ES2325788T3 - Disposicion para la climatizacion de edificios. - Google Patents

Abstract

Disposición para la climatización de edificios, que comprende una guía (14, 24), prevista dentro de una parte del edificio que delimita un espacio para un medio portador de calor, la cual está unida en transmisión de calor a una superficie limitadora de espacio a refrigerar o calentar, una instalación para calentar o refrigerar el medio portador de calor, una instalación de transporte para transportar el medio portador de calor a través de la guía (14, 24) y un acumulador de calor latente, dispuesto en la parte del edificio y cuyo material acumulador está unido en transmisión de calor a la superficie limitadora de espacio de la parte del edificio y a la guía (14, 24) para el medio portador de calor, en donde el material acumulador está dispuesto en cuerpos envolventes (20, 26, 28) cerrados, caracterizada porque los cuerpos envolventes que contienen el material de acumulación están dispuestos entre una primera capa de solado, en la que están incrustados conductos que guían el medio portador de calor, y una segunda capa de solado que forma la superficie limitadora de espacio.

Description

Disposición para la climatización de edificios.

La invención se refiere a una disposición para la climatización de edificios, que comprende una guía, prevista dentro de una parte del edificio que delimita un espacio para un medio portador de calor, la cual está unida en transmisión de calor a una superficie limitadora de espacio a refrigerar o calentar, una instalación para calentar o refrigerar el medio portador de calor, una instalación de transporte para transportar el medio portador de calor a través de la guía y un acumulador de calor latente, dispuesto en la parte del edificio y cuyo material acumulador está unido en transmisión de calor a la superficie limitadora de espacio de la parte del edificio y a la guía para el medio portador de calor, en donde el material acumulador está dispuesto en cuerpos envolventes cerrados.

Se conoce una disposición de climatización de la clase citada anteriormente por ejemplo del documento WO-A-03064931.

En los últimos años ha quedado demostrado que a causa del aumento en el uso de instalaciones de aire acondicionado durante una situación climatológica veraniega se producen picos de carga extremos en las redes de corriente. Mientras que en los países centroeuropeos estos picos de carga se han movido todavía por debajo de la demanda máxima de corriente en invierno, en el Sur de Europa se ha producido ya una inversión de la situación de carga estacional hasta ahora habitual. Sin embargo, incluso en Europa Central la demanda de corriente extraordinariamente elevada en las horas del mediodía y primeras horas de la tarde ha sido la responsable de que fuera necesario, cada vez con más frecuencia, usarse en los periodos de pico una costosa capacidad de central de energía, con lo que se elevó drásticamente el precio comercial de la corriente que podía leerse en la bolsa de energía. Esta evolución de precios en el mercado mayorista de corriente tiene efectos retroactivos en los precios del mercado de consumidores finales, de tal modo que debe contarse con aumentos de precios adicionales para consumir energía.

La mayoría de los ofertantes de corriente calculan sus precios, para sus clientes con consumo de energía medido con un registro continuo, sobre la base del comportamiento esperado de la carga. Esto conduce en resumen a que un cliente paga un precio menor cuando reduce su consumo de energía en periodos de fuerte demanda del mercado de adquisición, es decir, en los periodos de elevados costes de adquisición. En edificios de oficinas con instalaciones de aire acondicionado, sin embargo, la necesidad máxima de potencia frigorífica se da precisamente en las horas estivales de alto precio.

Con un acumulador de calor es posible trasladar el aprontamiento de la potencia frigorífica en periodos de menor carga, en donde los acumuladores recogen y almacenen de forma intermedia la carga térmica del edificio durante los periodos de carga principal en la red de corriente.

Un cierto efecto acumulador ya existe por sí mismo en cada edificio a causa de la capacidad térmica de las piezas constructivas, que tiene ya un efecto compensador según la pesantez del modo constructivo. Por motivos de coste los edificios modernos están ejecutados sin embargo casi siempre en forma constructiva ligera, de tal modo que la capacidad de acumulación de calor no permite una interrupción del funcionamiento refrigerador sin unas elevadas limitaciones de confort. A esto hay que añadir que también las piezas constructivas pesadas sólo actúan como acumuladores de calor llamados sensibles, es decir, que su temperatura aumenta con la acumulación de calor. Esto conduce a que la acción reguladora en el transcurso del tiempo se reduce conforme aumenta la temperatura del material y, al alcanzarse la temperatura ambiente a mantener, ya no está disponible.

Los acumuladores de calor latente, por el contrario, modifican a causa de la alimentación y evacuación de calor su estado de fase, sin que durante el cambio de fase se produzca una variación de temperatura. Este efecto ya se usa técnicamente en la técnica de climatización mediante la utilización de acumuladores de hielo, que están albergados en un punto central del edificio climatizado. Sin embargo el inconveniente de estos acumuladores de hielo consiste, aparte de la necesidad de espacio adicional, en que su nivel de temperatura útil con 0ºC está muy alejado de las temperaturas de funcionamiento de sistemas de refrigeración de grandes superficies, cuya temperatura de salida está en un margen de entre 16 y 18ºC. Por medio de esto y de la propia necesidad de corriente del acumulador de hielo (para una formación uniforme de hielo en el acumulador se necesitan aparte de bombas de circulación casi siempre también instalaciones de borboteo), se produce un consumo de energía adicional no sólo durante el funcionamiento del acumulador.

Del documento DE 199 63 323 A1 se conoce una calefacción de suelo con acumulación de calor, que trabaja según el principio termoquímico de sorción. Se compone de una capa soporte, en la que se encuentran guías calefactoras para el medio de trabajo y una masa de acumulación formada por ceolita en forma granulada, en donde toda la capa soporte está confinada herméticamente por capas estancas. El medio de trabajo es vapor guiado a través de las guías calefactoras, que llega a la masa de acumulación a través de aberturas en las guías calefactoras, en donde el calor en la masa de acumulación se transforma termoquímicamente. Con ello el acumulador de calor se descarga mediante la liberación de calor de asorción. Con ayuda de conductores calefactores eléctricos y una bomba de evacuación puede extraerse de nuevo la humedad de la masa de acumulación, en donde la masa de acumulación se seca y se carga de nuevo a través del conducto de alimentación del calor de desorción. Una disposición de este tipo exige unas medidas constructivas muy complejas.

Además de esto se describe en el documento US 47 47 240 un material constructivo que contiene material de acumulación latente, que está confinado en microcápsulas. El material de construcción debe servir durante el tratamiento en edificios para equilibrar la temperatura durante un día de ocho horas, por medio de que durante los periodos más calientes se consiga un efecto refrigerador mediante la recogida de calor y en periodos más fríos un efecto calefactor mediante la entrega de calor. Sin embargo, los elementos constructivos fabricados mediante la utilización de este material son elementos puramente pasivos en cuanto a su comportamiento térmico, que no pueden resolver la tarea impuesta a la invención.

La invención se ha impuesto la tarea de ofrecer una disposición de la clase citada al comienzo, que haga posible equilibrar la demanda de energía para la climatización de edificios durante el día y, de este modo, reducir los costes de corriente.

Esta tarea es resuelta en el caso de una disposición de la clase citada al comienzo, conforme a la invención, por medio de que los cuerpos envolventes que contienen el material de acumulación están dispuestos entre una primera capa de solado, en la que están incrustados conductos que guían el medio portador de calor, y una segunda capa de solado que forma la superficie limitadora de espacio.

Con preferencia se utiliza un material de acumulación cuyo punto de fusión sea de entre aproximadamente 16ºC y 20ºC y, de este modo, esté situado cerca de la temperatura ambiente buscada.

De forma preferida se utilizan cuerpos envolventes en forma de esferas con un diámetro, que puede ser de entre
1 \mu (microcápsulas) y 30 mm, con preferencia de 20 a 25 mm. Por ejemplo se aplica sobre una superficie soporte del suelo un terraplenado formado por estas esferas, sobre el que después se vierte material de solado.

Sin embargo, los cuerpos envolventes también pueden ser tubos ciegos con sección transversal circular o poligonal, en los que se rellena el material de acumulación. Estos tubos ciegos con una longitud aproximada de entre 300 y
900 mm pueden incrustarse también en el material de construcción, pero son especialmente adecuados para tenderse en paredes, cubiertas o superficies de suelo huecas. Con ello pueden fijarse a elementos soporte planos tendidos en la parte del edificio, como se conoce desde hace tiempo por ejemplo para tubos de medio calefactor o refrigerante en calefacciones de superficie. Los tubos ciegos pueden fijarse por ejemplo después, alternándose con estos tubos de medio calefactor o refrigerante, a los mismos elementos soporte.

En otra forma de ejecución los cuerpos envolventes tienen la forma de taquitos paralelepipédicos planos y están fijados a una pista de material flexible, por ejemplo un género no tejido de rejilla, y precisamente con preferencia en filas separadas, de tal modo que pueden encajarse entre los conductos que guían el medio portador de calor.

En una forma de ejecución ventajosa de la invención los cuerpos envolventes están configurados en forma de placa y tienen en su lado exterior sujeciones para los conductos que guían el medio portador de calor. De este modo se establece un buen contacto entre las guías para el medio portador de calor y el acumulador de calor latente. Los cuerpos envolventes pueden estar compuestos de material sintético o de metal.

La invención se refiere además a un elemento constructivo en forma de placa para erigir edificios, por ejemplo un elemento de pared, suelo o cubierta, que contiene una guía para un medio portador de calor, que está en unión transmisora de calor con una superficie limitadora de espacio del elemento constructivo y puede conectarse a una instalación de transporte para el medio portador de calor, en donde dentro del elemento constructivo está dispuesto un acumulador de calor latente, cuyo material de acumulación está en unión transmisora de calor tanto con la superficie limitadora de espacio como con la guía para el medio portador de calor, en donde el acumulador de calor latente puede estar configurado y dispuesto en la forma descrita anteriormente.

Se deducen particularidades y ventajas adicionales de la invención de las reivindicaciones subordinadas adicionales y de la siguiente descripción, que se explica con base en ejemplos de ejecución en conexión con los dibujos adjuntos. Aquí muestran:

las figuras 1-3, 5-8, en cada caso un corte esquemático a través de un elemento constructivo plano,

la figura 4 una vista parcial esquemática a través de un elemento constructivo plano, conforme a la presente invención,

la figura 9 una vista esquemática en perspectiva de un elemento de acumulación con cuerpo envolvente en forma de placa y

la figura 10 cuerpos envolventes en forma de plaquitas o taquitos, que están fijados a una pista soporte.

La figura 1 muestra un ejemplo de un suelo configurado o de un elemento apropiado para instalar un suelo con un suelo inferior 10, sobre el que está situada una placa soporte 12, a la que están fijados de forma conocida por sí misma, por ejemplo con levas de sujeción 13, conductos 14 para guiar un medio portador de calor, es decir un medio calefactor o refrigerante. Estos conductos 14 están cubiertos por una capa intermedia 16, que está cubierta con un solado 18. En este solado están incrustadas esferas de material sintético 20, que contienen el medio acumulador latente.

Las figuras 2 a 5 muestran diferentes variantes de la forma de ejecución conforme a la figura 1. En la forma de ejecución conforme a la figura 2 se prescinde de la capa intermedia 16. El solado que contiene las esferas de material sintético 20 rellenas del material de acumulación envuelve también los conductos 14 y las levas de sujeción 13.

En la forma de ejecución conforme a la figura 3, los conductos 14 y las levas de sujeción 13 sólo están cubiertos y envueltos por las esferas de material sintético 20 que contienen el material de acumulación. Por encima está situado el solado 18, separado por una capa intermedia o separadora 16.

En la forma de ejecución conforme a la figura 4, los conductos 14 y las levas de sujeción 13 están cubiertos por una primera capa de solado 18', sobre la que están situadas las esferas 20 que contienen el material de acumulación separadas por una capa intermedia 21. La capa formada por las esferas 20 está cubierta a su vez, separada mediante una capa intermedia 23, por una segunda capa de solado 18''.

La forma de ejecución conforme a la figura 5 se diferencia de la forma de ejecución conforme a la figura 4 en que la segunda capa separadora o intermedia 23 desaparece y la capa formada por las esferas 20 y la segunda capa de solado 18'' coinciden, es decir, el material de acumulación está incrustado en la segunda capa de solado 18''.

La forma de ejecución conforme a la figura 6 se diferencia de la de las figuras 1 a 5 en que el medio portador de calor no es guiado en conductos, sino que la cavidad 24 formada mediante elementos separadores 22 entre el suelo inferior 10 y la capa intermedia 16 se usa como guía para el medio portador de calor gaseoso, por ejemplo aire.

El ejemplo de ejecución conforme a la figura 7 se corresponde con el de la figura 6, con la excepción de que el material de acumulación no está dispuesto en esferas, sino en tubos ciegos 26 que están tendidos en el solado 18.

En la forma de ejecución conforme a la figura 8, que es especialmente adecuada para elementos de pared, sobre la placa soporte 12 están fijados alternativamente los conductos 14 para guiar un medio portador de calor y los tubos ciegos 26 que contienen el material de acumulación. Los conductos y tubos ciegos están encajados con ello en estrías de sujeción, que están configuradas en la placa soporte 12.

En lugar de tubos ciegos con sección transversal circular pueden utilizarse también cuerpos envolventes planos en forma de tira, que sin embargo pueden tenderse básicamente del mismo modo que los tubos ciegos 26.

La figura 9 muestra una variante de los cuerpos envolventes rellenos de material de acumulación. En esta forma de ejecución los cuerpos envolventes tienen la forma de taquitos o plaquitas 28 planos paralelepipédicos, con una superficie base de por ejemplo 25 x 30 mm. Las plaquitas 28 están fijadas en filas separadas unas de otras sobre un género no tejido de rejilla 30. El género no tejido de rejilla pude colocarse sobre una disposición de conductos 14, junto con las plaquitas 28 fijadas al mismo, de tal modo que las plaquitas 28 se sitúen en cada caso entre los conductos 14.

La figura 10 muestra la forma de ejecución de un elemento de acumulación con un cuerpo hueco 32 en forma de placa, que contiene el material de acumulación y está configurado en las estrías de sujeción 34, en las que pueden encajarse conductos 14 para guiar un medio portador de calor. Estos elementos de acumulación en forma de placa pueden tenderse a continuación en la parte del edificio, en contacto con la superficie limitadora de espacio a calentar o refrigerar. La ventaja especial de esta forma de ejecución consiste en el contacto directo entre los conductos para el medio portador de calor y el elemento de acumulación. Esta solución es especialmente adecuada para cubiertas de refrigeración, debido a que al contrario que una superficie de suelo con un solado transmisor de calor no existe otra posibilidad de transmitir calor entre el sistema activo y el acumulador.

El principio de funcionamiento de acumuladores de calor latente es conocido por sí mismo. Como materiales apropiados en cuanto a sus características termofísicas para acumuladores de calor latente integrados en piezas constructivas son apropiados por ejemplo parafina de cadena corta (hexadecano y heptadecano), glicerina, trióxido de azufre, ácido acético glacial, sales y otras sustancias, cuya temperatura de fusión sea aproximadamente de entre 16 y 20ºC. Una temperatura de fusión inferior conduciría a que para cargar el acumulador sería necesario ajustar una temperatura de salida del sistema, con la que se descendería del punto de rocío sobre la superficie a refrigerar. Por el contrario, unas temperaturas de fusión superiores tendrían como consecuencia que la diferencia de temperatura entre el material de acumulación que se funde y la temperatura ambiente a mantener conduciría a una menor potencia de descarga y la función refrigerante estaría excesivamente limitada durante la descarga del acumulador.

En funcionamiento de carga del acumulador de calor latente integrado en piezas constructivas se ha ajustado una temperatura de salida del sistema por debajo de la temperatura de fusión del material de acumulación, hasta un punto tal que el material de acumulación realiza un cambio de fase de líquido a sólido. Debido a que para la carga de acumulador en la práctica de la climatización de espacios se dispone de un tiempo claramente mayor que para el funcionamiento de descarga, la temperatura directamente en el lado exterior del acumulador sólo tiene que ser un poco inferior a la temperatura de fusión o solidificación del material de acumulación. Evidentemente hay que tener en cuenta, que mediante procesos de conducción térmica dentro de las piezas constructivas y los gradientes de temperatura ligados a esto, dentro de la construcción existen diferencias adicionales de temperatura que dependen de la forma constructiva de la construcción. Cuanto más cerca esté el material de acumulación de los conductos de guiado de medio refrigerante y cuanto mejor sea la transmisión de calor entre el medio refrigerante y el material de acumulación, menores serán las diferencias de temperatura a tener en cuenta. En cuanto a causa de una interrupción o limitación del funcionamiento del suministro central de frío aumente de forma insignificante la temperatura de salida del sistema, aumenta también la temperatura en el material de acumulación hasta que este material haya alcanzado su temperatura de fusión. Este estado se alcanza de forma ideal después de un aumento de temperatura no superior a entre 1 y 2 K, de tal modo que la potencia frigorífica de la superficie limitadora de espacio hasta aquí sólo se ha reducido de manera poco importante. La alimentación de calor adicional desde el espacio a climatizar es absorbida después por el material de acumulación que se funde, sin que aumente más la temperatura dentro de la superficie limitadora de espacio. Hasta que no se ha fundido por completo el material de acumulación no aumenta la temperatura dentro de la construcción.

Claims (32)

1. Disposición para la climatización de edificios, que comprende una guía (14, 24), prevista dentro de una parte del edificio que delimita un espacio para un medio portador de calor, la cual está unida en transmisión de calor a una superficie limitadora de espacio a refrigerar o calentar, una instalación para calentar o refrigerar el medio portador de calor, una instalación de transporte para transportar el medio portador de calor a través de la guía (14, 24) y un acumulador de calor latente, dispuesto en la parte del edificio y cuyo material acumulador está unido en transmisión de calor a la superficie limitadora de espacio de la parte del edificio y a la guía (14, 24) para el medio portador de calor, en donde el material acumulador está dispuesto en cuerpos envolventes (20, 26, 28) cerrados, caracterizada porque los cuerpos envolventes que contienen el material de acumulación están dispuestos entre una primera capa de solado, en la que están incrustados conductos que guían el medio portador de calor, y una segunda capa de solado que forma la superficie limitadora de espacio.

2. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque la temperatura de fusión del material de acumulación es de entre aproximadamente 16ºC y 20ºC.

3. Disposición según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque los cuerpos envolventes (20, 26) que contienen el material de acumulación están incrustados en el material (18) que forma la parte del edificio.

4. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los cuerpos envolventes que contienen el material de acumulación envuelven al menos parcialmente conductos que envuelven el medio portador de calor.

5. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los cuerpos huecos son esferas (20) con un diámetro aproximado de entre 1 \mu y 30 mm.

6. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los cuerpos huecos son tubos ciegos (26) con sección transversal circular o poligonal.

7. Disposición según la reivindicación 6, caracterizada porque los tubos ciegos tienen una longitud aproximada de entre 300 y 900 mm.

8. Disposición según la reivindicación 6 ó 7, caracterizada porque los tubos ciegos están fijados a elementos soporte (12) planos tendidos en la parte del edificio.

9. Disposición según la reivindicación 8, caracterizada porque los tubos ciegos (26) se sujetan mediante sujeciones de pinzado configuradas en los elementos soporte (12).

10. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque los cuerpos envolventes (32) están configurados en forma de placa y tienen en su lado exterior sujeciones (34) para los conductos que guían el medio portador de calor.

11. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque los cuerpos envolventes tienen la forma de paralelepípedos planos (28).

12. Disposición según la reivindicación 11, caracterizada porque la superficie base del paralelepípedo es aproximadamente de 25 x 30 mm.

13. Disposición según la reivindicación 11 ó 12, caracterizada porque los cuerpos envolventes que contienen el material de acumulación están fijados a una pista de material (30) flexible, en filas separadas.

14. Disposición según la reivindicación 13, caracterizada porque la pista de material (30) es un género no tejido de rejilla.

15. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque los cuerpos envolventes (20, 26, 28) se componen de material sintético.

16. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizada porque los cuerpos envolventes (32) se componen de metal.

17. Elemento constructivo en forma de placa para erigir edificios, caracterizado por una guía (14, 24) para un medio portador de calor, la cual está unida en transmisión de calor a una superficie limitadora de espacio y puede conectarse a una instalación de transporte para el medio portador de calor, y un acumulador de calor latente, dispuesto dentro del elemento constructivo, cuyo material de acumulación está unido en transmisión de calor a la superficie limitadora de espacio y a la guía para el medio portador de calor, en donde el material acumulador está dispuesto en cuerpos envolventes (20, 26, 28) cerrados, caracterizada porque los cuerpos envolventes que contienen el material de acumulación están dispuestos entre una primera capa de solado (18'), en la que están incrustados conductos que guían el medio portador de calor, y una segunda capa de solado (18'') que forma la superficie limitadora de espacio.

18. Elemento constructivo según la reivindicación 17, caracterizado porque la temperatura de fusión del material de acumulación es de entre aproximadamente 16ºC y 20ºC.

19. Elemento constructivo según la reivindicación 17 ó 18, caracterizado porque los cuerpos envolventes (20, 26) que contienen el material de acumulación están incrustados en el material (18) que forma la parte del edificio.

20. Elemento constructivo según una de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque los cuerpos envolventes (20) que contienen el material de acumulación envuelven al menos parcialmente conductos (14) que guían el medio portador de calor.

21. Elemento constructivo según una de las reivindicaciones 17 a 20, caracterizado porque los cuerpos huecos son esferas (20) con un diámetro de entre 1 \mu y 30 mm.

22. Elemento constructivo según una de las reivindicaciones 17 a 20, caracterizado porque los cuerpos huecos son tubos ciegos (26) con sección transversal circular o poligonal.

23. Elemento constructivo según la reivindicación 22, caracterizado porque los tubos ciegos (26) tienen una longitud aproximada de entre 300 y 900 mm.

24. Elemento constructivo según la reivindicación 22 ó 23, caracterizado porque los tubos ciegos (26) están fijados a elementos soporte (12) planos tendidos en el elemento constructivo.

25. Elemento constructivo según la reivindicación 24, caracterizado porque los tubos ciegos (26) se sujetan mediante sujeciones de pinzado configuradas en los elementos soporte (12).

26. Elemento constructivo según la reivindicación 17, caracterizado porque los cuerpos envolventes (32) están configurados en forma de placa y tienen en su lado exterior sujeciones (34) para los conductos que guían el medio portador de calor.

27. Elemento constructivo según la reivindicación 17, caracterizado porque los cuerpos envolventes tienen la forma de paralelepípedos planos (28).

28. Elemento constructivo según la reivindicación 27, caracterizado porque la superficie base del paralelepípedo es aproximadamente de 25 x 30 mm.

29. Elemento constructivo según la reivindicación 27 ó 28, caracterizado porque los cuerpos envolventes que contienen el material de acumulación están fijados a una pista de material (30) flexible, en filas separadas.

30. Elemento constructivo según la reivindicación 29, caracterizado porque la pista de material (30) es un género no tejido de rejilla.

31. Elemento constructivo según una de las reivindicaciones 17 a 30, caracterizado porque los cuerpos envolventes se componen de material sintético.

32. Elemento constructivo según una de las reivindicaciones 17 a 30, caracterizado porque los cuerpos envolventes se componen de metal.