Aire acondicionado

El aire acondicionado, a menudo abreviado como A/C o AC, es el proceso de eliminar el calor de un espacio cerrado para lograr un ambiente interior más confortable (a veces denominado "refrigeración de confort") y, en algunos casos, también controlar estrictamente la humedad del interior. aire. El aire acondicionado se puede lograr utilizando un 'aire acondicionado' mecánico o, alternativamente, una variedad de otros métodos, que incluyen enfriamiento pasivo y enfriamiento por ventilación. El aire acondicionado es un miembro de una familia de sistemas y técnicas que proporcionan calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). Las bombas de calor son similares en muchos aspectos a los acondicionadores de aire, pero usan una válvula de inversión para permitirles calentar y enfriar un espacio cerrado.

Los acondicionadores de aire, que suelen utilizar refrigeración por compresión de vapor, varían en tamaño desde pequeñas unidades utilizadas dentro de vehículos o habitaciones individuales hasta unidades masivas que pueden enfriar grandes edificios. Las bombas de calor de fuente de aire, que se pueden usar tanto para calentar como para enfriar, son cada vez más comunes en climas más fríos.

Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), a partir de 2018, se instalaron 1600 millones de unidades de aire acondicionado, lo que representó aproximadamente el 20 % del uso de electricidad en edificios a nivel mundial y se espera que la cantidad aumente a 5600 millones para 2050. Las Naciones Unidas pidió que la tecnología se haga más sostenible para mitigar el cambio climático utilizando técnicas que incluyen enfriamiento pasivo, enfriamiento por evaporación, sombreado selectivo, atrapavientos y mejor aislamiento térmico. Los refrigerantes CFC y HCFC, como el R-12 y el R-22, respectivamente, utilizados en los acondicionadores de aire han causado daños a la capa de ozono, y los refrigerantes HFC, como el R-410a y el R-404a, que fueron diseñados para reemplazar los CFC y los HCFC, en cambio, están exacerbando el cambio climático.Ambos problemas ocurren debido a la ventilación del refrigerante a la atmósfera, como durante las reparaciones. Los refrigerantes HFO, utilizados en algunos, si no en la mayoría de los equipos nuevos, resuelven ambos problemas con un potencial de daño por ozono (ODP) de cero y un potencial de calentamiento global (GWP) mucho más bajo en uno o dos dígitos en comparación con los tres o cuatro dígitos de los HFC..

Historia

El aire acondicionado se remonta a la prehistoria. Los edificios del Antiguo Egipto utilizaban una amplia variedad de técnicas de aire acondicionado pasivo. Estos se generalizaron desde la Península Ibérica hasta el norte de África, Oriente Medio y el norte de la India. Se desarrollaron técnicas similares en climas cálidos en otros lugares.

Las técnicas pasivas se mantuvieron generalizadas hasta el siglo XX, cuando pasaron de moda y fueron reemplazadas por aire acondicionado. Usando información de estudios de ingeniería de edificios tradicionales, las técnicas pasivas están siendo revividas y modificadas para los diseños arquitectónicos del siglo XXI.

Los acondicionadores de aire permiten que el ambiente interior del edificio permanezca relativamente constante, en gran medida independiente de los cambios en las condiciones climáticas externas y las cargas de calor internas. También permiten la creación de edificios de planta profunda y han permitido que las personas vivan cómodamente en las partes más cálidas del mundo.

Desarrollo

Descubrimientos anteriores

En 1558, Giambattista della Porta describió un método para enfriar el hielo a temperaturas muy por debajo de su punto de congelación mezclándolo con nitrato de potasio (entonces llamado "nitro") en su popular libro de ciencia Natural Magic. En 1620, Cornelis Drebbel demostró "Convertir el verano en invierno" para James I de Inglaterra, enfriando parte del Gran Salón de la Abadía de Westminster con un aparato de abrevaderos y cubas.El contemporáneo de Drebbel, Francis Bacon, como della Porta un creyente en la comunicación científica, puede no haber estado presente en la demostración, pero en un libro publicado más tarde el mismo año, lo describió como un "experimento de congelación artificial" y dijo que "Nitre (o más bien su espíritu) es muy frío, y por lo tanto, el nitro o la sal cuando se agregan a la nieve o al hielo intensifican el frío de este último, el nitro al agregarse a su propio frío, pero la sal al suministrar actividad al frío de la nieve ".

En 1758, Benjamin Franklin y John Hadley, profesor de química en la Universidad de Cambridge, realizaron un experimento para explorar el principio de la evaporación como medio para enfriar rápidamente un objeto. Franklin y Hadley confirmaron que la evaporación de líquidos altamente volátiles (como el alcohol y el éter) podría usarse para reducir la temperatura de un objeto más allá del punto de congelación del agua. Llevaron a cabo su experimento con el bulbo de un termómetro de mercurio en vidrio como objeto y con un fuelle utilizado para acelerar la evaporación. Bajaron la temperatura del bulbo del termómetro a -14 °C (7 °F) mientras que la temperatura ambiente era de 18 °C (64 °F). Franklin notó que poco después de que pasaron el punto de congelación del agua 0 °C (32 °F), se formó una película delgada de hielo en la superficie del bulbo del termómetro y que la masa de hielo era de aproximadamente6 mm (¹ ⁄ ₄ pulgadas) de espesor cuando detuvieron el experimento al llegar a -14 ° C (7 ° F). Franklin concluyó: "A partir de este experimento, uno puede ver la posibilidad de congelar a un hombre hasta la muerte en un cálido día de verano".

El siglo XIX incluyó una serie de desarrollos en la tecnología de compresión. En 1820, el científico e inventor inglés Michael Faraday descubrió que comprimir y licuar el amoníaco podía enfriar el aire cuando se dejaba evaporar el amoníaco licuado. En 1842, el médico de Florida, John Gorrie, utilizó la tecnología de compresores para crear hielo, que utilizó para enfriar el aire de sus pacientes en su hospital de Apalachicola, Florida. Esperaba usar eventualmente su máquina de hacer hielo para regular la temperatura de los edificios e imaginó un aire acondicionado centralizado que podría enfriar ciudades enteras. A Gorrie se le concedió una patente en 1851, pero tras la muerte de su principal patrocinador no pudo realizar su invención.En 1851, James Harrison creó la primera máquina mecánica para hacer hielo en Geelong, Australia, y obtuvo una patente para un sistema de refrigeración por compresión de vapor de éter en 1855 que producía tres toneladas de hielo por día. En 1860, Harrison estableció una segunda compañía de hielo y luego entró en el debate sobre cómo competir contra la ventaja estadounidense de las ventas de carne de res refrigerada con hielo al Reino Unido.

Primeros dispositivos de aire acondicionado

La electricidad hizo posible el desarrollo de unidades eficaces. En 1901, el inventor estadounidense Willis H. Carrier construyó lo que se considera la primera unidad de aire acondicionado eléctrica moderna. En 1902, instaló su primer sistema de aire acondicionado en Sackett-Wilhelms Lithographing & Publishing Company en Brooklyn, Nueva York; su invento controlaba tanto la temperatura como la humedad, lo que ayudaba a mantener las dimensiones del papel y la alineación de la tinta constantes en la planta de impresión. Más tarde, junto con otros seis empleados, Carrier formó The Carrier Air Conditioning Company of America, una empresa que en 2020 empleó a 53.000 personas y estaba valorada en 18.600 millones de dólares.

En 1906, Stuart W. Cramer de Charlotte, Carolina del Norte, exploraba formas de agregar humedad al aire en su fábrica textil. Cramer acuñó el término "aire acondicionado", usándolo en un reclamo de patente que presentó ese año como análogo al "acondicionamiento de agua", entonces un proceso bien conocido para hacer que los textiles sean más fáciles de procesar. Combinó la humedad con la ventilación para "acondicionar" y cambiar el aire en las fábricas, controlando la humedad tan necesaria en las plantas textiles. Willis Carrier adoptó el término y lo incorporó al nombre de su empresa.

El aire acondicionado doméstico pronto despegó. En 1914, se instaló el primer aire acondicionado doméstico en Minneapolis en la casa de Charles Gilbert Gates. Sin embargo, es posible que el enorme dispositivo (c. 7 x 6 x 20 pies) nunca se haya utilizado, ya que la casa permaneció deshabitada (Gates ya había muerto en octubre de 1913).

En 1931, HH Schultz y JQ Sherman desarrollaron lo que se convertiría en el tipo más común de acondicionador de aire para habitaciones individuales: uno diseñado para colocarse en el alféizar de una ventana. Las unidades salieron a la venta en 1932 a un precio considerable (el equivalente a $120,000 a $600,000 en dólares de 2015). Un año después se pusieron a la venta los primeros sistemas de aire acondicionado para automóviles. Chrysler Motors introdujo la primera unidad práctica de aire acondicionado semiportátil en 1935 y Packard se convirtió en el primer fabricante de automóviles en ofrecer una unidad de aire acondicionado en sus automóviles en 1939.

Mayor desarrollo

Las innovaciones de la segunda mitad del siglo XX permitieron un uso mucho más generalizado del acondicionador de aire. En 1945, Robert Sherman de Lynn, Massachusetts, inventó un acondicionador de aire portátil para la ventana que enfriaba, calentaba, humidificaba, deshumidificaba y filtraba el aire.

A medida que el desarrollo internacional ha aumentado la riqueza en los países, ha aumentado el uso global de acondicionadores de aire. Para 2018, se instalaron aproximadamente 1600 millones de unidades de aire acondicionado en todo el mundo, y la Agencia Internacional de Energía espera que este número aumente a 5600 millones de unidades para 2050. Entre 1995 y 2004, la proporción de hogares urbanos en China con aire acondicionado aumentó del 8 % al 70%. A partir de 2015, casi 100 millones de hogares, o alrededor del 87 % de los hogares de EE. UU., tenían sistemas de aire acondicionado. En 2019, se estimó que el 90 % de las viviendas unifamiliares nuevas construidas en los EE. UU. incluían aire acondicionado (desde un 99 % en el sur hasta un 62 % en el oeste).

Tipos de aire acondicionado

Sistemas minisplit y multisplit

Los sistemas sin ductos (a menudo mini-split, aunque ahora hay mini-split con ductos) generalmente suministran aire acondicionado y calentado a una o varias habitaciones de un edificio, sin ductos y de manera descentralizada. Los sistemas multizona o multisplit son una aplicación común de los sistemas sin conductos y permiten acondicionar hasta ocho habitaciones (zonas o ubicaciones) de forma independiente entre sí, cada una con su propia unidad interior y simultáneamente desde una única unidad exterior. El principal problema de los sistemas multisplit es la longitud de las líneas de refrigerante para conectar la unidad externa a las internas. Aunque existe el mismo desafío para los AC centrales.

Los primeros sistemas mini-split fueron vendidos entre 1954 y 1968 por Mitsubishi Electric y Toshiba en Japón, donde su desarrollo estuvo motivado por el tamaño pequeño de las casas. Daikin inventó los sistemas multizona sin conductos en 1973, y Daikin también inventó los sistemas de flujo de refrigerante variable (que se pueden considerar como sistemas multisplit más grandes) en 1982. Ambos se vendieron por primera vez en Japón.Los sistemas de flujo de refrigerante variable, en comparación con el enfriamiento de la planta central desde un controlador de aire, eliminan la necesidad de grandes conductos de aire frío, controladores de aire y enfriadores; en cambio, el refrigerante frío se transporta a través de tuberías mucho más pequeñas a las unidades interiores en los espacios que se van a acondicionar, lo que permite menos espacio sobre falsos techos y un menor impacto estructural, al mismo tiempo que permite un control de temperatura más individual e independiente de los espacios y el exterior. y las unidades interiores se pueden distribuir por todo el edificio. Las unidades interiores de flujo de refrigerante variable también se pueden apagar individualmente en espacios no utilizados.

Sistemas centrales canalizados

Los acondicionadores de aire centrales de sistema dividido constan de dos intercambiadores de calor, una unidad exterior (el condensador) desde la cual se expulsa el calor al ambiente y un intercambiador de calor interno (la unidad fancoil (FCU), la unidad de tratamiento de aire o el evaporador) con el refrigerante canalizado que circula entre los dos. Luego, la FCU se conecta a los espacios que se van a enfriar mediante conductos de ventilación.

Refrigeración central de plantas

Las grandes plantas centrales de enfriamiento pueden usar refrigerante intermedio, como agua fría bombeada a controladores de aire o unidades fancoil cerca o en los espacios a enfriar, que luego canalizan o entregan aire frío a los espacios a acondicionar, en lugar de canalizar aire frío directamente a estos. espacios de la planta, lo que no se hace debido a la baja densidad y capacidad calorífica del aire, lo que requeriría conductos poco prácticos. El agua enfriada se enfría mediante enfriadores en la planta, que utiliza un ciclo de refrigeración para enfriar el agua, a menudo transfiriendo su calor a la atmósfera incluso en enfriadores enfriados por líquido mediante el uso de torres de enfriamiento. Los enfriadores pueden ser enfriados por aire o líquido.

Unidades portátiles

Un sistema portátil tiene una unidad interior sobre ruedas conectada a una unidad exterior a través de tuberías flexibles, similar a una unidad instalada permanentemente fija (como un acondicionador de aire dividido sin ductos).

Los sistemas de mangueras, que pueden ser monoblock o aire-aire, se ventilan al exterior a través de conductos de aire. El tipo monobloque recoge el agua en un cubo o bandeja y se detiene cuando está lleno. El tipo aire-aire vuelve a evaporar el agua y la descarga a través de la manguera canalizada y puede funcionar continuamente. Estas unidades portátiles extraen aire interior y lo expulsan al exterior a través de un solo conducto, lo que afecta negativamente a su eficiencia general de refrigeración.

Muchos acondicionadores de aire portátiles vienen con función de calor y deshumidificación.

Unidad de ventana y terminal empaquetado

El acondicionador de aire terminal empaquetado (PTAC), los acondicionadores de aire de pared y de ventana son similares. Los sistemas PTAC se pueden adaptar para proporcionar calefacción en climas fríos, ya sea directamente mediante el uso de una banda eléctrica, gas u otros calentadores, o mediante la inversión del flujo de refrigerante para calentar el interior y extraer calor del aire exterior, convirtiendo el acondicionador de aire en un bomba de calor. Se pueden instalar en una abertura de la pared con la ayuda de un manguito especial en la pared y una rejilla personalizada que esté al ras con la pared y los acondicionadores de aire de ventana también se pueden instalar en una ventana, pero sin una rejilla personalizada.

Acondicionador de aire empaquetado

Los acondicionadores de aire compactos (también conocidos como unidades autónomas) son sistemas centrales que integran en una sola carcasa todos los componentes de un sistema central dividido y entregan aire, posiblemente a través de conductos, a los espacios a enfriar. Dependiendo de su construcción, pueden estar al aire libre o en el interior, en los techos (rooftop units), extraer el aire para ser acondicionado desde el interior o el exterior de un edificio y ser enfriados por agua, refrigerante o aire. A menudo, las unidades exteriores se enfrían con aire, mientras que las unidades interiores se enfrían con líquido mediante una torre de enfriamiento.

Operación

Principios de operacion

El enfriamiento en los sistemas de CA tradicionales se logra mediante el ciclo de compresión de vapor, que utiliza la circulación forzada y el cambio de fase de un refrigerante entre gas y líquido para transferir calor. El ciclo de compresión de vapor puede ocurrir dentro de un equipo unitario o empaquetado; o dentro de un enfriador que está conectado a un equipo de enfriamiento terminal (como una unidad fancoil en un controlador de aire) en el lado del evaporador y un equipo de rechazo de calor, como una torre de enfriamiento, en el lado del condensador. Una bomba de calor de fuente de aire comparte muchos componentes con un sistema de aire acondicionado, pero incluye una válvula de inversión que permite que la unidad se use para calentar y enfriar un espacio.

El equipo de aire acondicionado reducirá la humedad absoluta del aire procesado por el sistema si la superficie del serpentín del evaporador está significativamente más fría que el punto de rocío del aire circundante. Un acondicionador de aire diseñado para un espacio ocupado normalmente alcanzará una humedad relativa del 30 % al 60 % en el espacio ocupado.

La mayoría de los sistemas de aire acondicionado modernos cuentan con un ciclo de deshumidificación durante el cual el compresor funciona mientras el ventilador se ralentiza para reducir la temperatura del evaporador y, por lo tanto, condensar más agua. Un deshumidificador usa el mismo ciclo de refrigeración pero incorpora tanto el evaporador como el condensador en la misma ruta de aire; el aire pasa primero por el serpentín del evaporador, donde se enfría y se deshumidifica, antes de pasar por el serpentín del condensador, donde se vuelve a calentar antes de volver a liberarse en la habitación.

En ocasiones, se puede seleccionar el enfriamiento gratuito cuando el aire externo es más frío que el aire interno y, por lo tanto, no es necesario usar el compresor, lo que resulta en una alta eficiencia de enfriamiento para estos momentos. Esto también se puede combinar con el almacenamiento de energía térmica estacional.

Calefacción

Algunos sistemas de aire acondicionado tienen la opción de invertir el ciclo de refrigeración y actuar como bomba de calor de fuente de aire, por lo tanto, producen calefacción en lugar de refrigeración en el ambiente interior. También se les conoce comúnmente como "aires acondicionados de ciclo inverso". La bomba de calor es mucho más eficiente desde el punto de vista energético que la calefacción por resistencia eléctrica, porque mueve la energía del aire o del agua subterránea al espacio calentado, así como el calor de la energía eléctrica comprada. Cuando la bomba de calor está en modo de calefacción, el serpentín del evaporador interior cambia de función y se convierte en el serpentín del condensador, que produce calor. La unidad del condensador exterior también cambia de función para actuar como evaporador y descarga aire frío (más frío que el aire exterior).

Las generaciones anteriores de bombas de calor de fuente de aire se vuelven menos eficientes en temperaturas exteriores inferiores a 4 °C o 40 °F; esto se debe en parte a que se forma hielo en el serpentín del intercambiador de calor de la unidad exterior, lo que bloquea el flujo de aire sobre el serpentín. Para compensar esto, el sistema de bomba de calor debe volver temporalmente al modo de aire acondicionado normal para que el serpentín del evaporador exterior vuelva a ser el serpentín del condensador, de modo que pueda calentarse y descongelarse. Por lo tanto, algunos sistemas de bomba de calor tendrán una forma de calentamiento por resistencia eléctrica en la ruta del aire interior que se activa solo en este modo para compensar el enfriamiento temporal del aire interior, que de otro modo sería incómodo en invierno.

Los modelos más nuevos han mejorado el rendimiento en climas fríos, con una capacidad de calefacción eficiente de hasta −14 °F (−26 °C). Sin embargo, siempre existe la posibilidad de que la humedad que se condensa en el intercambiador de calor de la unidad exterior se congele, incluso en modelos que han mejorado el rendimiento en climas fríos, lo que requiere que se realice un ciclo de descongelación.

El problema de la formación de hielo se vuelve mucho más grave con temperaturas exteriores más bajas, por lo que las bombas de calor a veces se instalan junto con una forma más convencional de calefacción, como un calentador eléctrico, gas natural, aceite de calefacción o una chimenea de leña o calefacción central. que se utiliza en lugar de o además de la bomba de calor durante las temperaturas invernales más duras. En este caso, la bomba de calor se usa de manera eficiente durante las temperaturas más suaves y el sistema cambia a la fuente de calor convencional cuando la temperatura exterior es más baja.

Actuación

El coeficiente de rendimiento (COP) de un sistema de aire acondicionado es una relación entre la calefacción o refrigeración útiles proporcionadas y el trabajo requerido. Los COP más altos equivalen a costos operativos más bajos. El COP suele ser superior a 1; sin embargo, el valor exacto depende en gran medida de las condiciones de funcionamiento, especialmente de la temperatura absoluta y la temperatura relativa entre el fregadero y el sistema, y ​​a menudo se grafica o promedia contra las condiciones esperadas. La energía de los equipos de aire acondicionado en los EE. UU. a menudo se describe en términos de "toneladas de refrigeración", cada una de las cuales equivale aproximadamente a la potencia de enfriamiento de una tonelada corta (2000 libras (910 kg) de hielo que se derrite en un período de 24 horas. El valor es igual a 12.000 BTU _IT por hora, o 3.517 vatios.Los sistemas de aire central residenciales suelen tener una capacidad de 1 a 5 toneladas (3,5 a 18 kW).

La eficiencia de los acondicionadores de aire a menudo se clasifica por el índice de eficiencia energética estacional (SEER) que define el Instituto de Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración en su estándar AHRI 210/240 de 2008, Calificación de rendimiento de aire acondicionado unitario y fuente de aire. Equipos de bomba de calor. Un estándar similar es el índice europeo de eficiencia energética estacional (ESEER).

Impacto

Efectos en la salud

Cuando hace calor, el aire acondicionado puede prevenir el golpe de calor, la deshidratación por transpiración excesiva y otros problemas relacionados con la hipertermia. Las olas de calor son el tipo de fenómeno meteorológico más letal en los Estados Unidos. El aire acondicionado (que incluye filtración, humidificación, refrigeración y desinfección) se puede utilizar para proporcionar una atmósfera limpia, segura e hipoalergénica en los quirófanos de los hospitales y otros entornos donde la atmósfera adecuada es fundamental para la seguridad y el bienestar del paciente. A veces se recomienda para uso doméstico por personas con alergias, especialmente al moho.

Las torres de enfriamiento de agua mal mantenidas pueden promover el crecimiento y la propagación de microorganismos como Legionella pneumophila, el agente infeccioso responsable de la enfermedad del legionario. Siempre que la torre de refrigeración se mantenga limpia (normalmente mediante un tratamiento con cloro), estos peligros para la salud pueden evitarse o reducirse. El estado de Nueva York ha codificado los requisitos para el registro, mantenimiento y prueba de las torres de enfriamiento para protegerlas contra la Legionella.

Impactos ambientales

Los refrigerantes han causado y continúan causando serios problemas ambientales, incluido el agotamiento de la capa de ozono y el cambio climático, ya que varios países aún no han ratificado la Enmienda de Kigali para reducir el consumo y la producción de hidrofluorocarbonos.

El aire acondicionado actual representa el 20% del consumo de energía en los edificios a nivel mundial, y el crecimiento esperado del uso de aire acondicionado debido al cambio climático y la adopción de tecnología impulsará un crecimiento significativo de la demanda de energía. Las alternativas al aire acondicionado continuo incluyen el enfriamiento pasivo, el enfriamiento solar pasivo, la ventilación natural, el funcionamiento de persianas para reducir la ganancia solar, el uso de árboles, persianas arquitectónicas, ventanas (y el uso de revestimientos de ventanas) para reducir la ganancia solar.

En 2018, Naciones Unidas pidió que la tecnología se hiciera más sostenible para mitigar el cambio climático.

Efectos económicos

El aire acondicionado provocó varios cambios en la demografía, en particular la de los Estados Unidos a partir de la década de 1970:

• La tasa de natalidad fue más baja en la primavera que durante otras estaciones hasta la década de 1970, pero esta diferencia disminuyó durante los siguientes 30 años.
• La tasa de mortalidad estival, que había sido mayor en las regiones sujetas a una ola de calor durante el verano, también se estabilizó.
• Sun Belt ahora contiene el 30% de la población total de EE. UU. Cuando estaba habitado por el 24% de los estadounidenses a principios del siglo XX.

Diseñado primero para beneficiar a industrias específicas como la prensa y grandes fábricas, la invención se extendió rápidamente a las agencias y administraciones públicas con estudios que afirman un aumento de la productividad cercano al 24% en lugares equipados con aire acondicionado.

Otras técnicas

Los edificios diseñados con aire acondicionado pasivo son generalmente menos costosos de construir y mantener que los edificios con sistemas HVAC convencionales con menores demandas de energía. Si bien se pueden lograr decenas de cambios de aire por hora y enfriamiento de decenas de grados con métodos pasivos, se debe tener en cuenta el microclima específico del sitio, lo que complica el diseño del edificio.

Se pueden utilizar muchas técnicas para aumentar el confort y reducir la temperatura en los edificios. Estos incluyen enfriamiento por evaporación, sombreado selectivo, viento, convección térmica y almacenamiento de calor.

Ventilación pasiva

La ventilación pasiva es el proceso de suministro y extracción de aire de un espacio interior sin utilizar sistemas mecánicos. Se refiere al flujo de aire externo a un espacio interior como resultado de las diferencias de presión que surgen de las fuerzas naturales.

Hay dos tipos de ventilación natural que ocurren en los edificios: ventilación impulsada por el viento y ventilación impulsada por la flotabilidad. La ventilación impulsada por el viento surge de las diferentes presiones creadas por el viento alrededor de un edificio o estructura, y de las aberturas que se forman en el perímetro que luego permiten el flujo a través del edificio. La ventilación impulsada por flotabilidad se produce como resultado de la fuerza de flotabilidad direccional que resulta de las diferencias de temperatura entre el interior y el exterior.Dado que las ganancias de calor internas que crean diferencias de temperatura entre el interior y el exterior son creadas por procesos naturales, incluido el calor de las personas, y los efectos del viento son variables, los edificios con ventilación natural a veces se denominan "edificios que respiran".

Refrigeración pasiva

La refrigeración pasiva es un enfoque de diseño de edificios que se centra en el control de la ganancia de calor y la disipación de calor en un edificio para mejorar el confort térmico interior con un consumo de energía bajo o nulo. Este enfoque funciona evitando que el calor entre en el interior (prevención de aumento de calor) o eliminando el calor del edificio (refrigeración natural).

El enfriamiento natural utiliza energía in situ, disponible en el entorno natural, combinada con el diseño arquitectónico de los componentes del edificio (por ejemplo, la envolvente del edificio), en lugar de sistemas mecánicos para disipar el calor. Por lo tanto, el enfriamiento natural depende no solo del diseño arquitectónico del edificio sino de cómo se utilizan los recursos naturales del sitio como disipadores de calor (es decir, todo lo que absorbe o disipa el calor). Ejemplos de disipadores de calor en el sitio son la atmósfera superior (cielo nocturno), el aire exterior (viento) y la tierra/suelo.El enfriamiento pasivo es una herramienta importante para el diseño de edificios para la adaptación al cambio climático, lo que reduce la dependencia del aire acondicionado que consume mucha energía en ambientes cálidos.

Un par de atrapavientos cortos (

malqaf) utilizados en la arquitectura tradicional; el viento es forzado hacia abajo por el lado de barlovento y sale por el lado de sotavento (

ventilación cruzada). En ausencia de viento, la circulación se puede impulsar con enfriamiento evaporativo en la entrada (que también está diseñada para atrapar el polvo). En el centro, un

shuksheika (ventilación de la linterna del techo), que se usa para dar sombra al qa'a debajo mientras permite que el aire caliente salga de él (

efecto de chimenea).

Aficionados

Los abanicos de mano existen desde la prehistoria. Los grandes ventiladores impulsados ​​por humanos integrados en los edificios incluyen el punkah.

El inventor chino del siglo II Ding Huan de la dinastía Han inventó un ventilador rotatorio para aire acondicionado, con siete ruedas de 3 m (10 pies) de diámetro y accionado manualmente por prisioneros. En 747, el emperador Xuanzong (r. 712–762) de la dinastía Tang (618–907) hizo construir el Cool Hall (Liang Dian 涼殿) en el palacio imperial, que Tang Yulin describe con ruedas de ventilador impulsadas por agua para aire acondicionado, así como chorros ascendentes de agua de las fuentes. Durante la dinastía Song posterior (960-1279), las fuentes escritas mencionaron que el ventilador rotatorio del aire acondicionado se usaba aún más.

Amortiguación térmica

En áreas que son frías por la noche o en invierno, se utiliza el almacenamiento de calor. El calor puede almacenarse en tierra o mampostería; el aire pasa por la mampostería para calentarla o enfriarla.

En áreas que están bajo cero durante la noche en invierno, la nieve y el hielo se pueden recolectar y almacenar en casas de hielo para su uso posterior en refrigeración. Esta técnica tiene más de 3.700 años en Oriente Medio. La recolección de hielo al aire libre durante el invierno y el transporte y almacenamiento para su uso en el verano fue practicada por europeos adinerados a principios del siglo XVII, y se hizo popular en Europa y América a fines del siglo XVII. Esta práctica fue reemplazada por máquinas mecánicas de fabricación de hielo de ciclo de compresión (ver más abajo).

Enfriamento evaporativo

En climas cálidos y secos, el efecto de enfriamiento por evaporación se puede usar colocando agua en la entrada de aire, de modo que la corriente atraiga el aire sobre el agua y luego hacia la casa. Por eso, a veces se dice que la fuente, en la arquitectura de climas cálidos y áridos, es como la chimenea en la arquitectura de climas fríos. El enfriamiento por evaporación también hace que el aire sea más húmedo, lo que puede ser beneficioso en un clima desértico seco.

Los enfriadores evaporativos tienden a sentirse como si no estuvieran funcionando en momentos de alta humedad, cuando no hay mucho aire seco con el que los enfriadores puedan funcionar para hacer que el aire sea lo más fresco posible para los ocupantes de la vivienda. A diferencia de otros tipos de acondicionadores de aire, los enfriadores evaporativos dependen de que el aire exterior se canalice a través de almohadillas enfriadoras que enfrían el aire antes de que llegue al interior de una casa a través de su sistema de conductos de aire; se debe permitir que este aire exterior enfriado empuje el aire más cálido dentro de la casa a través de una abertura de escape, como una puerta o ventana abierta.