ES2345085B2 - Cubierta solar de un edificio. - Google Patents

Abstract

Cubierta solar de un edificio, que se caracteriza por ser una cubierta (1) diseñada con forma cuadrada, rectangular o poligonal, que es capaz de balancearse por su baricentro o punto central de equilibrio, gracias a los esfuerzos aplicados en un mínimo de tres o más puntos (9), claramente distanciados entre sí y entre su punto central de apoyo, logrando evitar salirse de su perímetro en posición horizontal.

Description

Cubierta solar de un edificio.

El objetivo de la presente invención es la construcción de la cubierta de un edificio que tenga la capacidad de orientarse al sol en todo momento, pero manteniéndose siempre dentro de los propios límites de la planta del edificio y, por tanto, sin sobresalir más allá de los propios aleros, partiendo de la máxima superficie en planta que ofrezca el inmueble, lo que se logra balanceándose sobre su centro de gravedad.

La patente soluciona el problema técnico de los paneles giratorios industriales existentes que cuando se disponen sobre un edificio con su máxima dimensión donde, al girar, barren una superficie que sobresale del propio inmueble. La patente evita, también, el tener que ceñirse tanto al plano como al ángulo de los faldones de la cubierta tradicional de un edificio a la hora de querer disponer paneles solares sobre dicha cubierta.

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Antecedentes de la invención

Tradicionalmente, los edificios tienen cubiertas inclinadas para evacuar el agua, organizándose normalmente sobre un mismo edificio, una cubierta con varios faldones que normalmente vierten las aguas hacia las distintas fachadas.

Los edificios construidos entre los trópicos terrestres, suelen tener cubiertas con pendientes entre 30 y 45º para evacuar el agua, lo que les diferencia de las cubiertas planas (0º) de los edificios de los países desérticos sobre el Ecuador (donde apenas llueve), así como de los países nórdicos con cubiertas a 60º para evitar la acumulación de agua en forma de nieve.

A partir de esta conformación geométrica genérica, propiciada para evacuar el agua de lluvia sobre las cubiertas, los edificios tienen faldones con una determinada pendiente, y distintas orientaciones.

Así pues, a un edificio de planta cuadrada o rectangular, le puede corresponder una cubierta a una, dos, tres o cuatro aguas, que pueden llegar a verter a cuatro fachadas distintas, lo que quiere decir que los faldones miran a distintas orientaciones del espacio y por consiguiente se pueden dar los cuatro casos siguientes:

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Un sólo faldón, que puede mirar a cualquiera de las cuatro orientaciones;

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Dos faldones, los cuales miran a orientaciones opuestas;

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Tres faldones, donde dos están mirando a orientaciones opuestas y el tercero a una intermedia; y

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Cuatro faldones, todos mirando a orientaciones distintas, opuestas dos a dos.

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A la hora de querer aprovechar el soleamiento que incide sobre la cubierta para beneficiarse de la energía solar, ya sea ésta fotovoltaica (para obtener electricidad) o térmica (para agua caliente sanitaria), es fundamental tener en cuenta la orientación de la misma, encontrándonos por tanto, con las 4 posibilidades antes comentadas.

Es bien conocida a su vez, que la manera de sacarle la mayor ventaja energética al sol, es disponiendo los paneles solares perpendiculares a los rayos de luz que irradia, lo que supone para un edificio cualquiera, que existan unos planos de cubierta mejor orientados que otros.

En este sentido, es evidente que para una misma superficie en planta de un edificio, si éste tiene una cubierta con un solo faldón orientado al sur, recibe más energía solar por radiación directa (66%), que si esta misma cubierta estuviera orientada al este (25%) o al oeste (25%), y menos todavía si estuviera orientada al norte (0%).

En otras palabras, para un mismo inmueble, el faldón orientado al norte no llega a recibir radiación directa y apenas capta energía, mientras que aquellos dos faldones de un mismo edificio que miren al este y al oeste, llegan a captar entre los dos menos radiación que la obtenida por un único faldón mirando al sur pero con la misma superficie en planta.

Cuando se desea captar sobre la cubierta de un edificio la máxima energía solar posible, surge la necesidad de poder orientar la cubierta sobre dicho inmueble hacia el sol constantemente, o lo que significa establecer una cubierta con seguimiento solar.

Si la forma de dicha cubierta fuera circular y ésta girara sobre un eje perpendicular a su círculo, el giro de la misma no cambiaría su geometría externa. Por el contrario, si se tratara de una cubierta cuadrada o rectangular girando sobre un eje perpendicular a ella, el paralelepípedo correspondiente describiría una geometría variable en el espacio en relación al giro.

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Como habitualmente los paneles solares desarrollados hasta la actualidad, parten de geometrías rectangulares propiciadas por las "obleas" de silicio, que constituyen la base para la conformación de dichos paneles, nos encontramos con la problemática de que las cubiertas de geometría paralepipédica, varían la planta del edificio en que se dispongan, caso de ocupar la totalidad de la cubierta.

Ello significa que si se quiere aprovechar toda la superficie cuadrada o rectangular de una cubierta de un inmueble con un panel solar, para obtener con ello la máxima captación, ésta cubierta no puede girar sobre sí misma sin evitar salirse de la huella establecida por la planta del propio inmueble.

Ante esta disyuntiva tradicionalmente se han planteado dos soluciones contrapuestas, cada una de ellas con sus ventajas y desventajas:

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Primera: Hacer el mayor panel que permita el tamaño de la planta, siendo fijo.

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Segunda: Hacer un panel menor que la planta que no sobresalga con su giro.

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Cualquiera de estas dos opciones limita en parte el aprovechamiento máximo que pudiera obtenerse de los paneles dispuestos en la cubierta de un edificio, siguiendo la nueva invención que a continuación se propone.

Del análisis anterior se concluye que para las edificaciones construidas en zonas tropicales, el plano horizontal de la cubierta (0º) es totalmente aprovechable para la captación solar, que le incide normalmente durante la mayor parte del día.

Por el contrario, en los países nórdicos o australes, la conformación de una cubierta con un solo plano de máximas proporciones y pendiente (60º) hacia el sur (o al norte en el hemisferio sur) es lo más beneficioso para captar la energía solar.

Entre los trópicos, con orientaciones intermedias (de 30º a 45º) donde existen los países más habitados, la variación de la orientación entre este, sur y oeste de los paneles solares en las cubiertas, tiene un mayor interés que en los dos casos antes citados.

Los paneles diseñados industrialmente para girar siguiendo al sol, además suelen tener el inconveniente de partir de un soporte central de grandes dimensiones, con su correspondiente cimentación de gran tamaño, debido a que debe de soportar a través de un solo pilar, la presión y los momentos que el viento huracanado pueda causarle, lo que no suele ser muy adecuado para disponerse en medio como soporte central de un edificio habitable.

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Descripción de la invención

En aras de solucionar los problemas técnicos previamente enunciados, la cubierta solar de un edificio, basculante auto-orientable, objeto de la presente invención propone subdividir la cubierta tradicional en dos cubiertas diferenciadas y por tanto novedosas, por cuanto tienen separadas sus prestaciones habituales:

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La cubierta superior pasa a ser activa y móvil, auto-orientable con el sol, evacua la nieve con su pendiente, pero puede dejar pasar o no el agua de lluvia a su través (hacia la cubierta inferior), pero en ningún caso asume un compromiso respecto al aislamiento del edificio.

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La cubierta inferior pasa a ser pasiva, permaneciendo fija sobre el edificio, pudiendo evacuar el agua de lluvia (si no la recogiera la cubierta superior), y asumiendo el aislamiento del edificio para evitar las pérdidas energéticas de la misma.

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Ambas cubiertas resuelven por su cuenta sus propios compromisos existentes frente a su carga, el viento, la nieve, etc.

Con el fin de lograr que la cubierta superior se oriente en relación al movimiento del sol, sin que por ello se salga del perímetro inicialmente establecido por la geometría de la planta (con su cubierta y aleros), mientras que la cubierta inferior permanece fija, se ha desarrollado la siguiente invención.

Se trata de una cubierta de proporciones cuadradas o rectangulares, que en principio se apoya en su centro de gravedad y es por ello capaz de balancearse sobre sí misma, para poder orientarse de esta forma en cada momento hacia la fachada del edificio en que dé el sol, a lo largo de su recorrido diurno.

La invención logra que una cubierta sobre una planta de forma cuadrada o rectangular, dispuesta horizontalmente, al balancearla por su centro de gravedad hacia cualquiera de sus lados y/o vértices, la huella que genera en planta, sea lógicamente inferior que la misma huella de dicha cubierta dispuesta en posición horizontal.

Esta invención contrasta por tanto, con las tradicionales cubiertas solares, que al girar (en lugar de balancear) sobre determinados ejes, en su recorrido se salen de la superficie que inicialmente ocupan en planta, lo que no ocurre con la nueva invención.

Para lograr el funcionamiento de la invención propuesta, se requiere de un mecanismo apropiado capaz de variar la orientación de la cubierta en cada instante, así como de ser estable no sólo con su carga, sino también frente a las acciones del viento, nieve, etc.

Este mecanismo aparentemente consiste, básicamente en cuatro cables, dispuestos a una distancia apreciable del centro de gravedad y de apoyo de la cubierta basculante, que están afianzados debajo de la misma, en cuatro puntos opuestos y que realmente se trata de sólo dos cables interrelacionados entre sí, funcionando en disposición diagonal respecto de su geometría rectangular.

Por tanto, cada uno de los dos cables diagonalmente dispuestos, al actuar en uno de sus extremos en un sentido (traccionando, acortando), actúa a su vez también en el extremo opuesto, aunque de forma contraria (sin traccionar, alargando). Todo lo anterior evidentemente puede también hacerse a la inversa (alargando primero y acortando después, es decir traccionando).

Para lograr el efecto anterior, cada uno de los dos cables diagonalmente dispuestos, está accionado por su correspondiente motor que en su giro trabaja coordinadamente con el giro del motor del otro cable. Con ello se logra acortar o alargar las dimensiones de los extremos diagonalmente opuestos de dichos cables, que están fijados por la parte inferior de la cubierta móvil.

El conjunto de la cubierta se diseña perfectamente equilibrada en sus masas y su peso se recoge por un apoyo en su centro de gravedad, que puede llegar a estar incluso por encima del mismo, para facilitar con ello que la cubierta tenga tendencia a equilibrarse en posición horizontal.

Por ello se tiene la ventaja de que se requiere de muy poco esfuerzo de tracción para variar dicha posición horizontal hacia el ángulo que aconseje la orientación deseada, lo que técnicamente es mucho más sencillo que empujar o girar un panel de cubierta de los tradicionales, con lo que los cables que se emplean actúan solamente como tensores, por lo que consumen el mínimo de energía.

Evidentemente, para el apropiado funcionamiento del conjunto del mecanismo, se requiere además de los cables accionados por los motores, un conjunto de rodamientos y/o poleas que pueden ser dentadas o no, para transmitir los esfuerzos deseados a través del recorrido que se aconseje para dichos cables, en función del diseño de los espacios habitados y la ubicación precisa del cuarto para la maquinaria.

No obstante plantearse una solución mecanizada de funcionamiento automatizado que requerirá de la correspondiente domótica con el software apropiado según sea la época del año y la hora del día, puede también plantearse el balanceo manual de la cubierta por accionamiento de poleas con los polipastos apropiados.

Si bien es evidente que cuanto más brazo o distancia exista entre el apoyo central de la cubierta y los cables tensores que la balancean, puede ocurrir que por razones de diseño y/o estética, se prefieran ubicar dichos cables en los extremos del plano de la cubierta solar rectangular, donde son más efectivos aunque más visibles por estar a la máxima separación posible, o que por el contrario, se prefiera ubicarlos bajo la zona central de la cubierta, donde son mucho menos visibles, aunque consumen mayor energía para lograr el mismo efecto, al tener un menor brazo o distancia respecto del apoyo de la cubierta en su centro de gravedad.

Al tratarse de una cubierta que balancea con un sistema de apoyo central, al que sea añade el tensado en uno, dos, tres o cuatro puntos distintos, según se accione el mecanismo de tensado, la cubierta es muy estable frente a la acción del viento, pudiendo incluso soportar grandes ráfagas permaneciendo inmóvil con el ángulo solar deseado.

En cualquier caso se cuenta con un sistema de emergencia o de puesta a cero del sistema mecánico de balanceo de la cubierta, que la afianza en su posición horizontal o de reposo, tensando los cuatro extremos de los dos cables a la vez.

Con el fin de asegurar si cabe todavía más la firmeza de la cubierta frente a un posible huracán en su posición horizontal, donde menos le afecta la acción del viento, se cuenta también con un dispositivo automático de soportes de apoyo a compresión que complementan los cables en sus cuatro extremos para lograr el equilibrio total al crear cuatro apoyos postensados bajo la cubierta en sus extremos o en su zona central, además de su apoyo baricéntrico.

Respecto al apoyo central, este requiere de una rótula capaz de permita girar a la cubierta en al menos las direcciones este, sur y oeste, aunque es deseable que la rótula pueda girar hasta inclusive el norte, por sí se quiere facilitar la limpieza de la cubierta actuando por sus cuatro lados.

Evidentemente, la rótula de giro incluye su correspondiente mecanismo de afianzamiento para evitar que una ráfaga de viento a gran velocidad, pudiera generar una succión capaz de levantar el peso de la cubierta, actuando entonces dicha rótula a tracción, en lugar de a compresión en lo que a la transmisión de esfuerzos se refiere.

Habitualmente, los paneles solares giratorios disponen de un soporte central de grandes proporciones, ya que el mismo se encarga de absorber el peso de la cubierta y la acción del viento de valor muy superior a la anterior.

Las características de diseño de la invención propuesta, al plantear una distancia respetable entre los puntos de tracción de los tirantes y el apoyo central, es fácil soportar en su conjunto los momentos que la acción del viento (junto al peso de la cubierta) generan en el soporte central, que puede ser de esbeltas proporciones.

No obstante lo anterior, el sistema permite de forma sencilla, desviar la carga central bajo el baricentro de la cubierta, hacia tres o más puntos extremos, que normalmente son cuatro (aunque también pueden ser cinco, seis u ocho) si se trata de una construcción con estructura reticulada.

Para lograr este objetivo, la rótula suele disponerse sobre un caballete de 15, 30, 45 ó 60º de ángulo respecto a la horizontal, para permitir el apropiado balanceo de la cubierta con relación al sol, según aconseje la latitud donde se edifique.

El caballete anterior podrá estar complementado con gatos hidráulicos capaces de variar su ángulo y/o altura, en función de la época del año y por lo tanto, según sea la inclinación del sol, para adaptar más fácilmente el conjunto de la cubierta en su giro, hasta lograr que sea ortogonal a los rayos de luz solar.

La cubierta anterior si bien nace con el fin de optimizar la captación solar a partir de una superficie en planta determinada, ello no impide que se aplique en lugar de para cubrir viviendas o edificios, se aplique también con ventajas para cubrir aparcamientos, zonas de penumbra, jardinería, etc., puesto que la tecnología que la invención plantea, se adapta perfectamente a un amplio espectro de aplicaciones.

Finalmente, cabe indicar que, junto al sistema mecánico y domotizado, es posible incorporar también medios de accionamiento manual, por sí la electricidad o la informática fallaran, poder seguir manipulando la cubierta para disponerla en la orientación deseada o lógicamente, para poderla dejar asegurada en posición horizontal ante situaciones de riesgo de fuertes vientos.

La cubierta solar auto-orientable, deberá permitir el giro de la cubierta según sea la latitud del lugar donde se emplee. Como podrá ser dispuesta en edificios prefabricados o casas móviles que puedan asentarse en paralelos distintos alrededor de la geografía terrestre, hay que pensar en la posibilidad de complementar el apoyo central de la cubierta con al menos un gato hidráulico que permita variar su altura de origen, con el fin de lograr variar a más o a menos, los ángulos de balanceo del panel de cubierta, en relación a su situación geográfica y al sol.

En previsión de que el desarrollo industrial pueda condicionar la definición última de la tecnología a emplear en el movimiento de la cubierta basculante, como alternativa al sistema de cables o cadenas, junto a motores y poleas, podrán aplicarse los característicos gatos con su correspondiente circuito hidráulico combinado entre ellos con la domótica correspondiente.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

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Breve descripción de los dibujos

Fig 1.- Muestra, según una representación esquemática en perspectiva, una vivienda de dos plantas bajo una cubierta inclinada a cuatro aguas y con aleros.

Fig 1A.- Muestra esquemáticamente y en perspectiva, la sección A-A' indicada en la figura 1, donde se observa que la cubierta tiene una pendiente de 15º.

Fig 2.- Muestra, según una representación esquemática en perspectiva, una vivienda de dos plantas bajo una cubierta inclinada a cuatro aguas y con aleros.

Fig 2A.- Muestra, en perspectiva esquemática, la sección B-B' indicada en la figura 2, donde se observa que la cubierta tiene una pendiente de 30º.

Fig 3.- Muestra, según una representación esquemática en perspectiva, una vivienda de dos plantas bajo una cubierta inclinada a cuatro aguas y con aleros.

Fig 3a.- Muestra, en perspectiva esquemática, la sección C-C' indicada en la figura 3, donde se observa que la cubierta tiene una pendiente de 45º.

Fig 4.- Muestra, según una representación esquemática en perspectiva, una vivienda de dos plantas bajo una cubierta inclinada a cuatro aguas y con aleros, en la que se aprecia la estructura interior de la cubierta.

Fig 4a.- Muestra, en perspectiva esquemática, la sección D-D' indicada en la figura 4, donde se observan las características geométricas de la cubierta.

Fig 5.- Muestra, según una representación esquemática en perspectiva, una vivienda de dos plantas bajo una cubierta inclinada a cuatro aguas y con aleros, en la que se aprecia la estructura interior de la cubierta de la figura 4, sobre la que se ha dispuesto otra equivalente pero en posición invertida quedando horizontal su plano superior y apoyándose en su centro.

Fig 5a.- Muestra, en perspectiva esquemática, la sección E-E' indicada en la figura 5, donde se observan las características geométricas de la cubierta inferior y la cubierta superior invertida y apoyada en su centro.

Fig 6.- Muestra, según una representación esquemática en perspectiva, la cubierta superior invertida de la figura 5, donde se ha simplificado la estructura de apoyo de la cubierta inferior y la geometría de la cubierta superior.

Fig 6a.- Muestra, en perspectiva esquemática, una sección transversal de la figura 6, donde se observa el centro de gravedad "G" de la cubierta superior.

Fig 7.- Muestra, en perspectiva esquemática, el balanceo de la cubierta de las figuras 6 y 6a, por su punto de apoyo y en el plano perpendicular a una fachada del edificio o a 90º.

Fig 7a.- Muestra, en planta esquemática, el balanceo de la cubierta de la figura 7, realizada a 90º respecto de una fachada.

Fig 7b.- Muestra, en sección esquemática, el balanceo de la cubierta de las figuras 7 y 7a, a 90º de una fachada.

Fig 8.- Muestra, en perspectiva esquemática, el balanceo de la cubierta de las figuras 6 y 6a, por su punto de apoyo central y en el plano perpendicular a una arista del edificio ó a 45º.

Fig 8a.- Muestra, en planta esquemática, el balanceo de la cubierta de la figura 8, realizada a 45º respecto de una fachada.

Fig 8b.- Muestra, en sección esquemática, el balanceo de la cubierta de las figuras 8 y 8a, a 45º de una fachada.

Fig 9.- Muestra, en perspectiva esquemática, la instrumentación necesaria para generar el movimiento de la cubierta superior de las figuras 6, 6a, 7, 7a, 7b, 8, 8a y 8b.

Fig 9a.- Muestra, en perspectiva esquemática, los desplazamientos necesarios en la instrumentación aplicada para generar el balanceo de la cubierta a 90º respecto a una fachada.

Fig 9b.- Muestra, en perspectiva esquemática, los desplazamientos necesarios en la instrumentación aplicada para generar el balanceo de la cubierta a 45º respecto a una fachada.

Fig 10.- Muestra, en perspectiva esquemática, la aplicación conjunta de una cubierta superior invertida sobre otra inferior, junto con la instrumentación necesaria para generar el movimiento de la cubierta superior como se explica en las figuras 9, 9a y 9b.

Fig 11.- Muestra, en perspectiva detallada y en un montaje en tres fases, la concreción de una posible estructura principal de la cubierta superior invertida, junto con un posible despiece de la estructura secundaria que a su vez soporta un despiece genérico de los paneles solares, fotovoltaicos y térmicos.

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Realización preferente de la invención

Tal y como es posible observar en las figuras 1, 2, 3, con sus correspondientes secciones (representadas en las figuras 1a, 2a, 3a), se aprecia un inmueble de 2 plantas de altura (2, 2', 2'') con cubiertas inclinadas a cuatro aguas (1, 1', 1''), con variantes en la pendiente de sus faldones de 15, 30 y 45º, diferenciándose claramente en las secciones, la parte prismática del inmueble, de la parte de sección triangular de la cubierta con sus distintas pendientes.

En el caso concreto de la cubierta de 15º de inclinación (1), en las figuras 4 y 4a, puede verse en perspectiva y en sección, el volumen del inmueble de dos plantas (2) bajo el que existe una cubierta (1) constituida por cuatro faldones con sus correspondientes aleros (3) y limatesas (4), que envuelven una estructura cerchada (triangulada) (5), que apoya en el perímetro del inmueble.

Si observamos las figuras 5 y 5a, que parten de la perspectiva esquemática de la vivienda (2) anterior, con su cubierta tradicional de 15º (1) y sobre ella se le dispone otra cubierta equivalente pero invertida (1), apoyándola por el punto el que convergen las limatesas (4), de sus correspondientes cerchas estructurales (5), es decir por su vértice, tendremos un plano horizontal mirando al firmamento, que es precisamente lo que nos interesa tener para poder organizar un panel solar de las máximas proporciones posibles a partir de la planta del inmueble y mirando al cielo, aunque falte todavía poder orientarlo en la dirección concreta del sol en cada momento.

Precisamente el punto de encuentro entre ambas cubiertas, la tradicional (1) y la geométricamente invertida, es el vértice entre ambas cubiertas, constituida en rótula de giro (6) para lograr la adecuada orientación de los paneles solares que sobre ella se dispongan, como posteriormente se indica con los números (21) (22) en la figura 11.

Tal como se muestra en las figuras 6 y 6a, es evidente que la solución estructural de la cubierta de gran canto, mostrada en las figuras 4, 4a, 5 y 5a, a partir de cerchas trianguladas (5), puede simplificarse cuando se quiera optimizar la estructura de la cubierta (8) con el mínimo canto para apoyar la cubierta de paneles solares correspondiente (1), sobre un apoyo estructural central (7), también simplificado, en este caso, hasta constituir una pirámide de cuatro lados.

En la figura 6 referida a la imagen de la perspectiva esquemática, y en la figura 6a, referida a su sección transversal, se indica también con claridad, la existencia de al menos cuatro puntos (9) claramente separados del apoyo central, y perfectamente diferenciados como A, B, C, D, que permitirán crear las conexiones de la cubierta (1) con el instrumental apropiado (que se expone más adelante en las figuras 9, 9a, 9b y 10), para generar el movimiento capaz de lograr la posición de la cubierta en dirección al sol en cada momento.

Obsérvese en la figura 6, cómo la planta de la cubierta (1) que constituirá el panel solar, ocupa igual que la proyección a puntos de la cubierta inferior. Obsérvese también en la figura 6a, cómo la rótula de apoyo (6) de la estructura (8) de la cubierta (1) se sitúa por encima de la línea de puntos y rayas que indica el centro de gravedad "G" de dicha cubierta. El hecho de que el apoyo o punto de giro, esté más elevado que el centro de gravedad "G", permite ofrecer la seguridad de que en todo momento la cubierta (1) permanece en un plano horizontal, sino se la solicita por ningún lado, suponiendo que no haya viento.

Como el objeto de la invención pretende precisamente buscar ángulos diversos de dicha cubierta frente a la horizontal, para orientarse al sol en cada momento, resulta que la problemática de soportar la acción del viento coincide a su vez con la de crear la orientación adecuada en cada caso, lo que observando en la figura 6a, puede resolverse logrando el giro de ángulos "a" o "P" deseados, sobre la rótula (6), precisamente acometiendo por los puntos (9) diferenciados como A, B, C, D, como se muestra en las figuras 9, 9a y 9b.

Observando la figura 7, se comprueba cómo el plano horizontal de la cubierta (1) indicada a puntos, puede balancearse un ángulo "a" a partir de la rótula (6), donde transmite su peso, lo que puede hacerse en dirección a cualquiera de sus cuatro fachadas a 90º, sumando cuatro posiciones.

Igualmente, observando la figura 8, se comprueba cómo el plano horizontal de la cubierta (1) indicada a puntos, puede balancearse un ángulo "\beta" a partir de la rótula (6), donde transmite su peso, lo que puede hacerse en dirección a cualquiera de sus cuatro esquinas a 45º, constituyendo cuatro posiciones intermedias a las anteriores y sumando con ellas un total de ocho.

Para demostrar que en el cualquiera de las ocho posiciones obtenidas a partir del balanceo de la cubierta (1) mostrado en las figuras 7 y 8, a 90 y 45º de las fachadas respectivamente, se añaden las figuras 7a y 8a, donde a puntos se ha dibujado a puntos la planta de la cubierta en horizontal, mostrándose en todo momento que el balanceo de la cubierta (1) que permite su orientación al sol, consigue evitar que dicha cubierta sobresalga de su perímetro en planta, en todas las posiciones posibles y sus valores intermedios.

La demostración gráfica anterior, se amplían en las figuras 7b y 8b, con la vista lateral de la perspectiva esquemática de las figuras 7 y 8, donde además se comprueba la capacidad de giro de la estructura (8) de la cubierta (1), sobre la rótula (6) en el extremo superior del soporte piramidal (7).

En las figuras que acabamos de analizar (7, 7a, 7b y 8, 8a, 8b), se han indicado también los puntos (9) diferenciados como A, B, C, D, por donde se fija a la estructura (8) de la cubierta (1) el instrumental capaz de generar su movimiento, al tiempo de soportar la acción del viento.

El instrumental mínimo necesario para crear los movimientos de balanceo para el seguimiento solar de la cubierta, se exponen en las figuras 9, 9a, 9b y 10, y parten del apoyo central sobre la rótula (6), junto con el accionamiento mecánico sobre los puntos (9) A, B, C, D, tomados de dos en dos (A-B y/o C-D).

En la figura 9, se muestra en perspectiva esquemática y en posición horizontal, el instrumental apropiado que permite accionar el movimiento de la estructura (8) de la cubierta sobre la pirámide (7) a través de la rótula (6) y que esencialmente consiste en dos cables: el cable (10-10') que une A con B, y se ha grafiado a punto y raya; y el cable (11-11') que une C con D, y se ha grafiado a rayas discontinuas. Ambos cables están accionados por sus respectivos motores (12) (13) y circulan a través de las correspondientes poleas (14). Todo el movimiento viene coordinado y regido por un sistema informático domotizado (no representado en las figuras adjuntas), que contempla las características del ciclo solar de cada día.

Como se puede observar en el gráfico de la figura 9, el motor (12) acciona el cable (10-10') pudiendo variar con su giro, las posiciones de A y B, al alargar o acortar los extremos (10-10') de dicho cable. Igualmente, como se puede observar en el gráfico de la figura 9, el motor (13) acciona el cable (11-11') pudiendo variar con su giro, las posiciones de C y D, al alargar o acortar los extremos (11-11') de dicho cable.

El accionamiento coordinado de los cables (10-10') y (11-11') a través de los motores (12) (13), consiguen que los extremos A-B y C-D, diagonalmente dispuestos entre sí y sujetos a la estructura (8), varíen su posición entre las ocho existentes antes comentadas (y sus variantes intermedias), tal y como se muestra en las figuras siguientes (9a y 9b). Y todo ello al tiempo de lograr soportar también la acción del viento.

En la figura 9a, se muestra en perspectiva esquemática, el balanceo de la cubierta en ángulo de 90º respecto de cualquiera de las fachadas, logrado a partir de la variación de longitud experimentada por los cables (10-10') (11-11'). Así pues puede comprobarse comparando con la figura 9 anterior, como el cable (10-10') tiene ahora un tramo más largo junto al punto A, al tiempo que otro más corto junto al punto B. Por el contrario, se observa también que el cable (11-11') tiene a su vez un tramo más corto en su posición C, frente a otro más largo en su posición D, con respecto a lo apreciado en la figura 9 anterior. Todo ello ha sido debido al giro generado por los motores correspondientes (12) (13) en el primer y segundo caso, respectivamente.

En la figura 9b, se muestra en perspectiva esquemática, el balanceo de la cubierta en ángulo de 45º respecto de cualquiera de las esquinas, logrado a partir de la variación de longitud experimentada por los cables (10-10') (11-11'). Así pues puede comprobarse comparando con la figura 9 anterior, como el cable (10-10') no presenta variación ninguna en los tramos junto al punto A o junto al punto B. Por el contrario, sí se observa claramente que el cable (11-11') tiene un tramo más corto en su posición C, frente a otro más largo en su posición D, con respecto a lo apreciado en la figura 9 anterior. Todo ello ha sido debido al giro generado por el motor (13) sobre el cable (11-11'), manteniéndose quieto el motor (12) sobre el cable (10-10').

En la figura 10, se agrupan las explicaciones realizadas sobre el funcionamiento mecánico del balanceo de la cubierta ofrecidas en las figuras 9, 9a y 9b, sobre la cubierta de un edificio tradicional, con su cubierta solar invertida que propone esta invención. La cubierta tradicional a cuatro aguas (1) con su estructura de cerchas (5), se encuentra dispuesta sobre un edificio (2), de una planta de altura con soportes perimetrales. La cubierta invertida (1) sobre la tradicional (1), le transmite su peso a través de la rótula de apoyo (6), el cual, a través de las cerchas (5) llega a los soportes perimetrales (2) de la cubierta que tiene su alero (3) y sus limatesas (4), que confluyen en el vértice.

En el gráfico de esta misma figura 10, puede comprobarse cómo la cubierta solar está en posición horizontal, ya que los cables (10-10') y (11-11') tienen la misma longitud en sus cuatro extremos A-B, C-D, ya que los motores (12) (13), no han generado ningún giro que decante el balanceo de la cubierta hacia ninguna posición concreta.

En relación a cada punto (9) A, B, C, D, existe un homónimo inferior A', B', C' D', dispuestos sobre la estructura (2) del edificio, de tal manera que en las ocho posiciones de giro tipificadas de la cubierta (además de los intermedios), la cubierta superior puede apoyar sobre la inferior al juntarse los correspondientes puntos A con A', C con C', B con B' ó D con D', propiciado por la tensión de los cables (10-10') y/o (11-11') según sea el funcionamiento coordinado a derecha, a izquierda o parado, de cada uno de los motores (12) (13).

Los puntos A' B' C' D', son materializadas como unas esferas de goma (15) que evitan las vibraciones de la cubierta en su balanceo. A su vez, y con el fin de poder soportar vientos huracanados, se han dispuesto soportes telescópicos (16) que embutidos en la estructura (2), sobresalen de dichos puntos (A' B' C' D') hasta juntarse con los correspondientes puntos (A B C D), con el fin de lograr que dichos pares de puntos (A-A'; B-B'; C-C'; D-D') queden perfectamente estáticos entre sí por el efecto combinado del tensado de los cables (10-10') (11-11') que circulando por su interior comprimen dichos tubos telescópicos (16) una vez extendidos y afianzados en su posición de alargamiento máximo, para lograr la nivelación estable y horizontal de la cubierta solar.

La figura 11 muestra en una perspectiva apilable despiezada, como la cubierta (1) marcada a puntos, aloja de forma centrada la estructura (8) que descansa sobre su rótula (6) y que puede accionarse a través de los puntos (9) A, B, C, D.

Sobre dicha estructura (8), se plantea su perímetro de remate (17), junto con el despiece de la subestructura (18) con su suplemento perimetral (19), que soportará los paneles solares fotovoltaicos cuadrados (21) en la parte central de la cubierta y paneles solares térmicos alargados (22) en su parte perimetral. Todo ello rematado con un perfil de borde (20).

Claims (7)

1. Cubierta solar auto-orientable caracterizada por ser basculante y porque comprende, al menos:

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una cubierta (1) diseñada con forma cuadrada, rectangular o poligonal, configurada para balancearse por su baricentro o punto central de equilibrio; y la cual se encuentra formada por dos cubiertas diferenciadas: una cubierta inferior pasiva con forma sustancialmente piramidal, que cuenta en su cúspide con una rótula (6) sobre la que se soporta y articula una cubierta superior solar activa que bascula sobre dicha rótula (6) y es auto-orientable, de manera que la función de evacuación de aguas se asume parcialmente entre ambas cubiertas, mientras que la de aislamiento del edificio, si es necesario, la asume la inferior.

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unos medios de balanceo conectados a la cubierta (1) por, al menos, tres puntos (9) de aplicación de esfuerzo, distanciados entre sí y entre su punto central de apoyo (6) de tal forma que durante su movimiento de balanceo nunca se supera el perímetro inicialmente establecido por la geometría de la planta, que comprenden:

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medios de conexión (10-10', 11-11') de longitud variable, unidos a los puntos de aplicación de esfuerzo (9) por la parte inferior de la cubierta (1);

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una pluralidad de motores (12, 13) conectados a los medios de conexión (10-10') (11-11') mediante poleas (14) por las que circula los medios de conexión (10-10', 11-11') entre el punto de accionamiento de la fuerza del motor (12, 13) y el de aplicación de la misma bajo la cubierta (1), debidamente coordinados entre sí por una centralita informática domotizada.

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2. Cubierta según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende, además, un sistema de topes (15) o de sujeción supletoria configurados para evitar la vibración de la cubierta (1) con el viento.

3. Cubierta según reivindicación 2 caracterizada porque el sistema de topes (15) o de sujeción supletoria está controlado por motores de paso variable (12, 13) para evitar movimientos bruscos, así como muelles de ajuste para controlar las tensiones de los medios de conexión (10-10', 11-11').

4. Cubierta según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque puede además incorporar un sistema de retención del movimiento de la cubierta en posición de seguridad mediante una pluralidad de perfiles giratorios o telescópicos (16), que afiancen la cubierta (1) con un efecto de postensado, obtenido por la combinación de los esfuerzos a tracción de los medios de conexión (10-10', 11-11') en correlación con los esfuerzos de compresión de los perfiles (16) entre los apoyos (A, B, C, D) y topes (15).

5. Cubierta según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de conexión (10-10', 11-11') son unos seleccionados entre: cables, cadenas, cuerdas y correas.

6. Cubierta según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende medios de accionamiento manual de la cubierta (1).

7. Cubierta según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque además comprende, al menos, un gato hidráulico central bajo el apoyo, configurado para variar la altura de la rótula (6) con el fin de facilitar el giro de la cubierta (1) cuando se requiera un ángulo mayor que el que se logre con el dispuesto con el apoyo inicial, y coordinados entre sí mediante un sistema hidráulico dotado de una central informática domotizada.