ES2387278B2 - Panel acristalado modular para edificaciones. - Google Patents

Abstract

Panel acristalado modular para edificaciones, que tiene un bastidor estructural (11) en el que van fijadas una ventana exterior (2) y una ventana interior (4), con una cámara de aire (3) entre ambas, junto con medios de intercambio de calor para el tratamiento del aire que circula por la cámara de aire (3), y medios de circulación de aire, que hacen circular el aire por la cámara de aire (3) y los medios de intercambio de calor, o bien entre la cámara de aire (3) y el interior de la edificación (12).#Adicionalmente, el panel acristalado modular para edificaciones tiene medios de protección solar (1) automatizados dispuestos en el exterior del bastidor estructural (11), los cuales impiden en diferentes grados la incidencia de la radiación solar sobre el bastidor estructural (11).

Description

PANEL ACRISTALADO MODULAR PARA EDIFICACIONES

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCiÓN

La presente invención pertenece al campo técnico de la edificación, para obra nueva y rehabilitación de cualquier tipo de edificio, más concretamente a la instalación de cerramientos transparentes y translúcidos, y más concretamente a la instalación de paneles acristalados modulares que permitan la renovación del aire, a la vez que se

10 realiza un adecuado aislamiento acústico y un control de la carga térmica, mediante medios de intercambio de calor para el tratamiento del aire que circula entre los paneles, y medios de circulación del aire entre los paneles, los medios de intercambio de calor, y el interior de la edificación.

15 ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Los elementos acristalados son los elementos más débiles de las fachadas de las edificaciones, dado que a través de estos elementos se produce indeseable intercambio de calor, es decir, perdidas de calor en invierno y ganancias de calor en

20 verano. Los elementos acristalados deben cumplir una serie de funciones, como son el paso de la luz natural, comunicación visual, radiación solar, circulación y renovación de aire y funcionar además como aislamiento acústico y térmico, y no todas estas prestaciones son siempre compatibles entre sí. En elementos acristalados

25 convencionales, la renovación del aire y el aislamiento acústico son incompatibles entre sí, así como la renovación del aire y el aislamiento térmico. El concepto de doble piel de vidrio, o doble capa en paneles de acristalamiento es conocido, y aparecen descritos en diversos documentos, tales como FR2492509, o CN201144612.

30 Casi todos los paneles existentes están compuestos por dos o más capas de vidrio entre las cuales fluye una corriente de aiire y transporta fuera parte del calor absorbido por las capas de vidrio debido a la radiación entrante o debido a las pérdidas de calor y las ganancias del interior y exterior, respectivamente. Dependiendo de la trayectoria de flujo, el calor absorbido por el aire es evacuado fuera

35 del edificio o dentro del edificio, y el aire que pasa a través de la ventana puede ser tomada desde el exterior o desde el interior del edificio, lo que conduce a cuatro configuraciones de flujo posibles, representadas en la figura 1. Cada una de estas configuraciones de flujo funciona mejor para ciertas condiciones climáticas exteriores y las cargas internas de calor. Así, la elección entre ellos depende de la localización y la

5 naturaleza del edificio considerado. Se obtiene un rendimiento óptimo si las ventanas tienen un funcionamiento dinámico, pasando de una configuración de flujo a otra. Los paneles existentes en la actualidad permiten cambiar entre dos de las configuraciones de flujo, pero no entre los cuatro, lo que limita los ahorros de energía alcanzables. Las capas de vidrio de los paneles carecen de inercia térmica. Aunque las cuatro

10 configuraciones de flujo posibles mostraldas en la figura 1 permiten la adaptación a las diferentes condiciones externas e internas, no siempre es posible durante el ciclo de día-noche satisfacer las necesidades de ventilación y de carga de calor del edificio al mismo tiempo. El documento US4412528 describe un panel acristalado basado en el uso de un

15 material de cambio de fase para aprovechamiento del calor procedente de la radiación solar. Sin embargo, dicho documento no contempla el problema de la renovación del aire y su compatibilidad con el aislamienIo acústico. También el documento EP1930302 propone un panel acristalado que presenta un recubrimiento basado en un material de cambio de fase, pero tampoco resuelve el

20 problema de la renovación del aire. En cuanto al documento FR2492509, éste propone un procedimiento de aislamiento de superficies acristaladas que permite la captación de energía solar y contempla la renovación del aire. Sin embargo, dicho documento no realiza una gestión eficiente de las cargas térmicas, y además no se divulga el uso de un material de cambio de fase

25 como intercambiador de calor con las ventajas que conlleva el uso del mismo. Era por tanto deseable un panel acristalado para fachadas de edificaciones que consiguiera una renovación eficiente del aire del interior, así como una adecuada gestión de la energía térmica incidente, evitando los inconvenientes existentes en los anteriores sistemas del estado de la técnica.

DESCRIPCIÓNI DE LA INVENCiÓN

La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante un panel acristalado modular para edificaciones, que tiene un bastidor 35 estructural, en el que van fijadas una ventana exterior y una ventana interior,

quedando entre ambas una cámara de aire. Esta cámara permite la circulación de aire por su interior, permitiendo la renovación de éste. Adicionalmente, en el bastidor estructural hay fijados medios de intercambio de calor para el tratamiento del aire que circula por la cámara, en los que dicho aire toma o

5 cede calor, para poder entrar al interior de la edificación a una temperatura próxima a la temperatura de confort. Igualmente existen medios de circulación, que hacen circular el aire por la cámara de aire y los medios de intercambio de calor, y entre la cámara de aire y el interior de la edificación.

10 Por tanto, el aire se trata pasando por un elemento de intercambio de calor, lo que permite la renovación de aire automatizada, sin necesidad de abrir la ventana. El panel acristalado modular presenta también medios de protección solar automatizados, que están en el exterior del bastidor estructural, y que impiden en mayor o menor medida, dependiendo de las necesidades, la incidencia de la radiación

15 solar sobre el panel acristalado modular. De forma preferente, los medios de intercambio de calor pueden consistir en un par de intercambiadores, siendo éstos un intercambiador de calor inferior, dispuesto bajo la ventana exterior, y un intercambiador de calor superior, dispuesto en este caso sobre la ventana exterior. Naturalmente, los intercambiadores de calor cumplen con los

20 requerimientos de aislamiento acústico. Además, los medios de circulación de aire pueden estar formados por cuatro rejillas, que pueden abrirse o cerrarse a voluntad, o automáticamente, dependiendo de las necesidades de flujo de aire. Las cuatro rejillas son: una rejilla inferior interior dispuesta bajo la ventana interior, una rejilla superior interior que va dispuesta sobre la

25 ventana interior, una rejilla inferior intermedia dispuesta en la parte inferior de la cámara de aire, la cual conecta la cámara de aire y el intercambiador de calor inferior, y una rejilla superior intermedia dispuesta en la parte superior de la cámara de aire, la cual conecta la cámara de aire con el intercambiador de calor superior. Cuando existen elementos de renovación de aire, tales como rejillas aireadoras, el

30 Código Técnico de la Edificación establece que las medidas para la determinación del aislamiento acústico se deben hacer con las rejillas cerradas. Sin embargo, con el presente panel modular acristalado activo se ha compatibilizado la renovación de aire con el aislamiento acústico, obteniendo niveles de aislamiento acústico con las rejillas abiertas que cumplen los requisitos establecidos en dicho Código Técnico de la

35 Edificación.

Preferentemente, los intercambiadores de calor del panel acristalado están realizados en materiales de cambio de fase, para almacenar el calor, y transmitirlo en el momento necesario. Así, el panel acristalado modular objeto de la presente invención optimiza el uso de la

5 radiación solar, realizando un aprovechamiento de la radiación incidente, tanto su uso en el momento en que incide, como su acumulación para su uso posterior. Otras ventajas del panel son una mejora del aislamiento térmico, una eficiente combinación del control solar con el control lumínico, y una reducción de las pérdidas o ganancias energéticas no deseadas por renovación de aire.

DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

A continuación, para facilitar la comprensión de la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de la invención que hace referencia a una serie

15 de figuras. La figura 1 muestra de forma esquemática las cuatro configuraciones de flujo en paneles acristalados. La figura 2 muestra una realización particular del panel modular acristalado objeto de la presente invención, con sus elementos principales.

20 La figura 3a representa la amortiguación térmica en el panel modular en la posición verano-día. La figura 3b muestra el preenfriamiento del aire en el panel modular en la posición verano-día. La figura 4 representa la ventilación nocturna del panel modular objeto de la presente invención.

25 La figura 5a representa la amortiguación térmica en el panel modular en la posición invierno-día. La figura 5b muestra el precalentamiento del aire del panel en dicha posición invierno-día. La figura 6a representa la protección efectiva en el panel en la posición inviernonoche, mientras que la figura 6b muestra el precalentamiento del aire en esta posición

30 invierno-noche. La figura 7a representa la amortiguación térmica en el panel en la posición equinocciodía. La figura 7b muestra el preenfriamiento del aire en el panel en dicha posición equinoccio-día. En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son:

35 1. medios de protección solar

2.

ventana exterior

3.

cámara de aire

4.

ventana interior

5.

rejilla inferior intermedia

6.

rejilla superior intermedia

7.

rejilla inferior interior

8.

rejilla superior interior

9.

intercambiador de calor inferior

10.

intercambiador de calor superior

11.

bastidor estructural

12.

interior de la edificación

DESCRIPCiÓN DE REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCiÓN

El objeto de la presente invención es un panel acristalado modular para edificaciones, el cual mediante la combinación de diversas posiciones de aprovechamiento de la radiación solar y de pretratamiento de aire, permite la renovación del aire, y acumula y gestiona la energía incidente sobre él, con el objeto de reducir la transmisión de calor a través de dicho panel y de aprovechar y acumular la radiación incidente. Tal y como se puede observar en las fiiguras, principalmente en la figura 2, el panel acristalado modular para edificaciones tiene un bastidor estructural 11 que alberga los elementos principales de la invención. lEn dicho bastidor estructural 11 se aloja una ventana exterior 2 y una ventana interior 4, quedando dispuesta entre ambas una cámara 3 por la que puede circular el aire. Al estar los componentes principales de la invención alojados en el bastidor estructural 11, se permite un montaje en taller, reduciendo los plazos de obra, mejorando la calidad, y garantizando de esta forma un buen comportamiento, cumpliendo así los requisitos establecidos, gracias a una buena ejecución de juntas. De forma particular, el doble elemento acristalado, formado por la ventana exterior 2 y la ventana interior 4, va de suelo a techo terminado, permitiendo así un gran aporte por ganancia solar tanto por la gran superficie acristalada, como por el aprovechamiento del aire caliente que se genera en la cámara 3 entre los dos elementos. Adicionalmente, en el bastidor estructural 11 hay medios de intercambio de calor para el tratamiento del aire que circula por la cámara 3, y medios de circulación, que hacen circular aire por la cámara 3 y los medios de intercambio de calor, y entre la cámara de aire 3 y el interior de la edificación 12. Además el panel acristalado presenta medios de protección solar 1 automatizados que se disponen en el exterior del bastidor estructural 11, los cuales, o bien permiten, o

5 impiden en mayor o menor medida la incidencia de la radiación solar sobre el panel, dependiendo de las necesidades de cada momento. En esta posición exterior al bastidor estructural 11 es donde se consigue mayor eficiencia en el control de la incidencia de la radiación solar. Estos medios de protección solar 1 automatizados pueden consistir, por ejemplo, en una persiana exterior veneciana motorizada.

10 Según se observa en las figuras, según una realización preferente de la invención, los medios de intercambio de calor del panel acristalado están formados por dos intercambiadores: un intercambiador de calor inferior 9 bajo la ventana exterior 2, y un intercambiador de calor superior 10 dispuesto sobre la ventana exterior 2. El espacio opaco coincidente con el canto de forjado es el que se aprovecha para albergar los

15 intercambiadores de calor 9, 10. Además, en esta realización preferente, los medios de circulación tienen cuatro rejillas: una rejilla inferior interior 7 bajo la ventana interior 4, una rejilla superior interior 8, dispuesta sobre la ventana interior 4, una rejilla inferior intermedia 5 dispuesta en la parte inferior de la cámara de aire 3, Ila cual conecta dicha cámara de aire 3 y el

20 intercambiador de calor inferior 9, y una rejilla superior intermedia 6, dispuesta en la parte superior de la cámara de aire :3, que conecta esta cámara de aire 3 y el intercambiador de calor superior 10. Todas las rejillas 5,6,7,8 presentan una posición abierta y una posición cerrada para poder alcanzar las diferentes configuraciones de flujo de aire mostradas en la figura 1, Y poder cambiar de forma eficiente de una a otra

25 según necesidades. Así el aire puede seguir diversos caminos, directamente al interior del recinto 12 a través de los intercambiadores 9, 10, o bien pasando por la cámara 3 entre las ventanas 2,4, y posteriormente al interior 12. Preferentemente, los intercambiadores de calor 9,10 de la invención están realizados mediante materiales de cambio de fase, los cuales absorben el calor para poder

30 transmitirlo en el momento en que sea necesario. Así, los intercambiadores de calor estarán realizados preferentemente mediante conductos delimitados por contenedores de aluminio con materiales de cambio de fase a temperatura constante. A continuación, con ayuda de las figuras, se describen diversas posiciones de funcionamiento del panel, según las diferentes alternativas de circulación del flujo de

35 aire por los intercambiadores de calor 9, '1 O Y la cámara 3.

Las figuras 3a y 3b muestran la posición verano-día del panel. En esta posición de verano-día el panel combina varias estrategias enfocadas al aprovechamiento y al control de la radiación solar. En verano, durante el día, el panel funciona como colchón térmico, protegiéndose la parte acristalada 2,4 de la radiación solar, evitando su 5 incidencia en el interior de la edificación 12. Se cierran las rejillas interiores 7,8 y se abren las intermedias 5,6. Así, el aire circula, entrando por el intercambiador inferior 9 y saliendo por el intercambiador superior 10, evitando que la cara exterior de la ventana interior 4 se caliente. El intercambiador de calor inferior 9 también se protege de la radiación solar y el superior 10 se deja expuesto, de forma que al calentarse se 10 produce el efecto chimenea, lo que favorece la circulación del aire. En esta posición, cuando se requiera ventilación para renovación del aire, se cerraran las rejillas intermedias 5,6 y se abrirá la rejilla inferior interior 7 y la superior interior 8. La sobrepresión en los cuartos húmedos producirá un tiro que facilitará el paso del aire a través de los intercambiadores de calor 9,10, de forma tal que el aire cederá parte de

15 su calor, accediendo a la vivienda a una temperatura inferior a la exterior. La figura 4 muestra la posición verano-noche, en la que se retira la protección solar 1 y se abren las rejillas interiores, tanto la inferior 7 como la superior 8, facilitando la ventilación natural. Esta ventilación proporcionará un descenso de la temperatura interior, enfriará los cerramientos y paramentos de la vivienda e intercambiará energía

20 con los materiales de cambio de fase contenidos en el intercambiador de calor. Las figuras 5a y 5b muestran la posición invierno-día. En invierno, durante el día se prevé el óptimo aprovechamiento del sistema, exponiéndose la parte acristalada 2,4 a la radiación solar, facilitando su incidencia en el interior. Existen dos posibles posiciones, y el uso de cada una dependerá principalmente del estado de la bóveda

25 celeste, de la temperatura exterior y de las necesidades de renovación de aire. En una de las posiciones se abren las rejillas interiores 7,8 y se cierran las rejillas intermedias 5,6 de la cámara 3. La cámara 3 se calienta por efecto invernadero y transmite calor hacia el interior del edificio 12 por conducción. Además, parte de la radiación incide directamente en el interior 12. En la otra posición, se abren las rejillas intermedias 5,6

30 de la cámara 3, se cierra la inferior interior 7, y se abre la interior superior 8. Así el aire se calienta en la cámara 3 y pasa al interior 12 por la rejilla superior 8. En cuanto a la aportación de los intercambiadores de calor en cada una de las posiciones: en la primera posición, en la que se abren las rejillas interiores 7,8 y se cierran las rejillas intermedias 5,6 de la cámara 3, el aire que accede al interior pasa

35 exclusivamente por los intercambiadoms. Esta posición será óptima para días con

poca radiación solar. En cambio, en la segunda posición se abren las rejillas interiores 7,8 y las rejillas intermedias 5,6 de la cámara 3, y el aire circula por la cámara calentándose y accediendo al interior 12. Además, parte de la radiación incide directamente en el interior 12. El intercambiador de calor inferior 9 también se protege 5 de la radiación solar y el superior 10 se deja expuesto, de forma que al calentarse se produce el efecto chimenea, y se facilita la circulación de aire continua en la cámara, evitando el calentamiento de la ventana interior 4. Cuando se requiera ventilación para renovación del aire, se cerrarán las rejillas intermedias 5,6 de la cámara 3 y se abrirá la rejilla inferior interior 7 y la superior interior 8. La sobrepresión en los cuartos

10 húmedos producirá un tiro que facilitará el paso del aire a través de los intercambiadores de calor 9,10. Así el aire absorberá parte de su calor, accediendo al interior del edificio 12 a una temperatura superior a la exterior. Las figuras 6a y 6b muestran la posición invierno-noche. En invierno, durante la noche se protege el doble acristalamiento 2,4 con la protección solar exterior 1, minimizando

15 las perdidas del interior 12 al exterior. A.demás la cámara de aire 3 funciona como un amortiguador térmico evitando que en la ventana interior 4 del acristalamiento descienda mucho la temperatura. En posición estándar, Las rejillas permanecen cerradas evitando que haya movimiento de aire. Si se requiere ventilación para renovación del aire, se cerrarán las rejillas intermedias 5,6 de la cámara 3 y se abrirá

20 la rejilla inferior interior 7 y la superior interior 8. Así la sobrepresión en los cuartos húmedos producirá un tiro que facilitará el paso del aire a través de los intercambiadores de calor 9,10, Y el aire absorberá parte de su calor, accediendo a la vivienda a una temperatura superior a la exterior. Las figuras 7a y 7b muestran la posición equinoccio-día. Cuando las temperaturas en

25 el exterior sean similares a la temperatura de confort buscada en el interior del edificio 12, el efecto del colchón térmico no se apreciará. Si las temperaturas son inferiores o superiores, la cámara 3 será un elemento de amortiguación térmica. Las posiciones serán similares a las de verano o invierno en función de la temperatura y la radiación incidente. Con temperaturas suaves los intercambiadores 9,10 tendrán un efecto poco

30 apreciable, aún así, en estas épocas del año el clima es imprevisible por lo que en función de la temperatura y la radiación incidente, las posiciones serán similares a las de verano o invierno. Con temperatura exterior templada la renovación de aire se podría realizar a través de la ventana directamente, sin perdidas o ganancias de calor. En este caso no se aprovecharía la posibilidad que presenta el panel modular

35 acristalado activo de renovar el aire manteniendo niveles de aislamiento acústico aceptables. En cambio, por la noche se producirá un descenso de las temperaturas, por lo que el colchón térmico reducirá las perdidas por el acristalamiento 2,4, manteniendo la temperatura interior 12 próxima a la de confort. Si se requiere ventilación para renovación del aire, se cerrarán las rejillas intermedias 5,6 de la

5 cámara 3, y se abrirá la rejilla inferior interior 7 y la superior interior 8. Así, la sobrepresión en los cuartos húmedos producirá un tiro que facilitará el paso del aire a través de los intercambiadores de calor 9,10, Y el aire absorberá parte de su calor, accediendo a la vivienda a una temperatura superior a la exterior. Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones

10 particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1. Panel acristalado modular para edificaciones, caracterizado por consiste en: un bastidor estructural (11 ), en el que van fijadas: una ventana exterior (2) y una ventana interior (4), estando dispuesta entre ambas una cámara de aire (3), dos intercambiadores de calor (9,10), superior e inferior, constituidos por

   un material de Cambio de Fase y que se disponen coincidiendo con los cantos de forjado superior e inferior aprovechando la altura libre para permitir la máxima captación solar.

   y medios de protección solar (1) automatizados dispuestos en el exterior del bastidor estructural (11) que impiden en diferentes grados la incidencia de la radiación solar sobre el panel acristalado modular.

   rejillas automatizadas para controlar el acceso o salida de aire.
2. 2. Panel acristalado modular para edificaciones, según la reivindicación 1, caracterizado por que

   Los medios de intercambio de callor comprenden un intercambiador de calor inferior (9) dispuesto bajo la ventana exterior

   (2)

   y un intercambiador de calor superior (10) dispuesto sobre la ventana exterior (2). y por que los medios de circulación de aire comprenden

   una rejilla inferior interior (7), automatizada, dispuesta bajo la ventana interior (4), una rejilla superior interior (8), automatizadas, dispuesta sobre la ventana interior (4),

   una rejilla inferior intermedia (5), automatizadas, dispuesta en la parte inferior de la cámara de aire (3), que conecta dicha cámara de aire (3) y el intercambiador de calor inferior (9),

   y una rejilla superior intermedia (6), automatizadas, dispuesta en la parte superior de la cámara de aire (3), que conecta dicha cámara de aire (3) y el intercambiador de calor superior (10), teniendo todas las rejillas (5,6,7,8) una posición abierta y una posición cerrada.
3. 3. Panel acristalado modular para edificaciones, según reivindicaciones 1-2, caracterizado porque los intercambiadores de calor superior e inferior funcionan como un sistema adaptando distintos esquemas de funcionamiento según las condiciones de

   5 temperatura y radiación solar exteriores: a) En verano-día El intercambiador de calor inferior 9 se protege de la radiación solar y el superior 10 se deja expuesto, de forma que al calentarse se produce el efecto chimenea, lo que favorece la circulación del aire.

   10 b) En verano-noche Se retira la protección solar 1 y se abren las rejillas interiores, tanto la inferior 7 como la superior 8, facilitando la ventilación natural e enfriando los Materiales de Cambio de Fase de los intercambiadores.

   15 c) En invierno-día Existen dos posiciones: en la primera posición, en la que se abren las rejillas interiores 7,8 y se cierran las rejillas intermedias 5,6 de la cámara 3, el aire que accede al interior pasa exclusivamente por los intercambiadores. Esta posición será óptima para días

   20 con poca radiación solar. En cambio, en la segunda posición se abren la rejilla interior 8 y la rejilla intermedias 5 de la cámara :3, y el aire circula por la cámara calentándose y accediendo al interior 12.

   25 d) En invierno-noche En posición estándar, Las rejillas permanecen cerradas evitando que haya movimiento de aire. Si se requiere ventilación para renovación del aire, se cerrarán las rejillas intermedias 5,6 de la cámara 3 y se abrirá la rejilla inferior interior 7 y la superior interior 8.