ES2264975T3 - Procedimiento y dispositivo para el calentamiento y enfriamiento de edificios. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la regulación eficaz energéticamente de la temperatura y la ventilación en una o varias unidades de ventilación (1) de edificios, donde se utilizan una o varias bombas de calor (4, 33) para intercambiar energía térmica entre el aire exterior y un medio fluido portador de calor del interior, donde el calentamiento y/o enfriamiento de cada unidad de ventilación (1) se lleva a cabo mediante la distribución del fluido portador de calor del interior en cada unidad de ventilación (1), caracterizado por el hecho de que - las variaciones naturales a corto plazo de la temperatura exterior debidas a pasos previstos de sistemas meteorológicos tomando como base previsiones meteorológicas y las variaciones día/noche se utilizan para dar a la una o varias bombas de calor (4, 33) condiciones optimizadas, de modo que la una o varias bombas de calor (4, 33) están encendidas solamente para extraer calor exterior, que se suministra al medio fluido portador y distribuidor de calor del interior, en los periodos templados/cálidos relativos en el caso de que el/los edificio/s se caliente/n, o solamente en los periodos frescos/fríos relativos para enfriar el medio fluido portador y distribuidor de calor, a fin de eliminar calor interior en el caso de que el/los edificio/s se enfríe/n, y - la energía térmica intercambiada con el aire exterior, basada en el microclima del/de los edificio/s, el aporte/recepción de energía de cada unidad de ventilación (1) y la suma de los mismos para todas las unidades (1), y el grado de llenado de un almacenamiento térmico (11), se utiliza parcialmente para cubrir la demanda real de calentamiento o enfriamiento de la/s unidad/es de ventilación (1), y la parte restante de la energía térmica se envía a un acumulador térmico, para cubrir la demanda de calentamiento o enfriamiento de la/s unidad/es de ventilación (1) durante la/s siguiente/s etapa/s en las que las condiciones meteorológicas naturales son menos favorables para el intercambio de energíatérmica del aire exterior mediante el uso de bombas de calor (4, 33).
Description
Procedimiento y dispositivo para el
calentamiento y enfriamiento de edificios.
Esta invención se refiere a un procedimiento y a
un aparato para calentar y enfriar edificios y casas
(climatización), en el que un acumulador térmico típico de
5-15 días está integrado con las bombas de calor y
con la ventilación para funcionar en una sinergia particularmente
optimizada.
Amplias zonas geográficas en el mundo tienen un
clima que normalmente va desde un periodo cálido en el verano a un
periodo frío en el invierno, a través de un cambio estacional. Esta
variación estacional depende naturalmente en gran medida de la
topografía local, ya sea un clima continental o costero, y de la
latitud en cuestión, aunque normalmente siempre será necesario
utilizar medios de refrigeración durante la estación caliente y
medios de calefacción durante la estación fría, a fin de mantener
una temperatura interior confortable de 20ºC a 22ºC. Por ejemplo,
en Noruega, las temperaturas medias pueden variar de -5ºC a +20ºC a
lo largo de un año, mientras que en los países mediterráneos y en
amplias zonas de los Estados Unidos pueden verse temperaturas
medias usuales que van de los 0ºC en invierno a +30ºC en verano. Por
lo tanto, independientemente de que se tenga un clima cálido o
frío, se necesita una cantidad sustancial de energía para mantener
una temperatura confortable en edificios/casas.
Para Noruega, que tiene un clima relativamente
frío y donde prácticamente no se utiliza el aire acondicionado, se
ha estimado que el 71% del consumo de energía en casas de residencia
se gasta en calefacción y en producir agua caliente. Este dato es
algo inferior para edificios comerciales, debido a la mayor demanda
de energía eléctrica para hacer funcionar la maquinaria técnica. El
consumo total de energía para la calefacción de casas y edificios
comerciales está estimado en 42.5 TWh/año. Per cápita, esta cantidad
es de aproximadamente 10 MWh/año para calefacción, siendo
aproximadamente 2/3 energía hidroeléctrica. A pesar de que hay unas
variaciones considerables en los patrones de consumo en las
distintas zonas del mundo, resulta evidente partiendo de estos datos
que en el mundo se gasta una cantidad enorme de energía para
calentar/enfriar casas y edificios, y que existe un enorme
potencial de ahorro de energía en este sector.
Se conoce que las bombas de calor son una
herramienta muy eficaz para extraer energía calorífica desde una
fuente de baja temperatura y depositar el calor en un área de
temperatura relativamente alta. En términos generales, puede
decirse que una bomba de calor trabaja como un refrigerador
invertido, y puede suministrar normalmente 3-4
veces más calor que la energía de entrada requerida para llevar a
cabo el proceso. Es decir, mientras que los sistemas de calefacción
directa, como la calefacción por gas, la combustión de madera, la
calefacción eléctrica, etc. tienen un límite superior teórico del
100% de eficiencia, y la eficiencia práctica está bastante por
debajo de este límite, las bombas de calor disponibles
comercialmente normalmente tienen niveles de eficiencia del orden
del 300% al 400%. Por lo tanto, mediante el uso de bombas de calor
disponibles industrialmente, la reducción en el consumo de energía
para calentar/enfriar edificios puede de este modo llegar al
70-80%.
Hay varios tipos de bombas de calor conocidos,
que normalmente pueden caracterizarse según el medio del que
obtienen y al que suministran el calor extraído. Para edificios y
casas, el calor normalmente se suministrará a un medio que sea
capaz de distribuir el calor en el edificio, que en la práctica es
agua o aire que posteriormente se hace circular por el edificio.
Para la fuente de calor de las bombas de calor, existe el convenio
general de que la fuente de calor debería tener una temperatura lo
más alta posible, y preferiblemente ser relativamente estable a lo
largo del año. Esto conduce al uso de fuentes de calor tales como un
medio fluido que se hace circular por orificios profundos
practicados en el lecho de roca, en tubos enterrados en el suelo, en
tubos sumergidos en agua fresca, ríos, agua de mar, etc.
No obstante, existen varios problemas asociados
con esta realización. La roca y el suelo tienen una conductividad
térmica muy baja, por lo que la roca o el suelo necesitan una
cantidad de tiempo sustancial para reemplazar el calor extraído por
el medio fluido. De este modo, se deben emplear bucles largos y/o
orificios practicados a fin de obtener un acumulador térmico
suficientemente grande como para permitir extracciones de calor a
largo plazo sin un enfriamiento extensivo de la fuente de calor.
Como consecuencia, los costes de inversión resultan en ocasiones
prohibitivos para este tipo de extracción de calor. El problema con
la reducida capacidad de extracción de los acumuladores térmicos
puede resolverse mediante el uso de agua abierta como fuente de
calor. Pueden extraerse grandes cantidades de calor del agua con
volúmenes relativamente reducidos (bucles de extracción cortos)
debido a la elevada capacidad de calor específico del agua y a la
oportunidad de reemplazar el calor extraído por convección. Además,
el agua tiene una temperatura alta beneficiosa y estable de 4ºC en
profundidades moderadas. De este modo, el agua es en muchos aspectos
una fuente de calor ideal. No obstante, existen problemas con la
corrosión y la obstrucción, especialmente con agua de mar, y esta
solución está estrictamente restringida a edificios y casas que
estén cerca del agua abierta (dentro de los 100 m). La mayor parte
de los edificios y casas están situados fuera de este espacio.
Otro intento para reducir los elevados costes de
inversión para las bombas de calor consiste en extraer calor del
aire abierto y transferir este calor al agua o al aire que se
distribuye por el interior de los edificios/casas. Estas bombas de
calor pueden estar instaladas directamente en las paredes de las
casas existentes, y proporcionar un punto de suministro de calor en
la forma de aire caliente. Estas soluciones tienen un precio muy
competitivo, pero tienen un inconveniente principal, que consiste en
que pierden su eficacia significativamente cuando la demanda de
calor es mayor. Es decir, pierden gran parte de su eficacia en la
extracción de calor beneficiosa cuando la temperatura del aire
abierto baja (por debajo de 0ºC). Además, dichas soluciones han
presentado problemas serios de congelación de superficies del
intercambiador de calor cuando la temperatura del aire abierto ha
descendido por debajo de +2ºC. Por lo tanto, se considera que esta
solución solamente es adecuada para climas costeros, en los que la
temperatura raramente desciende de los 0ºC.
Otro intento para reducir el consumo de energía
para calentar o enfriar edificios consiste en emplear las
variaciones de temperatura estacionales naturales para acumular
almacenamientos térmicos suficientemente grandes, que se utilizarán
en la siguiente estación para calentar o enfriar el edificio. Un
ejemplo de dicha tecnología es el documento SE 425 576. Por
ejemplo, el calor resultante de la radiación solar puede utilizarse
ventajosamente para calentar edificios, y puede eliminar la
necesidad de sistemas de calefacción que consumen energía. Esta
forma de obtención de calor solar pasiva se lleva a cabo mediante la
arquitectura del edificio, diseñando el edificio para optimizar la
absorción de rayos solares en los ciclos anual y diario. Es decir,
el calor se acumula al permitir que los rayos solares incidentes
vayan a parar a una masa térmica grande (normalmente paredes o
suelo en el interior del edificio), o se concentra mediante varias
formas de colectores de calor, y se acumula de manera similar. Se
obtiene un mayor o un menor calentamiento variando la cantidad de
sombra respecto a luz del sol. La acumulación de calor permite que
pueda almacenarse y utilizarse posteriormente cuando sea necesario.
Sin embargo, en los climas fríos la radiación solar disponible es
menor que en los climas más cálidos, mientras que la necesidad de
calor es mayor. Como consecuencia, los acumuladores térmicos deben
ser muy grandes a fin de contener suficiente calor para un invierno
largo y frío, y también se requiere de un aislamiento térmico
extensivo para preservar el calor por largos periodos (varios
meses). De este modo, esta solución también conlleva costes
prohibitivos, y no ha encontrado un uso general.
El documento
SE-A-425576 es representativo
respecto a las características del preámbulo de las reivindicaciones
1 y 8.
El objetivo de esta invención es proporcionar un
procedimiento y un aparato para calentar y enfriar edificios y
casas que resuelva los problemas descritos anteriormente.
Este objetivo se alcanza mediante las
características de las etapas del procedimiento de la parte
caracterizadora de las reivindicaciones 1 o 8.
Los objetivos de esta invención pueden
alcanzarse explotando las características propias de las variaciones
de temperatura naturales del clima exterior. La temperatura
exterior seguirá en muchas zonas tres patrones típicos de variación
natural; día/noche, paso de sistemas meteorológicos, y cambios
estacionales. Un ejemplo de dichas variaciones naturales se ilustra
en la figura 1, que da la temperatura media diaria del aire en la
primera mitad de 1999 en la ciudad de Oslo, Noruega. Se dan las
variaciones de temperatura debidas al paso de sistemas
meteorológicos que ocurren normalmente durante 1-15
días, y la variación día/noche que es de interés, ya que pueden
utilizarse para extraer calor de edificios calientes en periodos
relativamente templados/cálidos, o viceversa, para descargar calor
a edificios fríos en periodos relativamente frescos/fríos, y
posteriormente acumular dicho calor/frío en acumuladores térmicos
con un tamaño moderado y con un aislamiento térmico moderado.
Por lo tanto, en el caso de calentar
edificios/casas en un clima frío, se obtiene una sinergia
beneficiosa especial mediante el empleo de una bomba de calor que
extrae calor del aire exterior durante dichos periodos
relativamente cálidos, y posteriormente se almacena este calor en un
acumulador térmico con un tamaño moderado y con un aislamiento
térmico moderado, que tiene capacidad para almacenar
5-15 días de consumo de calor. Dicho sistema
evitará las desventajas de las bombas de calor
aire-aire convencionales, ya que el funcionamiento
de la bomba de calor solamente en periodos relativamente cálidos
asegura unas condiciones de trabajo óptimas, obteniéndose una
máxima eficacia en la extracción de calor. Por tanto, se asegura en
todos los climas un potencial pleno de la tecnología de bomba de
calor beneficiosa, y al mismo tiempo se minimiza el riesgo de
interrupciones de producción debidas a la formación de hielo en los
ventiladores, ya que los periodos cálidos darán temperaturas del
aire exterior por encima de 0ºC, o al menos unos pocos grados menos.
En el caso de la refrigeración de edificios/casas en un periodo
cálido, la situación es inversa. Ahora son los periodos
relativamente fríos debidos al paso de sistemas meteorológicos y/o
de noche los que se utilizan mediante el uso de una bomba de calor
para acumular un suministro de materia fría suficiente en el
acumulador térmico, que se puede aplicar posteriormente para
mantener la temperatura baja en los edificios/casas durante periodos
de tiempo cálido.
A fin de obtener un medio portador de calor para
calentar/enfriar los edificios/casas con una temperatura óptima,
independientemente del grado de llenado del acumulador térmico, es
preferible que el acumulador esté diseñado como uno o varios tubos
que están rellenos con una materia en partículas gruesas, y que la
carga y extracción de calor del acumulador se lleve a cabo
suministrando un medio portador de calor que comprende un fluido a
través del/de los tubo/s. De esta manera, el acumulador térmico
tendrá un extremo caliente y un extremo frío, ya que el calor queda
partido entre la fase fluida y la fase de partícula sólida, según el
principio de funcionamiento de las columnas
gas-cromatográficas. Es decir, mientras se obtenga
sustancialmente un equilibrio térmico entre la materia en
partículas y el fluido portador de calor en un tiempo razonable, la
zona de transición entre la parte fría y la parte caliente en cada
tubo consistirá en una zona estrecha con un gradiente de temperatura
pronunciado y donde la zona fría y la zona caliente tendrán una
temperatura homogénea (aunque por supuesto diferente) (ver figura
3). Por lo tanto, mediante el suministro del medio portador de calor
a través del acumulador térmico en una dirección o en otra
dirección opuesta, se puede obtener fácilmente un medio caliente o
frío para calentar/enfriar, respectivamente. Además, el grado de
llenado del acumulador se puede medir fácilmente
\hbox{detectando la posición del gradiente de temperatura entre
la zona caliente y la zona fría.}
Una ventaja con este tipo de acumulador térmico
es que es posible reutilizar materiales de construcción como
material en partículas sólidas, reduciendo de este modo la cantidad
de desechos de la industria de la construcción. No obstante, se
puede utilizar todo tipo de materiales en partículas sólidas como
material de relleno en los tubos, siempre que la granulometría de
las partículas sea lo suficientemente limitada para formar espacios
y canales entre las partículas sólidas, y permitir de este modo que
el fluido de medio portador de calor circule a través del material
de relleno en partículas, sin una excesiva pérdida de presión de
fluido. Es decir la distribución del tamaño debe ser lo
suficientemente limitada como para evitar que las partículas más
pequeñas llenen los espacios entre las partículas más grandes. El
acumulador térmico puede estar situado debajo de una zona exterior
contigua (por ejemplo, una zona de aparcamiento) o puede estar
incorporado dentro o debajo de un edificio. Podrá funcionar
horizontal o verticalmente.
Otra ventaja de la invención es que la capacidad
de extracción de calor de la bomba de calor puede reducirse en
comparación con el uso convencional de las bombas de calor, ya que
ya no hay necesidad de asegurar una capacidad de extracción de
calor para cubrir el consumo de calor durante el tiempo más frío
previsto, cuando la eficiencia de extracción de calor de la bomba
de calor también es más reducida. Por lo tanto, se pueden emplear
bombas de calor más pequeñas y más baratas, ya que siempre funcionan
en condiciones óptimas, debido a que la demanda extra de calor
durante los periodos fríos queda cubierta por la extracción de calor
del acumulador térmico. Otra ventaja de la invención es que
mediante el uso de variaciones de clima en un corto plazo relativo,
se pueden emplear acumuladores térmicos de tamaño relativamente
reducido, con medios de aislamiento moderados. Especialmente en
comparación con sistemas en los que se emplean variaciones de
temperatura estacionales. Por lo tanto, los acumuladores térmicos
según la invención serán muy competitivos económicamente en
comparación con los acumuladores convencionales.
Los beneficios de la oportunidad de utilizar
bombas de calor de pequeña escala y acumuladores térmicos pueden
mejorarse conduciendo el aire usado desde las casas/edificios a la
bomba de calor para recuperar la pérdida de calor. Es decir,
utilizando la bomba de calor como un intercambiador de calor para
reutilizar la pérdida de calor, además de la extracción de calor
adicional del aire exterior. Este principio de funcionamiento se
ilustra en la figura 2, y se explicará detalladamente en la
siguiente descripción detallada de la invención.
A fin de optimizar las condiciones de extracción
de calor, y para asegurar que el acumulador térmico tenga un
suministro suficiente de materia en partículas caliente o fría para
cumplir con la demanda de calentamiento o de enfriamiento en los
días próximos, se ha previsto que el sistema incorpore software y
dispositivos de regulación para utilizar las previsiones
meteorológicas para los próximos 5-7 días, a fin de
determinar cuándo debería estar conectada la bomba de calor para
llenar el acumulador térmico. Es decir, el sistema de regulación
incluye detectores que controlan el grado de llenado del acumulador
térmico, las condiciones del tiempo actuales (temperatura), y el
nivel de aporte de calor en el edificio/casa, y emplea esta
información junto con la previsión meteorológica para decidir
cuándo debería activarse la bomba de calor y cuándo se puede cubrir
de forma óptima la demanda de calentamiento/enfriamiento mediante
la materia caliente/fría acumulada en el acumulador térmico. De
este modo, puede reducirse el consumo de energía de los edificios
calentados/enfriados.
Por lo tanto, en suma, la invención proporciona
un procedimiento y un dispositivo para calentar edificios y casas
muy eficaces energéticamente y viables económicamente, lo que en
principio es análogo a la solución de motores híbridos eficaces
energéticamente para automóviles, donde un motor de combustión
pequeño está funcionando constantemente con una eficacia
optimizada, para la producción de energía eléctrica justo por encima
de la energía media necesaria para la propulsión del automóvil, y
donde la electricidad excedente se almacena en baterías para ser
utilizada por motores de propulsión eléctricos durante periodos de
carga extra. El procedimiento puede aplicarse en cualquier tipo de
edificio o casa, tales como edificios de apartamentos, edificios
comerciales, edificios de oficinas, almacenes, etc., y puede
adaptarse para calentar/enfriar una o varias habitaciones o zonas
separadas en una o varias casas/edificios. Por simplicidad, cada
zona de calentamiento/enfriamiento se denominará unidad de
ventilación (VU) a partir de este momento.
A continuación se explicará la invención
mediante dibujos y ejemplos de realizaciones preferidas.
La figura 1 muestra un ejemplo típico de cómo la
temperatura media diaria varía a lo largo del año en un clima
continental (ciudad de Oslo), con una variación simultánea del
consumo de energía eléctrica.
La figura 2 muestra una vista esquemática del
principio de funcionamiento de un dispositivo para calentar y/o
enfriar un edificio según la invención.
La figura 3 muestra una vista esquemática de una
realización preferida de un dispositivo para calentar y/o enfriar
un edificio según la invención.
La figura 4 es un diagrama de flujo que muestra
el principio de funcionamiento de un software auxiliar para el
control lógico de la realización preferida mostrada en la figura
3.
El principio de funcionamiento de la invención
se muestra esquemáticamente en la figura 2, donde el número de
referencia 1 indica una serie de unidades de ventilación, el número
2 indica conductos de ventilación para la succión de aire usado
desde cada VU, el número 3 es un conducto que conduce el aire usado
a una bomba de calor 4, el número 5 es una línea de suministro de
aire exterior a la bomba de calor 4, el número 6 es un conducto que
conduce el aire calentado fresco que sale de la bomba de calor hacia
cada VU mediante los conductos 7, y/o hacia el extremo caliente 8
de un acumulador térmico 11. El acumulador térmico también tiene un
extremo frío 10 y una zona de transferencia de calor 9. El número 14
es una segunda toma de aire interior que está conectada mediante un
conducto 12 a unos conductos de ventilación 13 para suministrar aire
frío a cada VU y/o al extremo frío 10 del acumulador 11.
Cada VU recibe aire caliente mediante los
conductos 7, y aire frío mediante los conductos 13, cuando el
dispositivo está en el modo de calentamiento. El aire caliente,
dependiendo de las condiciones del tiempo y el grado de llenado del
acumulador térmico, se suministra mediante la extracción de aire
caliente desde el extremo caliente 8 hacia el conducto 6, siempre y
cuando el grado de llenado del acumulador sea satisfactorio. En
este caso, el aire frío es succionado a través de una entrada 15, y
se envía al extremo frío 10 del acumulador 11. En el caso de que el
acumulador térmico no esté lleno de manera satisfactoria, a fin de
cubrir la demanda de calor prevista en el siguiente periodo, la
bomba de calor se activará y el aire caliente será conducido a los
conductos de ventilación 7 mediante el conducto 6. Un eventual
excedente de aire caliente se dirigirá entonces hacia el extremo
caliente 9 del acumulador 11 para acumular calor. El aire frío que
sale del extremo frío del acumulador térmico 11 se descargará a
través del conducto 12 y la entrada 14.
Generalmente, una bomba
aire-aire tomará aire exterior fresco frío y
extraerá algo de su contenido de calor, y hará pasar este calor a
una corriente de aire separada que se emplea para calentar la VU, de
modo que el aire fresco frío se enfriará y se descargará. Por lo
tanto, una bomba de calor puede cambiar entre hacer aumentar la
temperatura o hacerla disminuir, y conectando esta salida de
descarga para el aire frío al extremo frío del acumulador térmico
(no mostrado en la figura 2), se puede emplear la bomba de calor
para acumular materia fría en el acumulador y/o para enfriar las
unidades de ventilación 1 directamente conduciendo el aire frío
hacia las mismas a través de los conductos 12 y 13. De esta manera,
la solución principal mostrada en la figura 2 también podrá ser
utilizada para enfriar las unidades de ventilación. En este caso, el
aire caliente se descargará a través de una salida en el conducto 6
(no mostrada), y el aire usado se descargara desde una salida en el
conducto 3.
Además, el principio de funcionamiento de la
invención incluye la utilización optimizada de cuatro factores;
- 1.
- el aporte/recepción de energía de cada unidad de ventilación y la suma de los mismos para todas las unidades
- 2.
- el grado de llenado del acumulador térmico
- 3.
- la previsión meteorológica para los próximos 5-7 días
- 4.
- el microclima (clima local) de los edificios/casas individuales
El aporte/recepción de energía es normalmente el
resultado de la temperatura exterior, la hora del día, y el día de
la
semana, y es la suma total de parámetros para la ventilación y la temperatura de las unidades de ventilación individuales. La previsión meteorológica proporciona dos tipos de información; la previsión de las temperaturas exteriores previstas y la previsión del tipo de tiempo previsto (nublado, ventoso, soleado, etc.) para los próximos días. Los parámetros de microclima tales como el aporte/recepción total de energía, la hora del día, el día de la semana, la época del año,
y la temperatura exterior se registran y almacenan para cada unidad de ventilación, a fin de proporcionar una base estadísticamente satisfactoria para emplear la previsión meteorológica para estimar el aporte/recepción de energía de los
próximos días. Esta estimación, y el grado de llenado del acumulador térmico (medido como la relación zona caliente/
zona fría) se emplean para determinar cuándo y durante cuánto tiempo deberían estar conectadas las bombas de calor.
semana, y es la suma total de parámetros para la ventilación y la temperatura de las unidades de ventilación individuales. La previsión meteorológica proporciona dos tipos de información; la previsión de las temperaturas exteriores previstas y la previsión del tipo de tiempo previsto (nublado, ventoso, soleado, etc.) para los próximos días. Los parámetros de microclima tales como el aporte/recepción total de energía, la hora del día, el día de la semana, la época del año,
y la temperatura exterior se registran y almacenan para cada unidad de ventilación, a fin de proporcionar una base estadísticamente satisfactoria para emplear la previsión meteorológica para estimar el aporte/recepción de energía de los
próximos días. Esta estimación, y el grado de llenado del acumulador térmico (medido como la relación zona caliente/
zona fría) se emplean para determinar cuándo y durante cuánto tiempo deberían estar conectadas las bombas de calor.
Además, los siguientes factores se incorporan al
esquema de funcionamiento de la invención. El aire de ventilación
usado es normalmente la fuente más barata de calor, ya que
normalmente tiene una temperatura más alta, y por lo tanto un mayor
contenido de calor que el aire exterior. El aire usado es de este
modo la fuente de calor primaria, mientras que el aire exterior es
una fuente de calor secundaria, que cubre la demanda adicional.
La/s bomba/s de calor siempre se utilizan con una carga óptima
(llena), ya que no hay necesidad de ajustar la salida a la relación
real de aporte de las VU, siempre y cuando el calor excedente se
pueda acumular en el acumulador térmico. Y en el caso de que el
acumulador térmico esté lleno, se apaga la bomba de calor, y toda
la demanda de calor se suministrará mediante el acumulador térmico.
Por lo tanto, se pueden utilizar bombas de calor relativamente
sencillas sin capacidad de regulación de carga, y de este modo
obtener una ventaja económica y unas condiciones de funcionamiento
óptimas.
El funcionamiento de la/s bomba/s de calor y de
las válvulas auxiliares y ventiladores para conducir las corrientes
de aire en el aparato se lleva a cabo mediante un sistema de
regulación que está controlado por un programa de software que
determina el modo de funcionamiento del aparato según las
estimaciones de la demanda de calor/frío prevista para los próximos
5-7 días y los mismos parámetros del usuario de aire
fresco y temperatura de cada VU. Dicho software podrá ejecutarse en
un ordenado del tipo ordenador personal común y disponible.
En la figura 3 se muestra esquemáticamente una
realización preferida de la invención, que es particularmente
versátil e indicada para climas con grandes variaciones de
temperatura entre estaciones. Aquí el número de referencia 1 indica
una serie de unidades de ventilación, el número 3 es un conducto
para aire usado que está equipado con un ventilador 22 y un
desviador de flujo de 2 vías 26 para conducir el aire usado hacia
una salida de descarga 17 o hacia una bomba de calor 4. La bomba de
calor 4 está conectada a un conducto de entrada 5 para el aire
exterior fresco, a una salida de descarga 18, y a una ramificación
de un conducto 6 para suministrar aire fresco caliente. El conducto
6 va desde el extremo caliente del acumulador térmico o
almacenamiento 11 hasta los conductos de entrada 7 de cada VU 1, y
está equipado con unos ventiladores 23 y 24. El conducto 6 también
está conectado a una toma de aire fresco 5, que está equipada con un
desviador de flujo de 2 vías 27 y con una salida de descarga 19.
Otra ramificación del conducto 6 está conectada a una segunda bomba
de calor 33, y está equipada con un desviador de flujo de 2 vías
28. La segunda bomba de calor 33 se alimenta con aire exterior
fresco desde la entrada 34, y está equipada con una salida de aire
fresco frío 16 que está conectada en el otro extremo al conducto de
suministro de aire fresco frío 12. El conducto 16 está equipado con
un desviador de flujo de 2 vías 29, y con una salida de descarga 20.
Además, el conducto de suministro de aire fresco frío 12 va desde
el extremo frío 10 del acumulador térmico 11 a los conductos de
entrada 13 de cada unidad de ventilación 1, y está equipado con un
ventilador 25, con un desviador de flujo de 2 vías 10 con una
entrada de aire exterior fresco 14, y con un desviador de flujo de 2
vías 31 con una salida de descarga 21.
Por lo tanto, en cada unidad de ventilación
puede regularse tanto la temperatura como la ventilación
(suministro de aire fresco). Las unidades podrán ser apartamentos,
oficinas o un conjunto de oficinas, o habitaciones individuales en
las mismas. Cada VU se mantiene cerca de la presión barométrica
equilibrando la entrada de aire fresco con la extracción de aire
usado, y el conducto de aire usado 3 siempre está bajo succión. La
transferencia de calor se lleva a cabo mediante el aire de
ventilación. La temperatura se ajusta en las salidas individuales,
equilibrando los flujos de aire fresco caliente y frío. El
acumulador térmico 11 consiste en uno o varios tubos rellenos de
hormigón en granos, con unos diámetros medios de 20 a 60 mm. Las
dimensiones normales son un diámetro de 1 a 1.5 m y una longitud de
3 a 20 m, preferiblemente de 5 a 10 m. La cantidad total de hormigón
en granos debería ser de aproximadamente 0.5 a 2.0 m^{3} por
m^{2} de área de piso de las unidades de ventilación que se va a
calentar/enfriar, dependiendo del clima local y del grado de
aislamiento de las unidades de ventilación. La temperatura de la
zona caliente del acumulador térmico debería estar en el intervalo
de 30ºC a 60ºC, preferiblemente de 35ºC a 50ºC, y más
preferiblemente de 40ºC a 45ºC, mientras que la zona fría debería
ser aproximadamente de 5ºC a 20ºC, preferiblemente de 7.5ºC a 15ºC,
y más preferiblemente de 8ºC a 12ºC. Se ha representado el
acumulador térmico en posición horizontal, aunque puede estar
situado en cualquier ángulo respecto a la horizontal. Además,
preferiblemente habrá provistos medios de drenaje del agua
condensada. Esto es especialmente importante en climas húmedos y
cálidos, en los que el aparato funciona principalmente para enfriar
las unidades de ventilación. Esto puede conseguirse simplemente
dando a los tubos una ligera inclinación respecto al plano
horizontal, y proporcionando algún tipo de conducto de drenaje para
descargar el agua condensada. La velocidad de flujo lineal del aire
de ventilación durante su paso a través de los tubos del acumulador
térmico es preferiblemente de aproximadamente 1 a 2 m/s o menos, a
fin de asegurar un equilibrio térmico rápido y unas pérdidas de
presión moderadas. Un equilibrio térmico rápido es importante para
lograr un gradiente de temperatura escalonado (número de referencia
32 en la figura 3), y en consecuencia una zona de transición 9
corta entre la zona caliente 8 y la zona fría 10 del acumulador
térmico.
Además, mediante el uso de dos bombas de calor,
existe la posibilidad de incrementar la velocidad de acumulación
para llenar el acumulador térmico si se ha previsto un periodo corto
de temperatura exterior adecuada. Esta característica mejora la
reducción de energía general de la invención, ya que se reduce la
probabilidad de tener que hacer funcionar las bombas de calor a
temperaturas menores que las temperaturas exteriores óptimas.
Tal y como se ha mencionado, el funcionamiento
de la realización preferida se lleva a cabo en un conjunto de modos
diferentes, mediante la activación o desactivación seleccionada de
los ventiladores y las bombas de calor, y mediante el
posicionamiento de los desviadores/válvulas de
\hbox{2 vías. Es
preferible que los modos de funcionamiento sean:}
En este caso, hay suficiente producción de calor
de otras fuentes en el edificio. El aire exterior en 14 pasa a
través del ventilador 25 a las VU 1, y se desecha mediante el
ventilador de aire usado 22 y el desviador 26.
- IIa:
- Modo de calentamiento normal, aire caliente suministrado a o desde el acumulador térmico, dependiendo de la temperatura exterior. Igual que el modo I, pero el desviador 26 cambia su posición para hacer pasar el aire usado a través de la bomba de calor 4, donde se toma aire fresco a través de 5, se calienta y se desplaza mediante el ventilador 24 hacia las VU 1. Dependiendo de la temperatura exterior, la bomba de calor 4 podrá suministrar más o menos aire que el requerido por las VU.
- IIb:
- Si hay calor excedente producido por la bomba de aire 4, Y el núcleo térmico está lleno O hay una previsión meteorológica templada/cálida, la bomba de calor 4 se apaga, el aire exterior pasa a 14, se desvía a través del acumulador térmico mediante los desviadores 30 y 31, y se transfiere como aire fresco caliente mediante el ventilador 24 a las VU 1.
- IIc:
- Si hay calor excedente producido por la bomba de aire 4, Y el núcleo térmico NO está lleno, Y hay una previsión de tiempo frío/más frío, la parte restante desde la bomba de calor 4 se transfiere al acumulador térmico a través del ventilador de 2 vías 23, y se desvía hacia la salida en el desviador 31. El sistema podrá cambiar entre IIb y IIc para minimizar la carga en la bomba de calor 4.
- IId:
- Si actualmente hay un tiempo templado/cálido, Y hay una previsión de tiempo frío, Y el acumulador térmico NO está lleno, se activa la bomba de calor 33, que toma aire exterior a la máxima capacidad, y carga el acumulador térmico a 2-3 veces el ritmo de flujo ordinario a través del ventilador de 2 vías 23, con la salida del aire frío en 31. Al mismo tiempo, el ventilador 24 suministra aire caliente a las VU según se demanda.
- IIIa:
- Si
hay tiempo cálido, el aire caliente entra a través de 15 y del
desviador 27 a través del ventilador 24 como aire fresco caliente,
hacia las VU 1. El aire caliente a través de 15 y 27 pasa a través
del acumulador térmico 11, se enfría, y va hacia las VU 1 como aire
fresco frío, mediante los
\hbox{desviadores 30 y 31 y el ventilador 25.}
- IIIb:
- Si hay tiempo fresco/frío, el aire frío entra en 14, pasa a través de los desviadores 30 y 31 para cargar el acumulador térmico, y sale como aire fresco caliente a través del ventilador de 2 vías 23, y sale mediante el desviador 27. Parte de este aire se conduce a través del ventilador 24 hacia las VU 1 como aire caliente fresco, dependiendo de la demanda de las VU.
- IIIc:
- Si hay tiempo cálido duradero, con el riesgo de que el acumulador térmico se agote, se activa la bomba de calor 33, y el aire fresco caliente entra a través de 34 para enfriarse en la bomba de calor 33, y después se hace pasar a través del desviador 29, tanto hacia el ventilador 25 y como hacia las UV 1 para su enfriamiento, y a través de los desviadores 30 y 31, hacia el acumulador térmico 11 para cargarlo, y sale como aire caliente a través del ventilador de 2 vías 23 y del desviador 27.
Es preferible que el software que selecciona qué
modo de funcionamiento debe utilizarse consista en seis módulos
individuales que cooperan, tal y como se muestra en la figura 4. El
módulo 1 está separado, y puede ser proporcionado como una entrada
del operador de cada aparato, aunque preferiblemente sería
suministrado por firmas que ofrezcan este servicio como una
especialidad, a fin de asegurar un porcentaje de aciertos
suficientemente alto en las predicciones. El resto de módulos se
ejecutaría preferiblemente en un ordenador o CPU locales, que estén
conectados al dispositivo de regulación que controla y regula los
parámetros de los ventiladores, las bombas de calor, y los
desviadores. La frecuencia de ejecución sería del
\hbox{orden
de una vez cada hora, y normalmente se ejecutaría durante
5-10 segundos cada vez.}
A fin de que el software de control sea compacto
y rápido, de modo que pueda ubicarse en una unidad de computación
pequeña y separada que esté integrada como parte del aparato, es
preferible que los módulos individuales sean bastante sencillos,
con la tarea principal de determinar el criterio de selección para
buscar en una primera tabla de decisión, a fin de determinar el
modo de funcionamiento (módulo 4) y los parámetros de los
desviadores y los ventiladores (módulo 5). Asimismo, el último
módulo (módulo 6) también debería ser sencillo, mediante el uso de
tarjetas estándar para convertir los datos del programa en voltaje
de activación para los interruptores. Más en detalle, el módulo 4
determina un conjunto de criterios de selección haciendo
corresponder los datos de previsiones meteorológicas con la demanda
de calentamiento o enfriamiento, y determinando si el núcleo
térmico debería suministrar o almacenar energía. Cada criterio
activa o desactiva un bit correspondiente en una palabra de enteros
(normalmente con una longitud de 32 bits). Esta palabra actúa a su
vez como un perfil de búsqueda.
El concepto central del software es la tabla de
decisión, de la cual se muestra un ejemplo en la tabla 1. La tabla
1 permite determinar de forma muy rápida y fácil qué modo de
funcionamiento debería seleccionarse para un ahorro óptimo de
energía bajo un amplio grupo de condiciones meteorológicas, mediante
el uso de bits que están activados o desactivados en posiciones
apropiadas. Con 30 criterios individuales, como en la tabla, se
pueden especificar alrededor de 1 billón de alternativas. En la
práctica, es suficiente con unas 30-200,
dependiendo de las peculiaridades del clima local. La tabla 1
ilustra unos cuantos ejemplos de especificaciones individuales para
el modo IIa, y para los modos superpuestos I y IIIa (por ejemplo,
todos los días de la semana se tratan de la misma forma).
Las alternativas (correspondientes a las
columnas en la tabla 4) se tratan a continuación como números
enteros, y se clasifican en orden numérico en una tabla con un modo
de funcionamiento asociado. A continuación se encuentra la
condición de funcionamiento adecuada mediante una búsqueda binaria
en esta tabla con el perfil de búsqueda calculado. Ordenando los
criterios de selección individuales de forma adecuada, las
condiciones de funcionamiento similares tendrán valores numéricos
similares, y la búsqueda encontrará la correspondencia óptima más
cercana si el mismo valor no está en la tabla de decisión. Tal y
como se muestra en la tabla 1, no obstante, la ordenación agrupa
criterios similares, a fin de que resulte más entendible. En la
práctica, la propia agrupación, así como las alternativas
específicas, podrán variar según las condiciones climáticas, y
podrán desarrollarse fácilmente por un experto.
Este es un ejemplo de una realización preferida
de la invención que es adecuada para climas fríos y en algunos
climas costeros, en los que es poco probable que sea necesario un
enfriamiento activo. Esta realización es exactamente similar a la
realización del ejemplo 1, excepto por el hecho de que se omiten la
bomba de calor 33, la ramificación derecha del conducto 6 con un
desviador de flujo de 2 vías 28, y el conducto 16 con un desviador
de flujo de dos vías 29, y la salida de descarga 20.
Este es un ejemplo de una realización preferida
de la invención que es adecuada para climas cálidos, en los que es
poco probable que sea necesario un calentamiento activo. Esta
realización es exactamente similar a la realización del ejemplo 1,
excepto por el hecho de que se omiten la bomba de calor 4 con la
ramificación izquierda del conducto 6 con un desviador de flujo de
2 vías 26, la entrada de aire fresco 5, y la salida de descarga
20.
Aunque la invención se ha descrito a modo de
ejemplos de realizaciones preferidas que utilizan aire como medio
portador y distribuidor de calor, resultará evidente que la
invención también se refiere al principio general de
calentamiento/enfriamiento de edificios mediante la utilización de
variaciones a corto plazo naturales del clima, con una combinación
de bombas de calor y un acumulador térmico. Por lo tanto, se
contemplará cualquier realización alternativa que resulte evidente
para un experto, y que esté dentro del ámbito de esta invención,
incluyendo otras formas o tipos de acumuladores térmicos, tales como
partes constructivas de los propios edificios o piscinas, y otros
medios portadores y distribuidores, como agua, etc.
| Modo | Calentamiento | Neutral | Enfriamiento | ||||
| Condición | IIa | IIb | . . . | I | . . . | IIIa | . . . |
| Actualmente > 5ºC bajo BT | 1 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| Actualmente 0-5ºC bajo BT | 0 | 1 | . . . | 1 | . . . | 0 | . . . |
| Actualmente 0-5ºC sobre BT | 0 | 0 | . . . | 1 | . . . | 0 | . . . |
| Actualmente > 5ºC sobre BT | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| > 5ºC bajo BT en el día | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| 0-5ºC bajo BT en el día | 1 | 1 | . . . | 1 | . . . | 0 | . . . |
| 0-5ºC sobre BT en el día | 0 | 0 | . . . | 1 | . . . | 0 | . . . |
| > 5ºC sobre BT en el día | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| > 5ºC bajo BT en la noche | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| 0-5ºC bajo BT en la noche | 1 | 1 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| 0-5ºC sobre BT en la noche | 0 | 0 | . . . | 1 | . . . | 0 | . . . |
| > 5ºC sobre BT en la noche | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| > 5ºC bajo BT en 3 días | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| 0-5ºC bajo BT en 3 días | 1 | 1 | . . . | 1 | . . . | 0 | . . . |
| 0-5ºC sobre BT en 3 días | 0 | 0 | . . . | 1 | . . . | 0 | . . . |
| > 5ºC sobre BT en 3 días | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| Acumulador vacío de calor | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| Acumulador con el 0-20% de calor | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| Acumulador con el 20-40% de calor | 0 | 0 | . . . | 1 | . . . | 0 | . . . |
| Acumulador con el 40-60% de calor | 0 | 0 | . . . | 1 | . . . | 0 | . . . |
| Acumulador con el 60-80% de calor | 1 | 1 | . . . | 1 | . . . | 0 | . . . |
| Acumulador con el 80-100% de calor | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| Acumulador lleno de calor | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
| lunes | 1 | 1 | . . . | 1 | . . . | 1 | . . . |
| martes | 0 | 0 | . . . | 1 | . . . | 1 | . . . |
| miércoles | 0 | 0 | . . . | 1 | . . . | 1 | . . . |
| jueves | 0 | 0 | . . . | 1 | . . . | 1 | . . . |
| viernes | 0 | 0 | . . . | 1 | . . . | 1 | . . . |
| sábado | 0 | 0 | . . . | 1 | . . . | 0 | . . . |
| domingo | 0 | 0 | . . . | 0 | . . . | 0 | . . . |
Claims (18)
1. Procedimiento para la regulación eficaz
energéticamente de la temperatura y la ventilación en una o varias
unidades de ventilación (1) de edificios, donde se utilizan una o
varias bombas de calor (4, 33) para intercambiar energía térmica
entre el aire exterior y un medio fluido portador de calor del
interior, donde el calentamiento y/o enfriamiento de cada unidad de
ventilación (1) se lleva a cabo mediante la distribución del fluido
portador de calor del interior en cada unidad de ventilación (1),
caracterizado por el hecho de que
- -
- las variaciones naturales a corto plazo de la temperatura exterior debidas a pasos previstos de sistemas meteorológicos tomando como base previsiones meteorológicas y las variaciones día/noche se utilizan para dar a la una o varias bombas de calor (4, 33) condiciones optimizadas, de modo que la una o varias bombas de calor (4, 33) están encendidas solamente para extraer calor exterior, que se suministra al medio fluido portador y distribuidor de calor del interior, en los periodos templados/cálidos relativos en el caso de que el/los edificio/s se caliente/n, o solamente en los periodos frescos/fríos relativos para enfriar el medio fluido portador y distribuidor de calor, a fin de eliminar calor interior en el caso de que el/los edificio/s se enfríe/n, y
- -
- la energía térmica intercambiada con el aire exterior, basada en el microclima del/de los edificio/s, el aporte/recepción de energía de cada unidad de ventilación (1) y la suma de los mismos para todas las unidades (1), y el grado de llenado de un almacenamiento térmico (11), se utiliza parcialmente para cubrir la demanda real de calentamiento o enfriamiento de la/s unidad/es de ventilación (1), y la parte restante de la energía térmica se envía a un acumulador térmico, para cubrir la demanda de calentamiento o enfriamiento de la/s unidad/es de ventilación (1) durante la/s siguiente/s etapa/s en las que las condiciones meteorológicas naturales son menos favorables para el intercambio de energía térmica del aire exterior mediante el uso de bombas de calor (4, 33).
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la demanda de calentamiento
también se cubre mediante la extracción de calor del aire usado que
sale de la una o varias unidades de ventilación (1).
3. Procedimiento, según las reivindicaciones
1 o 2, caracterizado por el hecho de que la previsión
meteorológica para los siguientes 5-7 días se
emplea para estimar la demanda futura de calentamiento o
enfriamiento de la/s unidad/es de ventilación (1), y porque esta
estimación se emplea junto con el grado de llenado real del
acumulador térmico (11) para determinar cuándo y durante cuánto
tiempo tendrían que estar conectadas la/s bomba/s de calor (4, 33)
a fin de acumular un almacenamiento térmico óptimo para los próximos
5-7 días.
4. Procedimiento, según las reivindicaciones
1 a 3, caracterizado por el hecho de que el microclima real,
medido mediante el aporte o recepción de calor de cada unidad de
ventilación (1), la temperatura exterior, los parámetros del
usuario, la hora del día, el día de la semana, y la estación, se
almacenan para acumular una base de datos que se utilizará para
estimar la demanda de calentamiento o enfriamiento de la/s unidad/es
de ventilación (1) en los próximos 5-7 días.
5. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que el
aire fresco se emplea como el medio fluido portador y distribuidor
de calor para calentar o enfriar la/s unidad/es de ventilación (1)
del/de los edificio/s, y porque la regulación de la ventilación y
del calor de cada unidad de ventilación (1) se lleva a cabo
mediante la succión de aire usado, que es reemplazado por cantidades
equilibradas de aire fresco frío y/o caliente para dar la
temperatura deseada del aire de reemplazo fresco.
6. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que a
fin de obtener una temperatura estable e igual del medio portador y
distribuidor de calor independientemente del grado de llenado del
acumulador térmico (11),
- -
- el acumulador térmico (11) comprende uno o varios tubos alargados que están rellenos con material sólido en partículas gruesas con una distribución de tamaño limitada, o un diseño particular, y,
- -
- el intercambio de calor se lleva a cabo enviando el medio fluido portador y distribuidor de calor a través de la materia sólida en partículas en una u otra dirección, de modo que se forma una zona fría (10) y una zona caliente (8) en los extremos opuestos del tubo, que tiene una temperatura fría y caliente sustancialmente homogéneas, respectivamente.
7. Procedimiento, según la reivindicación 6,
caracterizado por el hecho de que el grado de llenado del
acumulador térmico (11) se determina mediante la medición de la
posición de la zona de transición de temperatura entre la zona fría
(10) y caliente (8) del acumulador térmico (11).
8. Aparato para la regulación eficaz
energéticamente de la temperatura y la ventilación en una o varias
unidades de ventilación (1) de edificios, caracterizado por
el hecho de que el aparato comprende
- -
- medios (2, 3, 22) para extraer aire usado de cada unidad de ventilación (1),
- -
- medios para reemplazar es aire usado extraído por cantidades equilibradas de aire fresco caliente (6, 7, 24) y frío (12, 13, 25) para cada unidad de ventilación (1),
- -
- un acumulador térmico (11) que tiene una zona caliente (8) y una zona fría (10) que están comunicadas con los medios para suministrar aire fresco caliente y frío, respectivamente,
- -
- una o varias bombas de calor (4, 33) que tienen medios (5, 18) y (16, 29, 34) para intercambiar energía térmica por aire exterior, y medios para transferir esta energía térmica intercambiada a una fuente de aire exterior fresco que está comunicada con los medios para suministrar aire fresco caliente y frío y con la zona caliente (8) y fría (10) del acumulador térmico (11),
- -
- medios (26, 31) para regular los flujos de aire a y desde la/s unidad/es de ventilación (1) y el acumulador térmico, y medios para activar o desactivar la una o varias bombas de calor (4, 33),
- -
- medios para medir el grado de llenado del acumulador térmico (11),
- -
- medios para medir el aporte/recepción de energía de cada unidad de ventilación (1), y
- -
- medios para regular el funcionamiento de la/s bomba/s de calor (4, 33), los medios para mezclar el aire fresco frío y caliente y el flujo de aire a través de cada unidad de ventilación (1), y el acumulador térmico (11), tomando como base las variaciones previstas en la temperatura exterior basadas en previsiones meteorológicas, el grado de llenado del acumulador térmico (11), el microclima del/de los edificio/s, y el aporte de energía de cada unidad de ventilación (1) y la suma de los mismos para todas las unidades (11).
9. Aparato, según la reivindicación 8,
caracterizado por el hecho de que el aparato comprende medios
para registrar y almacenar el microclima real, medido mediante el
aporte o recepción de calor de cada unidad/es de ventilación, la
temperatura exterior, los parámetros del usuario, la hora del día,
el día de la semana, y la estación, y medios para emplear estos
datos para estimar la demanda de calentamiento o enfriamiento de
la/s unidad/es de ventilación (11) en los próximos
5-7 días.
10. Aparato, según las
reivindicaciones 8 o 9, caracterizado por el hecho de que el
acumulador térmico (11) comprende uno o más tubos alargados que
están rellenos con material sólido en partículas gruesas con una
distribución de tamaño limitada, y donde el intercambio de calor se
lleva a cabo enviando el medio fluido portador de calor a través de
la materia sólida en partículas en una u otra dirección, de modo que
se forma una zona fría y una zona caliente en los extremos opuestos
del tubo, que tiene una temperatura fría y caliente sustancialmente
homogéneas,
respectivamente.
respectivamente.
11. Aparato, según la
reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que el uno o
varios tubos alargados del acumulador térmico (11) tienen un
diámetro de aproximadamente 1 a 1.5 m, y una longitud de 3 a 20 m,
preferiblemente de 5 a 10 m.
12. Aparato, según la
reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que los
diámetros del material en partículas gruesas del acumulador térmico
está en el intervalo de 20 a 60 mm.
13. Aparato, según la
reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que el
material en partículas gruesas del acumulador térmico (11) es
hormigón triturado, en una cantidad total de 0.5 a 2.0 m^{3} por
m^{2} de área de piso de unidad de ventilación que se servirá.
14. Aparato, según la
reivindicación 13, caracterizado por el hecho de que la
temperatura de la zona fría del acumulador térmico (11) se mantiene
en el intervalo de 5ºC a 20ºC, preferiblemente de 7.5ºC a 15ºC, y
más preferiblemente de 8ºC a 12ºC, y porque la zona caliente del
acumulador térmico se mantiene en el intervalo de 30ºC a 60ºC,
preferiblemente de 35ºC a 50ºC, y más preferiblemente de 40ºC a
45ºC.
15. Aparato, según cualquiera de
las reivindicaciones 8 a 14, que también comprende
- -
- medios (14, 30) y (15, 27) para suministrar aire exterior fresco directamente a las unidades de ventilación (1) que están comunicadas con los medios para suministrar aire fresco frío (12, 13, 25) y caliente (6, 7, 24) a las unidades de ventilación (1), respectivamente,
- -
- medios para descargar el aire (17, 18, 19, 20, 21),
- -
- medios (26, 27, 28, 29, 30, 31) para regular el flujo de aire a y desde las entradas para el aire fresco (14, 15), las salidas para el aire descargado (17, 18, 19, 20, 21), las unidades de ventilación (1), el acumulador térmico (11), y las bombas de calor (4, 33),
- -
- medios para emplear la previsión meteorológica para los días próximos para determinar los periodos más favorables para extraer energía térmica del aire exterior mediante la/s bomba/s de calor,
- -
- medios para predecir el aporte/recepción de energía previsto desde cada unidad de ventilación según la previsión meteorológica y los niveles de consumo medio históricos basados en datos registrados para el aporte/recepción de calor de cada unidad de ventilación con la temperatura exterior real, los parámetros del usuario, la hora del día, el día de la semana, y la estación, y
- -
- medios para regular el aparato según la demanda de calentamiento/enfriamiento predecida y los periodos favorables para hacer funcionar las bombas de calor (4, 33).
16. Aparato, según la
reivindicación 15, caracterizado por el hecho de que los
medios para regular el aparato según la demanda de
calentamiento/enfriamiento predecida y los periodos favorables para
hacer funcionar las bombas de calor, funciona en tres modos, en que
el modo I es una condición de funcionamiento neutral, en la que la
demanda de calentamiento puede cubrirse sin el uso de bomba/s de
calor, el modo II es el modo de calentamiento, y el modo III es el
modo de enfriamiento,
en el que el modo I comprende;
- -
- hacer pasar aire exterior desde dichos medios de suministro de aire (14) a través de un ventilador (25) a las unidades de ventilación (1), y posteriormente descargar el aire de ventilación usado a través de los medios de descarga de aire (17) mediante un ventilador (22) y un desviador (26),
en el que el modo II comprende;
- -
- un modo de calentamiento normal en el que se suministra aire caliente a o desde el acumulador térmico (11) dependiendo de la temperatura exterior, mediante el uso de los mismos parámetros que en el modo I, excepto por el hecho de que el desviador (26) cambia de posición para hacer pasar el aire usado a través de una bomba de calor (4), en el que el aire fresco se toma a través de medios de intercambio de energía térmica (5), se calienta y se desplaza mediante un ventilador (24) hacia las unidades de ventilación (1),
- -
- un primer modo de calentamiento excedente en el que la bomba de calor (4) produce más calor que el consumido por las unidades de ventilación (1) cuando el acumulador térmico (11) está lleno o cuando hay previsto un tiempo templado/cálido, desactivándose entonces la bomba de calor (4), pasando el aire exterior a los medios de suministro de aire (14), siendo desviado a través del acumulador térmico (11) mediante desviadores (30 y 31), y siendo transferido como aire fresco caliente mediante un ventilador (24) a las unidades de ventilación (1),
- -
- un segundo modo de calentamiento excedente en el que la bomba de calor (4) produce más calor que el consumido por las unidades de ventilación (1) cuando el acumulador térmico (11) no está lleno, en el caso de que haya previsto un tiempo fresco/frío, transfiriéndose entonces la parte restante desde la bomba de calor (4) hacia el acumulador térmico (11) a través de un ventilador de dos vías (23), y desviándose para salir en una salida de aire (21) mediante un desviador (31),
- -
- un tercer modo de calentamiento excedente en el que el tiempo es actualmente templado/cálido, pero en el que hay previsto tiempo frío cuando el acumulador térmico (11) no está lleno, activándose entonces la bomba de calor (33), tomando aire exterior a través de medios de intercambio de calor (34) a plena capacidad, y cargando el acumulador térmico (11) a 2-3 veces el ritmo de flujo ordinario a través de dicho ventilador de 2 vías (23), estando la salida de aire frío en unos medios de descarga de aire (21) mediante medios de regulación del flujo de aire (31), mientras que un ventilador (24) suministra simultáneamente aire caliente a las unidades de ventilación (1), según se demanda, y
en el que el modo III comprende;
- -
- un modo de enfriamiento normal en el caso de un tiempo actual cálido, entrando entonces el aire caliente a través de los medios de suministro de aire (15) y un desviador (27) a través de un ventilador (24) como aire fresco caliente en las unidades de ventilación (1), de modo que el aire caliente pasa a través del acumulador térmico (11) y se enfría, y va a parar a las unidades de ventilación (1) como aire fresco frío mediante los desviadores (31, 30) y un ventilador (25),
- -
- un segundo modo de enfriamiento en el caso de un tiempo actual fresco/frío, entrando entonces el aire fresco frío en los medios de suministro de aire (14), pasando a través de los desviadores (30, 31) para cargar el acumulador térmico (11), y saliendo como aire fresco caliente a través de dicho ventilador de 2 vías (23) y mediante un desviador (27), y conduciéndose parte de este aire a través de un ventilador (24) hacia unidades de ventilación (1) como aire fresco caliente, dependiendo de la demanda de las unidades de ventilación (1),
- -
- un tercer modo de enfriamiento, para un tiempo actual cálido que se ha previsto duradero, y con el riesgo de que el acumulador térmico se agote, encendiéndose entonces una bomba de calor (33) y entrando aire fresco caliente a través de los medios de intercambio de energía térmica (34) para ser enfriado en dicha bomba de calor (33), pasando posteriormente a través de un desviador (29) hacia un ventilador (25) y hacia unidades de ventilación (1) para su enfriamiento, y a través de los desviadores (30, 31) hacia el acumulador térmico (11) para cargarlo, y saliendo como aire caliente a través de dicho ventilador de 2 vías (23) y de un desviador (27).
17. Aparato, según las
reivindicaciones 15 a 16, caracterizado por el hecho de que
el aparato comprende los mismos medios que el aparato descrito en
la reivindicación 15, excepto la bomba de calor (4), la entrada de
aire fresco (5), la ramificación izquierda del conducto (6) y la
salida de descarga (18).
18. Aparato, según las
reivindicaciones 15 a 16, caracterizado por el hecho de que
el aparato comprende los mismos medios que el aparato descrito en
la reivindicación 15, excepto la bomba de calor (33), la entrada de
aire fresco (34), la ramificación izquierda del conducto (6), el
desviador de flujo de 2 vías (28, 29), el conducto (16) y la salida
de descarga (20).
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