ES2349988B1 - Sistema energetico integral para el aprovechamiento de la energia solar en edificios y construcciones. - Google Patents
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Abstract
Sistema energético integral para el
aprovechamiento de la energía solar en edificios y construcciones,
constituido por elementos estructurales para suelo (1) con efecto
Peltier, para fachadas (5) y para interiores o techos (17); dotados
de un circuito térmico (10) conectado a un intercambiador (16), un
tanque de acumulación (24) y un disipador (25); disponiendo asimismo
de placas fotovoltaicas (21), incorporadas a los elementos (17) de
techo, obteniendo de la energía eléctrica que abastece al sistema,
acumulada en una batería (23), para, entre otros usos, alimentar los
paneles metálicos (2) instalados en los suelos responsables del
intercambio frío-calor del sistema; contando además
con una unidad de control para actuar sobre el líquido selectivo del
circuito térmico (10) la potencia de los elementos estructurales (1)
así como para controlar la temperatura de cada ambiente o estancia
del edificio y el punto de rocío.
Description
Sistema energético integral para el
aprovechamiento de la energía solar en edificios y
construcciones.
La invención, tal como expresa el enunciado de
la presente memoria descriptiva, se refiere a un sistema energético
integral para el aprovechamiento de la energía solar en edificios y
construcciones.
De forma más concreta, el objeto de la invención
consiste en un sistema aplicable a edificios y construcciones de
todo tipo (civil, industrial, agrícola, tal como secaderos,
invernaderos, etc.), el cual, de manera integral, es decir, a través
de sus paredes suelos y techos, aprovecha la radiación solar para la
obtención de toda la energía eléctrica y térmica de que precisa,
disponiendo de medios que permiten su aprovechamiento de forma
óptima y con un elevado rendimiento para aplicarlos en la
climatización interior del mismo así como para la obtención de
electricidad, evitando recurrir al consumo de energía externa.
El campo de aplicación de la presente invención
se encuentra dentro del sector de la construcción.
El consumo de energía, y especialmente para la
climatización de artificial aumenta día a día, provocando el
consiguiente perjuicio para el medio ambiente. En este sentido, las
administraciones propugnan la construcción de edificios que incluyan
sistemas energéticos acordes con el medio ambiente, haciendo, por
ejemplo que sea obligatorio en los edificios de nueva construcción
el aprovechamiento de la energía solar mediante la incorporación en
los mismos de placas solares y la aplicación de materiales y
soluciones aislantes térmicas.
Sin embargo, las construcciones se limitan a
incorporar dichos paneles para la producción de agua caliente y poco
más, y a controlar las variaciones climáticas aumentando el
aislamiento y el control de la radiación mediante sistemas que,
aunque siendo útiles, no solucionan el sobrecalentamiento que se
produce en ellas en verano en la mayoría de emplazamientos,
especialmente en grandes ciudades, así como la necesidad de
aportarles calor en invierno, debiendo recurrir al consumo de
energías convencionales así como a la instalación de aparatos
eléctricos de climatización, los cuales, como es sabido, además del
consumo, provocan molestos ruidos expulsando el calor al
exterior.
Se hace por tanto necesario poder contar con
sistemas que den soluciones efectivas a la problemática planteada,
tal como el sistema que plantea la presente invención, el cual está
integrado en la propia construcción, y es aplicable a cualquier tipo
de construcción, permitiendo obtener la climatización adecuada a
cada estación así como la energía eléctrica adicional que pueda
requerir, aprovechando para ello la radiación solar como fuente de
energía.
En la actualidad y como referencia al estado de
la técnica, debe mencionarse que, aunque son conocidos un gran
número de disposiciones, procedimientos y sistemas para la
climatización de edificios, por parte del peticionario se desconoce
la existencia de ninguno que presente unas características técnicas,
estructurales y de configuración semejantes, a las que presenta el
que aquí se preconiza.
Así, el sistema energético integral para el
aprovechamiento de la energía solar en edificios y construcciones
que la invención propone se configura por si mismo como una
destacable novedad dentro de su campo de aplicación, ya que a tenor
de su instalación se consigue que la propia estructura del edificio
genere una temperatura equilibrada en su interior a través de
paredes, suelos y techos, abasteciéndolo térmica y eléctricamente,
sin recurrir a combustibles tradicionales y por tanto a un coste
"cero", mediante el máximo aprovechamiento de la radiación
solar.
Para ello, y de forma concreta, el sistema se
configura a partir de un conjunto de elementos que se añaden o
forman parte de su propia estructura incorporados en paredes, suelos
y techos, de montaje simple en la misma obra, con una considerable
reducción de costos, pudiendo incluso ser instalados en
construcciones ya existentes sin gran perjuicio estético a su forma
o diseño, los cuales se configuran como una especie de "escudo
térmico", cuya función primordial es recoger y gestionar la
radiación solar, equilibrando la diferencia térmica existente entre
el exterior y el interior del edificio, los cuales, estando
realizados en vidrio, aluminio, o polímeros, en función de su
ubicación en cada parte del edificio, presentarán además, y en
función de dicha ubicación, unas determinadas características,
consiguiendo, además, evitar la emisión de energía calorífica al
exterior, reduciendo la emisión de CO_{2} y evitando su
incorporación a los gases emitidos por los medios de transporte y la
circulación.
Así, por ejemplo, en los suelos y en
determinadas paredes, dichos elementos incorporan metales
conductores unidos (pares termoeléctricos), que al ser alimentados
por una corriente eléctrica continua pueden generar calor en una de
sus caras y absorberlo por la otra, aprovechando el efecto Peltier.
Lógicamente, al cambiar la polaridad de la corriente, se alterna
también el sentido de flujo calor-frío.
Por otra parte, en las paredes y techos del
edificio, dichos elementos están diseñados para incorporar un
innovador sistema de conductos configurados como una malla que
forman circuitos por los que circula un líquido selectivo que actúa
como receptor y transporte de calor a toda su estructura,
configurando dicho circuito una red térmica dividida en diferentes
subsistemas, en función de su ubicación, que trabajan por
intercambio térmico bajo tierra (geotérmico) con un mismo
intercambiador de calor, estando conectados a un tanque de
almacenamiento de calor.
A su vez, determinados elementos de los situados
en los techos, incorporan sistemas fotovoltaicos que generan la
energía eléctrica por transformación de la radiación solar
incidente, pudiendo dichos sistemas estar instalados de forma
independiente a tales elementos. La corriente producida será una
corriente eléctrica continua, siendo almacenada en una batería de la
que el sistema está dotado para tal fin.
Así, la energía eléctrica generada sirve para
alimentar los elementos termoeléctricos o "escudo térmico",
mientras el líquido selectivo que circula por su interior permite
transportar el calor y establecer los flujos térmicos en función de
las necesidades del edificio.
Cabe destacar que el sistema cuenta con una
unidad de control para actuar sobre el líquido del circuito y la
potencia de los elementos, permitiendo controlar la temperatura
ambiente y el punto de rocío.
En resumen, en el sistema energético integral
para el aprovechamiento de la energía solar en edificios y
construcciones que la presente invención propone convergen las
siguientes innovadoras y ventajosas particularidades:
- Abastecer el edificio con el máximo
aprovechamiento de la radiación solar, superando el 85% de ahorro de
gasto energético frente a los sistemas convencionales, ya que
dispone de un solo componente integrado y bivalente para la
obtención de dos energías, la térmica y la eléctrica.
- Mejorar el medio ambiente, evitando emisiones
de anhídrido carbónico.
- Acondicionar el edificio, mejorando el
bioclima interior, ya que dispone de un sistema de calefacción, agua
caliente y refrigeración integrado en la propia estructura del
mismo.
- Conseguir el aprovechamiento de las energías
renovables y facilitar a los arquitectos e ingenieros soluciones
tecnológicas, mejorando y reduciendo costes de producción y tiempos
de terminación de la obra.
- Aportar al edificio ventajas de montaje,
seguridad mecánica, antisísmica y antiincendios, consiguiendo
soluciones para proyectos exigentes, y reduciendo el peso por
m^{2} a menos de 12 Kg. (el peso de muro de ladrillo tradicional
oscila entre 45-70 Kg m^{2}).
- Conseguir un edificio autosuficiente,
aprovechando al máximo la radiación solar en equilibrio
bioenergético natural, sin necesidad de incorporar superpuestos
paneles u otros elementos similares.
- Conseguir que las paredes, techos, ventanas,
junto al geoacumulador subterráneo de intercambio calórico que
integra, determinen un intercambio dinámico y actúen como escudo
térmico, evitando sobrecalentamientos de paredes y tejados en verano
y reduciendo emisiones externas.
- Funcionar como una máquina térmica alimentada
por la radiación solar.
Los edificios dotados de este sistema, pues, se
transforman en autogeneradores de energía térmica y eléctrica,
transmitido a través del sistema activo de las paredes y techos que
reciben la radiación solar, consiguiendo mediante un circuito
hidráulico que el edificio mismo se autoabastezca de energía
obteniendo una autorregulación biológica durante todo el año.
El nuevo sistema energético integral para el
aprovechamiento de la energía solar en edificios y construcciones
representa, por consiguiente, una estructura innovadora de
características estructurales y constitutivas desconocidas hasta
ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, la
dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de
exclusividad que se solicita.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, se acompaña a la presente memoria
descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de
planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha
representado lo siguiente:
La figura número 1.- Muestra una vista en
sección de un ejemplo de realización de elemento estructural del
sistema con aplicación del efecto Peltier para los suelos o
determinadas paredes.
La figura número 2.- Muestra una vista en
sección de un ejemplo de realización de elemento estructural del
sistema con incorporación de circuito para líquido selectivo para la
configuración de muros o fachadas con dos caras activas.
La figura número 3.- Muestra una vista
esquemática en alzado del sistema de conductos en forma de malla
conformante del circuito para la circulación del líquido selectivo
conformante de la red térmica del sistema.
La figura número 4-A.- Muestra
una vista en perspectiva de un ejemplo de realización de elemento
estructural del sistema con incorporación de circuito para líquido
selectivo y sistema fotovoltaico, para su instalación en techos.
La figura número 4-B.- Muestra
una vista en perspectiva de un ejemplo alternativo de elemento
estructural del sistema para paredes y techos.
Las figuras número 5 y 6.- Muestran sendas
vistas esquemáticas de un ejemplo de realización del sistema
energético integral para el aprovechamiento de la energía solar en
edificios y construcciones objeto de la invención en las que se
aprecian las principales partes y elementos de que consta, mostrando
la figura 5 el funcionamiento del sistema para la climatización del
edificio en invierno, es decir, para su calentamiento, y la figura 6
su funcionamiento en verano, es decir, para su enfriamiento.
A la vista de las mencionadas figuras, y de
acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un
ejemplo de realización preferente del sistema energético integral
para el aprovechamiento de la energía solar en edificios y
construcciones, el cual comprende las partes y elementos que se
indican y describen en detalle a continuación.
Así, tal como se aprecia en la figura 1, el
sistema en cuestión comprende una serie de elementos estructurales
(1) para suelos o determinadas paredes configurados, a partir de
sendos paneles (2) de metales conductores unidos, entre los que
incorporan una capa aislante (3) con una célula Peltier (4), de
forma que al ser alimentados por una corriente eléctrica continua
pueden generar calor en una de sus caras y absorberlo en la
opuesta.
Atendiendo a la figura 2, se aprecia como el
sistema comprende asimismo elementos estructurales (5) conformantes
de un escudo térmico para determinadas paredes, fachadas o muros,
con dos caras activas, los cuales están configurados mediante
ladrillos (6) cubiertos interiormente con un enlucido interior (7)
convencional en cuya cara exterior disponen de una capa (8) de
aislante térmico, sobre la que existen embebido o bajo el enlucido
exterior (9) el sistema de conductos (10) de la red térmica por cuya
malla (11) circula el líquido selectivo que transporta el calor a
toda la estructura del edificio, el cual, tal como se aprecia en la
figura 3, consiste en una serie de mallas (11) formadas por una
pluralidad de pequeñas conducciones (12) conectadas superior e
inferiormente por conductos transversales (13), los cuales se
encuentran unidos a su vez, mediante conectores (14), a las
conducciones tubulares (15) que conectarán el circuito a un
intercambiador (16).
En la figura 4-A se puede
observar como el sistema comprende asimismo elementos estructurales
(17), aplicables en paredes interiores o techos, que, compuestos por
cuerpos tabulares (18) realizados en cualquier material adecuado,
disponen de canalizaciones (19) destinadas a la circulación del
líquido selectivo del circuito térmico del sistema, así como de
canalizaciones (20) destinadas a la inclusión en ellas cables para
conexión, en su caso, de las células fotovoltaicas (21) que
insertadas entre lengüetas (22) de las que opcionalmente están
previstas en sus laterales para incorporarlas, las cuales producirán
la energía eléctrica del sistema por transformación de la radiación
solar, acumulándola en una batería (23).
Tal como se aprecia en la figura
4-B, opcionalmente dichos elementos estructurales
(17) pueden estar alternativamente configurados por placas (30) de
aluminio extrusionado u otro material similar que cuentan con
canalizaciones (31), disponiendo lateralmente de ranuras (32) que
determinan nervios (33) aptos para encajar en machihembrado los de
una placa con la adyacente, constando así mismo con perfiles
colectores (34) que, gracias a la configuración de su parte superior
actúan de pieza de ensamble para dichas placas (30).
Así, y de forma resumida, el sistema comprende
un conjunto de elementos estructurales divididos, en función de su
ubicación en elementos para el suelo (1) con efecto Peltier,
elementos para muros y fachadas (5) y elementos para paredes
interiores o techos (17), estando los elementos (5) de fachadas e
interiores (17) dotados de medios para que circule a través de ellos
un líquido selectivo conformante de un sistema o circuito térmico
(10) el cual se encuentra conectado a un intercambiador (16),
contando, conectados a él, con un tanque de acumulación de calor
(24) y un disipador o enfriador (25) previstos, preferentemente bajo
el edificio.
El sistema dispone asimismo de células
fotovoltaicas (21), las cuales ventajosamente pueden estar
incorporadas a los elementos estructurales (17) previstos en muros o
tejados, siendo éstas responsables de la obtención de la energía
eléctrica que abastecerá al sistema, acumulado dicha electricidad en
una batería (23), a través de la cual, además de obtener
electricidad para otros usos del edificio, alimentará los paneles
metálicos (2) con que cuentan los elementos estructurales (1)
instalados en los suelos y responsables del intercambio
frío-calor del sistema.
Cabe señalar, además, que para que funcione
adecuadamente el acondicionamiento del clima, el sistema cuenta con
una unidad de control (no representada) para actuar sobre el líquido
selectivo del circuito térmico (10) la potencia de los elementos
estructurales (1) así como para controlar la temperatura de cada
ambiente o estancia del edificio y el punto de rocío.
De esta forma, el funcionamiento del sistema,
tal como se aprecia en las figuras 5 y 6, en invierno o en su modo
de calentamiento, los elementos estructurales (1) del suelo actúan,
mediante la corriente eléctrica que reciben de la batería (23) como
una bomba de calor de forma que se absorbe el calor acumulado en el
tanque (24) por una se sus caras y lo generan por la opuesta,
produciendo agua caliente que, además circula a través del sistema
térmico (10) hacia las distintas habitaciones del edificio. Las
células fotovoltaicas (21) proporcionan la electricidad y el
intercambiador (16) absorbe el exceso de calor, transfiriéndolo al
tanque (24). Hay que señalar que durante esta época, no es necesario
el uso del disipador (25).
En verano (figura 6), se hace necesario bajar la
temperatura interior del edificio, por lo que se invierte la
polaridad de los elementos estructurales (1) del suelo, que ahora
absorben el calor del ambiente de las habitaciones, trasladándolo al
tanque de almacenamiento. Las células fotovoltaicas (21)
proporcionan la electricidad y el sistema absorbe el exceso de calor
transfiriéndolo al tanque (24). En este caso, el disipador (25) se
encarga de bajar la temperatura del circuito térmico (10).
Descrita suficientemente la naturaleza de la
presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se
considera necesario hacer más extensa su explicación para que
cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas
que de ella se derivan, haciendo constar que, dentro de su
esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de
realización que difieran en detalle de la indicada a título de
ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se
recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio
fundamental.
Claims (7)
1. Sistema energético integral para el
aprovechamiento de la energía solar en edificios y construcciones,
caracterizado por el hecho de comprender un conjunto de
elementos estructurales del propio edificio, configurados como
elementos para el suelo (1) con efecto Peltier, elementos para muros
y fachadas (5) y elementos para paredes interiores o techos (17); en
que los elementos (5) de fachadas e interiores (17) están dotados de
medios para que circule a través de ellos un líquido selectivo
conformante de un sistema o circuito térmico (10) el cual se
encuentra conectado a un intercambiador (16), contando, con un
tanque de acumulación de calor (24) y un disipador o enfriador (25)
conectados a él; disponiendo asimismo de células fotovoltaicas (21),
las cuales pueden estar incorporadas a los elementos estructurales
(17) previstos en techos o tejados, siendo éstas responsables de la
obtención de la energía eléctrica que abastece al sistema,
acumulando dicha electricidad en una batería (23), a través de la
cual, además de obtener electricidad para otros usos del edificio,
alimenta los paneles metálicos (2) con que cuentan los elementos
estructurales (1) instalados en los suelos y responsables del
intercambio frío-calor del sistema; contando además
con una unidad de control para actuar sobre el líquido selectivo del
circuito térmico (10) la potencia de los elementos estructurales (1)
así como para controlar la temperatura de cada ambiente o estancia
del edificio y el punto de rocío.
2. Sistema energético integral para el
aprovechamiento de la energía solar en edificios y construcciones,
según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que
los elementos estructurales (1) para suelos son aplicables asimismo
para determinadas paredes, estando configurados, a partir de sendos
paneles (2) de metales conductores unidos, entre los que incorporan
una capa aislante (3) con una célula Peltier (4), de forma que al
ser alimentados por una corriente eléctrica continua pueden generar
calor en una de sus caras y absorberlo en la opuesta; y porque los
paneles (2) son preferentemente de aluminio y la capa (3) de
aislante térmico es preferentemente un aerogel, tal como Porexpan® o
similar.
3. Sistema energético integral para el
aprovechamiento de la energía solar en edificios y construcciones,
según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que
los elementos estructurales (5) conforman un escudo térmico para
determinadas paredes, fachadas o muros, con dos caras activas,
estando configurados mediante ladrillos (6) cubiertos interiormente
con un enlucido interior (7) convencional, en cuya cara exterior
disponen de una capa (8) de aislante térmico, sobre la que existe,
embebido o bajo el enlucido exterior (9), el sistema de conductos
(10) de la red térmica por cuya malla (11) circula el líquido
selectivo que transporta el calor a toda la estructura del
edificio.
4. Sistema energético integral para el
aprovechamiento de la energía solar en edificios y construcciones,
según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que
el sistema o circuito térmico (10) comprende una serie de mallas
(11) formadas por una pluralidad de pequeñas conducciones (12)
conectadas superior e inferiormente por conductos transversales
(13), los cuales se encuentran unidos a su vez, mediante conectores
(14), a las conducciones tubulares (15) que conectarán el circuito
al intercambiador (16).
5. Sistema energético integral para el
aprovechamiento de la energía solar en edificios y construcciones,
según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que
los elementos estructurales (17), aplicables en paredes interiores o
techos, están configurados por cuerpos tabulares (18) realizados en
cualquier material adecuado, tal como vidrio, cerámica, aluminio o
polímeros; y porque disponen de canalizaciones (19) destinadas a la
circulación del líquido selectivo del circuito térmico del
sistema.
6. Sistema energético integral para el
aprovechamiento de la energía solar en edificios y construcciones,
según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que
los elementos estructurales (17) aplicables en techos opcionalmente
incorporan células fotovoltaicas (21) insertadas entre lengüetas
(22) de las que opcionalmente están previstas en sus laterales para
tal fin, las cuales producirán la energía eléctrica del sistema por
transformación de la radiación solar, acumulándola en la batería
(23); y porque disponen opcionalmente de canalizaciones (20)
destinadas a la inclusión en ellas cables para conexión, en su caso,
de las placas fotovoltaicas (21).
7. Sistema energético integral para el
aprovechamiento de la energía solar en edificios y construcciones,
según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que
los elementos estructurales (17), aplicables en paredes interiores o
techos, están configurados por placas (30) de aluminio extrusionado
o material similar que cuentan con ranuras (32) que determinan
nervios (33) aptos para encajar en machihembrado los de una placa
con la adyacente, constando así mismo con perfiles colectores (34)
que, gracias a la configuración de su parte superior actúan de pieza
de ensamble para dichas placas (30).
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