Pavimento acondicionador térmico para interiores, constituido a base de piezas de recubrimiento de contorno poligonal,

que se disponen sobre una capa de material térmicamente aislante. Las piezas de recubrimiento están constituidas por un contenedor metálico posterior, que contiene materiales de cambio de fase, y por al menos una baldosa anterior que va dispuesta sobre el contenedor, en coincidencia con el mismo. El contenedor es de contorno coincidente con el de las piezas de recubrimiento y define por una de sus superficies mayores un asiento para la baldosa o baldosas anteriores. Las baldosas están constituidas a base de un material pisable y con una conductividad superior a 50 W/mK

Pavimento acondicionador térmico para interiores.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un pavimento acondicionador térmico para interiores, que está constituido a base de piezas de recubrimiento, con superficie pisable o transitable, que se disponen sobre una capa de material térmicamente aislante.

El pavimento de la invención está constituido de modo que permita el aprovechamiento de la energía solar para el acondicionamiento térmico de interiores, tanto en invierno como en verano, sin uso de ningún sistema mecánico o de accionamiento adicional, constituyendo un sistema de acondicionamiento energético pasivo.

Para ello, las piezas de recubrimiento que constituyen el pavimento son portadoras de materiales de cambio de fase, mediante los que se logra un almacenamiento energético en forma de calor latente.

Antecedentes de la invención

Cuando un material cambia de estado sólido a sólido, sólido a líquido, de líquido a gaseoso o viceversa, absorbe y almacena, o cede energía durante el proceso. Es decir, el material cambia de estado y almacena la energía que ha recibido en forma de calor latente de cambio de estado. Cuando el proceso se revierte, entonces devuelve y libera esta energía recibida.

El almacenamiento de energía en forma de calor latente se realiza cuando un material cambio de forma entre sólido-sólido, sólido-líquido, líquido-gaseoso o viceversa. El calor que recibe el material se ocupa en realizar el cambio de estado, pero no cambia la temperatura del cuerpo, por lo tanto la temperatura queda almacenada mientras el cambio de fase se completa. De igual manera ocurre cuando el material se descarga, al invertir el proceso de cambio de fase, la energía que ha sido almacenada se libera y mientras ocurre este fenómeno la temperatura del cuerpo permanece constante. Existe un grupo de materiales que por sus condiciones químicas y físicas son más eficaces que otros para realizar este tipo de almacenamiento. Este grupo de materiales son llamados materiales de cambio de fase, en adelante "MCF".

En el año 2002, la Universidad de Colorado (C. Hittle, Douglas, Universidad Estatal de Colorado 2002) desarrolló un grupo de prototipos de prueba de baldosas para el Departamento de Energía de Los Estados Unidos, constituidos por polvo de cuarzo, resina y microencapsulado de parafina "MCF", demostraron en una primera fase de pruebas tanto físicas como químicas, que el ahorro anual de calefacción se podía incrementar en un 24% anual. El sistema aún sigue siendo sometido a estudios con variaciones en la proporción de los materiales, se estima que para que la baldosa cumpla con la capacidad portante necesaria el porcentaje de polvo de cuarzo debe mantenerse constante pero que aún se puede aumentar la cantidad de "MCF" para aumentar la eficiencia de la pieza.

Otra forma de estudiar los materiales de cambio de fase en suelos, la ha venido realizando la universidad de Tsinghua de Beijing (Xu, Xu 2005), en el año 2004 desarrollaron un modelo analítico y luego experimental que consistió en un plato con "MCF" estabilizado, compuesto de la siguiente manera: el 70% del peso en "MCF" a granel, 15% en polietileno y el otro 15% de un copolímero en bloque de estireno-butadieno-estireno (SBS), que soportaba el resto de los materiales. En el modelo teórico, el plato de 20 mm. de espesor se colocó sobre un suelo de 50 mm. que estaba recubierto con una capa aislante de poliestireno; además sobre el plato se contempló un pavimento de 10 mm., también se contemplo variaciones en tres tipos de climatologías típicas de las ciudades de China (Urunchi, Beijing, Shangai), y tres tipos de materiales de pavimentos diferentes (baldosa, metales y madera). Para validar los resultados se monitorizó un prototipo durante 4 meses, compuesto por una placa de "MCF" de 8 mm. de espesor, colocado sobre una capa de aislante de 50 mm. de espesor en poliestireno.

Las conclusiones más relevantes de los modelos bajo esas circunstancias revelaron que la adecuada temperatura de fusión del "MCF" debe ser igual a la temperatura media de un día soleado de invierno, el calor de fusión y la conductividad térmica del "MCF" debe ser mayor a 120 kJ/kg y 0,5 W/(m•K) respectivamente, el espesor de la placa de "MCF" no debe sobrepasar 20 mm., el comportamiento de la baldosa y el metal es mucho mejor que la madera para este tipo de suelos, y por último, el espacio donde circula aire entre los platos de MCF y el suelo debe ser mínimo.

La misma universidad de Tsinghua (Yingxin ZHU, Yi JIANG, Youguo QIN), desarrolló un sistema de suelo técnico con materiales de cambio de fase que empleó como sistema complementario de acondicionamiento bioclimática en su edificio, como parte del proyecto GOBAS (Green Olympic Building Assessment Systems), que se adelanta en China promovido por el ministerio de Ciencia y Tecnología, en busca de una construcción sostenible.

En España, la universidad de Lérida junto con la Universidad de Zaragoza (Ibáñez, Manuel 2005), en el año 2004, desarrolló un modelo teórico de simulación de paneles de hormigón con "MCF" empleando el programa de cálculo energético en construcción TRNSYS. Los resultados fueron validado experimentalmente con un prototipo de bloque de hormigón de 8 cm. x 8 cm. x 15 cm., mezclado en proporción de 5% kg. "MCF"/kg. hormigón. El "MCF" utilizado para tal prototipo fue micro encapsulado MICRONAL de la empresa Basf.

Los resultados obtenidos demostraron que el programa de simulación empleado puede ser bastante eficiente como herramienta para este tipo de estudios, sin embargo se necesita una validación experimental más profunda que aporte datos reales del comportamiento térmico de los materiales. El documento no muestra resultados claros de la temperatura medida.

En Holanda, la facultad de ingeniería de la Universidad de Twente (Hunger, M., Brouwers, J. 2009) esta estudiando diferentes tipos de mezclas de hormigón con "MCF", y hasta la fecha han podido concluir que dependiendo de el tipo de mezcla (temperatura de cambio de fase) que se elija, se pueden conseguir diferentes porcentajes de reducción de la temperatura en interiores, y hasta puede llegar a ser bastante beneficioso para el curado de hormigón en épocas de heladas la inserción del "MCF" para pavimentos de exteriores.

En el año 2005, el grupo de investigación ABIO (Arquitectura Bioclimática en un Entorno Sostenible), del Departamento de Construcción y Tecnología Arquitectónicas, de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), desarrolló un sistema de acumulación de energía en Materiales de Cambio de Fase, integrado en las baldosas de pavimento del suelo técnico de una vivienda bioclimática denominado Magic Box (patente nº P200501263). Con ellas participaron en el evento Solar Decathlon 2005 organizado por el Departamento de Energía de los EEUU. Este evento cuyo objetivo principal consistía en diseñar, construir y monitorizar el funcionamiento real una casa autosuficiente en energía, suponía un diseño que contemplara tanto el suministro de energía eléctrica como una arquitectura bioclimática de acumulación térmica pasiva.

La construcción se efectuó a lo largo de los meses de septiembre y octubre de 2005 en Washington, durante el período previo de ensayos y posteriormente el de competencia que permaneció la casa construida en EE.UU., se monitorizó la temperatura, aproximadamente 2 meses. Los resultados obtenidos demostraron que se pueden obtener bastantes beneficios con el empleo de este sistema de suelo. En la actualidad uno de los dos prototipos que se construyó se encuentra instalado en Pekin, en el recinto de Future House, representando a España, y recogiendo datos de funcionamiento.

Las limitaciones del estado de la técnica son las siguiente:

Los sistemas de acondicionamiento pasivo para funcionar dependen de las condiciones metereológicas de la zona donde se instalen; en este caso, para obtener un mayor rendimiento del sistema, es necesario ubicarlo cerca de los huecos de la vivienda, en una área donde reciba la máxima radiación solar.

Descripción de la invención

La presente invención tiene pro objeto un pavimento acondicionador térmico para interiores, mediante piezas de recubrimiento que contienen materiales de cambio de fase y que al ser instaladas...

1. Pavimento acondicionador térmico para interiores, constituido a base de piezas de recubrimiento de contorno poligonal, que se disponen sobre una capa de material térmicamente aislante, caracterizado porque las piezas de recubrimiento están constituidas por un contenedor metálico posterior, que contiene materiales de cambio de fase, y por al menos una baldosa anterior que va dispuesta sobre el contenedor, en coincidencia con el mismo; cuyo contenedor es de contorno coincidente con el de las piezas de recubrimiento y define por una de sus superficies mayores un asiento para la baldosa o baldosas anteriores: y cuyas baldosas están constituidas a base de un material pisable y con una conductividad preferentemente superior a 50 W/m.K.

2. Pavimento según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenedor adopta forma de placa, de contorno coincidente con el de las piezas de recubrimiento, que presenta en una de sus superficies mayores un rehundido de contorno paralelo y próximo al contorno de dicho contenedor y de profundidad aproximadamente igual al grueso de las baldosas, para definir el asiento de dichas baldosas.

3. Pavimento según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenedor citado dispone, por la superficie opuesta a la de asiento de la baldosa o baldosas, de uno o mas orificios obturables para el llenado de dicho contenedor con los materiales de cambio de fase en estado líquido.

4. Pavimento según la reivindicación 1, caracterizado porque entre la baldosa o baldosas y su asiento en el contenedor, se dispone una chapa metálica que se une a dicho contenedor mediante soldadura.

5. Pavimento según la reivindicación 1, caracterizado porque cada pieza de recubrimiento comprende cuatro baldosas sobre el asiento definido por el contenedor para dichas baldosas.