre el que se puede recoger la luz con una alta eficiencia.
En una realizacion particular de la invention, el elemento de recogida y redireccion de luz que redirige la luz natural incidente y la acopla en la al menos una capa de guia de ondas se basa en tecnologia de colector de luz plana tal como, por ejemplo (pero no limitante), descrito en WO 2015/098209, o WO 2009/035986, o US 9229144, o US 9246038, o US 2016/178879, o US 2016/276514. Sin embargo, cualquier otra tecnologia de recogida de luz que satisfaga los requisitos de un colector plano como se especifica en el presente documento puede emplearse para redireccionar y acoplar en la capa de guia de ondas.
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De acuerdo con la primera realization de la presente invention, ningun elemento optico que redirija la luz natural incidente y la acople a la al menos una capa de guia de ondas se conecta al area del al menos un centro del colector de luz/o la section de conexion del canal. En cambio, los elementos de desacoplamiento que acoplan luz fuera de la capa de guia de onda hacia el interior del edificio, formando asi el presente elemento de redirection, se conectan a la pelicula o capa de lamina en al menos partes del centro del elemento de fachada o la ubicacion donde el canal de transporte de luz esta conectado a el. De acuerdo con otra realizacion a modo de ejemplo de la presente invencion, el elemento de desacoplamiento o el elemento de redireccionamiento se elige del grupo que comprende elementos que contienen un espejo plano, elementos que contienen un espejo parabolico, elementos que contienen estructuras de extraction de luz optica en la superficie, tales como por ejemplo, prismas, piramides, conos o cualquier combination de los mismos, o en el que el elemento de desacoplamiento se proporciona doblando la capa de guia de ondas para redirigir la luz por reflexion interna total dentro de la capa de guia de ondas.
Los elementos de desacoplamiento, es decir, elementos opticos que acoplan la luz fuera de la capa de guia de ondas, por ejemplo, hacia el interior del edificio, pueden ser, por ejemplo, pero no estan limitados a: elementos que contienen un espejo plano, elementos que contienen un espejo parabolico, elementos que contienen estructuras de extraccion de luz optica en la superficie, tales como por ejemplo, los prismas, las piramides, los conos o el elemento se puede formar doblando la capa de la guia de ondas hacia el interior del edificio para redirigir la luz mediante la reflexion interna total (TIR) dentro de la capa de la guia de ondas.
Los elementos de espejo pueden aplicarse en el area del centro del colector (o la seccion de conexion de canal) una vez a traves de toda la seccion transversal de la capa de guia de ondas, o repetidamente en solo partes de la seccion transversal de la capa de guia de ondas, por ejemplo, cerca de la superficie de la capa de la guia de onda. Los elementos de espejo pueden fabricarse mediante moldeo por inyeccion y unirse a la capa de guia de onda o pueden grabarse directamente en la capa de guia de onda, seguido de la conexion de una capa de espejo (por ejemplo, una capa de aluminio o una capa de plata o una pelicula de polimero multicapa reflectante especular). Los elementos de espejo tambien se pueden aplicar como parte de una hoja microoptica a la superficie de la capa de guia de ondas en al menos partes del al menos un centro del colector de luz o la ubicacion/area donde el canal de transporte de luz se conecta al colector de luz.
Los elementos que contienen estructuras de extraccion de luz optica en la superficie, como, por ejemplo, prismas, piramides, conos, se aplican preferiblemente a la superficie de la capa
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de gula de onda en al menos partes del al menos un centro del colector de luz o la ubicacion/area donde el canal de transporte de luz esta conectado al colector de luz. Las estructuras de extraction de luz pueden fabricarse mediante moldeo por inyeccion, litografla de impresion (nano o micro), o (nano o micro) repujado y unidas a la capa de gula de onda o pueden grabarse directamente en la capa de gula de ondas. Las estructuras de extraccion de luz tambien pueden aplicarse como parte de una hoja microoptica a la superficie de la capa de gula de onda en al menos partes del al menos un centro del colector de luz o la ubicacion donde el canal de transporte de luz esta conectado al conector de luz.
Si el elemento de desacoplamiento se forma doblando la capa de gula de ondas hacia el interior del edificio para redirigir la luz por reflexion interna total (TIR) dentro de la capa de gula de ondas, preferiblemente se pueden aplicar elementos adicionales al extremo de la capa de gula de ondas dirigida hacia el interior del edificio. Estos elementos adicionales pueden ser, por ejemplo, una capa de gradiente de Indice de refraction para sanjar la diferencia en el Indice de refraccion entre la capa de gula de ondas y el aire, un elemento tipo cono o cuna, o una combination de un elemento tipo cono o cuna con una capa de gradiente de Indice de refraccion o puede formarse mediante micropartlculas transparentes coincidentes en el Indice de refraccion (TRIMM) en un material de pollmero transparente.
El elemento de desacoplamiento puede disenarse preferiblemente de una manera que permita controlar al menos parcialmente la distribution angular de la luz que se acopla fuera de la capa de gula de ondas hacia el aire. Preferiblemente, el angulo alfa entre la luz desacoplada y el conducto revestido de espejo utilizado para transportar la luz natural al interior del edificio es pequeno para minimizar el numero de reflexiones en el conducto revestido de espejo a una distancia determinada y reducir as! las perdidas de transporte a un mlnimo. El angulo alfa para una gran proportion de luz desacoplada es preferiblemente inferior a 60°, mas preferiblemente inferior a 40°, incluso mas preferiblemente inferior a 30°.
El colector de luz de la presente invention comprende, en una realization, un panel frontal y un panel posterior.
La al menos una capa de gula de ondas y los elementos opticos conectados a ella, incluido el al menos un centro del colector, estan intercalados entre el panel frontal y el posterior y, preferiblemente, se mantienen conectados con un marco. El marco puede, por ejemplo, estar hecho de aluminio o plastico. La construction que incluye un panel frontal y posterior con el marco protege la al menos una capa de gula de onda y los elementos opticos asociados con esta y permite una facil integration del colector en la envoltura del edificio (es decir, la
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fachada), en particular como parte de la fachada arriba o debajo de los perfiles de la ventana. La construction que incluye el panel frontal y posterior con el marco permite adicionalmente evitar la formation de puentes de calor en la envoltura del edificio cuando se integra el sistema de iluminacion natural en el edificio, particularmente cuando se incluye un espacio lleno de aire o gas noble (por ejemplo, Argon, Kripton o Xenon), en una position arbitraria entre el panel frontal y el panel posterior.
El panel frontal puede ser la capa de gula de ondas o puede ser un panel transparente adicional, es decir, un panel de vidrio transparente o un panel de plastico (polimetilmetacrilato, policarbonato). En caso de que se trate de un panel transparente adicional, se puede unir directamente a la capa de gula de ondas o puede haber capas adicionales entre ellas, por ejemplo, un espacio lleno de aire o gas noble o una capa de bajo Indice de refraction. El panel posterior puede ser un panel transparente, es decir, un panel de vidrio transparente o un panel de plastico (polimetilmetacrilato, policarbonato) en su totalidad o puede ser un panel transparente solo en el area del al menos un centro (o la section de conexion del canal) del colector y un panel no transparente en el area fuera del al menos un centro (o la seccion de conexion de canal). El panel posterior tambien puede ser un panel no transparente en el area exterior del al menos un centro (o la seccion de conexion) y tener una abertura (o agujero) en el area del al menos un centro (o la seccion de conexion del canal). El panel no transparente puede ser, por ejemplo, un panel aislante que comprende materiales aislantes tales como poliestireno expandido, espuma de poliuretano o un aerogel, o puede ser un panel de concreto, es decir, concreto fibrado o concreto poroso.
De acuerdo con cada una de las dos realizaciones generales de la presente invention, el presente sistema de iluminacion natural puede comprender al menos un revestimiento o pellcula laminada a al menos una lamina de vidrio del elemento de fachada translucida o para controlar sus propiedades de reflexion y transmision.
Por ejemplo, cualquiera de los paneles translucidos o preferiblemente transparentes puede comprender al menos un recubrimiento o pellcula laminada a el para controlar sus propiedades de reflexion y transmision. Puede, por ejemplo, comprender un revestimiento o pellcula antirreflectante y/o un recubrimiento o pellcula de reflexion IR, y/o un revestimiento o pellcula de baja E, y/o un recubrimiento o pellcula de reflexion UV, y/o un recubrimiento o pellcula absorbente de IR, y/o un revestimiento o pellcula absorbente de UV. Tambien puede comprender un recubrimiento o pellcula que refleje o absorba selectivamente un intervalo especlfico estrecho del espectro de luz, es decir, una pellcula o revestimiento de multiples capas (tal como un filtro de Bragg). El revestimiento o la pellcula se pueden usar para controlar
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el espectro de luz que se transmite al edificio. Preferiblemente, el espectro de luz visible de 400-700 nm se transmite a traves del recubrimiento o la pellcula. Al menos parte de la radiacion IR puede ser reflejada o absorbida por el revestimiento o la pellcula para mantener el calor fuera del edificio durante los perlodos de alta temperatura y dentro del edificio durante los perlodos de baja temperatura. Al menos parte de la radiacion UV puede reflejarse o absorberse para proteger el interior del edificio de la danina radiacion UV. Sin embargo, puede ser preferible dejar que al menos partes de la radiacion UV-A pasen a traves del colector hacia el interior del edificio, donde puede inducir la bioslntesis de vitamina A en la piel de los seres humanos.
El al menos un centro del colector de luz o la seccion de conexion de canal puede comprender la al menos una capa de gula de ondas que cubre el area central completa o la seccion de conexion de canal o partes del area. Al menos partes del centro del colector de luz o seccion de conexion de canal pueden tener elementos opticos que acoplen la luz fuera de la capa de gula de ondas hacia el interior del edificio conectado a la al menos una capa de gula de ondas. El al menos un centro del colector o la seccion de conexion del canal tambien puede comprender areas que no comprenden una capa de gula de ondas. El centro del colector o la seccion de conexion del canal tambien puede comprender areas que no comprenden ni una capa de gula de ondas ni un elemento optico que acople la luz fuera de las capas de gula de ondas. En este caso, la luz natural puede pasar directamente desde el exterior del edificio a traves del panel frontal y posterior del colector de luz hacia el canal de transporte de luz adjunto y, por lo tanto, hacia el interior del edificio a traves de las partes del area central/seccion de conexion de canal que no comprende capas de gula de ondas ni elementos opticos.
La luz natural tambien puede pasar al menos parcialmente desde el exterior del edificio directamente (sin reflexion interna total) a traves de las capas de gula de ondas y los elementos opticos en el area central del colector o en la seccion de conexion del canal hacia el interior del edificio.
Se pueden aplicar elementos opticos adicionales a al menos un area central del colector para redirigir la luz natural que pasa directamente a traves del area central o la seccion de conexion del canal de manera que el angulo alfa entre la luz redirigida y el conducto revestido del espejo utilizado para transportar la luz natural profundizado en el interior del edificio es pequeno para minimizar el numero de reflexiones en el conducto revestido de espejo a una distancia determinada y, por lo tanto, reducir las perdidas de transporte a un mlnimo. El angulo alfa para una gran proportion de luz redirigida es preferiblemente inferior a 60°, mas preferiblemente
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inferior a 40°, incluso mas preferiblemente inferior a 30°. El elemento optico adicional puede ser preferiblemente una pelicula microoptica con microlamelas reflectantes especulares incrustadas como se describe, por ejemplo, en el documento WO 2014/024146. El elemento optico adicional puede aplicarse preferiblemente al panel frontal y/o posterior transparente en al menos un area central o la seccion de conexion de canales del colector.
El colector puede tener una amplia variedad de dimensiones. Sin embargo, su grosor debe ser limitado para permitir una facil integration en la envoltura del edificio sin dar lugar a extensiones voluminosas e inquietantes que puedan restringir al arquitecto o planificador en el diseno del edificio y que comprometan la estetica del edificio. La longitud y el ancho preferidos del colector pueden depender de los detalles del edificio en el que se emplea el sistema de iluminacion natural. Preferiblemente, la dimension del colector se elige de manera que el colector ocupe al menos partes del area entre las ventanas de los pisos adyacentes del edificio.
En una realization preferida, el colector tiene una forma rectangular. El ancho w' del colector esta limitado por el ancho del edificio, pero preferiblemente puede estar en un rango de 0.1 m a 10 m, mas preferiblemente de 0.3 m a 5 m, incluso mas preferiblemente de 0.5 m a 3 m. La altura h' del colector esta limitada por la altura del edificio (si esta integrado en la fachada) o las dimensiones de la pared (si esta integrada en la pared lateral de un vehiculo). Preferiblemente, la altura del colector esta en un intervalo de 0.1 m a 2 m, mas preferiblemente de 0.2 a 1 m. En otra realizacion, el colector tiene una forma redonda. En este caso, el diametro del colector puede ser de 0.1 m a 2 m, preferiblemente de 0.2 m a 1 m. El colector tambien puede tener una forma triangular o pentagonal o hexagonal o similar.
El al menos un centro o la seccion de conexion del canal del colector puede tener una amplia variedad de dimensiones, pero esta limitado por las dimensiones del colector. El limite superior para el espesor d' del centro o la seccion de conexion del canal puede variar de 0.1 cm a 25 cm, preferiblemente de 1 cm a 20 cm, mas preferiblemente de 2 cm a 15 cm. El grosor no tiene que ser constante en toda el area del centro o la seccion de conexion del canal.
El centro o la seccion de conexion del canal, y la abertura del canal conectado, pueden tener una forma rectangular. En este caso, la anchura w del centro o la seccion de conexion del canal puede estar preferiblemente en un intervalo de 0.1 m a 2 m, mas preferiblemente de 0.2 m a 1 m, incluso mas preferiblemente de 0.3 m a 0.8 m. La altura h del centro o la seccion de conexion del canal esta en un rango de 0.05 m a 1 m, mas preferiblemente de 0.1 a 0.75 m. El centro o la seccion de conexion del canal, y la abertura del canal adjunto, tambien pueden
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tener una forma redonda. En este caso, el diametro del centro o la seccion de conexion del canal pueden estar en el intervalo de 0.1 m a 2 m, preferiblemente de 0.2 m a 1 m. El centro
0 la seccion de conexion de canal, y la abertura de canal adjunta, tambien pueden tener una forma elipsoidal o triangular o pentagonal o hexagonal o similar.
En una realization preferida, cada uno de (w' - w) y (h' - h) es del intervalo de 0-0.6 m, donde el valor 0 denota la ausencia de un area de recogida de luz de acuerdo con la 1a realizacion general de la invention (Fig. 1). En la segunda realizacion general, cada uno de (w' - w) y (h' - h) tlpicamente esta en el intervalo de 6-60 cm.
El colector puede tener uno o varios centros o secciones de conexion de canal para unir varios canales de transporte de luz. El numero preferido de centros o secciones de conexion del canal depende de las dimensiones del colector y de la forma de las secciones de conexion de centros/canales. El numero de centros o secciones de conexion de canal puede variar entre
1 y 20, preferiblemente entre 1 y 5, mas preferiblemente entre 1 y 3.
En una realizacion, el area del colector es mayor que la suma de todas las areas de seccion transversal de al menos un centro o las secciones de conexion de canal del colector. El area del colector puede ser de 1.1 a 50 veces el tamano de la suma de las areas de seccion transversal de los centros o las secciones de conexion del canal. Preferiblemente, el area del colector puede ser de 1.3 a 25 veces el tamano de la suma de las areas de seccion transversal de los centros o las secciones de conexion de canales. Mas preferiblemente de 1.5 a 10 veces el tamano de la suma de las areas de seccion transversal de los centros o las secciones de conexion del canal.
De acuerdo con otra realizacion de ejemplo de la presente invencion, el colector de luz esta construido en forma de un elemento de fachada prefabricado.
El colector de luz puede integrarse en un elemento de fachada para ser utilizado en un edificio. El colector puede construirse preferentemente en forma de un sistema modular que puede integrarse en la fachada de un edificio.
De acuerdo con otra realizacion de ejemplo de la presente invencion, el colector de luz esta realizado como un colector estatico y/o tiene dimensiones planas.
El colector de luz de esta realizacion general, asl como el elemento de fachada que comprende la pellcula de redirection en ausencia de un colector de luz de acuerdo con la 1a realizacion general, se puede integrar facilmente en la envoltura del edificio y no requiere costosos elementos opticos para la recogida de la luz y el transporte de la luz. No se requieren
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partes moviles, como, por ejemplo, en un sistema de seguimiento de luz solar. El colector puede asi integrarse facilmente en la piel del edificio, tipicamente como parte de la fachada. Preferiblemente, el colector esta integrado en un elemento de fachada, es decir, intercalado entre una unidad de doble acristalamiento o entre acristalamiento unico hacia el exterior y un panel de aislamiento hacia el interior del edificio o una mezcla de doble acristalamiento y un acristalamiento unico hacia el exterior y un panel de aislamiento hacia el interior del edificio.
En una realization del colector de luz, conectado a al menos uno de los lados de cada capa de guia de ondas hay un elemento optico que redirige la luz natural incidente y la acopla en la al menos una capa de guia de ondas, donde es transportado por reflexion interna total (TIR) hacia el centro del colector o la seccion de conexion del canal.
Segun otra realizacion de ejemplo de la presente invention, los bordes de la capa de guia de ondas comprenden un espejo adjunto configurado para redireccionar la luz que viaja dentro de la capa de guia de ondas hacia los bordes hacia atras hacia al menos un centro del colector o la section de conexion de canal.
Esta realizacion puede recopilarse facilmente a partir de las figuras. Los bordes de la capa de guia de ondas, es decir, la capa de guia de ondas, pueden tener preferiblemente un espejo conectado que redirige la luz que viaja dentro de la guia de ondas hacia los bordes hacia atras al menos un centro del colector o la seccion de conexion de canal. El espejo puede, por ejemplo, ser una capa especular de aluminio o plata reflectante o puede ser un reflector especular polimerico multicapa.
Segun otra realizacion a modo de ejemplo de la presente invencion, el colector de luz comprende un panel frontal transparente y un panel posterior transparente, y el panel frontal y posterior estan realizados como un panel de vidrio transparente, un panel de plastico, un panel de polimetilmetacrilato, un panel de metacrilato o un panel de policarbonato, o cualquier combinacion de los mismos.
Segun otra realizacion a modo de ejemplo de la presente invencion, el colector de luz comprende un vidrio de cobertura, una capa de guia de ondas, una capa de mdice de refraction alto o una capa de mdice de refraction de gradiente, una pelicula de prisma con revestimiento de espejo, un sustrato y un vidrio posterior.
Segun otra realizacion a modo de ejemplo de la presente invencion, el colector de luz comprende un vidrio de cobertura, una capa de PMMA como capa de guia de ondas, capa de
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Indice de refraccion alto o capa de Indice de refraccion de gradiente, una pellcula de prisma con recubrimiento de espejo, un sustrato de PET y un vidrio posterior.
De acuerdo con la presente invention, se presenta un sistema de iluminacion de luz natural para la integration en un edificio. El sistema de iluminacion de la luz natural puede comprender un colector de luz como se describe aqul anteriormente o en lo sucesivo, y comprende un canal de transporte de luz para guiar la luz desde el exterior del edificio hasta el interior del edificio. El elemento de desacoplamiento del colector de luz esta configurado para dirigir la luz desde la gula de onda hacia el canal de transporte de luz, y el canal de transporte de luz comprende paredes que proporcionan un reflejo total de la luz. Ademas, el canal de transporte de luz comprende al menos un elemento de distribution de luz en el que la luz guiada puede dejar el canal en el interior del edificio.
De acuerdo con otra realization de ejemplo de la presente invencion, el colector de luz esta configurado para recoger luz de un area que es mas grande que el area de section transversal del canal de transporte de luz.
El sistema de iluminacion natural de la presente invencion proporciona por lo tanto una mayor eficacia de recogida de luz en comparacion con los sistemas conocidos. En particular, el colector de luz puede comprender un area de recogida de luz de la superficie frontal del colector de luz. En general, el area de recogida de luz define el area donde el colector de luz es capaz de recoger luz y acoplarla a la capa de gula de ondas. En esta realizacion, el area de seccion transversal del canal de transporte de luz es mas pequena o significativamente mas pequena que el area de colector (es decir, la suma del area de recogida de luz y el area central o el area de la seccion de conexion de canal). El elemento o elementos de recogida y redirection de luz se encuentran en esa area de recogida de luz, aunque no tienen que estar ubicados en la superficie frontal. Esto sera mas evidente a partir de las siguientes realizaciones a modo de ejemplo.
De acuerdo con la 1a realizaciones generales, el area de recogida de luz esta en el mismo intervalo o incluso mas pequeno que el area central o el area de la seccion de conexion de canal.
De acuerdo con otra realizacion de ejemplo de la presente invencion, la capa de gula de ondas es una gula de luz solida, y en la que el canal de transporte de luz es un conducto revestido de espejo.
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En otras palabras, este aspecto de la presente invention esta relacionado con el campo de los sistemas de recogida y transporte de luz natural utiles para la iluminacion interior de un edificio. El sistema de iluminacion natural puede incluir una coleccion de luz plana y una section de redirection de luz, es decir, un colector de luz como se describio anteriormente, integrado en la envoltura del edificio (fachada). El sistema de iluminacion natural puede incluir una seccion colectora, en la que la luz natural se refleja y acopla en una gula de ondas, preferiblemente plana, donde es transportada por reflexion interna total (TIR) hasta que alcanza un elemento de acoplamiento de desacoplamiento de redireccion o de redireccionamiento. El sistema de iluminacion natural incluye un canal de transporte de luz (por ejemplo, un conducto revestido de espejo) para transportar la luz natural hacia el interior del edificio y los elementos de distribution de la luz (luminarias) para iluminacion de habitaciones dentro del edificio.
El sistema de iluminacion natural de acuerdo con la invencion redirige la luz natural al canal, permitiendo as! el transporte de luz dentro del canal con un numero minimizado de reflexiones. Ademas, en su 2a realization general, permite recoger la luz de un area que es
significativamente mas grande que el area de la seccion transversal del canal de transporte de luz y permite controlar la distribucion angular de la luz que esta entrando en el canal de transporte. El sistema de iluminacion natural de acuerdo con la invencion muestra, por lo tanto, una mayor eficacia de iluminacion natural que los tubos de luz horizontales comunes.
El sistema de luz natural utiliza el novedoso colector de luz que incluye una gula de onda solida o llquida, una seccion o elemento de recogida y/o redireccionamiento de luz que acopla la luz natural en la gula de ondas, y un elemento de desacoplamiento y/o redireccionamiento de luz que acopla la luz fuera de la gula de onda hacia un canal de transporte (por ejemplo, un conducto revestido de espejo).
El sistema puede usarse para la iluminacion de cualquier tipo de edificios. Preferiblemente, el sistema se utiliza para la iluminacion de grandes edificios de oficinas, hospitales, escuelas u hogares de ancianos.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invencion, se presenta un edificio que comprende una iluminacion de luz natural tal como se divulga en el presente documento y una envoltura con una fachada en la que el colector de luz esta integrado como elemento de fachada.
A continuation, se proporcionan detalles y realizaciones relacionadas con el canal de transporte de luz. En el contexto de la presente invencion, el termino canal de transporte de
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luz se usa de manera intercambiable con el termino conducto de luz o conducto revestido de espejo.
El sistema de iluminacion natural comprende al menos un conducto revestido de espejo para transportar la luz natural desde (por ejemplo, el al menos un centro o la seccion de conexion del canal) al colector hacia el interior del edificio. El conducto revestido de espejo preferiblemente puede comprender un material de base tal como, por ejemplo, un metal (aluminio, acero) o un plastico como soporte. El interior del conducto revestido de espejo tiene una superficie reflectante. Se puede utilizar cualquier reflector adecuado en conductos de luz revestidos de espejo, incluidos, por ejemplo, metales o aleaciones metalicas, pellculas revestidas de metal o de aleacion de metal, apilamientos de pellcula dielectrica organica o inorganica, o una combinacion de los mismos. En algunos casos, los conductos de luz revestidos con espejos pueden habilitarse de manera unica mediante el uso de reflectores de interferencia multicapa polimericos tales como pellculas opticas 3M, incluyendo pellculas de espejo como la pellcula ESR Vikuiti™, que tienen una reflectividad especular superior al 98% en todo el espectro visible de luz.
La capa reflectante en el presente canal de transporte de luz tlpicamente muestra una reflectividad promedio a traves del espectro visible y todos los angulos de incidencia (incluyendo reflectividad difusa) de 9.5% o mas, preferiblemente de 97% o mas, mas preferiblemente de 97.5% o mas, y especialmente de 98% o mas. La reflectividad especular de las porciones principales del interior del conducto revestido de espejo es preferiblemente mayor que 90% en todo el espectro visible y para esencialmente todos los angulos de incidencia. Mas preferiblemente, la reflectividad especular del interior del conducto revestido de espejo es mayor que 95%, incluso mas preferiblemente mayor que 97%.
Cuando se utilice una pellcula optica multicapa en cualquier dispositivo optico, se entendera que puede laminarse a un soporte (que puede ser en si mismo transparente, opaco, reflectante o cualquier combinacion de los mismos) o puede soportarse de otra manera utilizando cualquier marco adecuado u otra estructura de soporte porque, en algunos casos, la propia pellcula optica multicapa puede no ser lo suficientemente rlgida para ser autoportante en un dispositivo optico.
El conducto revestido de espejo puede tener preferiblemente un area de seccion transversal rectangular o circular. El conducto revestido de espejo tambien puede tener un area de seccion transversal triangular o pentagonal o hexagonal o similar.
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El conducto revestido de espejo se utiliza para transportar la luz natural del colector en la envoltura del edificio hacia el interior del edificio. El conducto revestido de espejo puede tener una amplia variedad de longitudes y preferiblemente comprende elementos modulares que se pueden combinar a cualquier longitud deseada. El conducto revestido de espejo puede tener una longitud de 1 m a 40 m, preferiblemente de 2 m a 20 m, mas preferiblemente de 4 m a 16 m.
Cuando el colector esta integrado en la fachada de un edificio, el conducto revestido de espejo puede estar conectado horizontalmente al techo de una habitation. Puede ser preferiblemente parte de un techo suspendido. El conducto revestido de espejo puede pasar a traves de aberturas en paredes transversales y asl conectar varias habitaciones dentro del mismo piso.
En una realization preferida, el conducto revestido de espejo tiene aproximadamente la misma area de section transversal que el al menos un centro del colector o la section de conexion de canal en toda su longitud. Por ejemplo, si el conducto revestido de espejo tiene una forma rectangular, el ancho w puede estar preferiblemente en un rango de 0.1 m a 2 m, mas preferiblemente de 0.2 m a 1 m, incluso mas preferiblemente de 0.3 m a 0.8 m. La altura h del conducto esta en un intervalo de 0,05 m a 1 m, mas preferiblemente de 0.1 a 0.75 m. El conducto revestido de espejo tambien puede tener una forma redonda. En este caso, el diametro del conducto puede estar en el rango de 0.1 m a 2 m, preferiblemente de 0.2 m a 1 m.
En otra realizacion preferida, el conducto revestido de espejo, por ejemplo, que comprende paredes izquierda y derecha e inferior y superior en caso del conducto rectangular preferido, puede tener un area de seccion transversal no constante en la parte situada cerca de la fachada, es decir, el area de seccion transversal puede corresponder a la al menos un area central del colector o el area de la seccion de conexion del canal al comienzo del conducto, pero se estrecha en una distancia de hasta 2 m, preferiblemente hasta 1 m. Este estrechamiento del conducto da como resultado un efecto secundario de concentration de luz. La estructura del conducto puede estrecharse linealmente, o se puede estrechar en una geometrla de tipo concentrador parabolico compuesto (CPC) (circular o rectangular) o similar. Dentro de la seccion de estrechamiento de un conducto rectangular, las paredes del canal, el fondo y/o la parte superior pueden desviarse hasta 30° con respecto a la longitud general del canal, es decir, una seccion inferior estrecha puede desviarse hasta 30° con respecto a la horizontal. El estrechamiento se efectua preferiblemente en la dimension vertical (es decir, reduciendo la altura del canal) pero tambien se puede usar para estrechar el ancho del canal. El area de seccion transversal del conducto revestido de espejo puede asl reducirse en un
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factor de 1.05 a 10, preferiblemente de 1.2 a 5, mas preferiblemente de 1.4 a 5, con perdidas de luz menores que el aumento del flujo de luz a traves de la seccion transversal reducida. La reduction del area de la seccion transversal da como resultado un menor costo de material y menores requisitos de espacio para el sistema de transporte.
El conducto revestido de espejo preferiblemente transporta la luz en una direction lineal desde el centro del colector o la seccion de conexion del canal al interior del edificio. Sin embargo, el conducto revestido de espejo tambien puede comprender elementos doblados que permiten el cambio de direccion del transporte de luz. Preferiblemente, los elementos doblados solo se doblan ligeramente para minimizar las perdidas de luz. El conducto revestido de espejo tambien puede dividirse en dos o mas conductos revestidos de espejo con un area de seccion transversal mas pequena despues de una cierta distancia.
El conducto revestido de espejo puede comprender un elemento transparente para separar zonas de incendio, tlpicamente en un edificio, y cumplir con la regulation de seguridad. El elemento de separation puede ser, por ejemplo, pero no exclusivamente, cualquier tipo de panel de vidrio revestido antirreflectante con alta transmitancia. Preferiblemente, el uso de dicho elemento de separacion se evita colocando un solo conducto revestido de espejo para una zona de fuego solamente.
El conducto revestido de espejo puede comprender un elemento para regular la intensidad de la luz transportada. El elemento de regulacion puede ser, por ejemplo, pero no exclusivamente, cualquier tipo de obturador o una ventana electrocromica transparente que permita la regulacion de la intensidad de la luz transportada por el sistema de iluminacion natural.
El conducto revestido de espejo puede comprender al menos un elemento optico para homogeneizar (mezclar) y/o difundir parcialmente la luz direccional que entra en el conducto revestido de espejo antes de que se acople fuera del conducto para la iluminacion en el interior del edificio. El elemento optico para homogeneizar la luz se puede conectar al elemento que regula la intensidad de la luz transportada, o se puede conectar independientemente del elemento que regula la intensidad de la luz. El conducto revestido de espejo (u opcionalmente el colector de luz) puede comprender al menos una fuente de luz artificial conectada a el, preferiblemente es una fuente de luz LED. La fuente de luz artificial puede encenderse en situaciones en las que el sistema de iluminacion natural no entrega suficiente cantidad de luz natural para la iluminacion de la habitation. La fuente de luz artificial se puede conectar dentro o fuera del tubo de luz. Cuando se coloca en el interior, la luminaria que define la distribution
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de la luz puede ser el propio conducto revestido de espejo o un elemento adicional acoplado con el conducto revestido de espejo.
El mecanismo del obturador para regular la intensidad de la luz transportada y la fuente de luz artificial se pueden conectar individualmente a un sistema de regulation o se pueden conectar a un sistema de regulacion comun. El sistema de regulacion es preferiblemente un sistema automatico conectado con al menos un elemento sensor. El al menos un elemento sensor puede, por ejemplo, ser un sensor de ocupacion, un sensor fotometrico, un sensor de iluminancia, un sensor de irradiancia. El sensor fotometrico puede analizar la composition espectral de la luz. El al menos un sensor puede estar conectado de forma inalambrica al sistema de regulacion.
Los conductos de luz pueden construirse preferiblemente en forma de un sistema modular que comienza en el centro del colector o en la section de conexion del canal en la fachada y puede integrarse en el techo o falso techo de un piso extendiendose asl a la profundidad del edificio con modulos apropiados seleccionados segun las necesidades especlficas de cada habitation a iluminar. El conducto de luz puede construirse preferiblemente a partir de elementos de conducto de luz modulares prefabricados individuales.
El sistema de iluminacion natural comprende preferiblemente elementos de conexion mecanicos en el centro del colector o la seccion de conexion de canal y en los extremos abiertos de los modulos de conductos de luz que permiten ensamblar facilmente el sistema completo a partir de modulos individuales.
En los siguientes detalles se proporcionan detalles y realizaciones que se refieren al elemento de distribution de luz. En el contexto de la presente invention, el termino elemento de distribucion de luz se usa de forma intercambiable con la luminaria o elemento de luminaria.
En el interior del edificio, la luz natural se acopla desde el conducto revestido de espejo a traves de secciones de luminarias y se distribuye en las habitaciones para la iluminacion de la habitacion.
Las secciones de la luminaria pueden interrumpir el conducto revestido de espejo en el (los) lado(s) del conducto dirigido hacia el interior de la habitacion. Cuando los conductos revestidos de espejo estan suspendidos horizontalmente en el techo de una habitacion, la seccion de la luminaria se ubica preferiblemente en la parte del conducto que apunta hacia el piso de la habitacion.
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Las secciones de luminaria generalmente comprenden un area del conducto revestido de espejo que es al menos parcialmente transparente para la luz natural, es decir, el espejo reflectante especular no esta cubriendo el interior del conducto en absoluto o esta interrumpido en la seccion de la luminaria. La seccion de la luminaria puede comprender una abertura transparente en el conducto revestido de espejo a traves del cual la luz se dirige hacia la habitation que se va a iluminar. La abertura transparente (superficie de salida de luz) puede comprender preferiblemente una placa transparente, por ejemplo, una placa de vidrio o placa de plastico (PMMA, policarbonato o silicona) a traves de la cual la luz se redirige a la habitacion. La placa transparente puede ser una placa plana o puede ser una estructura 3D que se extiende desde el conducto revestido de espejo o hacia el conducto de luz del espejo. La estructura 3D puede tener cualquier forma geometrica, que incluye (pero no se limita a) por ejemplo, una forma de tipo domo, una forma de tipo de techo triangular o una forma de tipo de boveda redondeada.
Unida a la al menos una seccion de luminaria puede ser un elemento de desacoplamiento de salida que redirige la luz hacia la habitacion que se va a iluminar. El elemento de redireccionamiento puede, por ejemplo, ser un elemento de tipo espejo que sobresalga en el conducto revestido de espejo o puede ser un elemento optico transparente, como, por ejemplo, un prisma, cono o piramide que sobresale en el conducto revestido de espejo y que redirige la luz por reflexion interna total (TIR). El elemento de redirection tambien puede ser una pellcula microoptica laminada a la placa transparente en la abertura de la luminaria. El elemento de redireccionamiento tambien puede contener una funcionalidad ligera de homogeneizacion (o mezcla).
El al menos un elemento de luminaria puede comprender elementos opticos de control de luz (o direction) conectados que distribuyen la luz redirigida despues de acoplarse desde el conducto revestido de espejo en la habitacion a iluminar de acuerdo con las necesidades especlficas de la habitacion. Los elementos de direccion pueden ser cualquier elemento optico que cumpla esta tarea, como, por ejemplo, lentes, elementos de tipo reflector, elementos de tipo de superficie con estructura regular o irregular, o pellculas microopticas.
La al menos una luminaria puede comprender una combination de un elemento de redireccion de luz y un elemento de direccion de luz conectado a ella. Preferiblemente, la combinacion de un elemento de redireccion de luz y un elemento de direccion de luz conectado a el comprende dos pellculas microopticas, es decir, una pellcula de redireccion y una pellcula de direccion.
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En una realization preferida, el elemento de luminaria puede incluir una pellcula de direction que tiene una pluralidad de crestas adyacentes a la pellcula de redirection y opuesta a la superficie de salida de luz, cada reborde paralelo al eje longitudinal y dispuesto para refractar un rayo de luz incidente de la pellcula redirigida en donde un rayo de luz que sale del conducto a traves de la superficie de salida de luz es redirigido por la pellcula de redirection dentro de un primer plano perpendicular a la section transversal del conducto de luz, y redirigido adicionalmente por la pellcula de direction dentro de un segundo plano paralelo a la section transversal del conducto de luz .
Las pellculas redirigidas, las pellculas de direction y la pluralidad de configuraciones de espacios vaclos se describen adicionalmente, por ejemplo, en las Publicaciones PCT Nos. WO2014/070495 titulada CURVED LIGHT DUCT EXTRACTION, y WO2014/070498 titulada RECTANGULAR LIGHT DUCT EXTRACTION, cuya divulgation se incorpora en este documento en su totalidad.
Las dimensiones de las luminarias pueden variar en un amplio rango y estan limitadas solo por el tamano de los conductos revestidos de espejo. Las dimensiones de las luminarias se seleccionan de acuerdo con el flujo de luz disponible del sistema de iluminacion natural y las necesidades de iluminacion en el interior del edificio.
La luminaria puede extenderse como una sola section a lo largo de toda la longitud del conducto revestido de espejo o en el extremo de la section transversal del conducto revestido de espejo, o dos o mas luminarias pueden ubicarse a lo largo del conducto revestido de espejo en secciones separadas. Preferiblemente, las secciones de luminarias situadas cerca del extremo del conducto (es decir, en la profundidad del edificio) pueden ser mas grandes que las cercanas a la envoltura del edificio.
Para conductos de luz de forma rectangular, la section de la luminaria puede extenderse preferiblemente sobre todo el ancho del conducto o solo cubrir una parte del ancho, o puede cubrir toda la anchura incluyendo adicionalmente partes de las paredes laterales. Para los conductos de forma circular, la section de la luminaria puede cubrir menos de la mitad de la circunferencia del conducto o puede cubrir tanto como toda la circunferencia del conducto.
Los conductos de luz pueden construirse preferiblemente en forma de un sistema modular que se extiende hasta la profundidad del edificio con modulos apropiados que incluyen modulos que comprenden al menos una section de luminaria seleccionada dependiendo de las necesidades especlficas de cada habitation a iluminar. El conducto de luz puede construirse preferiblemente a partir de elementos de conducto de luz modulares prefabricados
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individuales que incluyen elementos de conducto de luz que comprenden al menos una seccion de luminaria.
El sistema de iluminacion natural de la presente invention se aplica preferiblemente a un edificio con su colector integrado en la envoltura del edificio. Envoltura de edificio significa la fachada o ventana, incluidos sus elementos de escudo termico. El sistema se puede integrar directamente en la fachada o en elementos de la fachada que sobresalen, como un balcon o elementos de construction tipo cortina.
En el hemisferio norte, el sistema de iluminacion natural puede aplicarse ventajosamente a una fachada de orientation sur, una fachada de orientation este o una fachada de orientation oeste. En terminos mas generales, puede aplicarse a una fachada que apunta en cualquier direction de este a sur a oeste, mas preferiblemente en una direction que apunta principalmente hacia el sur. En el hemisferio sur, puede aplicarse ventajosamente a una fachada de orientacion norte, una fachada de orientacion este o una fachada de orientacion oeste. En terminos mas generales, puede aplicarse a una fachada que apunta en cualquier direccion de este a norte a oeste, mas preferiblemente en una direccion que apunta principalmente hacia el norte.
Ademas del uso en edificios, el presente se puede usar para iluminar el interior de vehlculos, tlpicamente vehlculos mas grandes tales como barcos o trenes, especialmente cuando tales vehlculos comprenden habitaciones interiores sin ventanas o con ventanas demasiado pequenas para proporcionar suficiente iluminacion de luz natural. En el caso de los buques, dichas habitaciones deben estar ubicadas sobre el nivel del mar, pero pueden estar distantes de la pared lateral exterior del vehlculo, como se describe para los edificios anteriores. El montaje del canal de luz en el vehlculo es analogo al montaje en un edificio, es decir, tlpicamente debajo del techo de la habitation con la abertura frontal de la canal unida a una ventana exterior del vehlculo. Ventajosamente, los vehlculos grandes para transporte de pasajeros o recreation pueden estar equipados con el actual sistema de iluminacion natural, por ejemplo, cruceros. La presente invencion se refiere ademas a un sistema de iluminacion de luz natural para la integration en un vehlculo, comprendiendo el sistema
Un elemento (800) de pared translucido que contiene una lamina de vidrio y un elemento (302 o 708) de redirection de luz y un canal de transporte (801) de luz para guiar la luz horizontalmente hacia el interior del vehlculo, el canal de transporte de luz comprendiendo una abertura conectada al lado interior de dicho elemento de pared y al menos una abertura hacia el interior del vehlculo, caracterizado porque
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el elemento (302 o 708) de redirection de luz esta formado como una pellcula o lamina de pollmero estructurada conectada a una lamina de vidrio del elemento (800) de pared y esta configurado para cambiar la direction de la luz incidente en el canal de transporte de luz aproximadamente horizontal. La invention se refiere ademas a un vehlculo que comprende
un sistema de iluminacion de luz natural como se describio anteriormente, y
una pared exterior en la que el elemento de redireccion de luz, especialmente la pellcula de redireccion de luz, se integra en un elemento de pared o ventana.
Estas y otras caracterlsticas de la invencion seran evidentes a partir de y se aclararan con referencia a las realizaciones descritas mas adelante.
Breve description de los dibujos
La figura 1 muestra esquematicamente un sistema de iluminacion de luz natural para integration en el edificio con una superficie frontal cerrada de acuerdo con la 1a realization de la presente invencion.
La figura 2 muestra esquematicamente un sistema de iluminacion de luz natural para la integracion en el edificio con un elemento de fachada de acuerdo con la 1a o la 2a realizacion de la presente invencion, que indica la distincion entre el area central o el area de la section de conexion de canal (seccion transversal h x w) y el area no activa o el area de recogida de luz (seccion transversal h' x w') y de acuerdo con las 2 realizaciones de ejemplo de la presente invencion.
La figura 3 muestra esquematicamente una seccion transversal a traves de un colector de luz con un canal de transporte de luz de acuerdo con una realizacion de ejemplo de la presente invencion.
La figura 4 muestra esquematicamente una seccion transversal a traves de un colector de luz con un canal de transporte de luz segun una realizacion de ejemplo de la presente invencion.
La figura 5 muestra esquematicamente una seccion transversal a traves de un colector de luz con elementos de desacoplamiento en la superficie de un plano posterior de acuerdo con una realizacion de ejemplo de la presente invencion.
La figura 6 muestra esquematicamente una seccion transversal a traves de un colector de luz con una capa de gula de ondas doblada para dirigir la luz hacia el interior de un edificio de acuerdo con una realizacion de ejemplo de la presente invencion.
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La figura 7a muestra esquematicamente una vista frontal del colector de luz de acuerdo con una realization de ejemplo de la presente invention.
La figura 7b muestra esquematicamente una primera section transversal a traves del colector de luz de la figura 7a.
La figura 7c muestra esquematicamente una segunda seccion transversal a traves del colector de luz de la figura 7a.
La figura 8 muestra un edificio con sistema de iluminacion de luz natural de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
La figura 9 muestra esquematicamente una seccion transversal de un colector de luz de cuatro capas a modo de ejemplo con todas las placas de gula de luz de tamano identico.
La figura 10 muestra esquematicamente una seccion transversal de un colector de luz de ejemplo con un elemento de recogida y redirection de luz con una estructura de prisma en ranura en V.
La figura 11 muestra esquematicamente una seccion transversal de un elemento de fachada de ejemplo que comprende dos laminas de vidrio (705, 710) y un espacio 706 de aire entre este, donde una pellcula de pollmero 708 que comprende el elemento de redireccion de luz esta conectada a una de las laminas de vidrio.
La Figura 12 muestra un proceso para preparar una pellcula polimerica de redireccion.
La figura 13 muestra un ejemplo para la parte delantera de la presente realizacion 1 general con la seccion 24 que proporciona una ampliation de la seccion 23 dentro de la seccion 22, cuya seccion 22 proporciona una vista ampliada de la seccion 21 de placa frontal.
Las Figuras 14a y 14b muestran 2 fotograflas de oficinas iluminadas con el presente de acuerdo con la presente invencion (prototipo, realizacion 1).
La Figura 15 muestra la construction del prototipo de canal de luz.
En principio, se pueden proporcionar partes identicas con los mismos slmbolos de referencia en las figuras.
Description detallada de las realizaciones
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La Figura 1 muestra esquematicamente un ejemplo para un sistema de iluminacion de luz natural y para la integration en el edificio (vease la figura 800) con una superficie frontal cerrada de acuerdo con la 1a realization de la presente invention. El elemento de fachada que comprende una section de ancho w y altura h (es decir, aproximadamente la section transversal del canal) contiene al menos un elemento de redirection de luz que esta configurado para acoplar la luz solar en el canal de transporte de luz de longitud I.
La figura 2 muestra esquematicamente un sistema de iluminacion natural que comprende un elemento de fachada de acuerdo con la 1a o la 2a realizacion de la presente invencion: el elemento de ancho w' y altura h' contienen una seccion de conexion de canal al menos parcialmente transparente de ancho w y altura h, que en esta realizacion es una seccion central. De acuerdo con la 1a realizacion de la presente invencion, el elemento de fachada es de ancho w' y altura h', contienen un elemento de redireccion de luz en su seccion central de ancho w y altura h, y no contiene un colector de luz. Segun la 2a realizacion de la invencion, la seccion central esta rodeada por una seccion de colector o area de recogida de luz (w' x h' - w x h), en la que se extiende la capa de gula de ondas y la capa de gula de ondas recoge la luz. Este colector de luz comprende ademas al menos un elemento de desacoplamiento configurado para acoplar luz desde la capa de gula de ondas al canal de transporte de luz (vease tambien el signo de referencia 801 en la Figura 8) del sistema de iluminacion de luz natural. Esto permite que el colector de luz recoja la luz de un area que es mas grande que el area de la seccion transversal del canal de transporte de luz, lo que sera aun mas evidente a partir de las explicaciones de la figura 3. El sistema recoge luz de una manera diferente en comparacion con la tecnica anterior y tambien gula la luz recogida de una manera diferente hacia el canal de transporte de luz.
Como puede deducirse de las figuras 1 y 2, el sistema actual de iluminacion natural no comprende ninguna parte movil para el seguimiento solar y tiene dimensiones planas. El sistema no se basa en fibra optica y, como elemento prefabricado, el sistema se puede integrar sin problemas en la fachada de vidrio y en la envoltura del edificio para que quede expuesta a la luz natural.
El canal de transporte de luz se extiende desde y esta conectado a la seccion de conexion de canal/seccion central del elemento de fachada (en la figura 2 indicada con la seccion transversal central de ancho w y altura h).
La figura 3 muestra una seccion transversal a traves de un colector 300 de luz segun la segunda realizacion de la invencion con una seccion central al menos parcialmente
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transparente a traves de la cual la luz puede entrar directamente en el canal 305 de transporte de luz segun una realization de ejemplo de la presente invention. Este colector es similar al colector de luz que se muestra en la fig. 2. El colector 300 de luz se incorpora como nuestro elemento de fachada prefabricado. El colector 300 de luz comprende una capa 301 de gula de ondas, un elemento 302 de recogida y redirection de luz que esta configurado para acoplar la luz solar 303 en la capa 301 de gula de ondas. Ademas, un elemento 304 de desacoplamiento configurado para desacoplar luz desde la capa de gula de ondas a un canal 305 de transporte de luz que puede ser parte del sistema de iluminacion de la luz natural. La capa 301 de gula de ondas se puede realizar de varias maneras diferentes, como se ha explicado en detalle aqul anteriormente. Se pueden usar gulas solidas y/o llquida de luz. En una realizacion preferida, la capa 301 de gula de ondas esta configurada como una placa de gula de luz que es parte de la construction en sandwich del colector 300 de luz. El elemento 304 de desacoplamiento esta incorporado como una luz de acoplamiento de espejo fuera de la capa 301 de gula de ondas hacia el interior del edificio y, por lo tanto, hacia el canal 305 de transporte de luz. La luz que es transportada en la capa de gula de ondas por la reflexion interna total (TIR) se muestra con el signo de referencia 307 y la luz que se acopla fuera del colector se muestra con el signo de referencia 309. Los bordes exteriores de la capa 300 de gula de ondas comprenden un espejo 306 conectado configurado para redirigir la luz que se desplaza dentro de la capa de gula de ondas hacia los bordes atras hacia al menos un centro o la section de conexion de canal 308 del colector de luz. Debido al uso de la capa de gula de onda que esta incorporada como placa de gula de onda o panel de gula de onda dentro de un elemento de fachada y tambien debido a la recogida de luz por TIR en la capa de gula de onda solida, el colector de luz esta configurado para recoger luz de un area que es mas grande que el area de seccion transversal del canal de transporte de luz. La luz que se recoge en un area grande de recogida de luz (ver Figura 2) es guiada por el colector de luz a un canal de transporte de luz comparativamente mas pequeno. Por lo tanto, cuando se compara la presente invencion con sistemas que solo recogen luz en un area que esta definida por la seccion transversal del canal de transporte de luz, esto conduce a un aumento de la cantidad de luz que se gula hacia el edificio. El sistema de iluminacion de luz natural de la presente invencion proporciona, por lo tanto, una mayor eficacia de recogida de luz en comparacion con el sistema conocido.
La figura 4 muestra esquematicamente una seccion transversal a traves de un colector 400 de luz segun la segunda realizacion de la invencion con una superficie frontal cerrada (es decir, donde ninguna luz puede entrar directamente en el canal de transporte de luz, es decir, toda la luz es redirigida y transportada a traves de la capa de la gula de ondas), similar al
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colector de luz que se muestra en la fig. 2, y un canal 405 de transporte de luz de acuerdo con una realization de ejemplo de la presente invention. El acople de luz 407 en el colector de luz es transportado hacia los espejos 404 que reflejan la luz hacia el canal 409 de transporte de luz. La luz 409 que esta acoplada puede viajar, por lo tanto, en el conducto 405 revestido de espejo a traves de la Reflexion Interna Total (TIR) al interior del edificio. El elemento 402 de recogida y redireccionamiento de la luz tambien se encuentra en esta realizacion en el panel posterior o plano posterior de la estructura en sandwich laminada del colector 400 de luz. El colector 400 de luz tambien comprende espejos 406 para redirigir la luz hacia los elementos 404 de desacoplamiento. Como se puede ver en la figura 4, la capa 401 de gula de ondas tambien esta situada en el centro 408 del colector 400 de luz de manera que tambien en esta zona central la luz natural 403 puede acoplarse al sistema, transportarse a los elementos de desacoplamiento y acoplarse al canal 405 de transporte de luz.
La figura 5 muestra esquematicamente una section transversal a traves de un colector de luz 500 de acuerdo con la segunda realizacion de la invencion con elementos de desacoplamiento en la superficie de una capa dirigida hacia el interior del edificio de acuerdo con una realizacion de ejemplo de la presente invencion. La figura 5 muestra ademas que el elemento de desacoplamiento del colector de luz esta configurado como elementos 503 de extraction de luz que estan situados en una superficie adyacente a la capa 501 de gula de ondas. Tambien se muestra esquematicamente que el elemento 502 de recogida y redirection de luz esta situado a la misma profundidad del colector de luz que el elemento 503 de desacoplamiento. Los elementos de extraccion de luz se usan en esta realizacion en lugar de los espejos 404 en la figura 4. Sin embargo, tambien es posible una combination de estos elementos. Los elementos de extraccion de luz pueden, por ejemplo, aplicarse como parte de una hoja microoptica a la superficie de la capa de gula de ondas, por ejemplo, en al menos partes del al menos un centro del colector de luz o la seccion de conexion de canal.
La figura 6 muestra esquematicamente una seccion transversal a traves de un colector de luz 600 de acuerdo con la segunda realizacion de la invencion con una capa 601 de gula de ondas curvada para dirigir la luz 604 hacia el interior de un edificio segun una realizacion de ejemplo de la presente invencion. La seccion doblada se muestra con el signo de referencia 603. Tambien se muestra el elemento 602 de recogida y redireccion de luz. Se pueden aplicar preferiblemente elementos adicionales al extremo de la capa de gula de ondas dirigida hacia el interior del edificio. Estos elementos adicionales pueden ser, por ejemplo, pero no limitarse a una capa de gradiente de Indice de refraction para zanjar la diferencia en el Indice de refraction entre la capa de gula de ondas y el aire, un elemento tipo cono o cuna, o una combinacion de un elemento tipo cono o cuna con una capa de gradiente de Indice de
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refraccion o puede formarse mediante micropartlculas trasparentes coincidentes en el Indice de refraccion transparente (TRIMM) en un material de pollmero transparente. El colector que se muestra aqul se puede combinar con un panel frontal y/o posterior. Este es tambien el caso de los colectores 500, 400 y 300 divulgados anteriormente.
La figura 7a muestra esquematicamente una vista frontal del elemento de fachada con dos secciones centrales al menos parcialmente transparentes. El elemento de fachada 700 comprende dos secciones 701, 702 que son secciones de conexion de canal ya que un canal de transporte de luz esta conectado al interior alll. En general, el area de recogida de luz define el area donde el colector de luz es capaz de recoger luz y redirigirla al canal de transporte de luz. Ademas, las dimensiones especlficas de una realization de ejemplo individual del colector de luz se muestran en la figura 7a.
La figura 7b muestra esquematicamente una primera section transversal a traves del elemento 700 de fachada de la figura 7a a lo largo de la llnea A o la llnea B segun la primera realizacion de la invention (veanse los signos de referencia 703 y 704 en la figura 7a), o a lo largo de la A de un elemento de fachada que comprende una capa de gula de ondas y un elemento de desacoplamiento de acuerdo con la segunda realizacion de la invencion, ver el signo de referencia 703 en la figura 7a. La realizacion especlfica del elemento 700 de fachada, que tambien funciona como colector de luz, comprende un vidrio 705 de cubierta (por ejemplo, 3 mm de grosor), una capa 706 de PMMA o PVB (por ejemplo, 3 cm de grosor), una capa opcional de alto Indice de refraccion o capa 707 de Indice de refraccion de gradiente (por ejemplo 0.07 mm de grosor), una pellcula de prisma con recubrimiento 708 de espejo (por ejemplo 0.07 mm) como elemento de recogida y/o redirection de luz, una pellcula de sustrato de PET o PVB 709 (por ejemplo, 0.2 mm de grosor) y un vidrio posterior o aislamiento 710 (por ejemplo, espesor de 3 mm). En el caso de la 1a realizacion de la invencion, la capa 706 puede reemplazarse por un espacio de aire como tlpico para acristalamientos de aislamiento termico. En una variante preferida de la 1a realizacion de la invencion, el montaje se invierte, con la lamina 710 de vidrio formando el lado exterior del elemento de fachada y la lamina 705 de vidrio formando el lado del elemento de fachada, donde esta conectado el canal de transporte de luz.
Similar a la figura 7b, la figura 7c muestra esquematicamente una segunda seccion transversal a traves del colector 700 de luz de la figura 7a para la segunda realizacion de la invencion, a lo largo de la llnea B, ver el signo de referencia 704 en la figura 7a. Ademas de los elementos mostrados y explicados en el contexto de la figura 7b, el vidrio posterior 711 (por ejemplo, de
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3 a 3.35 mm de grosor) y el espejo de redirection 712 como elemento de desacoplamiento de salida se muestran en la figura 7c.
Debe observarse que la estructura del colector de luz mostrada y explicada en el contexto de las figuras 7a a 7c no esta unida a las dimensiones de ejemplo mostradas en la figura 7a, sino que tambien puede aplicarse a otras longitudes, anchuras, etc. Por lo tanto, la estructura estratificada de estas realizaciones se ve y se describe aqul como independiente de las dimensiones numericas mostradas en la figura 7a. Lo mismo es cierto para el edificio y la iluminacion de la luz natural de la siguiente figura 8.
La figura 8 muestra una section de un edificio con un sistema de iluminacion de luz natural de acuerdo con una realization de la presente invention. El sistema de iluminacion de luz natural comprende un elemento de fachada o colector 800 de luz y un canal 801 de transporte de luz. El canal de transporte de luz es para guiar la luz desde el exterior del edificio hacia el interior del edificio. El canal 801 de transporte de luz comprende paredes que proporcionan una reflexion interna para guiar la luz desde el colector 800 de luz hacia la habitation deseada 809 del edificio. En la figura 8, el canal de transporte de luz esta configurado como un tubo 805 de luz horizontal de espejo. Tambien se muestra un elemento 807 de distribution de luz en forma de la luminaria de luz natural. El edificio de la figura 8 tambien comprende una ventana 802, varias paredes 806, marco 803 y el piso 804.
La figura 9 muestra esquematicamente una seccion transversal a traves del area de recogida de luz de un colector de luz de acuerdo con la segunda realizacion de la presente invencion. El colector 900 de luz consiste en una pluralidad 905 de capas 901 de gula de onda, el elemento 906 de recogida y redireccion de luz que redirige la luz natural incidente consiste en una pluralidad de bandas o parches conectados a cada una de la pluralidad de capas de gula de onda, las bandas o parches desplazadas uno hacia el otro de forma que combinados cubran toda el area o todo el ancho del area de recogida de luz. Entre la pluralidad de capas de gula de ondas se proporcionan espacios 902 de aire. En los bordes o extremos laterales del colector 900 de luz, se proporcionan soportes 903 de distancia entre las capas individuales de gula de ondas. Ademas, se proporcionan reflectores 904 en los bordes o extremos laterales del colector 900 de luz. En una realizacion, la anchura 907 del elemento 906 de recogida y redireccion de luz puede ser de 3 cm para un grosor de la capa 901 de gula de onda de 1 cm. La figura 9 solo muestra una parte del colector 900 de luz y solo muestra el area de recogida de luz en la que la luz esta acoplada a la capa de gula de ondas. La luz se guiara mas hacia la izquierda donde se encuentra la seccion o area en la que se encuentra el elemento de desacoplamiento.
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La figura 10 muestra esquematicamente una section transversal de una parte de un colector 1000 de luz de ejemplo con un elemento 1006 de recogida y redirection de luz a partir de la segunda realization de la presente invention incorporada como una pellcula microoptica con una estructura de prisma en ranura en V. Se usa una capa 1002 adhesiva (por ejemplo 25 micrometros, n=1.6) debajo de la capa 1001 de gula de onda (por ejemplo 1 cm de PMMA, n=1.5) y debajo de la capa 1002 adhesiva se usa una capa de Indice de refraction alta (por ejemplo 50 micrometros, n=1.7). La capa 1004 de prisma (por ejemplo, acrilato de 25 micrometros revestidos con un espejo de aluminio de, por ejemplo, 50 nanometros) esta situada en la parte superior del sustrato (por ejemplo, PET, 100 micrometros). En otras palabras, entre el elemento 1006 de recogida y redireccion de luz y la capa 1001 de gula de onda, se usa una capa de Indice de refraccion de gradiente con dos capas. Hay una capa de n=1.7, la capa de alto Indice de refraccion y una capa de n=1.6, es decir, la adhesiva.
La figura 11 muestra una seccion transversal esquematica de un elemento de fachada de ejemplo, ya que puede ser parte de la 1a realizacion de la presente invencion que comprende dos laminas (705, 710) de vidrio y un espacio de aire 706 entre ellas, donde una pellcula de pollmero (tlpicamente una pellcula de PVB) 708 que comprende el elemento de redireccion de luz esta conectado en el lado interior de una de las laminas de vidrio. En una variante preferida de este conjunto, la lamina de cristal 710 que lleva la pellcula de redireccion 708 esta en el lado exterior del edificio, la luz 711 entra al edificio a traves de la lamina 710, es redirigida por la pellcula 708 y entra al canal de transporte de luz (no mostrado en esta Fig. 11), que esta conectada a la lamina 705 de vidrio.
La figura 12 muestra un proceso para preparar una pellcula polimerica de redireccion: Utilizando una herramienta (A) de microestructuracion adecuada, se estructura y cura un revestimiento curable por UV sobre una pellcula de pollmero adecuada (etapa B). La capa estructurada as! obtenida se somete a vapor metalico bajo un angulo oblicuo (C). Posteriormente, se recubre otra capa de resina, que cubre los microplanos metalicos y rellena los huecos entre las estructuras para proporcionar una superficie de pollmero lisa (etapa D).
La figura 13 muestra un ejemplo con dimensiones tlpicas para la parte frontal del presente canal de luz con placa frontal doble de vidrio de altura h que comprende una pellcula de redireccion (realizacion general 1). La seccion 24 muestra una parte de la lamina de vidrio exterior cubierta por la pellcula de direction de luz presente de 0.2 mm de espesor; la seccion 24 muestra una parte ampliada de la seccion 22, que representa una fraction de la seccion transversal de la unidad de doble vidrio, indicando nuevamente el posicionamiento de la presente pellcula de redireccion de luz (espesor de la lamina de vidrio exterior con pellcula de
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redirection en este ejemplo: 4 mm). La section 22 en si misma representa la vista ampliada de la section 21 (placa frontal).
Las figuras 14a y 14b muestran 2 fotograflas de oficinas iluminadas por los 2 canales de luz prototipo paralelos del ejemplo 2 (luminarias que comienzan a 8 m de distancia en la figura 14b, y a 11.1 m de distancia de la fachada en la figura 14a).
La figura 15 muestra la section transversal (vista lateral) de los canales de luz prototipo del ejemplo 2; 800 denota la unidad de vidrio aislante de la fachada (lamina de vidrio de 4 mm, espacio de aire de 12 mm, lamina de vidrio de 4 mm) que contiene la pellcula redirigida; 801 denota el volumen del canal de luz; 807 denota las 2 aberturas (Luminarias, vista lateral que muestra su lado corto) la del extremo del canal con un tamano de 29 cm x 83 cm y la del centro del canal de 30 cm x 80 cm; 815 denota el reflector redondeado en el extremo del tubo (radio 29 cm) y la lamina reflectante sobre la luminaria central; 821 indica la longitud del tubo recto de 11.1 m; 822 indica la distancia entre las 2 aberturas de la luminaria de 2.8 m.
La invention as! puede ser representada adicionalmente por las siguientes formas de realizacion:
1. Sistema de iluminacion de luz natural para integration en un edificio; sistema de luz natural que comprende un elemento (800) de fachada translucida que contiene una lamina de vidrio y un elemento (302 o 708) de redirection de luz y un canal (801) de transporte de luz para guiar la luz aproximadamente de manera horizontal en un interior del edificio, comprendiendo el canal de transporte de luz una abertura unida al lado interior de dicho elemento de fachada y al menos una abertura hacia el interior del edificio, caracterizado porque
el elemento (302 o 708) de redirection de luz esta formado como una pellcula o lamina polimerica estructurada conectada a una lamina de vidrio del elemento (800) de fachada y esta configurado para cambiar la direction de la luz incidente en el canal de transporte de luz aproximadamente horizontal.
2. Sistema de iluminacion de luz natural de la realization 1, en el que el canal de transporte de luz comprende al menos una abertura hacia el interior del edificio equipada con un elemento (807) de distribution de luz que permite que la luz guiada deje el canal en el interior del edificio, el canal de transporte de luz contiene preferiblemente un relleno de aire o gas que esta sellado contra la atmosfera ambiental.
3. Sistema de iluminacion de luz natural de la realization 1 o 2, donde las aberturas del canal de transporte de luz para la entrada de luz y para un elemento (807) de distribution de luz
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estan dispuestas de forma aproximadamente rectangular entre si, siendo el canal de luz preferiblemente adecuado para montaje con la abertura para la entrada de luz, y el elemento (800) de fachada conectado con el elemento (302) de redirection de luz, aproximadamente verticalmente, y la abertura para el elemento (807) de distribution de luz aproximadamente horizontal.
4. Sistema de iluminacion de luz natural de la realization 1, 2 o 3, donde las paredes internas de gula de luz del canal (801) de transporte de luz estan cubiertas por una capa reflectante, preferiblemente una capa reflectante de plata o aluminio o una pellcula de pollmero multicapa reflectante, proporcionando lo mas preferiblemente a al menos 95% de reflexion dirigida y menos de 5% de reflexion difusa.
5. Sistema de iluminacion de luz natural segun cualquiera de las realizaciones 1 a 4, en donde el elemento (800) de fachada translucida comprende una unidad de acristalamiento aislante que contiene al menos 2 laminas de vidrio paralelas y al menos una pellcula de pollmero, donde el espesor total del elemento (800) de fachada preferiblemente es del orden de 10 a 1000 mm, especialmente de 15 a 50 mm.
6. Sistema de iluminacion de luz natural segun cualquiera de las realizaciones 1 a 5, en donde el elemento (800) de fachada translucida comprende al menos 2 laminas de vidrio paralelas, y el elemento (302) de redireccion de luz esta conectado a la superficie interior de la lamina de vidrio adecuada para formar una section de la superficie exterior de la envoltura del edificio.
7. Sistema de iluminacion de luz natural segun cualquiera de las realizaciones 1 a 6, en el que la seccion transversal del canal (801) de transporte de luz tiene una altura del intervalo de 8 a 50, especialmente de aproximadamente 10 a 35 cm; tiene un ancho del rango de 20 a 300 cm, especialmente alrededor de 30 a 120 cm; y la longitud del canal (801) de transporte de luz es del orden de 500 a 2000 cm, especialmente de aproximadamente 600 a 1200 cm.
8. Sistema de iluminacion natural segun cualquiera de las realizaciones 1 a 7, en el que el elemento (800) de fachada translucida comprende un colector (100, 200, 700, 800) de luz, comprendiendo el colector de luz
al menos una capa (301) de gula de ondas,
al menos un elemento (302) de recogida y redireccion de luz que esta configurado para acoplar la luz solar (303) en la capa de gula de ondas, y
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al menos un elemento (304) de desacoplamiento configurado para desacoplar luz desde la capa de guia de ondas a un canal (801) de transporte de luz del sistema de iluminacion de luz natural.
9. Sistema de iluminacion de luz natural segun cualquiera de las realizaciones anteriores, en el que el elemento (302 o 708) de redireccion de luz esta incorporado como una pluralidad de acopladores de rejilla y/o hologramas y/o espejos y/o microespejos y/o microestructuras reflectantes.
10. Un edificio que comprende
un sistema de iluminacion de luz natural de acuerdo con cualquiera de las realizaciones 1 a 9, y una envoltura con una fachada en la que el colector de luz esta integrado como elemento de fachada.
11. El uso de un sistema de iluminacion de luz natural de acuerdo con cualquiera de las realizaciones 1 a 9 para introducir luz natural en el interior de un edificio de 5 a 20, especialmente de 6 a 12 metros de distancia desde una ventana.
12. Un metodo para mejorar la calidad de luz en un edificio aumentando la cantidad de luz natural introducida en el edificio, caracterizado porque un sistema de iluminacion natural segun cualquiera de las realizaciones 1 a 9 esta integrado en la envoltura del edificio, con su canal de transporte de luz alineado aproximadamente horizontal alejado de la fachada del edificio.
13. Un colector (100, 200, 700, 800) de luz para uso en un sistema (800) de iluminacion natural, especialmente como se describe en las realizaciones anteriores 1 a 9, y para integracion en un edificio, comprendiendo el colector de luz
al menos una capa (301) de guia de ondas,
al menos un elemento (302) de recogida y redireccion de luz que esta configurado para acoplar la luz solar (303) en la capa de guia de ondas, y
al menos un elemento (304) de desacoplamiento configurado para desacoplar luz desde la capa de guia de onda a un canal (801) de transporte de luz del sistema de iluminacion de luz natural.
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14. Un colector de luz segun la realizacion 13, en el que el colector de luz esta construido en forma de un elemento de fachada prefabricado, y en el que la capa de gula de ondas es una placa de gula de luz.
15. Un colector de luz segun la realizacion 13 o 14, que es un colector estatico y tiene dimensiones planas.
16. Un colector de luz segun cualquiera de las realizaciones 13 a 15, en el que el elemento (302) de recogida y redirection de luz esta incorporado como una pluralidad de acopladores de rejilla y/o hologramas y/o espejos y/o microespejos y/o microestructuras reflectantes.
17. Un colector de luz segun cualquiera de las realizaciones 13 a 16, en el que el colector de luz comprende una pluralidad de capas (900) de gula de ondas apiladas.
18. Un colector de luz segun cualquiera de las realizaciones 13 a 17, en el que los bordes de la capa de gula de ondas comprenden un espejo (306, 406, 904) conectado configurado para redirigir la luz que viaja dentro de la capa de gula de ondas hacia los bordes hacia atras hacia al menos un centro o section (308) de conexion de canal del colector de luz.
19. Un colector de luz segun cualquiera de las realizaciones 13 a 18, en donde el elemento (304) de desacoplamiento se elige del grupo que comprende elementos que contienen espejo plano, elementos que contienen espejo parabolico, elementos que contienen estructuras de extraction de luz optica en la superficie tales como por ejemplo, prismas, piramides, conos, o cualquier combination de los mismos, o en donde el elemento de desacoplamiento es proporcionado por una capa (603) de gula de ondas doblada para redirigir la luz por reflexion interna total dentro de la capa de gula de ondas.
20. Un colector de luz segun cualquiera de las realizaciones 13 a 19, en el que el colector de luz comprende un panel frontal transparente y un panel posterior transparente, y
donde el panel frontal y posterior estan realizados como un panel de vidrio o un panel de plastico tal como un panel de polimetilmetacrilato, un panel de poliacrilato, un panel de policarbonato o cualquier combinacion de los mismos.
21. Un colector de luz segun cualquiera de las realizaciones 13 a 20, en el que el colector de luz comprende al menos un revestimiento o pellcula laminad en este para controlar sus propiedades de reflexion y transmision.
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22. Un colector de luz segun cualquiera de las realizaciones 13 a 21, en el que el colector de luz comprende un cubreobjetos, una capa de PMMA como capa de guia de ondas, una capa de mdice de refraccion alta o una capa de mdice de refraccion de gradiente, una pelmula de prisma con revestimiento de espejo, un sustrato de PET y un vidrio trasero.
23. Un sistema de iluminacion natural para la integration en un edificio, el sistema de iluminacion natural que comprende un colector (800) de luz segun cualquiera de las realizaciones 13 a 22, un canal (801) de transporte de luz para guiar la luz desde el exterior del edificio a un interior del edificio,
en el que el elemento (304) de desacoplamiento del colector de luz esta configurado para dirigir la luz desde la guia de ondas hacia el canal de transporte de luz,
donde el canal (801) de transporte de luz comprende paredes que proporcionan una reflexion total de la luz, y donde el canal de transporte de luz comprende al menos un elemento (807) de distribution de luz en el que la luz guiada puede dejar el canal en el interior del edificio.
24. Un sistema de iluminacion de luz natural segun la realization 23, en el que el colector de luz esta configurado para recoger luz desde un area que es mas grande que el area de section transversal del canal de transporte de luz.
25. Un sistema de iluminacion de luz natural de acuerdo con cualquiera de las realizaciones 23 a 24, en el que la capa de guia de ondas es una guia de luz solida, y
en el que el canal de transporte de luz es un conducto revestido de espejo.
26. Un edificio que comprende un sistema de iluminacion de luz natural de acuerdo con cualquiera de las realizaciones 23 a 25, y una envoltura con una fachada en la que el colector de luz esta integrado como elemento de fachada.
Los expertos en la tecnica pueden comprender y realizar otras variaciones de las realizaciones descritas en la practica de la invention reivindicada, a partir del estudio de los dibujos, la divulgation y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la palabra “que comprende” no excluye otros elementos o pasos y el artmulo indefinido “uno” o “una” no excluye una pluralidad. Un solo procesador u otra unidad puede cumplir las funciones de varios elementos o pasos enumerados en las reivindicaciones. El mero hecho de que se enumeren ciertas medidas en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combination de estas medidas no se pueda utilizar con ventaja. Un programa de ordenador puede almacenarse/distribuirse en un medio adecuado, como un medio de
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almacenamiento optico o un medio de estado solido suministrado junto con o como parte de otro hardware, pero tambien puede distribuirse en otras formas, como a traves de Internet o de otro sistema de telecomunicacion alambrica.
Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no debe interpretarse como que limita el alcance de las reivindicaciones.
Abreviaturas utilizadas en la especificacion o reivindicaciones:
PMMA el pollmero acrllico Polimetilmetacrilato PET el poliester polietileno tereftalato PVB el pollmero Polivinilbutiral LED diodo emisor de luz
Ejemplo 1: Flujo de luz promedio (horas de oficina) en latitudes variables
Flujo de luz promedio en el extremo posterior (I = 11 m) de canales de luz horizontales orientados al sur, cada uno de h = 0.3 m y w = 0.9 m, durante horas de oficina estandar entre 8 am y 5 pm se calcula para las condiciones del cielo que se encuentran en Frankfurt a.M. (35% de horas de sol), Madrid y Abu Dhabi (segun datos climaticos publicos:
https://energyplus.net/weather) y disenos de canal de luz como se describe a continuation.
El canal 1 comprende un elemento frontal que comprende una pellcula de redirection de luz (fig. 1, 1a realization de la invention; pellcula preparada como se describe en el ejemplo de WO 2014/024146, Figuras 5a-5h, pero omitiendo los segundos componentes descritos all!. Los espejos encapsulados son curvos y tienen un ancho de 250 micrometros y se repiten con una periodicidad de 100 micrometros. La curvatura es progresiva ya que para redirigir mejor la luz horizontalmente, los espejos se modelan con una reflectancia del 95%. El espesor total de la pellcula es de 300 micrometros. La pellcula esta laminada en la cara interna del acristalamiento externo (4 mm) de una unidad de doble acristalamiento (4-12-4) que cubre toda la superficie de la abertura vertical del tubo de luz hacia el exterior.
El canal 2 comprende un elemento frontal que comprende una pellcula de redireccion de luz y un colector. La pellcula de redireccion es similar a la utilizada en el canal 1 con una adaptation adicional de la curvatura del espejo en la parte inferior y sin espejos en los 14 cm superiores. Las piezas del colector reemplazan el cristal interno del doble acristalamiento. El area por encima y por debajo del tubo que abre el colector esta compuesta de una placa
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transparente gruesa que es curva y donde la parte horizontal termina con una cuna. La parte vertical tiene 9 cm de alto, 3 cm de espesor, esta estructurada en su parte posterior y las estructuras estan recubiertas con un material reflectante. Las estructuras son estructuras prismaticas con las facetas orientadas hacia la abertura del tubo inclinada a 41° desde la vertical y las otras facetas a 19° desde la vertical. El angulo de la cuna es de 26°. La faceta horizontal de la cuna esta recubierta con un material reflectante para desacoplar la luz solo en el lado del tubo. El elemento frontal tiene una altura total h = 0.48 m (figura 2, 2a realization de la invention)
El canal 3 comprende un elemento frontal identico al descrito en el canal 1 con una adaptation adicional de las curvaturas del espejo. Este elemento se compone de una pellcula de redirection de luz laminada en la cara interna del cristal exterior en doble acristalamiento. La altura total del elemento frontal es de 0.6 m, el doble de la altura de la altura del tubo final despues de 11 m (0.3 m). Por lo tanto, la altura del tubo cambia dentro de los primeros metros. La altura del tubo se reduce a su altura final en 1.41 m, la cara inclinada del tubo es plana y forma un angulo de 12° con la horizontal.
El canal 4 es similar al canal 1, pero el material utilizado para encapsular los espejos es diferente del utilizado para las estructuras y la curvatura se ha optimizado para alcanzar una redireccion mas horizontal de la luz. La diferencia en el Indice de refraction en esta realizacion es sutil (0.02) pero aumenta el rendimiento de redireccionamiento en algun porcentaje.
El canal 5 es como el canal 1, pero el elemento de redireccion de luz se basa en las propiedades de refraccion de los materiales y no contiene un reflector metalico. Para lograr la redireccion de la luz, este sistema utiliza la reflexion interna total y, por lo tanto, el cambio en el Indice de refraccion. El sistema esta compuesto de tres materiales diferentes. La capa de estructura a la derecha tiene un Indice de refraccion estandar de (n=1.5), luego esta recubierta con un material de bajo Indice de refraccion (n=1.4) y finalmente encapsulada con un tercer material (n=1.4).
El canal 6 es como el canal 1, pero la lamina de redireccion es reemplazada por un producto comercial (Pellcula de redireccion de luz natural de 3M). Tal hoja utiliza la diferencia del Indice de refraccion entre el aire y la hoja de pollmero estructurada. La curvatura de cambio aumenta el intervalo angular para el cual la luz se redirige en la direction correcta. Basado en el perfil de estos productos comerciales, las propiedades opticas son simuladas.
El canal 7 es como el canal 1, pero la hoja de redireccion es reemplazada por una hoja como se describe en la patente US 20020159154 A1 Figura 2. Tal hoja utiliza la diferencia de Indice
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de refraccion entre el aire y la hoja de pollmero. Las interfaces con el aire encapsulado actuan como espejos y reflejan la luz profundamente en el conducto de luz. Para la aplicacion en conductos de luz, el diseno se optimizo para maximizar el flujo de luz en el extremo del conducto. Los espacios de aire son de 100 micrometros de ancho, 3 micrometros de espesor, 45 micrometros espaciados e inclinados por 10° para aplanar el angulo en el que la luz del cielo se redirige al interior del tubo.
Para fines de comparacion, se calcula el flujo luminoso de otro canal, que cubre una placa frontal de vidrio sin ningun elemento de redirection de luz (referencia).
Para la simulation, se usa una herramienta de trazado de rayos (LightTools 8.5, Synopsis' Optical Solutions Group, Pasadena, EE. UU.) Para caracterizar el sistema, en todos los casos suponiendo una reflectividad del 97% sobre todos los angulos de incidencia del tubo de luz. La transmitancia dl sistema se caracteriza por cada angulo entrante del hemisferio con una resolution de 1° en elevation y 2° en acimut. La transmitancia se calcula entre el extremo delantero del conducto y el extremo posterior del conducto. Este vector de transmitancia se multiplica por la luminancia disponible y el angulo solido para cada direction en cada paso de tiempo. La luminancia del cielo para cada direccion y durante todo el ano se calcula con base en el modelo de Perez utilizando la irradiancia directa y difusa de los datos climaticos por hora. Se consideran tanto la luminancia para el cielo como para el suelo (albedo del 30%). De este modo, se calcula el flujo de luz por hora al final del sistema.
La Tabla 1 recopila los resultados (en lumen) del flujo luminoso promedio durante el horario de oficina (Promedio) y del flujo luminoso mlnimo durante el 50% del horario de atencion (Mlnimo, es decir, durante el 50% de las horas trabajadas, el flujo luminoso al final del conducto sera igual o mayor que el valor dado) despues de 11 m de longitud de transporte. Los valores se calculan para el resultado obtenible usando dos tubos de luz identicos. El flujo de luz promedio se calcula durante dichas horas de trabajo. El flujo de luz mlnimo es el valor mlnimo alcanzado cuando se considera la mejor mitad de las horas ocupadas. Este valor puede usarse para derivar la iluminancia minima del escritorio alcanzada durante el 50% de las horas ocupadas.
Tabla. 1: Flujo de luz promedio (Im) y flujo luminoso mlnimo (Im) despues de 11 m de longitud de transporte por 2 tubos de luz
Canal Frankfurt Madrid Abu Dhabi
Referenda Promedio 4300 5900 6000
Referenda Minimo 3450 5050 4850
Canal 1 Promedio 5350 7650 7850
5
Canal 1 Minimo 3750 6450 5650
Canal 2 Promedio 5450 7800 8100
Canal 2 Minimo 3800 6550 5700
10
Canal 3 Promedio 7550 10300 11500
Canal 3 Minimo 4650 6950 5850
Canal 4 Promedio 5700 7950 8300
Canal 4 Minimo 3900 6500 5650
15
Canal 5 Promedio 4878 6836 7674
Canal 5 Minimo 3516 5976 5518
Canal 6 Promedio 5100 7450 7900
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Canal 6 Minimo 3400 6000 5250
Canal 7 Promedio 5490 7724 9632
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Canal 7 Mlnimo 3848 6594 5728
Los resultados anteriores se validaron mediante mediciones con prototipos de escala reducida de 1:10 de cada canal.
El sistema de iluminacion natural de la invencion proporciona una intensidad de luz sorprendentemente alta.
Ejemplo 2: Prototipo a escala real
Para validar aun mas los resultados de la simulation del ejemplo 1, se construye un prototipo 1:1. El prototipo consta de dos oficinas y dos tubos de luz. Ambas oficinas son sin ventanas e iluminadas por una abertura en cada tubo, tienen 2.8 m de ancho y 3 m de largo con un techo de 2.6 m. Las habitaciones (vea las figuras 14a y 14b) estan pintadas de blanco y amuebladas con una mesa y sillas. Los tubos tienen una section transversal rectangular con una dimension interior de 29 cm de alto y 87 cm de ancho. Los tubos tienen 11.39 m de longitud en total y se colocan en paralelo con algo de espacio entre ellos. Uno esta equipado con una hoja reflectante DF200MA de 3M y una con una hoja de metal reflectante Alanod Miro Silver DL. Las cuatro aberturas en la superficie inferior de los 2 tubos que proporcionan luz a las habitaciones estan descentradas por 14.5 cm con respecto al techo. La distancia de 14.5 cm entre el techo de la habitation y la abertura del tubo en cada caso esta equipada con una lamina reflectante. La apertura de cada tubo en la primera habitacion (Fig. 14b) es de 30 x 80 cm, comenzando a 8 m de la fachada, y en la segunda oficina (Fig. 14a) 29 x 83 cm y ubicado a 11.1 m de la fachada, en el extremo del tubo (longitud corta de la abertura en la direction de la longitud del tubo). El tubo termina con un reflector en forma de cuarto de clrculo por encima de la abertura en el extremo del tubo, con un radio de 29 cm (ver la Fig. 15). Sobre la primera abertura, se coloca una lamina reflectante con un angulo de 29° con respecto a la horizontal y una longitud de 27.8 cm para capturar la luz del tubo y redirigirla. Las aberturas verticales en el lado de la fachada frontal, estan equipadas con un plexiglas simple y luego con un doble acristalamiento (4-12-4) que integra la hoja redirigida 3M Daylight Redirecting Film. Las mediciones de campo se realizan en Austria con fachada orientada al sur. Las fotos de la 1a habitacion tomadas a horas fijas el 26 de septiembre de 2017 se evaluan para cuantificar la intensidad de la luz en el lugar de trabajo; los resultados se muestran en la T abla 2.
Tabla 2: Iluminancia en el escritorio de la oficina en la habitacion delantera, iluminarias 8 m de la fachada, derivado de la iluminancia. La medicion se realizo el 26/9/2017 con la pellcula de redirection de luz 3M Daylight Redirecting Film en la fachada.
Hora del dla
10:00 11: 00 12:00 13:00 14:00
5 Iluminancia
(lux)
343 902 1139 614 892
Los valores de iluminancia de hasta 1700 lux se detectan en otras ocasiones en la misma oficina con un luxometro colocado en el escritorio.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de iluminacion de luz natural para la integration en un edificio o un vehlculo, comprendiendo el sistema de iluminacion de luz natural
    un elemento (800) de fachada translucida o elemento de pared que contiene una lamina de vidrio y un elemento (302 o 708) de redirection de luz y un canal (801) de transporte de luz para guiar la luz aproximadamente horizontal hacia el interior del edificio o vehlculo, el canal de transporte de luz que comprende una abertura conectada al lado interior de dicho elemento de fachada o elemento de pared y al menos una abertura hacia el interior del edificio o vehlculo, caracterizado porque
    el elemento (302 o 708) de redireccion de luz esta formado como una pellcula o lamina de pollmero estructurada conectada a una lamina de vidrio del elemento (800) de fachada o elemento de pared y esta configurado para cambiar la direction de la luz incidente en el canal de transporte de luz aproximadamente.
  2. 2. Sistema de iluminacion de luz natural de la reivindicacion 1 para la integracion en un edificio, comprendiendo el sistema de iluminacion de luz natural
    un elemento (800) de fachada translucida que contiene una hoja de vidrio y un elemento (302 o 708) de redireccion de luz, y un canal (801) de transporte de luz para guiar la luz aproximadamente horizontal hacia el interior del edificio, el canal de transporte de luz que comprende una abertura conectada al lado interior de dicho elemento de fachada y al menos una abertura hacia el interior del edificio, caracterizado porque
    el elemento (302 o 708) de redireccion de luz esta formado como una pellcula o lamina polimerica estructurada conectada a una lamina de vidrio del elemento (800) de fachada y esta configurado para cambiar la direccion de la luz incidente en el canal de transporte de luz aproximadamente horizontal.
  3. 3. Sistema de iluminacion de luz natural de la reivindicacion 1 o 2, en el que el canal de transporte de luz comprende al menos una abertura hacia el interior del edificio o vehlculo equipado con un elemento (807) de distribution de luz que permite que la luz guiada deje el canal en el interior del edificio o vehlculo, el canal de transporte de luz que contiene preferiblemente un relleno de aire o gas que se sella contra la atmosfera ambiental.
  4. 4. Sistema de iluminacion de luz natural de la reivindicacion 1, 2 o 3, en el que las aberturas del canal de transporte de luz para la entrada de luz y para un elemento (807) de distribucion
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    de luz estan dispuestas aproximadamente rectangulares entre si, siendo el canal de luz preferiblemente adecuado para montaje con la abertura para la entrada de luz, y el elemento (800) de fachada o elemento de pared conectado con el elemento (302) de redirection de luz, aproximadamente verticalmente, y la abertura para el elemento (807) de distribution de luz aproximadamente horizontal.
  5. 5. Sistema de iluminacion de luz natural de la revindication 1,2, 3 o 4, en el que las paredes interiores de gula de luz del canal (801) de transporte de luz estan cubiertas por una capa reflectante, preferiblemente una capa de plata o aluminio reflectante o una pellcula de pollmero multicapa reflectante, mas preferiblemente proporcionando al menos 95% de reflexion dirigida y menos de 5% de reflexion difusa.
  6. 6. Sistema de iluminacion de luz natural de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, donde el elemento (800) de fachada translucida comprende una unidad de acristalamiento aislante que contiene al menos 2 laminas de vidrio paralelas y al menos una pellcula de pollmero, en donde el espesor total del elemento (800) de fachada preferiblemente es del rango de 10 a 1000 mm, especialmente de 15 a 50 mm.
  7. 7. Sistema de iluminacion de luz natural de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en el que el elemento (800) de fachada translucida comprende al menos 2 laminas de vidrio paralelas, y el elemento (302) de redireccion de luz esta conectado a la superficie interior de la lamina de vidrio adecuada para formar una section de la superficie exterior de la envoltura del edificio.
  8. 8. Sistema de iluminacion de luz natural de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la seccion transversal del canal (801) de transporte de luz tiene una altura del intervalo de 8 a 50, especialmente de aproximadamente 10 a 35 cm; tiene un ancho del rango de 20 a 300 cm, especialmente alrededor de 30 a 120 cm; y la longitud del canal (801) de transporte de luz es del orden de 500 a 2000 cm, especialmente de aproximadamente 600 a 1200 cm.
  9. 9. Sistema de iluminacion de luz natural de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, en el que el elemento (800) de fachada translucida comprende un colector de luz (100, 200, 700, 800), comprendiendo el colector de luz.
    al menos una capa (301) de gula de ondas,
    al menos un elemento (302) de recogida y redireccion de luz que esta configurado para acoplar la luz solar (303) en la capa de gula de ondas, y
    al menos un elemento (304) de desacoplamiento configurado para desacoplar luz desde la capa de guia de ondas a un canal (801) de transporte de luz del sistema de iluminacion de luz de luz natural.
  10. 10. Sistema de iluminacion de luz natural de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, 5 en el que el elemento (302 o 708) de redireccion de luz esta incorporado como una pluralidad
    de acopladores de rejilla y/o hologramas y/o espejos y/o microespejos y/o microestructuras reflectantes.
  11. 11. Sistema de iluminacion de luz natural de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento (302 o 708) de redireccion de luz comprende un metal y/o un material de
    10 bajo mdice de refraccion, tal como aire, cada uno incrustado en una pelicula de polimero.
  12. 12. Sistema de iluminacion de luz natural de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas una fuente de luz artificial, preferiblemente una fuente de luz LED.
  13. 13. Sistema de iluminacion de luz natural de cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende un canal de transporte de luz, cuya seccion transversal se reduce en un factor de
    15 1.2 a 5 en una distancia de hasta 2 m desde su abertura frontal.
  14. 14. Sistema de iluminacion de luz de luz natural de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende lamina de vidrio, elemento de redireccion de luz y canal de transporte de luz esencialmente como se representa en las Figuras 1, 8, 11 o 13.
  15. 15. Edificio o vehiculo que comprende
    20 un sistema de iluminacion de luz natural de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, y
    una envoltura con una fachada o pared exterior en la que el elemento de redireccion de luz se integra en un elemento de fachada translucida o elemento de pared o ventana.
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