SISTEMA DE CALEFACCIÓN SOLAR OPTIMIZADO.

Sistema de calefacción solar optimizado con colectores solares planos de baja temperatura que alcanzan eficiencias muy elevadas de hasta el 80%.

Permite la calefacción con energía solar térmica de cualquier tipo de edificio cerrado que posea la suficiente inercia térmica y un adecuado coeficiente de transmisión térmica global. Los colectores solares utilizan aire como fluido caloportador que se encuentra en circulación siempre que el sistema esté en funcionamiento. Los colectores solares se integran en un sistema de ventilación que permite que todo el calor solar se transfiera a los cerramientos del edificio que actúan como un acumulador de calor.

La invención define cuatro innovaciones con respecto al diseño del colector solar que permite altos valores en la eficiencia del mismo.

Sistema de calefacción solar optimizado.

Objeto de la invencion

La presente invención se refiere a un sistema de calefacción solar que emplea aire como fluido caloportador. El sistema se emplea para calentar con energía solar térmica cualquier tipo de edificio cerrado, siempre que el mismo tenga cerramientos que puedan actuar como acumuladores térmicos (caso habitual) .

La tecnología con la que se constituye el sistema (empleo de aire como fluido caloportador) así como el diseño del mismo hacen que el sistema presente notables mejoras con respecto a los sistemas de calefacción solar que se instalan actualmente en España y que emplean un líquido (no aire) como fluido caloportador, en adelante en la memoria éstos sistemas se denominarán sistemas de calefacción por energía solar convencionales o que tengan colectores solares térmicos convencionales.

El sistema de calefacción propuesto se presenta como patente de invención con motivo del alto grado de innovación que incorpora con respecto a sistemas de energía solar térmica para calefacción ya protegidos que utilizan aire como fluido caloportador, lo que permitirá unas altas prestaciones en cuanto al rendimiento del sistema.

El principal objetivo de la invención es conseguir la generalización de la implantación de sistemas de calefacción por energía solar con la intención de incrementar sustancialmente el ahorro energético y de evitar la emisión de significativas cantidades de CO2 a la atmósfera. El coste de la implantación de éste tipo de sistema, muy inferior al de los sistemas que actualmente se instalan, así como la excelente eficiencia del mismo en el funcionamiento, unido a la voluntad de las administraciones públicas en subvencionar éste tipo de instalaciones, permitirán la consecución de dicho objetivo.

Antecedentes de la invencion

Ya existen sistemas de energía solar térmica para calefacción protegidos como patente o como modelo de utilidad que utilizan aire como fluido caloportador.

Sin embargo, en los mismos no se hace referencia a las innovaciones descritas en la presente invención en cuanto al diseño del colector solar que optimizan su rendimiento.

Existen otros sistemas de energía solar térmica que se utilizan para calefacción pero que emplean un fluido líquido como elemento caloportador en lugar de aire. Dichos sistemas presentan la ventaja de poder utilizar un acumulador y por tanto de disponer de calefacción justo cuando se necesite, sin embargo presentan numerosos inconvenientes que están impidiendo la proliferación de éste tipo de sistemas en la actualidad.

Descripcion de la invencion

El sistema se sirve de al menos un colector solar plano de baja temperatura dentro del cual se produce el calentamiento del aire que contiene siempre que haya suficiente cantidad de radiación solar (W/m2) . Una vez que el aire del interior del colector alcance cierta temperatura se impulsa hacia el interior del edificio mediante un sistema de ventilación para transferir la energía térmica que contiene a los muros y cerramientos del edificio que actúan como un acumulador de calor. El sistema de ventilación es controlado por un sistema de control electrónico con sondas de temperatura que activan el sistema solo cuando hay energía útil en los colectores. El aire que entra en los colectores solares durante su funcionamiento, puede provenir del interior del edificio o del exterior del mismo en función del tipo de instalación; en el segundo tipo se consigue la renovación o ventilación del interior del edificio con aire cálido procedente de los colectores solares lo que disminuye significativamente la humedad del interior del edificio.

El sistema se compone de un conjunto de colectores solares térmicos, un sistema de ventilación y un sistema de control, que se describen a continuación:

El colector solar térmico se compone, al igual que los colectores solares térmicos convencionales, de los siguientes elementos:

1. Vidrio templado que permite una alta transmisión de luz hacia el interior del colector. Constituye la cubierta frontal del colector solar.

2. Absorbedor que permite transformar la luz solar incidente en energía térmica. Se utiliza un absorbedor con una superficie selectiva que presenta un elevado coeficiente de absorción a y un coeficiente de emisividad D muy bajo.

3. Capa de aislante que envuelve el habitáculo donde se aloja el absorbedor.

4. Carcasa que soporta todos los elementos anteriores y que garantiza la estanqueidad del colector.

5. Soporte del colector que le confiere una determinada orientación e inclinación.

Los elementos constructivos son, básicamente, semejantes a los de los colectores solares convencionales, con la excepción de que los colectores solares de calentamiento de aire prescinden del sistema de tuberías unido al absorbedor, ya que en estos colectores el fluido caloportador es el mismo aire del interior del colector solar.

Funcionamiento del colector solar: en el interior del mismo hay un espacio lleno de aire que contiene el absorbedor, de forma que si incide luz solar sobre el mismo, éste se calienta enormemente lo que provoca a su vez el calentamiento del aire circundante. El aire caliente está contenido en un espacio limitado por el vidrio en la parte frontal, lo que evita que el aire escape por convección además de provocar el efecto invernadero limitando las pérdidas por radiación; y limitado en los laterales y parte posterior por la carcasa rellena de aislante que limita las pérdidas de calor por conducción. Con todo ello se consiguen minimizar las pérdidas energéticas hacia el exterior, de forma que casi toda la energía generada por el sol es transferida hacia donde es necesitada. En la figura 1 se representan todos los elementos descritos, así como el flujo de aire que se establece en su interior.

Innovaciones incorporadas en el colector solar propuesto en la invención:

1. El aire del interior del colector solar se encuentra en circulación, constituyendo en sí el fluido caloportador. Como consecuencia, la temperatura de éste y por tanto la del vidrio y la de la carcasa es siempre más baja con respecto a la que habría en un colector solar convencional con aire estancado. En un colector convencional la temperatura de las caras internas tanto del vidrio como de la carcasa es siempre superior con respecto a la temperatura de salida del fluido caloportador (agua) , mientras que en un colector como el que se propone, la temperatura de las caras internas tanto del vidrio como de la carcasa es siempre inferior con respecto a la temperatura de salida del fluido caloportador (aire) . Por ello, el colector solar propuesto será siempre más eficiente que uno convencional, ya que al estar a menor temperatura tanto la cara interna del vidrio como la de la carcasa, las pérdidas térmicas al exterior serán inferiores.

2. El absorbedor sólo esta en contacto con el aire circundante a excepción de los puntos de soporte que son debidamente aislados para minimizar la conducción de calor hacia la carcasa y el exterior del colector. Se puede decir por tanto, que el absorbedor solo está en contacto con el fluido caloportador. Según se aprecia en la figura 1, el aire circularía tanto por la cara superior como por la cara inferior del absorbedor lo que permite una mayor refrigeración del absorbedor, una disminución del calor perdido hacia el exterior y por tanto un aumento de la eficiencia del colector solar. En definitiva, el calor contenido en el absorbedor es transferido mejor al aire del interior del colector. La posición del absorbedor en el interior del colector no está fijada a priori en la presente invención, pudiendo variar en función de la aplicación.

3. Se unen al absorbedor un conjunto de aletas inferiores constituidas del mismo material que el absorbedor. En la figura 2 se indica en un corte transversal del absorbedor la disposición de las aletas. Las mismas podrán tener diferentes dimensiones tanto de altura como de separación entre las mismas en función de la aplicación.Ésta configuración permitirá una mejor transferencia de calor entre el absorbedor y el aire que circula por debajo del absorbedor. Todo el conjunto se considera como elemento absorbedor y por tanto cumple con lo indicado en el punto 1. En la figura 2, el aire circularía en dirección perpendicular al plano que contiene la figura.

4. El aire es impulsado hacia el interior del colector a través de uno de los laterales del interior del mismo; el flujo de aire a través de esta superficie debería ser uniforme. A su vez, el aire es aspirado del interior del colector a través del lateral enfrentado al que realiza la impulsión; el flujo de aire a...

1. Colector solar plano, caracterizado por contener un espacio interior lleno de aire a presión atmosférica (12) limitado en la parte superior por una cubierta de vidrio (2) u otro material transparente y limitado en la parte inferior y lateral por una carcasa interior (6) rellena de material aislante (3) , que a su vez contiene un absorbedor plano (5) que transforma la luz solar en energía térmica y que divide el espacio anterior en dos partes, una parte superior que comprende el espacio entre la cubierta (2) y el absorbedor (5) y una parte inferior que comprende el espacio entre el absorbedor (5) y la carcasa interior (6) .

2. Colector solar plano según la reivindicación 1, caracterizado por ser estanco al exterior y porque permite un flujo de aire entre una apertura de admisión que se defina en algún punto de la carcasa (4, 6) y una apertura de expulsión que también se defina en otro punto de la carcasa (4, 6) , y que se establece tanto por la parte superior del absorbedor (5) como por la parte inferior del mismo.

3. Colector solar plano según reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque emplea aire como fluido caloportador, de tal forma que la energía térmica es extraída del colector a través del aire que se obtiene por la apertura de expulsión del mismo.

4. Colector solar plano según reivindicación 1 a 3, caracterizado porque el absorbedor (5) sólo está en contacto con el fluido caloportador a excepción de los puntos de soporte del mismo que son debidamente aislados térmicamente para minimizar la conducción de calor hacia el exterior del colector.

5. Colector solar plano según reivindicación 1 a 4, caracterizado porque el absorbedor (5) presenta un conjunto de aletas (32) en su parte inferior que forman acanaladuras que facilitan el guiado del flujo de aire por la parte inferior del absorbedor y que podrán tener distintas dimensiones tanto en altura como en separación entre las mismas en función de la aplicación.

6. Colector solar plano según reivindicación 1 a 5, caracterizado porque un conjunto de al menos un colector permite un aporte de calefacción a cualquier tipo de edificio cerrado, cuando los mismos se interconectan e integran dentro de un sistema de ventilación en el que se establece un circuito de aire que se inicia en los colectores que toman aire exterior (28) , continúa por el interior del edificio y termina por una o varias aperturas de extracción hacia el exterior, considerándose un filtro de aire para evitar la introducción de partículas en los colectores.

7. Colector solar plano según reivindicación 1 a 6, caracterizado porque un conjunto de al menos un colector permite un aporte de calefacción a cualquier tipo de edificio cerrado, cuando los mismos se interconectan e integran dentro de un sistema de ventilación en el que se establece un circuito de aire cerrado entre los colectores y el interior del edificio, considerándose un filtro de aire para evitar la introducción de partículas en los colectores.