ES1221619U - Panel de luz diurna - Google Patents

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Abstract

1. Sistema de iluminación diurna que comprende un tubo (801) de transporte de luz para integración horizontal en un edificio o vehículo, el tubo de transporte de luz tiene un extremo delantero y un extremo posterior, en el que el extremo trasero está sellado, las paredes interiores incluyen la parte posterior el extremo está equipado con una capa (808) reflectante, y una pared lateral contiene una o más aberturas, cada una de las cuales está sellada con una luminaria (807), caracterizado porque la capa (808) reflectante proporciona una reflectividad, promediada en todos los ángulos de incidencia, polarizaciones y longitudes de onda del rango visible, del 96.5% o más, y el extremo frontal abierto es adecuado para unirse al lado interno de un plano elemento (800) de fachada transparente del edificio o elemento de pared del vehículo, o el extremo frontal está sellado a una placa (800) frontal transparente adecuada para su integración en la fachada del edificio o la pared del vehículo.

Description

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PANEL DE LUZ DIURNA
DESCRIPCION
La presente invencion se refiere a la iluminacion con luz diurna de habitaciones interiores con luz diurna 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. 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 diurna que comprende dicho canal, y a un edificio con dicho sistema de iluminacion de luz diurna.
Antecedentes de la invencion
Los sistemas de luz diurna basados en elementos de transporte de luz de conducto revestidos de espejo son bien conocidos en forma de tubos de luz vertical para el transporte de luz desde el techo a los pisos superiores de un edificio; tales sistemas se describen, por ejemplo, en los documentos US 8955269, WO 2011/022274, US 2014/0160570, o EP 1306606. Los sistemas de esta clase son solo 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 de 500 lx en la zona central de trabajo (DIN EN 12464-1, iluminacion de oficina).
Para transportar la luz del sol desde la fachada expuesta al sol a la profundidad del edificio, se han propuesto dispositivos que incluyen elementos que sobresalen de la fachada para recoger la luz solar y guiarla hacia tubos de luz horizontales, como se sugiere en CN 102305380, CN203162829U, JP 2014/209423, JP 2014/209424, JP 2016/048618 y WO 1998/028645; V. Garcia Hansen e I. Edmonds dan una vision general en 'Illuminacion natural de edificios de oficinas de planos profundos: estrategias de tubos de luz, Congreso Mundial Solar ISES 2003, 1-8; y por D. Vazquez- Molim et al., Proc. de SPIE vol. 7410, 74100H (2009)). Dichos dispositivos no solo presentan roturas esteticas en la fachada, sino que tambien interrumpen la envoltura del edificio y su blindaje termico.
Ahora se ha descubierto que, sorprendentemente, se puede obtener una alta intensidad de luz a grandes distancias de la fachada expuesta al sol del edificio, por ejemplo, hasta 12 m o 15 m o 18 m, dependiendo de las dimensiones y, especialmente, de la altura del tubo de luz, mediante la union
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de un conducto con mirrografla a un elemento de fachada transparente (como una luz prestada) debajo del techo del piso, cuyo conducto esta equipado con aberturas y luminarias instaladas en su extremo que se extiende hacia el interior del edificio. El sistema de iluminacion asl obtenido no interrumpe la fachada; la envolvente del edificio permanece intacta.
La invention se refiere principalmente a un sistema de iluminacion diurna que comprende un tubo de transporte de luz para integration horizontal en un edificio, el tubo de transporte de luz tiene un extremo frontal y un extremo posterior, en el que el extremo posterior esta sellado, las paredes interiores incluyen el extremo posterior son equipado con una capa reflectante, y una pared lateral contiene una o mas ventanas abiertas, cada una de las cuales esta sellada con una luminaria,
caracterizado porque el extremo delantero abierto es adecuado para sellar el lado interno de un elemento de fachada plano y transparente del edificio, o el extremo frontal esta sellado a una placa frontal transparente adecuada para su integracion en la fachada del edificio.
Los terminos “aproximadamente” o “aproximadamente” en el contexto de la presente invencion 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”, “tubo de transporte de luz”, “canal de transporte de luz”, “canal de luz”, “tubo de luz” se utilizan como sinonimos.
El termino “reflejo especular” se refiere a la reflexion sin creation de luz difusa.
El angulo de incidencia de la luz (o angulo solar) es el angulo entre la luz entrante a traves de una placa frontal transparente y la extension (l) del canal de transporte de luz.
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A menos que se indique lo contrario, el termino "reflectividad” denota la reflectividad promedio de la luz visible (especlficamente la luz solar, desde el rango espectral de 400 a 700 nm) en todos los angulos de incidencia, polarizaciones y longitudes de onda.
El termino "difusividad” denota la parte de luz convertida en luz difusa despues de 1 reflexion. El angulo de difusividad denota la desviacion maxima de la reflexion especular de dicha luz difusa. En algunas capas reflectantes, la reflexion difusa ocurre en todas las direcciones; en otras capas, la reflexion difusa se limita a un angulo de difusividad mas pequeno, que puede ser isotropico, o la reflexion difusa puede mostrar una direccion preferente en la que se produce un angulo de difusividad mayor que en otras direcciones. La capa reflectante en el presente canal de transporte de luz preferiblemente muestra una difusividad del intervalo de 0.1 a 10%, por ejemplo, del intervalo de 1 a 6%; lo mas preferiblemente proporcionando al menos 95% de reflexion dirigida y menos de 5% de reflexion difusa. El angulo de difusividad es preferiblemente menor de 15°, especialmente preferido es una difusividad que se produce en la direccion preferente de la extension de la longitud l del canal de luz, por ejemplo, con un angulo de difusividad del rango de 5° a 15°, mientras que el angulo de difusividad para la luz incidente en la direction de la altura h o ancho w del canal de luz es mas pequeno, por ejemplo, 0 a 5 grados.
Ventajosamente, la capa reflectante usada en el presente canal de transporte de luz proporciona reflectividad con bajo cambio de color. Los materiales preferidos para dicha capa muestran un Indice de Fidelidad Rf de 90 o mas, y un Indice de Rango Rg del rango de 95 a 105 (valores que se determinaran de acuerdo con IES TM-30-15 [emitido en 2015]; Rf caracteriza el cambio de color promedio del 99 CES para caracterizar el nivel general de similitud entre la fuente de prueba y el iluminante de referencia con valores que varlan de 0 a 100; un puntaje neutral para Rg es 100, con valores mayores que 100 que indican un aumento en la saturation y valores de menos de 100 indican una disminucion en la saturacion, ver Departamento de Energla de los EE. UU., Evaluating Color Rendition Using IES TM-30-15, documento No. PNNL-SA-114005 de octubre de 2015).
La placa frontal transparente del presente sistema puede integrarse como un elemento de fachada sin sobresalir, convirtiendose as! en parte de la envolvente del edificio tanto funcional como esteticamente, tlpicamente como parte de una fachada de vidrio o como una luz prestada por encima de la ventana de la habitation. 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 1a) generalmente puede disponerse paralelo a la fachada. La placa frontal transparente tlpicamente es un elemento de fachada transparente, que no contiene ningun elemento adicional de redirection de luz. Por
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ejemplo, la placa frontal transparente puede ser una ventana con acristalamiento simple, doble o triple estandar.
En general, el presente sistema, su placa frontal y elemento de fachada unido al extremo delantero del canal, no incluye ningun colector de luz o elemento de redireccion de luz, o lamina de vidrio con pellcula u hoja que comprende un elemento de redireccion de luz unido a el, como parte de la placa frontal o elemento de fachada.
El presente canal de transporte de luz esta equipado, con su abertura frontal, con el elemento de fachada transparente o translucida desde el interior del edificio, preservando asl las propiedades de gestion del calor de la envolvente del edificio y el aspecto estetico 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 en su abertura frontal, que puede sellarse mediante una lamina transparente separada tal como una lamina de pollmero o una lamina de vidrio.
El canal de transporte de luz (Fig. 1a o 1b, previsto para extenderse con su longitud l en el interior del edificio) generalmente forma un angulo de 45° o mas con la superficie exterior del elemento de fachada (en la Fig. 1a 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 l es de aproximadamente 90°, realizando asl un posicionamiento aproximadamente horizontal. La altura y el ancho del elemento de fachada pueden tener aproximadamente la misma dimension que la altura y el ancho del canal de transporte de luz, como se ilustra en la figura 1a y 1b, o puede ser mas grande, como se representa en las figuras 2, 3 y 4.
El espesor d del elemento de fachada (800) puede variar de 10 a 1000 mm, por ejemplo, de 15 a 250 mm, preferiblemente de 1 cm a 20 cm, mas preferiblemente de 2 cm a 15 cm.
De acuerdo con una realization de ejemplo de la presente invention, el presente sistema de iluminacion diurna comprende al menos una pellcula de pollmero, por ejemplo, un recubrimiento o pellcula laminada a al menos una lamina de vidrio de la placa frontal transparente o elemento de fachada (en lo sucesivo tambien denominado panel transparente), para controlar sus propiedades de reflexion y transmision. Por ejemplo, cualquiera de los paneles transparentes puede comprender al menos un revestimiento o pellcula laminada a el para controlar sus propiedades de reflexion y transmision. Puede, por ejemplo, comprenda 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
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recubrimiento o pellcula de reflexion UV, y/o un revestimiento o pellcula absorbente de IR, y/o un recubrimiento o pellcula absorbente de UV. Tambien puede comprender un revestimiento 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 el espectro de luz que se transmite al edificio. Preferiblemente, el espectro de luz visible de 400 a 700 nm se transmite a traves del recubrimiento o pellcula. Al menos una 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 parte de la radiacion UV-A pase a traves de la placa frontal hacia el interior del edificio, donde puede inducir la bioslntesis de vitamina A en la piel de los seres humanos.
El presente sistema puede as! integrarse en un elemento de fachada para ser utilizado en una construction. El sistema puede construirse preferiblemente en forma de un sistema modular que puede integrarse en la fachada.
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 o hogares de ancianos.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invention, se presenta un edificio que comprende una iluminacion de luz diurna como se describe aqul y una envoltura con una fachada en la que la placa frontal presente del canal de luz esta integrada como elemento de fachada.
El sistema de iluminacion natural comprende al menos un conducto revestido de espejo para transportar la luz del dla desde la placa frontal hasta 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 usar cualquier reflector adecuado en conductos de luz revestidos de espejo, que incluyen, por ejemplo, metales o aleaciones metalicas, pellculas recubiertas de metal o de aleacion de metal, apilamientos de pellcula dielectrica organica o inorganica, o una combination 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 de 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.
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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 (incluida la reflectancia difusa) del 96.5% o mas, preferiblemente del 97% o mas, mas preferiblemente del 97.5% o mas, y especialmente del 98% o mas.
La invencion se refiere ademas al uso de una pellcula reflectante que proporciona una reflectividad, promediada sobre todos los angulos de incidencia, polarizaciones y longitudes de onda del intervalo visible, del 96.5% o mas, preferiblemente del 97% o mas, y especialmente del 97.5% o mas, para revestir las paredes interiores del tubo (801) de transporte de luz que tiene una longitud de 5 a 20, especialmente de 6 a 12 metros, obteniendo asl el conducto revestido de espejo descrito a continuation con mas detalle, y que es adecuado para la integration horizontal en un edificio. Se prefiere tal uso, donde la pellcula reflectante comprende una capa de plata reflectante o una multitud de capas de pollmero, y el tubo de transporte de luz tiene un ancho del rango de 0.1 m a 2 m, mas preferiblemente de 0.2 m a 1 m, y una altura del rango de 0.05 m a 1 m, preferiblemente de 0.1 a 0.75 m.
Cuando se utilice una pellcula optica multicapa en cualquier dispositivo optico, se entendera que puede laminarse a un soporte (que puede ser transparente, opaco, reflectante o cualquier combination 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 section transversal rectangular o circular. El conducto revestido de espejo tambien puede tener un area de seccion transversal triangular o pentagonal o hexagonal o similar. De especial interes tecnico es un conducto revestido de espejo, cuyo extremo posterior esta inclinado, por ejemplo, en 45° hacia abajo, o redondeado (por ejemplo, en una forma parabolica lineal), formando asl una luz que dirige el espejo hacia una o mas luminarias, como se describe adelante para los elementos de desacoplamiento.
El conducto revestido de espejo se utiliza para transportar la luz del dla desde el interior del edificio al 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 asl una longitud de 1 m a 40 m, preferiblemente de 2 m a 20 m, mas preferiblemente de 4 m a 16 m. De especial interes tecnico es un conducto revestido de espejo (tubo de transporte de luz 801) que tiene una longitud de 5 a 20 metros, especialmente de 6 a 12 metros.
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El conducto revestido de espejo puede estar conectado horizontalmente al techo de una habitation. Es preferible que sea parte de un techo suspendido. Alternativamente, el conducto revestido de espejo tambien se puede unir abiertamente al techo. El conducto revestido de espejo puede pasar a traves de aberturas en paredes transversales y asl conectar varias habitaciones dentro del mismo piso.
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 aproximadamente 0.3 m a 0.9 m. La altura h del conducto esta tlpicamente 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. De especial interes tecnico es un sistema cuyo conducto revestido de espejo tiene una forma rectangular cuya anchura w es de aproximadamente 0.9 m y cuya altura h es de aproximadamente 0.3 m.
En otra realization preferida, el conducto revestido de espejo, por ejemplo, que comprende paredes izquierda y derecha y lados inferior y superior en el caso del conducto rectangular preferido, puede tener un area de section transversal no constante en la parte situada cerca de la fachada, es decir, el area de la seccion transversal puede estrecharse sobre una distancia de hasta 2 m de la fachada, 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 puede estar estrechando 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° desde 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 la seccion transversal del conducto revestido de espejo se puede reducir asl en un 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 luminoso a traves de la seccion transversal reducida. La reduction del area de la seccion transversal da como resultado un menor coste 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 la fachada hasta el 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.
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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 solo para una zona de fuego.
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 homogenizar la luz puede unirse al elemento que regula la intensidad de la luz transportada, o puede unirse independientemente del elemento que regula la intensidad de la luz.
El conducto revestido de espejo puede comprender al menos una fuente de luz artificial unida 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 diurna para la iluminacion de la habitation. La fuente de luz artificial se puede unir dentro o fuera del tubo de luz. Cuando se coloca en el interior, la luminaria que define la distribution 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 regulacion 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, comprender un sensor de ocupacion, un sensor fotometrico, un sensor de iluminancia, un sensor de irradiation y/o un sensor de formation de imagenes. El elemento sensor puede analizar la composition espectral de la luz. El al menos un elemento sensor puede estar conectado de manera
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inalambrica al sistema de regulation. El al menos un elemento sensor tambien puede controlar la fuente de luz artificial adicional.
Los conductos de luz pueden construirse preferiblemente en forma de un sistema modular que comienza en el elemento de fachada y puede integrarse en el techo o techo suspendido de un piso extendiendose asl a la profundidad del edificio con modulos apropiados seleccionados segun las necesidades especlficas de cada habitation que se va 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 la placa frontal o elemento de fachada previsto como la section de union de canales, y en los extremos abiertos de los modulos de conductos de luz que permiten ensamblar facilmente el sistema completo desde modulos individuales.
En lo siguiente se proporcionan detalles y realizaciones relacionadas con el elemento de distribution de luz. En el contexto de la presente invention, el termino elemento de distribution de luz se usa de forma intercambiable con la luminaria o elemento de luminaria.
En el interior del edificio, la luz del dla se acopla desde el conducto revestido de espejo a traves de secciones de luminarias y se distribuye en las salas para la iluminacion de la habitation.
Las secciones de la luminaria pueden interrumpir el conducto revestido de espejo en el lado(s) del conducto dirigido hacia el interior de la habitation. 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 habitation.
Las secciones de luminaria generalmente comprenden un area del conducto revestido de espejo que es al menos parcialmente transparente para la luz del dla, es decir, el espejo reflectante especular no esta cubriendo el interior del conducto en absoluto o esta interrumpido en la section de la luminaria. La section 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 habitation. La placa transparente puede ser una placa plana o puede ser una estructura 3D que se extiende desde el conducto revestido de espejo o en el conducto de luz del espejo. La estructura 3D puede tener cualquier forma geometrica, que
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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 la luminaria se puede encontrar un elemento de acoplamiento que redirige la luz hacia la habitation 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 p. ej. 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 de homogeneizacion (o mezcla) de luz.
El al menos un elemento de luminaria puede comprender elementos opticos de control de luz (o direction) unidos 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 superficie de estructura regular o irregularmente, o pellculas micro-opticas.
La al menos una luminaria puede comprender una combination de un elemento de redireccion de luz y un elemento de direccion de luz unido a ella. Preferiblemente, la combinacion de un elemento de redireccion de luz y un elemento de direccion de luz unido a ella comprende dos pellculas microopticas, es decir, una pellcula de redireccion y una pellcula de direccion.
Al menos en la luminaria tambien puede comprender una combinacion de lo anterior con una parte clara y transparente para preservar la direccionalidad de la luz solar y permitir parches de luz en el espacio iluminado, que se mueven con la position cambiante del sol. Tales parches de luz moviles proporcionan una conexion con el exterior para el usuario y agregan una caracterlstica estetica. La parte transparente no afecta la direccion o difusividad de la luz en el tubo de luz. Esta combinacion se puede realizar por la presencia de parches claros cuadrados, redondos o de otra forma en la luminaria. La fraction superficial total del area despejada de la luminaria puede ser aproximadamente 1/50, mas preferiblemente aproximadamente una decima. Esta combinacion tambien puede alcanzarse mediante una combinacion de luminarias, algunas son claras, otras no.
En una realization preferida, el elemento de luminaria puede incluir una pellcula de direccion que tiene una pluralidad de crestas adyacentes a la pellcula de redireccion y opuesta a la superficie de salida de luz, cada reborde paralelo al eje longitudinal y dispuesto para refractar un rayo de luz
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incidente de la pellcula redirigida. 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 seccion transversal de conducto de luz. Las pellculas redirigidas, las pellculas de direccion y la pluralidad de configuraciones vaclas 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 description se incorpora aqul. 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 seccion a lo largo de toda la longitud del conducto revestido de espejo o en el extremo de la seccion 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 envolvente del edificio.
Para conductos de luz de forma rectangular, la seccion 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 conductos de forma circular, la seccion 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 seccion de luminaria seleccionada dependiendo de las necesidades especlficas de cada habitation que se va a iluminar. El conducto de luz puede construirse preferiblemente a partir de elementos de conducto de luz modulares prefabricados individuales que incluyen elementos de conducto de luz que comprenden al menos una seccion de luminaria.
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 direccion de este
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a sur a oeste, mas preferiblemente en una direction que apunta principalmente hacia el sur. En el hemisferio sur, se puede aplicar a una fachada de orientation norte, una fachada de orientation 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 como barcos o trenes, especialmente cuando tales vehlculos comprendan habitaciones interiores sin ventanas o con ventanas demasiado pequenas para proporcionar suficiente iluminacion con luz diurna. 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 del 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 diurna, por ejemplo, cruceros. La presente invention se refiere ademas a un sistema de iluminacion diurna para integration en un vehlculo, el sistema de iluminacion diurna comprende un tubo (801) de transporte de luz para la integracion horizontal en el vehlculo, el tubo de transporte de luz tiene un extremo frontal y un extremo posterior, en el que el extremo posterior esta sellado, las paredes internas que incluyen el extremo posterior estan equipadas con una capa (808) reflectante, y una pared lateral contiene una o mas aberturas, cada una de las cuales esta sellada con una luminaria (807),
caracterizado porque la capa (808) reflectante proporciona una reflectividad, promediada en todos los angulos de incidencia, polarizaciones y longitudes de onda del rango visible, del 96.5% o mas, y el extremo frontal abierto es adecuado para unirse al lado interno de un plano elemento de pared (800) transparente del vehlculo, o el extremo delantero esta sellado a una placa (800) frontal transparente adecuada para la integracion en la pared exterior del vehlculo. El elemento de pared es tlpicamente una ventana o parte de una ventana del vehlculo.
La invencion se refiere ademas a un vehlculo que comprende un sistema de iluminacion diurna como se describio anteriormente, y una pared exterior que comprende un elemento de pared translucido o transparente, al que esta unido el presente canal de transporte de luz en position horizontal aproximadamente, preferiblemente debajo del techo de una o mas habitaciones dentro del vehlculo.
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Estas y otras caracterlsticas de la invention seran evidentes a partir de y se aclararan con referenda a las realizaciones descritas mas adelante.
Description de las realizaciones mostradas en las figuras:
La figura 1a muestra esquematicamente el sistema de iluminacion de la luz del dla presente para la integration en el edificio con una superficie frontal transparente (h x w) segun la presente invencion. El canal de transporte de luz (tubo de luz rectangular) de longitud l, ancho w y altura h (en el ejemplo: h = 0.3 m, w = 0.9 m, l = 11 m) esta sellado desde el interior al elemento de fachada que tiene un ancho de al menos w y una altura de al menos h. El elemento de fachada puede ser una ventana con acristalamiento doble o triple estandar.
La figura 1b proporciona una vista lateral esquematica de un canal de transporte de luz reflejado 801, 808 de longitud l y una section transversal rectangular de altura h con placa delantera transparente 800, cuyo extremo posterior comprende un espejo inclinado 45°, guiando asl la luz entrante hacia la apertura 807 de luminaria.
La figura 2 muestra esquematicamente la vista lateral del presente sistema de iluminacion diurna que comprende un tubo de luz rectangular de altura h con su lado 801 de entrada de luz (lado izquierdo de la figura) unido a la placa 800 frontal transparente, lado 811 posterior (lado derecho de la figura) que contiene una luminaria 807, capa 808 reflectante (llnea discontinua) que cubre las paredes internas del tubo de luz y el extremo posterior; las posibles trayectorias de luz 812 se indican por llneas de puntos (se omite la reflexion en el extremo 813 posterior).
La figura 3 muestra esquematicamente una vista frontal del elemento 700, 705 de fachada que comprende dos secciones al menos parcialmente transparentes con 2 canales 701, 702 de luz unidos al interior. Tlpicamente, la altura (703, 704, A, B) del elemento de fachada es mayor que la altura del canal, en este ejemplo especificado como 0.3 m. Dimensiones especlficas adicionales de una realization ejemplar individual del conjunto se muestran en la figura 3.
La figura 4 muestra una seccion de un edificio con un sistema de iluminacion de luz diurna de acuerdo con la presente invencion. El sistema de iluminacion diurna comprende una placa frontal (como elemento de fachada) 800 y un canal 801 de transporte de luz (tubo 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 la placa 800 frontal hacia la seccion deseada 809 del edificio (por ejemplo, una habitation separada). En la figura 8, el canal de transporte de luz esta realizado como un tubo de
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luz 805 horizontal reflejado. Ademas, se muestra un elemento de distribution de luz 807 en forma de luminaria de luz diurna. El edificio de la figura 8 tambien comprende una ventana 802, varias paredes 806, marco 803 y el piso 804.
La figura 5 muestra la section transversal (vista lateral) de los canales de luz prototipo del ejemplo 3 revestidos con pellcula de alta reflexion (no mostrada en la figura); 800 denota la unidad de vidrio aislante de la fachada (lado frontal, lamina de vidrio de 4 mm, espacio de aire de 12 mm, lamina de vidrio de 4 mm); 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.
Abreviaturas utilizadas en la especificacion o reivindicaciones:
PMMA
pollmero acrllico Polimetilmetacrilato
PET
poliester tereftalato de polietileno
PVB
pollmero Polivinilbutiral
LED
diodo emisor de luz
Ejemplo 1: Modelo de canal
Un canal de luz modelo rectangular en escala 1:10 con vidrio transparente como placa frontal y parte posterior abierta es de 3 cm de altura, 9 cm de ancho y 110 cm de longitud. Este sistema modelo tiene las mismas propiedades opticas, incluido el flujo de luz en la parte posterior, ya que el mismo sistema aumento a una altura de 30 cm, un ancho de 90 cm y una longitud de 11 m, o dicho sistema (como se muestra en la Fig. 1b) equipado con un espejo de 45° en la parte posterior que dirige la luz hacia la abertura/luminaria insertada de forma rectangular a la placa frontal en la parte inferior del canal de luz. Los siguientes materiales se utilizan como capa 808 reflectante que cubre las paredes internas del canal, incluida la parte posterior (cuando corresponda):
MIRO-SILVER® 27 («M27», fabricado por Alanod, Ennepetal, Alemania) comprende una capa de plata adherida a un material base de aluminio y cubierta por capas de oxido que mejoran la reflexion (datos del fabricante: difusividad <6%; reflectividad 98% o mas).
Pellcula reflectante multicapa comercial («3M»; fabricada por 3M).
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3M Specular Film DF2000MA («DF2000MA»; fabricado por 3M) comprende una pellcula de pollmero multicapa sin metal (datos del fabricante: reflectividad >99% y color reflejado/desplazamiento de CIE en u, v menor o igual a 0.002 [ASTM E1164/E108])
La fuente de luz es la luz solar artificial (sistema de iluminacion LED) como describen Darula Stanislav y otros, Applied Mechanics and Materials 861, 469 (2017).
Con fines comparativos, el flujo luminoso se calcula suponiendo una reflexion especular en las paredes internas con una reflectividad del 97% en todos los angulos de incidencia en el mismo canal de luz.
El flujo luminoso se determina en la parte posterior del canal modelo; los resultados se compilan en la Tabla 1.
Tabla. 1: Flujo de luz (en% de la luz entrante) en el extremo del canal, dependiendo del angulo de incidencia
Angulo del sol
Calculado M27 3M DF2000MA
(comparacion) % % % %
o o
4.8 11 35 47
cn o o
26.3 32 53 68
35°
45.9 46 70 72
o o CO
52.8 54 68 79
20°
65.9 63 76 82
El transporte de luz en el canal es sorprendentemente eficiente incluso a altos angulos de sol.
Ejemplo 2: Flujo de luz promedio (horas de oficina) en diferentes latitudes
El flujo de luz promedio en la parte posterior (l = 11 m) de un canal de luz horizontal orientado hacia el sur de h = 0.3 m y w = 0.9 m como se muestra en la Fig. 1 b, durante el horario de oficina estandar entre 8 am y 5 pm se calcula para condiciones del cielo encontradas en Frankfurt a.M. (35% horas de sol), Madrid y Abu Dhabi (segun datos climaticos publicos:
https://energyplus.net/weather).
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Para la simulacion, se usa una herramienta de trazado de rayos (LightTools 8.5, Grupo de soluciones opticas Synopsis, Pasadena, EE. UU.) Para caracterizar el sistema, suponiendo una reflectividad del 97% en todos los angulos de incidencia. La transmitancia del sistema se caracteriza por cada angulo entrante del hemisferio con una resolucion de 1° en elevacion y 2° en acimut. La transmision se calcula entre el extremo frontal del conducto y el extremo posterior del conducto. Este vector de transmitancia se multiplica por la luminancia disponible y el angulo solido para cada direccion en cada etapa 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 irradiacion 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 esta manera, se calcula el flujo de luz por hora al final del sistema.
La Tabla 2 recopila los resultados (en el 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).
Tabla. 2: Flujo de luz promedio (lm) y flujo luminoso mlnimo (lm) despues de 11 m de longitud de transporte
Frankfurt Madrid Abu Dhabi
Promedio
4300 5900 6000
Mlnimo
3450 5050 4850
Ejemplo 3: Prototipo a escala real
Para validar aun mas los resultados de la simulacion del ejemplo 2, 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 estan pintadas de blanco y amuebladas con una mesa y sillas. Los tubos tienen una seccion transversal rectangular con una dimension interior de 29 cm de altura 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 lamina reflectante DF200MA de 3M y una con una lamina 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 compensadas por 14.5 cm con respecto al techo. La distancia de 14.5 cm entre el techo de la habitacion y la abertura del tubo en cada caso esta equipada con una lamina reflectante. Las aberturas de cada tubo en la primera habitacion (Fig. 14b)
tienen un tamano de 30 x 80 cm, comenzando a 8 m de la fachada, y en la segunda oficina (Fig. 14a) 29 x 83 cm y ubicadas a 11.1 m de la fachada, en el extremo del tubo (longitud corta de la abertura en la direccion 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 (consulte la Fig.
5 5). 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 frente, lado de la fachada, estan equipadas con un plexiglass simple y luego con un doble acristalamiento (4-12-4). Las mediciones de campo se realizan en Austria con fachada orientada al sur. Las fotos de la primera habitacion tomadas en horarios fijos el 21 de septiembre 10 de 2017 se evaluan para cuantificar la intensidad de la luz en el lugar de trabajo; los resultados se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3: Iluminancia en el escritorio de la oficina en la habitacion principal derivado de la iluminancia; medicion realizada el 9/21/2017.
Hora del dla
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00
15 Iluminancia (lux)
313 766 1045 832 785

Claims (13)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de iluminacion diurna que comprende un tubo (801) de transporte de luz para integration horizontal en un edificio o vehiculo, el tubo de transporte de luz tiene un extremo delantero y un extremo posterior, en el que el extremo trasero esta sellado, las paredes interiores incluyen la parte posterior el extremo esta equipado con una capa (808) reflectante, y una pared lateral contiene una o mas aberturas, cada una de las cuales esta sellada con una luminaria (807),
    caracterizado porque la capa (808) reflectante proporciona una reflectividad, promediada en todos los angulos de incidencia, polarizaciones y longitudes de onda del rango visible, del 96.5% o mas, y el extremo frontal abierto es adecuado para unirse al lado interno de un plano elemento (800) de fachada transparente del edificio o elemento de pared del vehiculo, o el extremo frontal esta sellado a una placa (800) frontal transparente adecuada para su integration en la fachada del edificio o la pared del vehiculo.
  2. 2. Sistema de iluminacion diurna segun la revindication 1 que comprende un tubo (801) de transporte de luz para integration horizontal en un edificio, el tubo de transporte de luz tiene un extremo frontal y un extremo posterior, en el que el extremo posterior esta sellado, incluyendo las paredes internas el extremo posterior esta equipado con una capa (808) reflectante, y una pared lateral contiene una o mas aberturas, cada una de las cuales esta sellada con una luminaria (807),
    caracterizado porque la capa (808) reflectante proporciona una reflectividad, promediada en todos los angulos de incidencia, polarizaciones y longitudes de onda del rango visible, del 96,5% o mas, y el extremo frontal abierto es adecuado para unirse al lado interno de un plano elemento (800) de fachada transparente del edificio, o el extremo frontal esta sellado a una placa (800) frontal transparente adecuada para su integration en la fachada del edificio.
  3. 3. Sistema de iluminacion diurna segun la revindication 1 o 2, en el que el extremo frontal y una o mas aberturas selladas con una luminaria (807) en el tubo (801) de transporte de luz estan dispuestas de forma tal que el area de la seccion transversal del frente un extremo adecuado para sellar, o sellado, a la placa frontal (800), y el area de la section transversal de una o mas aberturas selladas con una luminaria (807) forma aproximadamente un angulo recto.
  4. 4. Sistema de iluminacion diurna segun la revindication 1 o 2 o 3, en el que la capa (808) reflectante proporciona una reflectividad, promediada sobre todos los angulos de incidencia, polarizaciones y longitudes de onda del intervalo visible, del 97% o mas, especialmente 97,5% o mas, mas espetificamente 98% o mas.
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  5. 5. Sistema de iluminacion diurna segun la reivindicacion 1,2, 3 o 4, en el que las paredes interiores de guia de luz del tubo (801) de transporte de luz estan cubiertas por una capa reflectante de plata o aluminio o una pelicula de polimero multicapa reflectante, que proporciona al menos Reflexion dirigida al 95% y menos de 5% de reflexion difusa.
  6. 6. Sistema de iluminacion diurna de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la capa reflectante utilizada en el presente tubo de transporte de luz proporciona reflectividad con un desplazamiento de color bajo caracterizado por un mdice de fidelidad Rf de 90 o mas, y un mdice de gamma Rg de la gama 95 a 105 de acuerdo con IES TM-30-15.
  7. 7. Sistema de iluminacion diurna de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en el que el elemento (800) de fachada transparente comprende una unidad de acristalamiento aislante que contiene al menos 2 laminas de vidrio paralelas y al menos una pelmula de polimero, donde el espesor total del elemento (800) de fachada preferiblemente es del rango de 10 a 1000 mm, especialmente de 15 a 250 mm.
  8. 8. Sistema de iluminacion diurna de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la seccion transversal del tubo (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 de transporte de luz (801) es del orden de 500 a 2000 cm, especialmente de aproximadamente 600 a 1200 cm.
  9. 9. Sistema de iluminacion diurna de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la seccion transversal del tubo (801) de transporte de luz es rectangular o circular o triangular o pentagonal o hexagonal, y cuyo extremo posterior preferiblemente esta inclinado hacia abajo.
  10. 10. Sistema de iluminacion diurna de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el tubo (801) de transporte de luz tiene una seccion transversal rectangular, y preferiblemente una altura de aproximadamente 30 cm y una anchura de aproximadamente 90 cm.
  11. 11. Sistema de iluminacion diurna de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende un tubo de transporte de luz, cuyas paredes interiores estan equipadas con una capa reflectante, y una pared inferior que contiene una o mas luminarias, esencialmente como se representa en la Figura 1a, 1b, 2 o 4.
  12. 12. Sistema de iluminacion diurna de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende ademas una fuente de luz artificial, preferiblemente una fuente de luz LED.
  13. 13. Edificio o vehlcuio que comprende
    un sistema de iiuminacion de iuz diurna de acuerdo con cuaiquiera de ias reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque
    la envoivente del edificio con su fachada comprende el tubo (801) de transporte de iuz integrado 5 como elemento de fachada, o
    la pared exterior del vehlcuio comprende un elemento de pared transiucido o transparente, ai que se acopia el extremo deiantero del canal de transporte de iuz presente en un posicionamiento horizontal y su extremo posterior se extiende hacia el interior del vehlcuio
    imagen1
    imagen2
    5
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