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Unidades condensadoras de aire acondicionado fuera de un edificio
Acondicionador de aire montado en la ventana para uso en una habitación individual

El aire acondicionado es el proceso de eliminar el calor y controlar la humedad del aire en un espacio cerrado para lograr un ambiente interior más cómodo mediante el uso de "acondicionadores de aire" motorizados o una variedad de otros métodos, incluido el enfriamiento pasivo y el enfriamiento ventilativo . El aire acondicionado es miembro de una familia de sistemas y técnicas que proporcionan "calefacción, ventilación y aire acondicionado" (HVAC) .

Los acondicionadores de aire, que generalmente usan refrigeración por compresión de vapor , varían en tamaño desde unidades pequeñas utilizadas dentro de vehículos o habitaciones individuales hasta unidades masivas que pueden enfriar edificios grandes. [1] [2] Las bombas de calor de fuente de aire , que se pueden usar para calentar y enfriar, son cada vez más comunes en climas más fríos.

Según la AIE , a partir de 2018, se instalaron 1.600 millones de unidades de aire acondicionado que representaron un 20% estimado del uso de energía en edificios a nivel mundial y se espera que el número crezca a 5.600 millones para 2050. [3] Las Naciones Unidas pidieron que tecnología para ser 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, están agravando el cambio climático . Ambos problemas ocurren debido a la ventilación de 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. [4] Estos se generalizaron desde la Península Ibérica hasta el norte de África, Oriente Medio y el norte de la India. [5] Se desarrollaron técnicas similares en climas cálidos en otros lugares. [ se necesita más explicación ]

Las técnicas pasivas se mantuvieron generalizadas hasta el siglo XX, cuando pasaron de moda y fueron reemplazadas por aire acondicionado eléctrico. Utilizando información de estudios de ingeniería de edificios tradicionales, se están reviviendo y modificando técnicas pasivas para diseños arquitectónicos del siglo XXI. [6] [5]

Una serie de acondicionadores de aire fuera de un edificio de oficinas comerciales

Los acondicionadores de aire permiten que el ambiente interior del edificio permanezca relativamente constante en gran medida independientemente de los cambios en las condiciones climáticas externas y las cargas de calor internas. También permiten la creación de edificios de planos profundos y han permitido que las personas vivan cómodamente en las partes más cálidas del mundo. [ cita requerida ]

Desarrollo

En 1558, Giambattista della Porta describió un método para enfriar hielo a temperaturas muy por debajo de su punto de congelación mezclándolo con nitrato de potasio (entonces llamado "nitro") en su libro de divulgación científica Natural Magic . [7] [8] [9] En 1620, Cornelis Drebbel hizo una demostración de "Convertir el verano en invierno" para Jaime I de Inglaterra , enfriando parte del Gran Salón de la Abadía de Westminster con un aparato de comederos y cubas. [10] Francis Bacon contemporáneo de Drebbel , como della Porta un creyente encomunicación científica , puede no haber estado presente en la demostración, pero en un libro publicado más tarde el mismo año, lo describió como "experimento de congelación artificial" y dijo que "Nitre (o más bien su espíritu) es muy frío, y por lo tanto nitre o la sal cuando se añade a la nieve o al hielo intensifica el frío de este último, el salitre al añadirlo a su propio frío, pero la sal al aportar actividad al frío de la nieve ". [7]

En 1758, Benjamin Franklin y John Hadley , profesor de química en la Universidad de Cambridge , realizaron un experimento para explorar el principio de evaporación como un medio para enfriar rápidamente un objeto. Franklin y Hadley confirmaron que la evaporación de líquidos altamente volátiles (como alcohol y éter ) podría usarse para bajar la temperatura de un objeto más allá del punto de congelación del agua. Llevaron a cabo su experimento con la bombilla 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 pasar el punto de congelación del agua a 0 ° C (32 ° F), se formó una fina película de hielo en la superficie del bulbo del termómetro y que la masa de hielo tenía aproximadamente 6 mm ( 1 ⁄ 4  pulgada) de espesor. cuando detuvieron el experimento al alcanzar -14 ° C (7 ° F). Franklin concluyó: "A partir de este experimento, se puede ver la posibilidad de congelar a un hombre hasta la muerte en un cálido día de verano". [11]

Willis Carrier , a quien se le atribuye haber acuñado el término 'aire acondicionado'

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. [12] 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 [12] [13]y previó el 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 invento. [14] En 1851, James Harrison creó la primera máquina mecánica para hacer hielo en Geelong, Australia , y en 1855 se le concedió una patente para un sistema de refrigeración por compresión de vapor de éter que producía tres toneladas de hielo por día. [15] 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. [15]

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. [16] [17] [18] [19] En 1902, instaló su primer sistema de aire acondicionado, en la Sackett-Wilhelms Lithographing & Publishing Company en Brooklyn, Nueva York ; [20] Este invento controló tanto la temperatura como la humedad, lo que ayudó a mantener las dimensiones del papel y la alineación de la tinta consistentes 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 empleaba a 53.000 empleados y estaba valorada en 18.600 millones de dólares. [21] [22]

En 1906, Stuart W. Cramer de Charlotte, Carolina del Norte, estaba explorando formas de agregar humedad al aire en su fábrica textil. Cramer acuñó el término "aire acondicionado", usándolo en una solicitud de patente que presentó ese año como análogo al "acondicionamiento del 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. [23]

Pronto despegó el aire acondicionado doméstico. En 1914, se instaló el primer aire acondicionado doméstico en Minneapolis en la casa de Charles Gilbert Gates . [12] Construida en 1933, se cree que Meadowmont House es la primera casa privada en los Estados Unidos equipada con aire acondicionado central. [ cita requerida ]

Además, los fabricantes de automóviles comenzaron a explorar formas de utilizar el aire acondicionado en los vehículos, y 1933 fue también el año en que se pusieron a la venta los primeros sistemas de aire acondicionado para automóviles . [24] En 1935, Chrysler Motors introdujo la primera unidad práctica de aire acondicionado semiportátil. [25] En 1939, Packard se convirtió en el primer fabricante de automóviles en ofrecer una unidad de aire acondicionado en sus automóviles. [26]

Las innovaciones de la segunda mitad del siglo XX permitieron un uso mucho más ubicuo del aire acondicionado. En 1945, Robert Sherman de Lynn, Massachusetts, inventó un acondicionador de aire portátil para ventanas que enfriaba, calentaba, humidificaba, deshumidificaba y filtraba el aire. [27] A finales de la década de 1960, la mayoría de las viviendas residenciales de nueva construcción en los Estados Unidos tenían aire acondicionado central. Las unidades de aire acondicionado de caja durante este tiempo también se volvieron más económicas, lo que resultó en un mayor crecimiento de la población en los estados de Florida y Arizona. [ cita requerida ]

A medida que el desarrollo internacional ha aumentado la riqueza en todos los países, ha aumentado el uso global de acondicionadores de aire. Para 2018, se instalaron aproximadamente 1.600 millones de unidades de aire acondicionado en todo el mundo, [28] y la Agencia Internacional de Energía espera que este número aumente a 5.600 millones de unidades para 2050. [3] Entre 1995 y 2004, la proporción de hogares urbanos en China con los acondicionadores de aire aumentaron del 8% al 70%. [29] En 2015, casi 100 millones de hogares, o alrededor del 87% de los hogares de EE. UU., Tenían sistemas de aire acondicionado. [30] En 2019, se estimó que el 90% de las nuevas viviendas unifamiliares construidas en los EE. UU. Incluían aire acondicionado (desde el 99% en el sural 62% en Occidente ). [31] [32]

Tipos de aire acondicionado

Sistemas mini-split y multi-split

Evaporador, unidad interior o terminal, lado de un acondicionador de aire de tipo split sin ductos

Los sistemas sin ductos (o mini-split) generalmente suministran aire acondicionado y calentado a una o pocas habitaciones de un edificio, sin ductos y de manera descentralizada. [33] Los sistemas multizona o multi-split son una aplicación común de los sistemas sin conductos y permiten acondicionar hasta ocho habitaciones (zonas o ubicaciones) de forma independiente, cada una con su propia unidad interior y simultáneamente desde una única unidad exterior. . El principal problema con los sistemas multi-split es la longitud de las líneas de refrigerante para conectar la unidad externa a las internas. [ cita requerida ]

Los primeros sistemas mini-split fueron vendidos en 1954-1968 por Mitsubishi Electric y Toshiba en Japón, donde su desarrollo fue motivado por el tamaño reducido de las casas. [34] [35] [36] Los sistemas sin ductos multizona fueron inventados por Daikin en 1973, y los sistemas de flujo de refrigerante variable (que pueden considerarse como sistemas multi-split más grandes) también fueron inventados por Daikin en 1982. Ambos fueron los primeros vendido en Japón. [37] Sistemas de flujo de refrigerante variable en comparación con el enfriamiento de la planta central de un controlador de aire., elimine la necesidad de grandes conductos de aire frío, manipuladores de aire y enfriadores; en su lugar, 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 por encima de los falsos techos y un menor impacto estructural, al 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. [38] Las unidades interiores de flujo de refrigerante variable también se pueden apagar individualmente en espacios no utilizados. [ cita requerida ]

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 medio ambiente y un intercambiador de calor interno (la unidad fancoil o evaporador ) con el refrigerante entubado circulando entre los dos. A continuación, la FCU se conecta a los espacios a refrigerar mediante conductos de ventilación . [39]

Refrigeración de la planta central

Torres de enfriamiento utilizadas en una planta central de agua enfriada que utiliza enfriadores enfriados por líquido

Las grandes plantas de enfriamiento central pueden usar refrigerante intermedio , como agua enfriada bombeada a controladores de aire o unidades de fancoil cerca o en los espacios a enfriar, que luego conducen o suministran aire frío a los espacios a acondicionar, en lugar de conducir aire frío directamente a estos. espacios de la planta, lo cual no se hace debido a la baja densidad y capacidad calorífica del aire que requeriría conductos de dimensiones impracticables. El agua enfriada se enfría mediante enfriadores en la planta, que utilizan 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 enfriarse por aire o por líquido.[ cita requerida ]

Unidades portátiles

Un sistema portátil tiene una unidad interior sobre ruedas conectada a una unidad exterior a través de tubos flexibles, similar a una unidad instalada permanentemente fija (como un aire acondicionado central). [ cita requerida ]

Los sistemas de mangueras, que pueden ser monobloque o aire-aire , se ventilan al exterior a través de conductos de aire. El tipo monobloque recoge el agua en un balde 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 con conductos y puede funcionar de forma continua. Estas unidades portátiles extraen aire interior y lo expulsan al exterior a través de un solo conducto. [ cita requerida ]

Muchos acondicionadores de aire portátiles vienen con función de calor y deshumidificación. [40]

Unidad de ventana y terminal empaquetado

El acondicionador de aire de terminal compacto (PTAC), los acondicionadores de aire de pared y de ventana son similares. Los sistemas PTAC pueden adaptarse para proporcionar calefacción en climas fríos, ya sea directamente usando una tira eléctrica, gas u otros calentadores, o invirtiendo el flujo de refrigerante para calentar el interior y extraer calor del aire exterior, convirtiendo el acondicionador de aire en un bomba de calor . Pueden instalarse en una abertura de pared con la ayuda de una funda especial en la pared y una rejilla personalizada que esté al ras de la pared y los acondicionadores de aire de ventana también se pueden instalar en una ventana, pero sin una rejilla personalizada. [41]

Acondicionador de aire empaquetado

Los acondicionadores de aire empaquetados (también conocidos como unidades autónomas) [42] [43] son sistemas centrales que integran en una sola vivienda todos los componentes de un sistema central dividido y entregan aire, posiblemente a través de conductos, a los espacios que se van a enfriar. . Dependiendo de su construcción pueden ser al aire libre o en interiores, en techos ( unidades de techo ), [44] [45] extraen el aire a acondicionar del interior o exterior de un edificio y sea agua, refrigerante [46] o refrigerado por aire. A menudo, las unidades exteriores se refrigeran por aire, mientras que las interiores se refrigeran por líquido mediante una torre de refrigeración. [39] [47] [48] [49] [50] [51]

Operación

Principios operativos

Un diagrama estilizado simple del ciclo de refrigeración: 1)  serpentín de condensación , 2)  válvula de expansión , 3)  serpentín del evaporador , 4)  compresor

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 fan coil en un controlador de aire) en su lado del evaporador y un equipo de rechazo de calor como una torre de enfriamiento en su 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. [52]

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 alcanzará típicamente una humedad relativa del 30% al 60% en el espacio ocupado. [53]

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 desacelera 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 [54] y deshumidifica antes de pasar por el serpentín del condensador donde se calienta nuevamente antes de ser liberado nuevamente en la habitación. [ cita requerida ]

En ocasiones, se puede seleccionar el enfriamiento gratuito cuando el aire externo resulta ser más frío que el aire interno y, por lo tanto, no es necesario utilizar el compresor, lo que resulta en altas eficiencias de enfriamiento para estos tiempos. Esto también se puede combinar con el almacenamiento de energía térmica estacional . [55]

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 que producen calefacción en lugar de refrigeración en el ambiente interior. También se les conoce comúnmente como "acondicionadores de aire de ciclo inverso". La bomba de calor es significativamente más eficiente desde el punto de vista energético que el calentamiento 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 calefacción, el serpentín del evaporador interior cambia de función y se convierte en el serpentín del condensador, produciendo calor. La unidad de condensador exterior también cambia las funciones para servir como evaporador y descarga aire frío (más frío que el aire exterior ambiental).

Las bombas de calor de fuente de aire son más populares en climas invernales más suaves, donde la temperatura suele estar en el rango de 4 a 13 ° C (40 a 55 ° F), porque las bombas de calor se vuelven ineficaces en condiciones de frío más extremo. Esto se debe en parte a que se forma hielo en el serpentín del intercambiador de calor de la unidad exterior, 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 trayectoria 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 el invierno.

El problema de la formación de hielo se vuelve mucho más severo con temperaturas exteriores más bajas, por lo que las bombas de calor se instalan comúnmente en conjunto con una forma más convencional de calefacción, como un calentador eléctrico, gas natural , gasóleo o chimenea de leña o calefacción central , que se utiliza en lugar 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 se cambia a la fuente de calor convencional cuando la temperatura exterior es más baja.

Rendimiento

El coeficiente de rendimiento (COP) de un sistema de aire acondicionado es una relación entre la calefacción o refrigeración útil proporcionada y el trabajo requerido. [56] [57] COP más altos equivalen a costos operativos más bajos. El COP suele superar 1; sin embargo, el valor exacto depende en gran medida de las condiciones de funcionamiento, especialmente la temperatura absoluta y la temperatura relativa entre el sumidero y el sistema, y ​​a menudo se representa gráficamente o se promedia contra las condiciones esperadas. [58] La potencia de los equipos de aire acondicionado en los EE. UU. A menudo se describe en términos de " toneladas de refrigeración ", cada una aproximadamente igual a la potencia de enfriamiento de una tonelada corta (2,000 libras (910 kg) de hielo que se derrite en un período de 24 horas . El valor es igual a 12.000 BTUTI por hora, o 3517 vatios . [59] Los sistemas de aire central residenciales suelen tener una capacidad de 1 a 5 toneladas (3,5 a 18 kW). [ cita requerida ]

La eficiencia de los acondicionadores de aire a menudo se califica por el índice de eficiencia energética estacional (SEER), que está definido por 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. Equipo de bomba de calor . [60] Un estándar similar es el coeficiente europeo de eficiencia energética estacional (ESEER). [ cita requerida ]

Impacto

Efectos sobre la salud

En climas cálidos, el aire acondicionado puede prevenir el golpe de calor , la deshidratación por sudoración excesiva y otros problemas relacionados con la hipertermia . [61] Las olas de calor son el tipo de fenómeno meteorológico más letal en los países desarrollados. El aire acondicionado (que incluye filtración, humidificación, enfriamiento 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 . [ cita requerida]

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 . Mientras la torre de enfriamiento se mantenga limpia (generalmente mediante un tratamiento con cloro ), estos peligros para la salud se pueden evitar o reducir. El estado de Nueva York ha codificado requisitos para el registro, mantenimiento y prueba de torres de enfriamiento para protegerlas contra Legionella . [62]

Impactos ambientales

Los refrigerantes han causado y continúan causando problemas ambientales graves, incluido el agotamiento del 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 . [63]

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. [64] [65] Las alternativas al aire acondicionado continuo incluyen enfriamiento pasivo, ventilación natural de enfriamiento solar pasivo, cortinas operativas para reducir la ganancia solar, uso de árboles, cortinas arquitectónicas, ventanas (y el uso de revestimientos de ventanas) para reducir la ganancia solar . [ cita requerida ]

En 2018, las Naciones Unidas pidieron que la tecnología se hiciera más sostenible para mitigar el cambio climático. [66] [67]

Efectos económicos

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

  • La tasa de natalidad fue más baja en la primavera que durante otras temporadas hasta la década de 1970, pero esta diferencia luego disminuyó durante los siguientes 30 años [68]
  • También se estabilizó la tasa de mortalidad de verano , que había sido más alta en las regiones sujetas a una ola de calor durante el verano. [ cita requerida ] .
  • El 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. [69]

Diseñado en un principio para beneficiar a industrias específicas como la prensa, así como a las grandes fábricas, la invención se extendió rápidamente a organismos públicos y administraciones con estudios con afirmaciones de aumento de productividad cercano al 24% en lugares equipados con aire acondicionado. [70]

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 menor demanda de energía. [71] Si bien se pueden lograr decenas de cambios de aire por hora y un enfriamiento de decenas de grados con métodos pasivos, se debe tener en cuenta el microclima específico del lugar , lo que complica el diseño del edificio . [5]

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. [ cita requerida ]

Ventilación pasiva

El sistema de ventilación de una nave tierra regular .
Las casas Dogtrot están diseñadas para maximizar la ventilación natural.
La ventilación pasiva es el proceso de suministrar aire y extraerlo 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 se producen 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 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. [72] 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

Un diseño tradicional de refrigeración solar iraní
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. [73] [74] Este enfoque funciona evitando que el calor ingrese al interior (prevención de la ganancia de calor) o eliminando el calor del edificio (enfriamiento natural). [75] La refrigeración 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. [76]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 lugar son la atmósfera superior (cielo nocturno), el aire exterior (viento) y la tierra / suelo.
Un par de cortavientos o malqaf utilizados en la arquitectura tradicional; el viento se empuja hacia abajo en el lado de barlovento y las hojas en 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, una shuksheika ( ventilación de la linterna del techo ), que se usa para dar sombra al qa'a debajo mientras permite que el aire caliente se eleve ( efecto de chimenea ). [4]

Fans

Los abanicos de mano existen desde la prehistoria . Los grandes ventiladores de propulsión humana 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. [77] : 99, 151, 233 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 que tiene ruedas de ventilador accionadas por agua para aire acondicionado, así como chorros de agua ascendentes de fuentes. Durante la siguiente dinastía Song(960-1279), fuentes escritas mencionaron que el ventilador rotatorio del aire acondicionado se usaba aún más ampliamente. [77] : 134, 151

Almacenamiento en búfer térmico

En áreas que son frías por la noche o en invierno, se usa almacenamiento de calor. El calor puede almacenarse en tierra o mampostería; el aire pasa por la mampostería para calentarla o enfriarla. [6]

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. [6] Esta técnica tiene más de 3.700 años en el Medio Oriente. [78] La recolección de hielo al aire libre durante el invierno y el transporte y almacenamiento para su uso en verano fue practicada por europeos ricos a principios del siglo XVII, [7] y se hizo popular en Europa y América a finales del siglo XVII. [79] Esta práctica fue reemplazada por máquinas mecánicas de fabricación de hielo de ciclo de compresión (ver más abajo).

Enfriamiento evaporativo

Un enfriador evaporativo

En climas secos y cálidos, el efecto de enfriamiento por evaporación se puede utilizar colocando agua en la entrada de aire, de modo que la corriente de aire atraiga el aire sobre el agua y luego hacia la casa. Por eso, a veces se dice que la fuente, en la arquitectura de los climas cálidos y áridos, es como la chimenea en la arquitectura de los climas fríos. [4] El enfriamiento por evaporación también hace que el aire sea más húmedo, lo que puede ser beneficioso en un clima desértico seco. [80]

En climas muy secos, los enfriadores evaporativos, a veces denominados enfriadores de pantano o enfriadores del desierto, son populares para mejorar la frescura durante el clima caluroso. Un enfriador de evaporación es un dispositivo que extrae aire del exterior a través de una almohadilla húmeda, como una esponja grande empapada en agua. Se reduce el calor sensible del aire entrante, medido con un termómetro de bulbo seco. La temperatura del aire entrante se reduce, pero también es más húmedo, por lo que el calor total (calor sensible más calor latente) no cambia. Parte del calor sensible del aire que entra se convierte en calor latente mediante la evaporación del agua en las almohadillas húmedas más frías. Si el aire que entra es lo suficientemente seco, los resultados pueden ser bastante sustanciales. [ cita requerida ]

Los enfriadores evaporativos tienden a sentirse como si no estuvieran funcionando durante momentos de alta humedad, cuando no hay mucho aire seco con el que los enfriadores pueden trabajar 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 del aire exterior que se canaliza a través de almohadillas más frías 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 caliente dentro de la casa hacia afuera a través de una abertura de escape, como una puerta o ventana abierta. [81] Estos refrigeradores cuestan menos y son mecánicamente simples de entender y mantener. [ cita requerida ]

Ver también

  • Calentador del cárter
  • Enfriamiento de fuente de agua profunda
  • Ventilación de recuperación de energía
  • Etiqueta energética
  • Intercambiador de calor acoplado a tierra
  • Hidrónica
  • Aire acondicionado para almacenamiento de hielo
  • Lista de electrodomésticos
  • Persiana
  • Pared de Trombe
  • Refrigerador termoacústico
  • Código mecánico uniforme
  • Fluidos de trabajo

Referencias

  1. ^ "Tubos de enfriamiento" . Biotectura Earthship . 27 de marzo de 2020. Archivado desde el original el 28 de enero de 2021 . Consultado el 12 de mayo de 2021 .
  2. ^ "Earth Tubes: Proporcionar el aire más fresco posible a su edificio" . Escaparate del Centro Earth Rangers para la Tecnología Sostenible . Archivado desde el original el 28 de enero de 2021 . Consultado el 12 de mayo de 2021 .
  3. ^ a b Stock mundial de acondicionadores de aire, 1990-2050 (Informe técnico). Agencia Internacional de Energía . 19 de noviembre de 2009. Archivado desde el original el 18 de febrero de 2021 . Consultado el 12 de mayo de 2021 .
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