ES2632389T3

ES2632389T3 - Sistema de aislamiento térmico activo que utiliza un material de cambio de fase y una fuente de aire frío

Info

Publication number: ES2632389T3
Application number: ES07813134.9T
Authority: ES
Inventors: Keith R. Brower; Thomas Neal; Daniel J. Shramo
Original assignee: Neal Energy Management LLC
Current assignee: Neal Energy Management LLC
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2017-09-12
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: EP2047203A4; EP2047203A2; EP2047203B1; WO2008011540A2; US20080034774A1; US7735327B2; WO2008011540A3

Abstract

Un sistema de aislamiento térmico (500) que comprende: una pared o techo para una estructura de edificio (505) y un contenedor (530); una capa de aislamiento convencional (510) y un material de cambio de fase empaquetado (525) situado dentro del contenedor (530) adyacente a la pared o techo; un miembro de soporte (540) fabricado de un material de malla para asegurar la capa de aislamiento convencional (510) y el material de cambio de fase empaquetado (525) dentro del contenedor (530) de manera que, en una posición montada, está definido un espacio (550) debajo del miembro de soporte (540) que recibe y dirige el aire frío, de manera que se permite que el aire frío actué sobre la material de cambio de fase (525); un sistema acondicionador de aire para dirigir aire enfriado a través del espacio (550) para facilitar un cambio de fase del material de cambio de fase empaquetado (525); y un controlador configurado para hacer que el aire caliente sea dirigido selectivamente a través del espacio (550) para facilitar un cambio de fase del material de cambio de fase empaquetado (525), haciendo dicho controlador que el aire generado por el sistema de aire acondicionado sea dirigido de manera efectiva a través del espacio (550) como respuesta a uno o más de los siguientes parámetros relacionados con el estado del material de cambo de fase empaquetado (525); temperatura del aire adyacente a dicho material de cambio de fase empaquetado (525), temperatura del aire ambiente, el estado de dicho material de cambio de fase empaquetado (525), la hora del día.

Description

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DESCRIPCION

Sistema de aislamiento termico activo que utiliza un material de cambio de fase y una fuente de aire frio Campo de la invencion

Las realizaciones de la presente invencion se refieren a un sistema de mejora de la eficiencia de un sistema de aislamiento termico que utiliza un material de cambio de fase y una fuente de aire frio.

Antecedentes

El aislamiento se ha utilizado durante decadas para controlar el flujo de aire templado. Por ejemplo, el aislamiento sustancialmente evita que el calor fluya desde una zona de elevada temperatura a una zona de temperatura fria. Por ejemplo, la zona fria puede ser un interior de una estructura de manera que el aislamiento ayuda a mantener la temperatura interna fria. De manera similar, la temperatura interior puede ser calentada, de manera que el aislamiento ayuda a mantener la temperatura interna calentada. En otras palabras, el aislamiento disminuye la velocidad de transferencia de calor.

Desafortunadamente, un cambio tanto en la temperatura interior como la temperatura exterior se refleja instantaneamente en el cambio en la velocidad del flujo de calor. Por lo tanto, para mantener la temperatura interna deseada, el equipo de calentamiento y enfriamiento debe ser capaz de responder rapidamente a los cambios en la diferencia de temperatura. Lo cual no es facil dado que el equipo debe superar un gran volumen de aire o una gran masa en la zona interna, ambas resisten a los cambios de temperatura rapidos. Por consiguiente, durante las fluctuaciones de temperatura externas, la temperatura interna a menudo es o bien mas elevada o bien mas baja de lo que se desea.

Falta un metodo para mantener una velocidad relativamente constante de flujo de calor de manera que se maximice la eficiencia del equipo de calentamiento y enfriamiento convencional y se mejore la correlacion entre la temperatura interna deseada y la temperatura interna real. Tal metodo deberia minimizar las variaciones de temperatura y la produccion de energia requeridas para mantener una temperatura interna deseada.

Las formas convencionales de aislamiento comprenden rollos de fibra de vidrio, paneles forrados, mantas y relleno suelto. Otros tipos de aislamientos incluyen celulosa, lana mineral y espuma en spray.

Los materiales conocidos como materiales de cambio de fase ("PCMs") han ganado tambien reconocimiento como materiales que solos, o en combinacion con aislamiento tradicional, reducen las cargas de calentamiento o enfriamiento del hogar, con lo que se producen ahorros de energia para el consumidor.

PCMs son solidos a temperatura ambiente pero a medida que la temperatura aumenta los PCMs se hacen liquidos y absorben y almacenan calor, enfriando de este modo potencialmente una parte interna de una estructura. Inversamente, cuando la temperatura disminuye, los PCMs solidifican y emiten calor, calentando de este modo potencialmente la parte interna de la estructura. Los sistemas que utilizan PCMs con materiales de aislamiento tradicionales permiten que los PCMs absorban temperaturas exteriores mas elevadas durante el dia y disipen el calor a la parte interna de la estructura por la noche cuando tiende a ser mas fria.

PCMs conocidos incluyen perlita, compuestos de parafina (hidrocarburos de alquil cristalino lineal), sulfato de sodio, acidos grasos, hidratos de sales y hexahidrato de cloruro de calcio. Aunque esta lista no es exhaustiva, es representativa de los materiales que presentan propiedades comunes a los PCMs.

En los sistemas mas actuales, tanto el aislamiento convencional como los PCMs son utilizados en una o mas configuraciones conocidas. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos 5.875.835 concedida a Shramo y asignada a Phase Change Technologies, Inc., describe un PCM empaquetado colocado entre dos capas de aislamiento convencionales. La Solicitud de Patente N° 11/061.199 concedida a Brower y asignada a Phase Change Technologies, Inc., describe PCMs utilizados en combinacion con una unica capa de aislamiento convencional. Independientemente de la configuracion, en los ambientes de alta temperatura, los PCMs pueden permanecer licuados durante largos periodos de tiempo de manera que son inefectivos hasta el momento en el que la temperatura ambiente cae por debajo de la temperatura de transmision del PCM. Desafortunadamente, en climas calidos, como zonas del desierto, en el suroeste de los Estados Unidos, las temperaturas pueden no caer por debajo de las temperaturas de transicion del PCM durante dias o durante mas tiempo.

Consecuentemente, existe la necesidad de un sistema controlable y/o un metodo que sea capaz de devolver un PCM licuado a su estado solido como respuesta a, por ejemplo, las temperaturas ambiente que excedan de la temperatura de transicion del PCM. Tal sistema controlable y/o metodo es eficiente desde el punto de vista energetico y reduce o elimina las cargas de energia de pico de aquellas empresas que producen electricidad o gas a un area de servicio que incorpora tales sistemas y/o metodos.

El documento WO 2001/38810 A2 se refiere un metodo y sistema de aire acondicionado en el que el calor es transferido desde el aire caliente a un material de cambio de fase, cuyo cambio de fase carga dicho calor. La

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invencion comprende una carga y descarga de calor ciclicas continuas, mediante las cuales, durante la carga, el calor es transferido del aire caliente a un material de cambio de fase para cambiar la fase y, durante la descarga, el calor este trasferido del material de cambio de fase al aire caliente para cambiar la fase de nuevo.

El documento DE 102 48 305 A1 describe un conjunto para regular la temperatura ambiente que tiene un conducto de aire forrado con un material que tiene una capacidad de almacenamiento de calor, tal como una material de cambio de fase.

El conducto de aire une la entrada de aire ambiente con una salida de aire interno. El material de almacenamiento es enfriado conduciendo aire exterior frio a traves del pasaje desde o a la sala. El aire calentado es descargado a traves de una salida o a un pasaje de ramificacion al aire ambiente.

El documento US 5.501.268 describe un metodo de gestion de carga de energia para calentar y enfriar un edifico. El metodo implica utilizar una placa de pared como parte del edificio, contiene la placa de pared aproximadamente entre 5 y aproximadamente 30 % en peso de un material de cambio de fase, de manera que la fusion del material de cambio de fase se produce durante una evolucion de temperatura dentro del edificio para extraer el calor del aire, y una solidificacion del material de cambio de fase se produce durante una disminucion de temperatura para dispensar calor al aire. Al inicio de ambos de estos ciclos de enfriamiento y calentamiento, el material de cambio de fase es preferiblemente "cambiado completamente". En instalaciones preferidas un tipo de placa de pared se utiliza en las superficies interiores de las paredes exteriores, y otro tipo como superficie sobre las paredes interiores. El PCM particular se elige para la pared deseada y la temperatura ambiente de estas ubicaciones. Ademas, la gestion de carga se consigue utilizando placa de pared que contiene PCM que forma cavidades del edificio de manera que las cavidades se pueden utilizar para el conducto de manejo de aire y el sistema de plenum del edificio. La gestion de carga mejorada se consigue utilizando un termostato con zona neutra reducida de aproximadamente la mitad superior de una zona neutra normal y sobre tres grados. En algunas aplicaciones, la circulacion de aire a una velocidad mayor que la conveccion normal proporciona un confort adicional.

El documento DE 10354355 A1 describe medios para acondicionar una temperatura ambiente que comprenden canales de aire que ofrecen un material de cambio de fase que entra en contacto con el aire circulado a traves de dichos canales.

El documento US5626936 A1 describe un sistema de aislamiento que comprende un material de cambio de fase empaquetado emparedado entre dos capas de material aislante y colocado en paredes o techos de un edificio.

Sumario

Se proporciona un sistema de aislamiento termico de acuerdo con la reivindicacion independiente 1 y un metodo de aislamiento termico de acuerdo con la reivindicacion independiente 12.

Por consiguiente, un sistema de acuerdo con un primer ejemplo comprende: un material de cambio de fase; una fuente de aire frio operable para enfriar el aire por debajo de una temperatura de transicion del material de cambio de fase; y medios para controlar la fuente de aire frio de manera que el aire frio pueda ser dirigido desde la fuente de aire frio a un area proxima al material de cambio de fase.

Un sistema de acuerdo con un ejemplo alternativo comprende un material de cambio de fase situado dentro de una estructura de edificio adyacente a una pared o techo de manera que existe una separacion entre el material de cambio de fase y dicha pared o techo; medios para enfriar el aire; y medios para dirigir de manera controlada el aire ambiente, el aire enfriado o una combinacion de los mismos a traves de la separacion para facilitar un cambio de fase del material de cambio de fase.

Un metodo de acuerdo con un primer ejemplo de la presente invencion comprende: proporcionar material de cambio de fase en una estructura en cuestion; proporcionar una fuente de aire frio; y cuando sea necesario, activar la fuente de aire frio para proporcionar aire frio proximo al material de cambio de fase, estando dicho aire frio por debajo de una temperatura de transicion del material de cambio de fase.

Un metodo de acuerdo con un ejemplo alternativo de aislamiento de una estructura mediante el cual dicha estructura incluye una pared o techo y un material de cambio de fase separado por una separacion comprende: medir una temperatura ambiente; controlar la activacion y desactivacion de una fuente de aire enfriado de manera que el aire enfriado es dirigido al interior de dicha separacion como respuesta a dicha temperatura ambiente que esta por encima de una temperatura umbral; y dirigir el aire ambiente a dicha separacion como respuesta a dicha temperatura ambiente que esta por debajo de dicha temperatura umbral.

En un ejemplo, el aire frio esta provisto de un espacio de atico que hace que el PMC colocado en el atico solidifique. En otros ejemplos, el aire frio es canalizado pasado el PCM adyacente a traves de los conductos, plenum u otros pasajes de aire. En todavia otros ejemplos, el aislamiento convencional se utiliza en combinacion con el PCM. En otros ejemplos, el aire ambiente por debajo de una temperatura umbral se utiliza para enfriar el material de cambio de fase.

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Otras ventajas, objetos, variaciones y realizaciones de la presente invencion se haran facilmente evidentes de los siguientes dibujos, la descripcion detallada, el resumen y las reivindicaciones.

Breve descripcion de los dibujos

La Fig. 1 ilustra una vista de una pared que soporta un PCM emparedado entre el aislamiento tradicional (es decir, el modelo RCR);

la Fig. 2 ilustra una vista en seccion trasversal de una pared que soporta un PCM y una capa de aislamiento tradicional (es decir el modelo RC);

la Fig. 3 ilustra una lamina de PCM empaquetado;

la Fig. 4 ilustra un ejemplo de un sistema de aislamiento termico;

la Fig. 5 ilustra un ejemplo mas de un sistema de aislamiento termico;

la Fig. 6 ilustra una vista desde arriba de los sistemas de aislamiento termico de las figuras 4 y 5 con una fuente de flujo de aire;

la Fig. 7 ilustra el sistema de aislamiento termico de la presente invencion;

la Fig. 8 ilustra un ejemplo mas de un sistema de aislamiento termico;

la Fig. 9 ilustra un segundo sistema de aislamiento termico de la presente invencion;

la Fig. 10 ilustra una representacion grafica de una Carga en funcion del Tiempo para una instalacion residencial y/o comercial sin las realizaciones de la presente invencion en comparacion con el mismo sistema con las realizaciones de la presente invencion en su sitio;

la Fig. 11 ilustra una representacion grafica de los graficos representados en la Fig. 10, como se ha realizado por un suministrador de energia sobre un area amplia de instalaciones residenciales y/o comerciales similares; y

la Fig. 12 ilustra todavia un ejemplo mas de un sistema de aislamiento termico.

Descripcion detallada

Con el fin de favorecer el entendimiento de los principios de acuerdo con las realizaciones de la presente invencion, a continuacion se hara referencia a las realizaciones ilustradas en los dibujos y se utilizara un lenguaje especifico para describir la misma.

A continuacion se hace referencia a las figuras en las que las partes iguales estan referidas mediante los numeros iguales en todas las figuras. La Fig. 1 muestra una vista en seccion transversal de un modelo de resistencia- capacitancia-resistencia (RCR) generalmente referido con el numero de referencia 100. La seccion trasversal comprende una pared de yeso interior 110, primera capa de aislamiento 120, PCM 130, segunda capa de aislamiento 140 y una parte de pared exterior 150.

La Fig. 2 muestra una vista en seccion transversal de un modelo 200 de resistencia-capacitancia (RC) de la presente invencion. La seccion transversal comprende una pared de yeso interior 210, un PCM 220, la capa de aislamiento 230 y la parte de pared exterior 240. De manera similar a la Fig. 1, se muestra un espacio 245 entre la parte de pared exterior 240 y la capa de aislamiento 230. Esta disposicion imita a un atico tipico. Sin embargo, con otras paredes, el espacio 245 puede ser reducido o eliminado.

La Fig. 3 muestra una lamina de PCM empaquetado 250 que comprende una pluralidad de bolsillos 260 adecuados para contener el PCM. Aunque se muestra una configuracion cuadrada, los expertos en la tecnica reconoceran que son posibles otras formas (por ejemplo, rectangular).

Aunque los PCMs han demostrado ser fiables solos, o en combinacion con aislamientos convencionales, para facilitar el calentamiento y enfriamiento de espacios interiores, no estan exentos de limitaciones. Los PCMs pasan dificultades en climas calidos, como los experimentados en el suroeste de los Estados Unidos, en donde las temperaturas ambientales pueden exceder la temperatura de transicion del PMC durante extensos periodos de tiempo. En consecuencia, en tales ambientes, el PMC puede permanecer en un estado liquido durante largos periodos de tiempo con lo que se reduce la utilidad de los PCMs. Esto es, los PCMs son utiles siempre y cuando cambien de fase (liquido a solido y viceversa) de manera rutinaria dado que como resultado almacenan y emiten calor. Por ejemplo, cuando el PCM permanece en un estado liquido no es capaz de almacenar ningun calor adicional de manera que no proporciona beneficios adicionales hasta que el PCM empieza a cambiar de fase de nuevo a solido.

Las realizaciones de la presente invencion proporcionan un sistema para disminuir la temperatura de un PCM cuando la temperatura ambiente esta, o se considera que permanece, por encima de la temperatura de transicion

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del PCM (por ejemplo 80 °F, (26,6 °C)) durante periodos de tiempo cortos o extensos.

Las Figs. 4 a 9 muestran varias configuraciones de sistemas que facilitan las realizaciones de la presente invencion y que son adecuadas para estructuras residenciales, comerciales e industriales.

La Fig. 4 muestra una primera configuracion de sistema 300, situada debajo de una plataforma de techo 305, que comprende una primera capa de aislamiento convencional 310, la capa de PCM 320 y una segunda capa de aislamiento convencional 330. La plataforma de techo 305 esta situada encima de la primera capa de aislamiento convencional 310 mientras que las viguetas de plataforma 315 soportan tanto las capas de aislamiento convencionales 310, 330, como la capa de PCM 320. Como se muestra, la segunda capa de aislamiento convencional 330 incluye multiples canales 340 sobre una superficie de la misma. Los canales 340 proporcionan una ubicacion para la colocacion del PCM empaquetado 325. Ademas, los canales 340 son capaces de recibir y dirigir el aire frio 350 proporcionado por una fuente de aire frio (no mostrada), tal como una o mas unidades de aire acondicionado. Los canales 340 permiten que el aire frio 350 entre en contacto directamente con el PCM empaquetado 325.

La fuente de aire frio puede ser operada manualmente y/o automaticamente. En un modo manual, el usuario determina cuando, y durante cuanto tiempo, funciona la fuente de aire frio. En un modo automatico, los sensores del sistema en comunicacion con un controlador (no mostrado) determinan cuando, y durante cuanto tiempo, funciona la fuente de aire frio. En ambos modos, el objetivo es accionar la fuente de aire frio cuando sea necesario (por ejemplo hasta que el PCM 325 haya cambiado de una fase sustancialmente liquida a una fase sustancialmente solida). La temperatura ambiente, las temperaturas ambiente esperadas en el tiempo, la hora del dia y el tipo de PCM 325 pueden colecticiamente jugar un papel en la determinacion de cuando, y durante cuanto tiempo, funciona la fuente de aire frio. El controlador esta programado para utilizar toda o parte de la informacion anteriormente mencionada en la determinacion de cuando, y durante cuanto tiempo, funcional la fuente de aire frio. En un modo manual, un usuario que tiene suficiente entendimiento de la informacion anteriormente mencionada es capaz de controlar de forma adecuada la fuente de aire frio.

En un sistema automatico a modo de ejemplo el sistema local es controlado como respuesta a la temperatura y a la hora del dia. Por consiguiente, cuando los sensores proporcionan retroalimentacion al controlador indicando que una temperara proxima al PCM 325 esta por encima de la temperatura de transicion del PCM y la hora del dia esta dentro de un rango aceptable prestablecido de horas de dia, la fuente de aire frio se activa. La fuente de aire frio puede funcionar durante una cantidad de tiempo fija (por ejemplo 30 minutos) o pueden estar dispuestos sensores del sistema adicionales para proporcionar retroalimentacion que indique que el PCM 325 ha vuelto a una fase sustancialmente solida por lo que se activa el controlador para desactivar la fuente de aire frio. Las horas aceptables del dia son idealmente fuera de las horas punta de una empresa de produccion de energia en cuestion que proporciona electricidad y/o gas al area en la que esta ubicado el sistema de PCM activo.

Tambien es concebible que la empresa de produccion de energia en cuestion pueda controlar una pluralidad de fuentes de aire frio residenciales y/o comerciales. En tal ambiente, uno o mas controladores centrales mantenidos y/o gestionados por la empresa son responsables de una pluralidad de fuentes de aire frio instaladas en las casas y en los negocios dentro del area de servicio de la empresa. De esta manera, la empresa es capaz de controlar mejor su carga de energia asegurando asi que el nivel de demanda permanece dentro de un rango adecuado y no desciende o sube de forma drastica.

La Fig. 5 muestra una segunda configuracion de sistema 400, situada encima de una plataforma de techo 405, que comprende una primera capa de aislamiento convencional 410, una capa de PCM 420 y una segunda capa de aislamiento convencional 430. Una membrana 435 situada encima de la primera capa de aislamiento convencional 410 protege a la primera capa de aislamiento convencional 410 de la luz y de la energia directas del sol. La membrana 440 puede ser de cualquier material adecuado y puede ser reflectante para repeler la energia termica del sol. En esta configuracion 400, canales 440 estan dispuestos en una superficie inferior de la primera capa de aislamiento 410. De nuevo, los canales 440 proporcionan espacio para el PCM empaquetado 425 y el flujo de aire frio 450 pasado el PCM empaquetado 425.

La Fig. 6 muestra una vista desde arriba de un posible patron de flujo de aire 470 adecuado para las configuraciones del sistema 300, 400 mostradas en las Figs. 4 y 5. Ademas, el patron de flujo de aire 470 se puede utilizar en cualquiera de las realizaciones mostradas aqui o cubierta por las reivindicaciones de las mismas. El flujo de aire 350, 450, es canalizado a traves de un distribuidor o conducto 480 situado entre las capas de aislamiento 310, 330 y 410, 430. El distribuidor o conducto 480 incluye una serie de aberturas (no mostradas) a lo largo de su longitud para permitir que el flujo de aire frio 350, 450 salga a traves de las mismas. Cuando el flujo de aire 350, 450 sale del distribuidor o conducto 480 se desplaza a lo largo de los canales 340, 440 en la correspondiente capa de aislamiento 330, 410. En esa configuracion, el flujo de aire 350, 450 puede ser forzado de forma eficiente a traves del conducto 480 y dispersado finalmente a traves de los canales 340, 440. En otras configuraciones el flujo de aire 350, 450 puede ser forzado directamente al interior de los cales 340, 440.

La Fig. 7 muestra una vista en seccion transversal de una tercera configuracion de sistema 500, situada debajo de una vigueta o viga de techo 505, que comprende una capa de aislamiento convencional 510 y una capa de PCM

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520. La capa de aislamiento convencional 510 y la capa de PCM 520 estan aseguradas dentro de un contenedor 530 mediante un miembro de soporte 540. El contenedor puede estar hecho de cualquier material adecuado incluyendo plastico o metal. Un espacio 550 definido debajo del miembro de soporte 540 recibe y dirige el aire frio cuando es necesario. El miembro de soporte 540 esta fabricado idealmente de malla, cable o cualquier material o material configurado que permita que el aire frio actue sobre la capa de PCM 520. De manea ideal, el aire frio es capaz de interactuar directamente con el PCM empaquetado 525 lo que hace posible la mas rapida transicion. El contenedor 530 puede estar unido, o estar integrado con, la viga 505 utilizando cualesquiera medios bien conocidos. Una unica estructura puede requerir la instalacion de multiples contenedores 530 para cubrir un area de techo en cuestion. Alternativamente, el recipiente 530 puede ser lo suficientemente grande para cubrir un area de techo en cuestion y mantener una capa de aislamiento convencional correspondiente 510 y la capa de PCM 520.

La Fig. 8 muestra una vista en seccion transversal de una cuarta configuracion de sistema 600 que comprende una primera capa de aislamiento convencional 610, una primera capa de PCM 620, una segunda capa de PCM 630 y una segunda capa de aislamiento convencional 640. En esta configuracion, las dos capas de PCM 620, 630 estan situadas en lados opuestos de un conducto de aire, plenum o pasaje 650. Al igual que con las configuraciones anteriores, se proporciona aire frio al pasaje 650 lo que hace que un PCM sustancialmente liquido se transforme en un PCM sustancialmente solido. De nuevo, los materiales o la configuracion de los materiales que forman el conducto, plenum y el pasaje 650 permiten que el aire frio actue sobre el PCM empaquetado 625.

La Fig. 9 muestra una vista en seccion transversal de una quinta configuracion del sistema 700, situada debajo de una vigueta o viga de techo 705 y dentro de un area de atico, que comprende una capa de aislamiento convencional 710 y una capa de PCM 720. Un contenedor 730 con una o mas superficies en malla o abiertas 735, mantiene la capa de aislamiento convencional 710 y la capa de PCM 720 cerca de una superficie inferior de un techo. En esta configuracion, el aire frio es dirigido a todo el espacio de atico para facilitar un cambio de fase del PCM empaquetado 725. En otra configuracion, la capa de aislamiento convencional 710 y la capa de PCM 720 estan situadas entre las vigas directamente encima del techo de estructura en cuestion.

La Fig. 12 muestra una vista en seccion transversal de una sexta configuracion 900 de un sistema activo de acuerdo con las realizaciones de la presente invencion. La sexta configuracion 900 comprende una separacion 905 que separa una pared o techo aislado 910 de un PCM 915, capa de aislamiento 920 y material de construccion 925 (por ejemplo, la pared de yeso). La separacion o plenum 905 proporcionan un conducto para el paso de aire. En una realizacion, cuando el aire ambiente esta por debajo de una temperatura umbral, el aire ambiente es hecho circular a traves del plenum 905 y cuando el aire ambiente esta por encima de una temperatura umbral, el aire acondicionado es dirigido y corre a traves del plenum 905. Dependiendo del material de cambio de fase, una temperatura umbral adecuada puede estar comprendida entre 75° y 85°. Uno o mas sensores de temperatura determinan la temperatura del aire ambiente para determinar si un controlador, procesador o dispositivo similar dirigiran el aire ambiente o el aire acondicionado a, y a traves de, la separacion 905 a traves de una abertura u otro punto de entrada. En cada caso, el aire ambiente o aire acondicionado son hechos pasar a traves de la separacion 905 y pueden salir a traves de una abertura de salida a la atmosfera eliminando el exceso de calor emitido desde el material de cambio de fase. El controlador puede controlar las aberturas de entrada y salida. Las combinaciones de aire enfriado y aire ambiente tambien pueden ser dirigidas a traves de dicha separacion 905. Un sistema basado en esta sexta realizacion, puede reducir la carga de calentamiento de pico entre un 35 % y un 60 %.

En una realizacion, un ventilador, soplador, u otro dispositivo de movimiento de aire (no mostrado) es disparado o activado por el controlador para forzar al aire ambiente a traves de la separacion 905. Alternativamente, un dispositivo de entrada de aire (por ejemplo aspirador) (no mostrado) se puede utilizar para extraer aire ambiente a la separacion 905. Tambien es concebible permitir que el aire ambiente fluya de forma natural a traves de la separacion o plenum 905.

Como se muestra en la Fig. 12, la configuracion 900 emplea un modelo de Resistencia-Capacitancia-Resistencia (RCR) (es decir aislamiento-material de cambio de fase-aislamiento). La configuracion tambien puede emplear un modelo de Resistencia-Capacitancia. Con nueva construccion, el PCM 915 y la capa aislante 920 son insertados entre el aislamiento de marco del edificio y una placa de aire interna con una separacion dejada entre los mismos. Con una actualizacion, son utilizados un panel completo de PCM 915, aislamiento 920 y material de construccion de pared 925. En una realizacion de techo, en edificios comerciales grandes, el PCM 915 puede ser unido al material de aislamiento y el conjunto puede ser colgado del techo utilizando miembros estructurales para proporcionar una separacion entre el techo aislado y el conjunto. Independientemente de la aplicacion, el PCM 915 esta empaquetado en bolsas o celdas selladas al vacio que se pueden unir la placa de aislamiento con cierto alejamiento para formar la separacion o plenum 905. Todo el conjunto puede ser unido a un material de construccion para crear un panel integrado para el facil manejo y compilacion.

Aunque no se muestra, cada uno de los sistemas descritos aqui puede incorporar tambien una salida para extraer el calor emitido por el PCM durante la transicion de la fase liquida a la fase solida. El calor emitido se integra con el aire frio y en consecuencia es expulsado. La salida puede conducir a la atmosfera o a cualquier ubicacion deseada.

La Fig. 10 muestra una representacion grafica (carga en funcion del tiempo) de un sistema sin PCM 750 y un sistema con PCM 760 en una instalacion residencial o comercial. Ambos graficos muestran que el sistema sin PCM

y el sistema con PCM 750, 760 claramente muestran que el uso de aire acondicionado aumenta la carga de energia. Sin embargo, con el sistema sin PCM 750, el componente de tiempo de cada activacion de aire acondicionado es mayor que un componente de tiempo correspondiente para el sistema de PCM 760. De este modo, el aire acondicionado enfria el area en cuestion de la misma manera pero el aire acondicionado esta activado durante un 5 periodo de tiempo mas corto con el sistema de PCM 760, con lo que se ahorra energia. La Fig. 11 muestra una grafica plana que representa una representacion de carga colectiva en el tiempo.

La Fig. 11 muestra una comparacion grafica (carga en funcion del tiempo) entre un sistema de PCM activo, igual al descrito aqui, y un sistema de PCM no activo o pasivo. El grafico 800, que representa un sistema de PCM no activo, claramente refleja una carga de pico 810, que excede una carga no deseada 815, mientras que el grafico que 10 representa el sistema de PCM activo muestra una carga de nivel en el tiempo sin ningun pico evidente o caida por encima de la carga no deseada 815. En otras palabras, con el sistema de PCM activo, la carga de un suministrador de energia es manejable de manera que las cargas de pico se pueden controlar, reducir y/o eliminar.

Aunque la invencion se ha descrito con detalle con referencia a varias realizaciones, existen variaciones y modificaciones adicionales dentro del campo y el espiritu de la invencion como esta descrita y definida en las 15 siguientes reivindicaciones.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un sistema de aislamiento termico (500) que comprende:

una pared o techo para una estructura de edificio (505) y un contenedor (530);

una capa de aislamiento convencional (510) y un material de cambio de fase empaquetado (525) situado dentro del contenedor (530) adyacente a la pared o techo;

un miembro de soporte (540) fabricado de un material de malla para asegurar la capa de aislamiento convencional (510) y el material de cambio de fase empaquetado (525) dentro del contenedor (530) de manera que, en una posicion montada, esta definido un espacio (550) debajo del miembro de soporte (540) que recibe y dirige el aire frio, de manera que se permite que el aire frio actue sobre la material de cambio de fase (525);

un sistema acondicionador de aire para dirigir aire enfriado a traves del espacio (550) para facilitar un cambio de fase del material de cambio de fase empaquetado (525); y

un controlador configurado para hacer que el aire caliente sea dirigido selectivamente a traves del espacio (550) para facilitar un cambio de fase del material de cambio de fase empaquetado (525), haciendo dicho controlador que el aire generado por el sistema de aire acondicionado sea dirigido de manera efectiva a traves del espacio (550) como respuesta a uno o mas de los siguientes parametros relacionados con el estado del material de cambo de fase empaquetado (525); temperatura del aire adyacente a dicho material de cambio de fase empaquetado (525), temperatura del aire ambiente, el estado de dicho material de cambio de fase empaquetado (525), la hora del dia.
2. El sistema (500) de la reivindicacion 1, que ademas comprende:

medios para forzar o extraer el aire ambiente por debajo de una temperatura umbral a traves de dicho espacio (550) para facilitar un cambio de fase del material de cambio de fase empaquetado (525); y

el controlador ademas esta dispuesto para activar y desactivar dicho sistema acondicionador de aire y controlar dichos medios para forzar o extraer el aire ambiente, siendo dicha activacion y desactivacion como respuesta a una temperatura del aire ambiente.
3. Un sistema de aislamiento termico (500) de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende:

el controlador esta ademas dispuesto para controlar una abertura para permitir que el aire ambiente a traves del espacio (550) y dirigir el aire enfriado a traves de la separacion para facilitar el cambio de fase del material de cambio de fase empaquetado (525).
4. El sistema (500) de la reivindicacion 1, 2 o 3, en el que dicho controlador que dirige el aire ambiente o el aire acondicionado depende de una temperatura del aire ambiente.
5. El sistema (500) de la reivindicacion 1, 2 o 3, que comprende ademas medios de movimiento de aire para forzar el aire ambiente en dicho espacio (550), en donde los medios de movimiento de aire pueden comprender opcionalmente un ventilador o soplador.
6. El sistema (500) de la reivindicacion 1, 2 o 3, que ademas comprende medios de entrada de aire para introducir aire en dicho espacio (550), en donde los medios de entrada de aire opcionalmente pueden comprender un aspirador.
7. El sistema (500) de la reivindicacion 1, 2 o 3, en el que dicho material de cambio de fase empaquetado (525) esta empaquetado en celdas de vacio y conectadas a una capa de aislamiento.
8. El sistema (500) de la reivindicacion 1, 2 o 3, que comprende ademas uno o mas sensores para medir una temperatura del aire ambiente.
9. El sistema (500) de la reivindicacion 1, 2 o 3, que comprende ademas una salida para expulsar el aire enfriado o ambiente una vez que ha sido absorbido el calor emitido por dicho material de cambo de fase empaquetado (525) durante una transicion de fase de liquido a solido.
10. El sistema (500) de la reivindicacion 1, 2 o 3, en el que el controlador del sistema acondicionador de aire es activado cuando el material de cambio de fase empaquetado (525) esta en una fase sustancialmente liquida y es desactivado una vez que el material de cambio de fase empaquetado (525) vuelve a una fase sustancialmente solida.
11. Un sistema (500) de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende:

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el sistema acondicionador de aire para proporcionar aire a una temperatura por debajo de una temperatura de transicion del material de cambio de fase empaquetado (525); y

el controlador operable para controlar la fuente de aire frio, de manera que, cuando el material de cambio de fase empaquetado (525) esta en una fase sustancialmente liquida, el aire frio puede ser dirigido desde la fuente de aire frio a un area proxima al material de cambio de fase empaquetado (525) hasta que el material de cambio de fase empaquetado (525) vuelve a una fase sustancialmente solida.
12. Un metodo de aislamiento termico que comprende:

configurar un material de cambio de fase empaquetado (525) y una capa de aislamiento convencional (510) en una estructura en cuestion utilizando un miembro de soporte (540) fabricado de un material de malla para asegurar la capa de aislamiento convencional (510) y el material de cambio de fase empaquetado (525) dentro de un contenedor adyacente a una pared o techo de una estructura de edificio (505) de manera que, en una posicion montada, se define un espacio (550) debajo del miembro de soporte (540) que recibe y dirige el aire frio, de manera que se permite que el aire frio actue sobre el material de cambio de fase (525);

proporcionar un sistema acondicionador de aire; y

en el que cuando el material de cambio de fase empaquetado (525) esta en una fase sustancialmente liquida, activar el sistema acondicionador de aire para dirigir el aire frio desde el sistema acondicionador de aire a traves del espacio (550) hasta un area proxima al material de cambio de fase (525) y desactivar el sistema acondicionador de aire cuando el material de cambio de fase empaquetado (525) vuelve a una fase sustancialmente solida como respuesta a uno o mas de los siguientes parametros relacionados con el estado del material de cambio de fase empaquetado (525); temperatura del aire adyacente a dicho material de cambio de fase empaquetado (525), temperatura del aire ambiente, estado de dicho material de cambio de fase empaquetado (525), hora el dia.
13. El metodo de aislamiento termico de la reivindicacion 12, que comprende ademas: medir una temperatura ambiente;

controlar la activacion y desactivacion de la fuente de aire enfriado, de manera que el aire enfriado sea dirigido a dicho espacio (550) como respuesta a que una temperatura ambiente esta por encima de una temperatura umbral; y

dirigir el aire ambiente a dicho espacio (550) como respuesta a que dicha temperara ambiente esta por debajo de una temperatura umbral.