Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translúcido.

Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido.

El sistema de control domótico programable (1) con capacidad de gestión energética para cerramiento (partición interior) activo transparente translúcido de un edificio, comprende: una unidad de control programable (2); una unidad de gestión energética (3); una unidad de conexión de sensores (4); una unidad de gestión de actuadores (5); una unidad de registro de datos (6); una fuente de alimentación (7); una unidad de gestión de comunicaciones (8) que permite su conexión con una red exterior (13); un interfaz de usuario (9); una estación meteorológica (10); un concentrador de sensores (11) y un concentrador de actuadores (12), de manera que mediante dichos elementos y a partir de una serie de redes de sensores, el sistema de control de cerramiento o partición activo, materializado con un acristalamiento activo (14), es capaz de medir los parámetros higrotérmicos tanto interiores como exteriores, llevando a cabo las acciones de control oportunas para optimizar tanto la gestión energética del acristalamiento activo (14) como las condiciones de confort del interior del edificio.

OBJETO DE LA INVENCiÓN

La presente invención se refiere a un sistema de control automático programable para un cerramiento o partición interior activo, es decir, que puede cambiar sus propiedades mediante operación deliberada y/o en respuesta a condiciones tanto internas como externas. Se conocen diversos tipos de particiones interiores con estas características, por ejemplo, vidrios que pueden modificar sus cualidades de transmisión de la luz (electrocrómicos, gasocrómicos, de cristal líquido disperso, de partículas en suspensión, etc.) y/o de comportamiento energético como por ejemplo, vidrios con cámara de agua en circulación, pudiendo este último constituir un cerramiento o partición interior transparente o translúcida que permite de manera parcial o total el paso de radiación solar y el aprovechamiento de la energía solar que incide sobre él.

El objeto de la invención es que el sistema propuesto gestione convenientemente el funcionamiento del cerramiento en función tanto de parámetros meteorológicos como de las condiciones de uso del edificio en cada momento. Concretamente el objeto de la invención es gestionar de manera automática el funcionamiento de un cerramiento (o partición interior) activo y su integración con otras fuentes de energías renovables, sin necesidad de supervisión por parte de un operador, una vez que ha sido convenientemente programada y configurada. Esto permite optimizar la eficiencia energética del cerramiento transparente o translúcido, en tiempo real, contribuyendo de manera decisiva al ahorro energético global del edificio y al confort de sus ocupantes.

La invención pertenece al campo técnico de la construcción, pudiendo ser aplicable tanto en obra nueva como para rehabilitación de cualquier tipo de edificio, con el fin de llevar a cabo la gestión y aprovechamiento de la luz natural y las energías renovables en los edificios.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

La constatación por parte de la comunidad científica del cambio climático en el planeta ha llevado a la necesidad de reducir las emisiones de gases provenientes de la utilización de combustibles fósiles para tratar de atenuar sus efectos. Estas circunstancias están obligando a los edificios a reducir en lo posible su consumo energético, lo que implica una incorporación progresiva de elementos orientados a un mayor aprovechamiento tanto de la luz natural como de las energías renovables, mediante su gestión óptima.

Los acristalamientos, como parte más sensible de la envolvente arquitectónica del edificio, constituyen un elemento clave sobre el que actuar en la búsqueda de una mejora de la su eficiencia energética. Entre ellos, existen algunos tipos de acristalamientos activos basados en una cámara de fluido circulante, que presentan un elevado potencial de ahorro energético, especialmente cuando el fluido empleado es agua. Algunos ejemplos de este tipo de cerramientos activos, que emplean un fluido en circulación, se describen en los documentos de patente EP0075464, US4515150, DE19926343, DE 4107943, ES2180444 y US 20100044006.

Sin embargo, una vez que dispone de este tipo de acristalamiento activo con cámara de fluido circulante, para obtener una mejora significativa en la eficiencia energética del edificio es necesario controlar los diferentes parámetros que determinan su modo de funcionamiento en cada momento, es decir, determinar en cada instante si lo más apropiado es una estrategia de captación, almacenamiento o disipación de energía entre otras posibles. Para ello es esencial controlar y regular el funcionamiento del acristalamiento mediante diferentes parámetros como pueden ser la circulación del fluido, su acumulación, el intercambio energético con otros fluidos o materiales almacenados a diferente temperatura o en diferente estado (como por ejemplo materiales de cambio de fase) , o la disipación energética al ambiente. Por otro lado, también es necesario gestionar la circulación del fluido a través de los circuitos que integran la instalación del acristalamiento mediante los correspondientes elementos actuadores, así como su posible acoplamiento tanto a otras energías renovables, como energía solar térmica, energía solar fotovoltaica, energía geotérmica o energía eólica, como a sistemas de almacenamiento térmico, eléctrico, basados en células de combustible o sistemas híbridos, así como a la red eléctrica.

Ciertas referencias relacionadas con el control de acristalamientos activos, pueden encontrarse en los documentos de patente GB2273151A, DE 19744423A1 Y US6216688.

También se considera relevante el documento de patente ES2345092, ya que hace referencia, de manera genérica, a la posibilidad de emplear un sistema de control domótico, indicando su posible existencia, pero sin hacer una descripción detallada de su funcionalidad ni de sus componentes.

Sin embargo, los documentos de patente mencionados hacen referencia a dispositivos basados en termostatos o que no disponen de un sistema automático de control en lazo cerrado o bien este no es programable, no permitiendo basar su funcionamiento en dalos registrados con anterioridad o en pronósticos de tiempo atmosférico, bien obtenidos o almacenados por el propio sistema u obtenidos de una base de datos remota, ni, sobre todo, permiten una integración y gestión automatizada del aporte energético proveniente de otras fuentes de energías mediante su acoplamiento con el cerramiento o partición interior activa.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

La presente invención resuelve el problema existente en el estado de la técnica sobre el control de los acristalamientos activos con cámara de fluido circulante, mediante un 25 controlador domótico programable, dotándolo de capacidad de gestión energética sobre otros sistemas de obtención de energía, tanto renovables como no renovables, instalados en el edificio o en lugares anexos a él. Al tener la característica de ser programable, la estrategia control en la cual basa su funcionamiento no ha de ser única o fija, sino que puede ser modificada de manera sencilla, de tal manera que es posible su actualización en tiempo real a través de los datos previamente adquiridos por el propio sistema, que pueden estar almacenados en una base de datos o bien ser suministrados por una estación meteorológica o por un servicio de predicción meteorológico externo que aporte los datos mediante una interfaz de comunicaciones.

Este sistema domótico de monitorización, regulación y control de la invención es programable o re-programable tantas veces como sea necesario, de manera que tanto sus estrategias de control como sus parámetros de configuración pueden verse modificados, incluyendo el hecho de que el controlador pueda modificar su estrategia de control basándose en situaciones que hayan ocurrido con anterioridad y cuyos datos hayan sido previamente registrados, o estén previstos. Este sistema de control, que opera en lazo cerrado, es capaz de monitorizar, controlar y regular una serie de circuitos eléctricos e hidráulicos entre los que destacan un circuito primario constituido por el acristalamiento, un sub-sistema hidráulico primario, así como las redes de sensores y elementos hidráulicos asociados a él, y un circuito hidráulico secundario, en el que según diferentes realizaciones preferentes pueden encontrarse uno o varios depósitos de acumulación, un sub-sistema de energía solar térmica, un sub-sistema de energía geotérmica, así como un sub-sistema de acondicionamiento entre otros. Estos sub-sistemas, situados en el circuito hidráulico secundario, intercambian energía con el circuito primario mediante uno o varios elementos intercambiadores de calor. Por otro lado, la energía almacenada en los depósitos acumuladores tanto del circuito hidráulico primario como del circuito hidráulico secundario, puede emplearse para el calentamiento de agua caliente sanitaria a través del correspondiente paso por un intercambiador de calor. Adicionalmente, pueden existir otros circuitos que permitan el intercambio energético de otras fuentes energéticas, renovables o no, con el acristalamiento activo y que también pOdrian ser controlados por el propio sistema de control domótico tras la oportuna incorporación de las correspondientes redes de sensores y elementos actuadores.

Además, el sistema de control y gestión domótica del acristalamiento activo no sólo es capaz de gestionar el funcionamiento del acristalamiento activo, sino que también puede administrar la alimentación eléctrica de los subsistemas que lo componen: el hidráulico y el eléctrico. Así, el sistema de control domótico programable permite la conexión de una serie de sistemas generadores de energía eléctrica, tales como paneles solares...

1. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido, previsto para la monitorización, regulación y control de un acristalamiento activo (14) con cámara de fluido circulante constitutivo del propio cerramiento activo, pudiendo ser modificadas en tiempo real las estrategias de control y sus parámetros de configuración, y comprendiendo un circuito hidráulico primario, un circuito hidráulico secundario, así como un subsistema de alimentación eléctrica (63) caracterizado porque incluye una unidad principal de control programable (2) encargada de gestionar las operaciones aritmético-lógicas y de control; una unidad de gestión energética (3) encargada de recibir todas las señales de medida de las variables eléctricas; una unidad de conexión de sensores (4) que, en combinación con un elemento concentrad or de sensores (11 ) , realiza la transmisión de la información recibida a la unidad de control programable (2) ; una unidad de gestión de actuadores (5) que, en combinación con un elemento concentrador de actuadores (12) , se encarga de transmitir la información recibida desde la unidad de control programable (2) a los actuadores ; una unidad de registro de datos (6) con capacidad para registrar, analizar, tratar y transmitir los datos admitidos para llevar a cabo futuras estrategias o acciones de control; una fuente de alimentación eléctrica (7) ; una unidad de gestión de comunicaciones (8) con capacidad para formar parte de la red domótica del edifico, permitiendo se conexión con una red exterior (13) mediante el sistema de comunicaciones que utilizan tanto medios cableados como inalámbricos; un interfaz de usuario (9) ; y una estación meteorológica (10) ; habiéndose previsto que mediante dichos elementos, y a partir de una serie de redes de sensores, se posibilita medir entre otros, los parámetros higrotérmicos interiores y exteriores llevando a cabo las acciones de control oportunas para optimizar tanto la gestión energética del acristalamiento activo (14) como las condiciones de confort interior del edificio del que forma parte dicho acristalamiento activo (14) .

2. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido, según reivindicación 1a, caracterizado porque el circuito hidráulico primario está construido por el propio acristalamiento activo (14) , uno o mas depósitos acumuladores (35) , un intercambiador de calor (41) , un sistema de impulsión (33) del propio circuito primario y un sistema de impulsión (40 ) del inlercambiador (41) , en combinación con las respectivas electroválvulas (39) y (42) .

3. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translúcido, según reivindicación 1a, caracterizado porque el circuito secundario comprende uno o mas depósitos acumuladores (46) , un sistema de energía solar térmica (48) ; un sistema de energía geotérmica (50) y un sistema de acondicionamiento (52) , mediante el que es posible gestionar la energía acumulada tanto en los circuitos primario y secundario como enviarla a la red de agua caliente sanitaria (43) .

4. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido, según reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque los circuitos primario y secundario forman un subsistema térmico (62) .

5. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido, según reivindicación 1 a caracterizado porque el subsistema de alimentación eléctrica (63) comprende un sistema de paneles solares fotovoltaicos (55) para obtener energía eléctrica, un sistema de energía eólica (56) , un sistema de almacenamiento en baterías (57) , así como elementos de conexión/desconexión eléctrica (59) , una serie de redes de sensores de señales eléctricas (60) y un sistema de mando, regulación, transformación y protección eléctrica (61 ) .

6. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido, según reivindicaciones anteriores caracterizado por que es susceptible de ser operado tanto desde la interfaz del propio sistema (9) como desde un dispositivo móvil a través de la unidad de gestión de comunicaciones (8) .

7. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para 30 cerramiento activo transparente o translucido, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque opcionalmente incorpora funciones de reloj y calendario.

8. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translúcido, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer de una estación meteorológica (10) que incluye al menos los siguientes sensores: sensor de temperatura exterior, sensor de radiación solar, sensor de humedad relativa, así como sensor de velocidad y dirección del viento (10) en el exterior del edificio.

9. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido, según reivindicaciones anteriores caracterizado porque el conjunto de redes de sensores, susceptibles de ser cableados o inalámbricos, corresponden a:

Red de sensores de temperatura (15) en el interior del edificio; Red de sensores de humedad relativa (16) en el interior del edificio; Red de sensores de ocupación (17) en el interior del edificio; Red de sensores de luminosidad (18) en el interior del edificio; Red de sensores de fugas de fluido (19) en acristalamiento activo (1 4) ; Red de sensores de presión (20) del acristalamiento activo (14) ; Red de sensores de fluidez del fluido (21) ; Red de sensores de colmatación incluidos en un sistema de filtrado del fluido (34) ; Red de sensores de temperatura (36) y de nivel (37) en el depósito acumulador

(35) del circuito primario; Red de sensores de temperatura (44) y de nivel (45) en el depósito acumulador

(46) del circuito secundario. Red de sensores de temperatura (23) en el cerramiento activo (14) ; Red de sensores de caudal (27) en el circuito primario; Red de sensores de caudal (28) en el circuito secundario;

10. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye sistema de adicción de reactivos purificantes (29) y/o reactivos anticongelantes (31) que permiten mantener el fluido circulante por el acristalamiento activo (14) con unas determinadas propiedades físico-químicas.

. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque opcionalmente el usuario puede seleccionar entre un modelo de funcionamiento automático, un modelo de funcionamiento semi-automático y un modo de funcionamiento manual, operado a partir de los parámetros seleccionados por parte del propio usuario.

12. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los diferentes elementos que participan en el subsistema eléctrico (63) , son susceptibles de ser gestionados para decidir en cada momento entre el autoconsumo de la energía eléctrica producida en el edificio o su volcado a red a partir del algoritmo programado, o lo establecido por un operador.

13. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la velocidad de giro de los impulsores correspondientes a los sistemas de impulsión del circuito primario y secundario son controlables, así como el grado de apertura de los correspondientes elementos actuadores.

14. Sistema de control domótico programable con capacidad de gestión energética para cerramiento activo transparente o translucido, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incorpora medios de gestión de un cerramiento con un grado de transparencia variable siempre que este disponga de alguna característica susceptible de ser modificada, por ejemplo de tipo lumínico, cinético, acústico, o similar, a partir de un algoritmo programado, o lo establecido por un operador.