ES2280686T3 - Sistema de ventilacion. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de ventilación (1) para intercambiar el aire (AI) contenido en una estancia o habitación con el aire exterior (AO), de tal forma que dicho sistema (1) comprende un intercambiador de calor (4) de cables delgados, que tiene un primer paso o canal (5) y un segundo paso o canal (6), de tal modo que los canales (5, 6) se encuentran en contacto de intercambio de calor uno con otro, y de manera que el primer canal (5) tiene una entrada (11) conectada o comunicada con el aire exterior (AO) y una salida conectada al aire contenido en la habitación, y de tal forma que el segundo canal (6) tiene una entrada (8) conectada al aire (AI) contenido en la habitación y una salida (10) conectada al aire exterior, caracterizado por medios de equilibrado, destinados a equilibrar los flujos de aire en los dos canales (5, 6), de tal forma que la transferencia de calor se vea maximizada.
Description
Sistema de ventilación.
La invención se refiere a un sistema de
ventilación para intercambiar el aire de una estancia o habitación
con aire exterior, de tal modo que dicho sistema comprende un
intercambiador de calor de cables delgados que tiene un primer paso
o canal y un segundo paso o canal, de tal manera que dichos canales
se encuentran en contacto de intercambio de calor uno con otro, y
en el que el primer canal tiene una entrada conectada o en
comunicación con el aire exterior y una salida conectada al aire
contenido en la habitación, y en el cual el segundo canal tiene una
entrada conectada al aire contenido en la habitación y una salida
conectada al aire exterior.
Tal sistema de ventilación se conoce, por
ejemplo, por el documento
US-A-5.832.992.
En la actualidad, los edificios nuevos y
renovados están tan bien aislados y son tan herméticos al aire que
la ventilación natural es casi nula. Como los seres humanos exhalan
vapor de agua y dióxido de carbono, es necesario instalar
ventilación artificial para evitar que se condense agua en el
interior del aislamiento y para que la concentración de CO_{2} y
de otros gases que emanan de los materiales de construcción se
mantenga en niveles seguros. Los edificios están tan bien aislados
que las pérdidas de calor que van asociadas a esta necesaria
ventilación constituyen las pérdidas de calor más importantes del
edificio cuando hace frío en el exterior. En consecuencia, es
necesario instalar una recuperación del calor.
La mayor parte de los sistemas de ventilación
tienen en la actualidad un intercambiador de calor que intercambia
calor entre la corriente de aire fresco entrante y la corriente de
aire viciado que sale. Este intercambiador de calor se instala
centralmente, sobre todo en el ático o en el suelo superior. El aire
viciado se toma de la cocina, los servicios y los baños por medio
de conductos, y el aire fresco es distribuido a los dormitorios y a
las salas de estar o a los despachos contenidos en el edificio.
Estos sistemas tienen diversas desventajas. El coste de los
conductos para guiar el aire hacia y desde las diversas estancias o
habitaciones es elevado. Los conductos precisan de espacio en el
edificio, lo que generalmente da lugar a un incremento en la altura
de las plantas. Todas las ventanas del edificio que tiene un sistema
central semejante han de permanecer cerradas, puesto que la
apertura de las mismas desequilibrará el flujo de entrada y el flujo
de salida, lo que tiene un efecto negativo en la eficiencia.
Se conoce por el documento
EP-A-1.153.250 un sistema de
ventilación que puede ser instalado en las jambas de puertas o
ventanas.
Los sistemas conocidos de ventilación con
recuperación del calor se sirven de intercambiadores de calor de
placas o de panal de abeja en los que los dos flujos de aire se
encuentran, ya sea en flujos cruzados, ya sea en flujos en
contracorriente, por las dos caras de una delgada lámina de papel o
de plástico a través de la cual fluye el calor. Esta disposición,
conjuntamente con la velocidad del aire, establece o determina el
requisito energético para lograr el intercambio de calor, debido a
que la eficiencia y la caída de presión se encuentran acopladas por
ecuaciones físicas que, en el diseño económicamente óptimo, hacen
que las necesidades de electricidad equilibren los ahorros de calor
para los sistemas locales. En el caso de instalación central, el
consumo de electricidad supera con mucho el ahorro de calor a causa
de la caída de presión añadida en los conductos.
En los climas fríos, tal como en Canadá y en
Escandinavia, en los que está especialmente indicado el uso de la
ventilación con recuperación del calor, este intercambiador de calor
del tipo de placas presenta problemas de congelación o formación de
hielo. El aire viciado, cálido y húmedo, resulta enfriado por debajo
del punto de rocío, y, aún en el interior de la pila de placas, por
debajo del punto de congelación. El hielo resultante atasca los
pasos o canales, de tal modo que es necesaria una frecuente
descongelación. Esto hace que, con tiempo frío, estos sistemas de
ventilación no puedan utilizarse de forma fiable. Así,
paradójicamente, allí donde la necesidad es más grande, estos
sistemas de ventilación no pueden emplearse fácilmente.
Es un propósito de la invención proporcionar un
sistema de ventilación que tenga una eficiencia razonable y que
evite o al menos palie las desventajas anteriormente
mencionadas.
A la vista de ello, el sistema de ventilación de
acuerdo con la invención está caracterizado por medios de
equilibrado destinados a equilibrar los flujos de aire en los dos
canales de tal forma que la transferencia de calor se vea
maximizada.
Además, se conoce en sí mismo, por el documento
NL 9301439, un intercambiador de calor de cables delgados. Tal
intercambiador de calor de cables delgados tiene una eficiencia muy
elevada.
Se ha demostrado de forma inesperada que, cuando
se utiliza un intercambiador de calor de cables delgados para un
sistema de ventilación, la ventilación no presenta dichas serias
desventajas, en particular cuando se emplea en climas fríos. Los
ensayos preliminares muestran que un sistema de ventilación de
acuerdo con la invención tan solo se helará por completo tras un
largo periodo de tiempo, en tanto que los sistemas de ventilación
convencionales con intercambiadores de calor del tipo de placas
quedarán totalmente helados en minutos.
En una realización preferida del sistema de
ventilación de acuerdo con la invención, los medios de equilibrado
comprenden:
- un ventilador dispuesto en el primer
canal;
- un ventilador dispuesto en el segundo
canal;
- al menos cuatro sensores de temperatura,
dispuestos en las salidas y en las entradas de los primer y segundo
canales; y
- un controlador, destinado a comparar las
lecturas de los sensores de temperatura y a controlar los
ventiladores situados en los primer y segundo canales, de tal forma
que la diferencia de temperaturas entre la entrada y la salida del
primer canal se corresponda con la diferencia de temperaturas entre
la entrada y la salida del segundo canal.
Estos medios de equilibrado hacen posible un
sistema de bajo coste que es capaz de maximizar la eficiencia del
intercambiador de calor de cables delgados y, de esta forma,
maximizar la recuperación de calor.
En otra realización preferida del sistema de
ventilación de acuerdo con la invención, los medios de equilibrado
comprenden:
- un primer cilindro de doble acción, en el cual
el pistón define una primera cámara y una segunda cámara;
- un segundo cilindro de doble acción, en el
cual el pistón define una tercera cámara y una cuarta cámara, de
tal manera que el pistón del primer cilindro está conectado o unido
al pistón del segundo cilindro de forma que, cuando la primera
cámara se ve agrandada por el desplazamiento de los pistones, la
tercera cámara es también agrandada;
- una salida de los medios de equilibrado y una
entrada de los medios de equilibrado; y
- medios de control, destinados a conectar o
comunicar alternativamente la salida de los medios de equilibrado,
bien con la primera cámara o bien con la cuarta cámara, la entrada
de los medios de equilibrado, bien con la segunda cámara o bien con
la tercera cámara, el primer paso o canal, bien con la cuarta cámara
o bien con la primera cámara, y el segundo canal, bien con la
tercera cámara o bien con la segunda cámara.
Este sistema de equilibrado resulta
especialmente adecuado en entornos en los que está presente una gran
caída de presión entre el aire exterior y el aire presente en la
habitación. Semejante caída de presión puede ser el resultado de un
tiempo ventoso en, por ejemplo, la costa o zonas montañosas, o en
edificios de gran altura. El uso de ventiladores requerirá una
cuantiosa potencia eléctrica tan solo para superar esta caída de
presión.
Los dos cilindros de doble acción proporcionan
un sistema de equilibrado completamente mecánico que requiere tan
solo una potencia eléctrica mínima. Este sistema puede hacerse
funcionar prácticamente sin mantenimiento.
En otra realización del sistema de acuerdo con
la invención, los medios de equilibrado comprenden al menos un
ventilador dispuesto en el interior de la entrada de los medios de
equilibrado, dentro de la salida de los medios de equilibrado,
dentro del primer canal o dentro del segundo canal.
El ventilador proporciona la energía para
superar el rozamiento y garantiza que los medios de equilibrado
mecánicos trabajarán siempre de forma reversible.
El ventilador permite también al sistema de
equilibrado mecánico funcionar asimismo cuando no existe ninguna
diferencia de presiones entre el aire exterior y el aire interior.
El ventilador proporciona siempre una sobre-presión
que acciona los cilindros de doble acción.
En lugar de un ventilador, el pistón doble puede
ser también accionado directamente por, por ejemplo, un motor
lineal.
En aún otra realización, las dimensiones
principales del intercambiador de calor están adaptadas a las
dimensiones principales interiores de una máquina lavavajillas.
Esto permite al usuario desensamblar o desmontar el sistema de
ventilación y limpiar el intercambiador de calor con sólo situar el
intercambiador de calor en una máquina lavavajillas.
Generalmente, una máquina lavavajillas doméstica
convencional tiene sus dimensiones interiores principales algo más
pequeñas que 0,6 m. En consecuencia, las dimensiones principales del
intercambiador de calor son, preferiblemente, menores que 0,55
m.
La invención se refiere también a la combinación
de una fachada, una estancia o habitación situada por dentro de la
fachada y adyacente a ella, y un sistema de ventilación de acuerdo
con la invención, de tal manera que la entrada del primer paso o
canal del sistema se encuentre conectada al aire exterior situado en
el exterior de la fachada, y la salida esté conectada al aire
situado dentro de la habitación, y de tal forma que la entrada del
segundo canal esté conectada al aire exterior.
Debido a la alta eficiencia y al bajo consumo de
potencia, el sistema de ventilación de acuerdo con la invención
resulta muy adecuado para ser utilizado en cada habitación. Esto
elimina el uso de ciertas longitudes de conductos y permite a los
usuarios decidir si desean abrir la ventana o no. Esto no tendrá
influencia alguna en el equilibrio de otros sistemas de ventilación
situados en otras habitaciones.
En una realización preferida, el sistema de
ventilación está dispuesto sustancialmente en la fachada. De esta
forma, éste no requerirá mucho espacio y no precisará de conductos
adicionales.
Estas y otras características de la invención se
describirán en combinación con los dibujos que se acompañan.
La Figura 1 muestra una vista en corte
transversal de la primera realización de un sistema de ventilación
de acuerdo con la invención, dispuesto en una fachada.
La Figura 2 muestra una vista en corte
transversal del intercambiador de calor del sistema de ventilación
de la Figura 1.
Las Figuras 3A y 3B ilustran una vista
esquemática de una segunda realización de un sistema de ventilación
de acuerdo con la invención.
La Figura 1 muestra un sistema de ventilación 1
dispuesto en una fachada que consiste en una pared 2 y un marco 3
de ventana.
El sistema de ventilación 1 comprende un
intercambiador de calor 4 de cables delgados. En la Figura 2 se
muestra un corte transversal de este intercambiador de calor 4. El
intercambiador de calor 4 tiene primeros pasos o canales 5 y
segundos pasos o canales 6. El calor se intercambia entre los
primeros canales 5 y los segundos canales 6 por medio de cables
delgados 7.
El aire AI procedente del interior de la
habitación que es adyacente a la fachada entra en el primer canal 5
a través de una abertura 8. En esta abertura 8 se ha dispuesto un
ventilador 9 que aspira al interior el aire AI. El aire AI es
entonces guiado a través del intercambiador de calor 4 y abandona el
sistema de ventilación a través de la abertura 10.
El aire fresco exterior AO entra en el
intercambiador de calor a través de la abertura 11 y pasa al
interior de los segundos canales 6, en los que capta o toma el
calor del aire interior AI. El aire fresco AO calentado es entonces
impulsado o soplado al exterior del sistema de ventilación 1 por
medio de un ventilador 12.
Con el fin de equilibrar los flujos de aire
interior, AI, y de aire exterior, AO, los ventiladores 8, 12 son
controlados. Se mide la temperatura del aire interior AI que entra
en el intercambiador de calor, así como la temperatura cuando el
aire abandona el intercambiador de calor 4. También se mide la
temperatura del aire exterior AO que entra en el intercambiador de
calor 4, así como la temperatura del aire exterior AO cuando éste
abandona el intercambiador de calor. La caída de temperatura del
aire interior AI ha de ser la misma que el incremento de
temperatura del aire exterior AO. Si se alcanza este estado, el
intercambiador de calor 4 de cables delgados presentará la
eficiencia más alta. Este estado puede ser alcanzado mediante el
control de los dos ventiladores 8 y 12.
Las Figuras 3A y 3B muestran una segunda
realización de un sistema de ventilación 20 de acuerdo con la
invención. El sistema de ventilación 20 comprende una primer
cilindro de doble acción 21, provisto de un pistón 22. El pistón
define el cilindro 21 separándolo en una primera cámara 23 y una
segunda cámara 24.
El sistema de ventilación 20 tiene, por otra
parte, un segundo cilindro de doble acción 25, provisto de un
pistón 26. Este pistón define el cilindro 25 como separado en una
tercera cámara 27 y una cuarta cámara 28. Ambos pistones 22 y 26
están conectados o unidos uno con otro. Las cuatro cámaras 23, 24,
27, 28 están conectadas o comunicadas entre sí a través de una
serie de conducciones o tuberías 29, 30 en las que se encuentran
dispuestas tres válvulas 31, 32, 33. En la Figura 3A, las tres
válvulas 31, 32, 33 se encuentran en una primera posición.
El aire interior AI es arrastrado al interior
por un ventilador 34. El aire exterior AO fluye a través de un
intercambiador de calor 35 y entra en la primera cámara 23. Debido a
la fuerza de accionamiento del ventilador y a la diferencia de
presiones entre el aire exterior AO y el aire interior AI, los dos
pistones 22, 26 son desplazados a la derecha. Debido a este
movimiento, el aire de la cuarta cámara 28 es expulsado a través de
la abertura 36 y al interior de un espacio o cavidad. El aire
contenido en la segunda cámara 24 es forzado a pasar a través del
intercambiador de calor 35 y a salir al exterior. Cuando los
pistones 22, 26 alcanzan su posición derecha exterior, las válvulas
31, 32, 33 se disponen en su segunda posición, que se muestra en la
Figura 3B. El aire interior AI es ahora forzado a introducirse en el
segundo espacio o cavidad 24, y el aire exterior AO es arrastrado
al interior de la cuarta cavidad 28. De nuevo debido a la diferencia
de presiones, los pistones 22, 26 son ahora desplazados a la
izquierda. El aire interior AI, que se encontraba almacenado en la
tercera cámara 27, es ahora forzado a pasar a través del
intercambiador de calor 35. El aire exterior AO, que estaba
almacenado en la primera cavidad 23, es ahora expelido hacia el
interior a través de la abertura 36.
Este mecanismo garantiza que los dos flujos de
aire están equilibrados.
Claims (8)
1. Un sistema de ventilación (1) para
intercambiar el aire (AI) contenido en una estancia o habitación
con el aire exterior (AO), de tal forma que dicho sistema (1)
comprende un intercambiador de calor (4) de cables delgados, que
tiene un primer paso o canal (5) y un segundo paso o canal (6), de
tal modo que los canales (5, 6) se encuentran en contacto de
intercambio de calor uno con otro, y de manera que el primer canal
(5) tiene una entrada (11) conectada o comunicada con el aire
exterior (AO) y una salida conectada al aire contenido en la
habitación, y de tal forma que el segundo canal (6) tiene una
entrada (8) conectada al aire (AI) contenido en la habitación y una
salida (10) conectada al aire exterior,
caracterizado por
medios de equilibrado, destinados a equilibrar
los flujos de aire en los dos canales (5, 6), de tal forma que la
transferencia de calor se vea maximizada.
2. Un sistema de ventilación (1) de
acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los medios de
equilibrado comprenden:
- un ventilador (9) dispuesto en el primer canal
(5);
- un ventilador (12) dispuesto en el segundo
canal (6);
- al menos cuatro sensores de temperatura,
dispuestos en las salidas y en las entradas de los primer y segundo
canales; y
- un controlador, destinado a comparar las
lecturas de los sensores de temperatura y a controlar los
ventiladores situados en los primer y segundo canales, de tal forma
que la diferencia de temperaturas entre la entrada y la salida del
primer canal se corresponda con la diferencia de temperaturas entre
la entrada y la salida del segundo canal.
3. Un sistema de ventilación (20) de
acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los medios de
equilibrado comprenden:
- un primer cilindro de doble acción (21), en el
cual el pistón (22) define una primera cámara (23) y una segunda
cámara (24);
- un segundo cilindro de doble acción (25), en
el cual el pistón (26) define una tercera cámara (27) y una cuarta
cámara (28), de tal manera que el pistón (22) del primer cilindro
(21) está conectado o unido al pistón (26) del segundo cilindro
(25) de forma que, cuando la primera cámara (23) se ve agrandada por
el desplazamiento de los pistones (22, 26), la tercera cámara (27)
es también agrandada;
- una salida de los medios de equilibrado y una
entrada de los medios de equilibrado; y
- medios de control, destinados a conectar o
comunicar alternativamente la salida de los medios de equilibrado,
bien con la primera cámara (23) o bien con la cuarta cámara (28), la
entrada de los medios de equilibrado, bien con la segunda cámara
(24) o bien con la tercera cámara (27), el primer paso o canal (5),
bien con la cuarta cámara (28) o bien con la primera cámara (23), y
el segundo canal (6), bien con la tercera cámara (27) o bien con la
segunda cámara
(24).
(24).
4. Un sistema de ventilación (20) de
acuerdo con la reivindicación 3, en el cual los medios de
equilibrado comprenden al menos un ventilador (34), dispuesto dentro
de la entrada de los medios de equilibrado, dentro de la salida de
los medios de equilibrado, dentro del primer canal (5) o dentro del
segundo canal (6).
5. Un sistema de ventilación (20) de
acuerdo con la reivindicación 3 ó la reivindicación 4, que comprende
medios de accionamiento, tales como un motor lineal, destinados a
accionar el pistón (22, 26).
6. Un sistema de ventilación (1; 20) de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el
cual las dimensiones principales del intercambiador de calor (4) son
más pequeñas que 0,55 m.
7. Una combinación de una fachada, una
estancia o habitación situada por dentro de la fachada y adyacente a
ella, y un sistema de ventilación (1; 20) de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en la cual la entrada del
primer paso o canal (5) del sistema (1; 20) se encuentra conectada
al aire exterior situado en el exterior de la fachada, y la salida
está conectada al aire situado dentro de la habitación, y en la cual
la entrada del segundo canal (6) está conectada al aire contenido en
la habitación y la salida está conectada al aire exterior.
8. Una combinación de acuerdo con la
reivindicación 7, en la cual el sistema de ventilación (1; 20) está
dispuesto sustancialmente en la fachada.
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