Sistema de acondicionamiento bioclimático mediante estructuras ajardinadas verticales

Objeto de la invención

El objeto de la presente invención es un sistema de acondicionamiento bioclimático que consiste en unos paneles evaporativos que permiten el enfriamiento del aire mediante saturación adiabática con agua y en una estructura ajardinada vertical, que permite actuar como un biofiltro depurador del flujo de aire que atraviesa.

Tiene su aplicación en las edificaciones y espacios públicos, de tal manera que, además de beneficios ornamentales y estéticos, supone un importante ahorro en los costes energéticos de climatización y una depuración del aire necesario en la ventilación.

Estado de la técnica

Por una parte es conocido el empleo de los muros vegetalizados o muros verdes también llamados jardines verticales con diferentes funciones y utilizaciones tales como el embellecimiento urbano, pantallas anti-ruido o anti-deslumbramiento, muretes de separación de calzadas de circulación, empalizadas de obras, barreras de seguridad, etc. Por otro lado existen también sistemas de climatización por procedimiento evaporativo que permiten el enfriamiento del aire mediante la saturación adiabática con agua, así como lavado, desinfección y depuración de éste pero únicamente con paneles evaporativos no vegetados.

La presente invención integra la capacidad de acondicionamiento climático del aire en una estructura ajardinada vertical que actúa como un intercambiador de calor y masas, disminuyendo la temperatura y aumentando la humedad y de forma complementaria, gracias al componente vegetal, actúa como un biofiltro depurador del flujo de aire que la atraviesa. Este acondicionamiento bioclimático del aire es aplicable a edificios residenciales, de servicios, industriales y espacios públicos, tanto en el patrimonio existente como en la nueva planta. Por tanto la principal función de la presente invención es proporcionar a las personas que los utilizan, un espacio confortable y sano, manteniendo en condiciones adecuadas los niveles de temperatura, humedad y calidad del aire.

Estudios publicados por el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) perteneciente al Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, señalan que, en el conjunto del Estado Español, el consumo de los sectores residencial y servicios supone cerca del 30% del consumo total de energía en las ciudades. Esto es debido al elevado consumo energético que los equipos de climatización realizan para mantener un adecuado nivel de confort y de calidad del aire interior. En otro estudio presentado por la Agencia Internacional de la Energía (IEA) el sector residencial y de servicios es el que mayores posibilidades tiene para reducir el consumo energético sin reducir el nivel de confort y de bienestar de las personas. Los elevados niveles actuales de consumo de energía que demandan estos sectores, suponen no sólo unos costes elevados y un previsible agotamiento de las fuentes de energía, sino también un importante coste medioambiental sobre el planeta, incrementando las emisiones a la atmósfera de gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global.

Existe numerosa normativa reciente que regula el ahorro y la eficiencia energética en edificios, tales como la Directiva 2002/91/CE, de 16 de diciembre, de eficiencia energética de los edificios, la aprobación del Código Técnico de la Edificación por el Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, y el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) por el Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, que tratan de compatibilizar el grado de confort para el desarrollo de la actividad humana y el consumo de energía adecuado y sostenible, reduciendo las necesidades del sector.

Esta invención está vinculada con un sector productivo con un fuerte carácter innovador y tecnológico, capaz de generar nuevas fuentes de riqueza y puestos de trabajo, como es la arquitectura y la construcción sostenible, también denominada Arquitectura Sustentable, Arquitectura Verde, Edificación Verde, Eco-arquitectura y arquitectura ambientalmente consciente, entendida como un modo de concebir el diseño arquitectónico buscando aprovechar los recursos naturales de tal modo que minimicen el impacto ambiental de las construcciones sobre el ambiente natural y sobre los habitantes.

Son muchas las invenciones que mejoran las condiciones bioclimática de las edificaciones, como por ejemplo enfriando el aire de entrada de forma natural conduciéndolo a través de estructuras prefabricadas por zonas frías tales como muros de sótano (U20060265) o empleando intercambiadores de calor en el subsuelo de los edicifios (ES1046000U). Todos ellos carecen de un medio de transferencia de calor y masa que esté cubierto de vegetación.

Respecto a las estructuras ajardinadas verticales podemos decir que tradicionalmente la técnica empleada para cubrir con vegetación las fachadas y muros consiste en plantar en el suelo plantas trepadoras que colonizan las superficies verticales de forma natural o ayudadas mediante fijaciones y sistemas de anclajes a la edificación.

Más recientemente se han propuestos sistemas que permiten el crecimiento de la vegetación en las fachadas y muros mediante un sistema de cultivo hidropónico en vertical. Este sistema está basado en la capacidad de muchas plantas de desarrollar un crecimiento epífito. Sobre una capa de fieltro se desarrollan las plantas desarrollando sus raíces sobre su superficie. Requiere de una estructura soporte y de un sistema de riego y fertilización de aplicación continua recogiéndose el agua que escurre en un depósito en la parte inferior y mediante recirculación se aplica en la parte superior del sistema (Blanc, 2008).

Otros sistemas conocidos para la realización de muros vegetales consisten en contenedores metálicos rellenos de sustratos de plantación de forma prismática, poniéndose así mismo yuxtapuestos y acoplados entre sí para constituir una estructura de muro o pared de dimensiones variable. Estos necesitan estar anclados en una de sus caras a una estructura portante que se fija a la fachada o muro, quedando la cara contraria expuesta al exterior con una aberturas por donde sale la vegetación, como se muestran a título de ejemplo, en la patente ES 2317293 T3. Del mismo modo, existen sistemas modulares parecidos a los anteriores pero que son a uto portantes, es decir no necesitan de estructura de anclaje de los contenedores al muro (ES 2300049 T3).

También se encuentran estructuras metálicas verticales para construir muros verdes o jardines verticales que soportan contenedores para plantas o para flores, tales como por ejemplo macetas (ES 1069555 U), o soportan directamente el sustrato de plantación con una función esencialmente de recubrimiento y ornamental (US 4295296, ES 2101652 A1 , JP2004076307, CN201053150 y CN2494856).

Otras aplicaciones de muros vegetativos o verdes, o jardín vertical que se han encontrado son los sistemas de pantalla acústica integrada que se pueden vegetar, que actúa como barrera antirruidos para la circulación vial y ferroviaria. (ES 2017052); también los sistema de contención y recubrimiento de suelos inclinados incluyendo taludes, mediante sistema de vegetación de aplicación fundamental en obras públicas y civiles ligadas a carreteras, autopistas, vías férreas, etc. (ES 2179710 A1); y el dispositivo de regeneración de aguas grises, para su reutilización en edificios o instalaciones de gran consumo de agua, combinando su uso con una instalación de muro vegetal mediante jardineras superpuestas y intercomunicadas para el paso por gravedad de las aguas grises, que actúan como elementos depurador (ES 1068225 U).

Cabe destacar la estructura vegetal adosada a muros exteriores para el enfriamiento del aire al hacerlo pasar por la zona sombreada entre éste y el muro. Dicha estructura está compuesta en su base por contenedores plantados con vegetación trepadora que crece en vertical por una estructura adosada al muro(JP2008267684A). Este dispositivo se diferencia en gran medida a la presente invención, ya que nuestra invención emplea para el enfriamiento del aire un medio poroso y continuo en vertical, continuamente hidratado, donde se desarrolla en toda su superficie el sistema radicular y aéreo de la vegetación, por donde se hace pasar el aire enfriándolo mediante un proceso de refrigeración evaporativa además de producir la biofiltración del mismo.

Respecto a los sistemas de refrigeración evaporativa, utilizan la evaporación de agua para producir un descenso de la temperatura y un aumento de la humedad. El cambio de fase de líquido a vapor requiere energía que se extrae del aire exterior, enfriándolo y aumentando su contenido de humedad. Se produce un cambio de calor sensible (descenso de la temperatura) por calor latente (aumento del contenido de vapor en la mezcla de aire húmedo). En termodinámica el proceso se llama adiabático (dQ = 0) y la entalpia permanece prácticamente constante.

Los acondicionadores evaporativos de aire fueron patentados por primera vez en 1902 en U.S.A. por Willits H. Carrier, conociéndose desde entonces como Evaporative Air Coolers, sin embargo el verdadero desarrollo comienza en los años 20 en Arizona y el sur meridional de California, su fabricación en serie comienza aproximadamente en 1932, con la llegada del motor eléctrico (Watt y Brown, 1997).

En la actualidad son varias las patentes existentes que presentan equipos y sistemas que actúan como refrigeradores evaporativo para edificios, industrias y granjas, pero que no emplean un medio de transferencia de calor y masa vegetado, que a título de ejemplo podemos mencionar las patentes P0235809, ES 1054420 U, ES 1063883 U, ES 2255510 T3, ES 2262683 T3, ES 1028424 U. La presente invención ofrece una nueva aplicación a los muros vegetativos o verdes, o jardines verticales, consistente en el acondicionamiento bioclimático del flujo de aire que lo atraviesa mediante procesos evaporativos y mecanismos de biofiltración que serán aplicados en las edificaciones y en los espacios públicos. Con ello conseguimos además de los beneficios ornamentales y estéticos, un ahorro importante en los costes energéticos de climatización y una depuración del aire necesario en la ventilación.

Descripción de las figuras

Para completar y complementar la descripción de la presente invención y para hacer más comprensible las características de ésta, se acompañan las figuras que con carácter ilustrativo y no limitativo se describen a continuación

Figura 1- Vista en perspectiva parcialmente desmontada, de la estructura ajardinada vertical (1) anclada a una fachada (2,8), con los paneles porosos modulares vegetados (3), fijados a la estructura metálica (5) y las conducciones (9) y ventiladores (10) necesarios para forzar el paso de aire a través de ellos para su acondicionamiento bioclimático; (14): sistema de climatización tradicional del edificio

Figura 2.- Sección de la vista frontal de detalle del bastidor de paneles porosos modulares vegetados con las bolsas ó bolsillos (6) para albergar la vegetación, la tubería emisora (7) y vertical (11), bomba (12) y depósito (13) para el riego y humedecimiento del sustrato.

Descripción de la invención

En el momento actual, de crisis energética y de énfasis en valores como el ahorro y la eficiencia energética, el principal objetivo y necesidad de las empresas e instituciones es la reducción del consumo energético de sus inmuebles y la mejora de la eficiencia en el consumo de sus instalaciones. En este sentido, la presente invención cubre la necesidad de optimización en el consumo energético producido por las instalaciones de climatización y confort de los edificios, y actúa como mecanismos de biofiltración del aire, empleando como sistema de acondicionamiento bioclimático, estructuras ajardinadas verticales.

Se trata de integrar la capacidad de acondicionamiento climático del aire de una estructura ajardinada vertical, también llamada muro vegetativo o verde, o jardín vertical. Éste actúa como un intercambiador de calor y masas mediante un proceso evaporativo de saturación adiabática, disminuyendo la temperatura y aumentando la humedad y de forma complementaria, gracias al componente vegetal, actúa como un biofiltro depurador del flujo de aire que la atraviesa. Este acondicionamiento bioclimático del aire es aplicable a edificios residenciales, de servicios, industriales y espacios públicos, tanto en el patrimonio existente como en la nueva planta, pudiendo ser instalados tanto en el interior como en el exterior de los mismos. Con ello se consigue, además de los beneficios ornamentales y estéticos, un ahorro importante en los costes energéticos de climatización y una depuración del aire necesario en la ventilación, además de los beneficios intangibles de bienestar laboral, responsabilidad social medioambiental.

El objeto de la invención es optimizar el consumo energético producido por las instalaciones de climatización y confort de los edificios y actuar como biofiltro depurador del aire, empleando para ello, estructuras ajardinadas verticales, también llamados muros vegetativos o verdes, o jardines verticales.

La presente invención emplea como elemento de soporte y desarrollo del sistema radicular de la vegetación, y como intercambiador de calor y masa mediante proceso evaporativo, de un panel poroso modular vegetado (3) o prevegetado, que permite el paso y contacto entre el aire y el agua. El contacto se produce entre flujos cruzados. El aire movido de forma natural o por ventiladores (9) atraviesa el panel evaporativo horizontalmente y el agua cae por gravedad empapando el medio poroso siendo aplicado por una tubería emisora (7) en la parte superior. Según el grado de contacto entre el agua y el aire, éste se aproximará más o menos a las condiciones de saturación adiabática.

El aire, al atravesar el panel poroso modular vegetado (3), evapora el agua que circula por gravedad, produciendo un descenso de la temperatura y un aumento de la humedad de este. El cambio de fase de líquido a vapor requiere energía que se extrae del aire de entrada, enfriándolo y aumentando su contenido de humedad. Se produce un cambio de calor sensible (descenso de la temperatura) por calor latente (aumento del contenido de vapor en la mezcla de aire húmedo). En termodinámica el proceso se llama adiabático (dQ = 0) y la entalpia permanece prácticamente constante.

El panel poroso modular vegetado (3) va montado en un bastidor ligero rígido, empleando una o varias capas del sustrato con elevada porosidad, de naturaleza orgánica o inorgánica, pudiéndose de esta forma anclarlo verticalmente sobre la estructura metálica (5). Se dispondrán bolsas o bolsillos (6) de cualquier material, cosidos, pegados, grapados o anclados al sustrato poroso, donde se colocará las plantas y se desarrollará su sistema radicular, así como de espacio para albergar y sostener las tuberías emisoras de agua (7) empleadas para humedecer el sustrato y aportar agua y nutrientes a la vegetación.

La estructura metálica (5) será autoportante o anclada al muro, fachada o estructura (8) del edificio a cubrir, pudiendo partir desde apoyos en el suelo o estar colgando en altura. Formará una retícula metálica cuadrada o rectangular donde se pueden fijar los paneles porosos modulares vegetados yuxtapuestos o acoplados entre sí para constituir un muro o jardín vertical continuo.

Para la circulación del aire a través de la estructura ajardinada vertical se dispondrán de conductos (9) de sección prismática o circular adosados en el interior de la estructura metálica (5). La circulación del aire podrá ser de forma natural, empleando las diferencias de presiones provocadas por el viento en el exterior de las edificaciones, o forzada mediante ventiladores o extractores (10). Dichas conducciones dispondrán de aperturas por donde el aire saldrá con el caudal y presión suficiente para atravesar los paneles poroso modular vegetado (3), produciéndose a su paso, mediante un proceso evaporativo de saturación adiabática, el enfriamiento, la humidificación y, gracias a la capacidad de fijación de contaminantes del aire de la vegetación, la biofiltración del aire.

Para la humectación y riego de los paneles porosos modulares vegetados, se montará una red de riego y mojado que comprende un buen número de tuberías emisoras de agua, mediante orificio o goteros, dispuesta en horizontal, que al menos una discurre en el interior de cada uno de los paneles porosos vegetados (3) que forman el jardín vertical. La red de riego cuenta con al menos una tubería vertical (11) que eleva y suministra el agua a las distintas tubería emisoras (7) horizontales, siendo necesario para ello un grupo de bombeo (12) que suministre la presión y el caudal necesario. La instalación de riego se termina con la implementación de equipos de filtrado, fertirrigación, valvulería y accesorios hidráulicos y programador de riego.

En la parte inferior de la estructura ajardinada vertical se recoge las aguas sobrantes del riego, que bajan atravesando los paneles porosos vegetados (3) por gravedad hasta recogerse en un depósito (13). Este agua es recirculada mediante el grupo de bombeo (12) de la red de riego y mojado. La reposición del agua en el depósito debe ser constante debido al consumo del agua por la evapotranspiración de la vegetación y por la evaporación del agua en el enfriamiento y humidificación del aire que atraviesan la superficie de paneles porosos vegetados. La invención puede ser instalada tanto en el interior como en el exterior de las edificaciones y espacios públicos, siendo necesarios sistemas de iluminación artificial si la luz natural no fuera suficiente para el buen desarrollo vegetativo de las plantas. También pueden funcionar dependiente o independientemente del sistema de climatización tradicional del edificio (14), pudiendo acondicionar y depurar aire procedente tanto del interior como de exterior del edificio (2) así como la mezcla de ambos.

Modo de realización de la invención

Sobre el muro, fachada o estructura del edificio o espacio público (8) tanto de interior como de exterior, en el que se quiere instalar la estructura ajardinada vertical para el acondicionamiento bioclimátíco (1), se realiza una impermeabilización previa y se ejecutan las instalaciones básicas de abastecimiento de agua, saneamiento y electrificación.

Si dicha estructura ajardinada vertical (1) parte desde el suelo de muro, se construirá "in situ" o se colocará un depósito (13) de recirculación de agua para el riego y mojado de los paneles porosos modulares vegetados (3). Sobre éste y anclado al suelo y al muro se levantará la estructura metálica (5) formando una retícula cuadrada o rectangular vertical. Si la estructura ajardinada vertical no parte desde el suelo se coloca primero la estructura metálica (5) reticulada anclada al muro. En su parte inferior se fija el depósito (13) de recirculación de agua.

Entre la estructura y el muro se instalan los conductos (9) y ventiladores (10) encargados de generar el flujo de aire necesario para que con caudal y presión suficiente, éste atraviese los paneles porosos modulares vegetados (3) y sea conducido mediante los conductos del edificio (14). Estos conductos se pueden combinar con los existentes para la climatización del edificio o ser independientes a ellos.

Para la realización de los paneles porosos modulares vegetados (3), o prevegetados, se prepara un bastidor ligero rígido con perfiles metálicos o de plástico tipo pletina o angular formando un cuadrado o rectángulo. El bastidor se cubre con una o más capas de sustrato poroso, de naturaleza orgánica o inorgánica, cosidas, pegadas o grapadas entre sí y fijadas sobre éste. El panel poroso modular se completa colocándole sobre una de sus caras, bolsillos o bolsas (6) que sirven para alojar el sistema radicular de las plantas y dejando un espacio en la parte superior para el alojamiento de la tubería emisora de agua (7) empleadas para humedecer el sustrato y aportar agua y nutrientes a la vegetación. Los paneles porosos modulares vegetados (3) se fijarán yuxtapuestos o acoplados entre sí para constituir un muro o jardín vertical continuo, sobre la estructura metálica y por encima del depósito (13) de recirculación de agua.

Una vez fijado los paneles, se montarán primero las tuberías emisoras de agua (7), horizontalmente en la parte superior de los paneles porosos, y en segundo lugar las tuberías verticales (11) que actúan como porta-ramales, así como todos los accesorios, elementos y dispositivos hidráulicos necesarios que formarán la red de riego y humedecimiento. La instalación se termina disponiendo un grupo de bombeo (12) que tomará agua del depósito (13) y la elevará con caudal y presión suficiente para que salgan por las tuberías emisoras así como del sistema de filtrado, fertirriego, medida, control y programación del riego.

Una vez que se comprueba el perfecto funcionamiento del sistema de riego y del sistema de ventilación, se colocarán la vegetación en los bolsillos o bolsas (6) dispuestas en los paneles porosos modulares. (3)

Si estos paneles porosos modulares fueran prevegetados, se tendrían que colocar a la vez que el sistema de riego para que no le falte nunca el suministro hídrico a las plantas.