Ar condicionado - Air conditioning

Unidades condensadoras de ar condicionado fora de um edifício
Ar condicionado montado em janela para uso em quarto individual

Ar condicionado , muitas vezes abreviado como A / C ou AC , é o processo de remoção de calor e controle da umidade do ar em um espaço fechado para obter um ambiente interno mais confortável pelo uso de "condicionadores de ar" elétricos ou uma variedade de outros métodos, incluindo resfriamento passivo e resfriamento ventilativo . O ar condicionado é um membro de uma família de sistemas e técnicas que fornecem aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) .

Os condicionadores de ar, que normalmente usam refrigeração por compressão de vapor , variam em tamanho, desde pequenas unidades usadas em veículos ou quartos individuais até unidades enormes que podem resfriar grandes edifícios. As bombas de calor de fonte de ar , que podem ser usadas para aquecimento e resfriamento , estão se tornando cada vez mais comuns em climas mais frios.

De acordo com a IEA , a partir de 2018, 1,6 bilhão de unidades de ar condicionado foram instaladas, o que representou cerca de 20% do uso de energia em edifícios em todo o mundo, com o número previsto para crescer para 5,6 bilhões até 2050. As Nações Unidas apelaram à tecnologia para ser mais sustentável para mitigar as mudanças climáticas usando técnicas que incluem resfriamento passivo, resfriamento evaporativo , sombreamento seletivo, quebra-ventos e melhor isolamento térmico . Refrigerantes CFC e HCFC , como R-12 e R-22, respectivamente, usados ​​em condicionadores de ar causaram danos à camada de ozônio , e refrigerantes HFC, como R-410a e R-404a, que foram projetados para substituir CFCs e HCFCs, estão, em vez disso, exacerbando as mudanças climáticas . Ambos os problemas acontecem devido à ventilação do refrigerante para a atmosfera, como durante os reparos. Os refrigerantes HFO , usados ​​em alguns, senão na maioria dos novos equipamentos, resolvem ambos os problemas com um potencial de dano de ozônio (ODP) de zero e um potencial de aquecimento global (GWP) muito menor em um ou dois dígitos vs. três ou quatro dígitos de HFCs .

História

O ar condicionado remonta à pré-história. Os edifícios egípcios antigos usavam uma grande variedade de técnicas de ar condicionado passivo. Estes se espalharam da Península Ibérica através do Norte da África, Oriente Médio e Norte da Índia. Técnicas semelhantes foram desenvolvidas em climas quentes em outros lugares.

As técnicas passivas permaneceram difundidas até o século 20, quando saíram de moda, substituídas por A / C motorizada. Usando informações de estudos de engenharia de edifícios tradicionais, as técnicas passivas estão sendo revividas e modificadas para projetos arquitetônicos do século XXI.

Uma série de aparelhos de ar-condicionado fora de um prédio comercial

Os condicionadores de ar permitem que o ambiente interno do edifício permaneça relativamente constante, em grande parte independente das mudanças nas condições climáticas externas e cargas de calor internas. Eles também permitem a criação de edifícios planos profundos e permitem que as pessoas vivam confortavelmente em partes mais quentes do mundo.

Desenvolvimento

Descobertas anteriores

Em 1558, Giambattista della Porta descreveu um método de resfriar o gelo a temperaturas muito abaixo de seu ponto de congelamento , misturando-o com nitrato de potássio (então chamado de "nitro") em seu popular livro de ciência Natural Magic . Em 1620, Cornelis Drebbel demonstrou "Transformando o verão em inverno" para Jaime I da Inglaterra , resfriando parte do Grande Salão da Abadia de Westminster com um aparato de calhas e tonéis. O contemporâneo Francis Bacon de Drebbel , como della Porta, um crente na comunicação científica , pode não ter estado presente na demonstração, mas em um livro publicado posteriormente no mesmo ano, ele a descreveu como "experimento de congelamento artificial" e disse que "Nitre (ou ao contrário, seu espírito) é muito frio e, portanto, o sal ou o sal, quando adicionado à neve ou ao gelo, intensifica o frio do último, o sal, por adicionar ao seu próprio resfriado, mas o sal por fornecer atividade ao frio da neve. "

Em 1758, Benjamin Franklin e John Hadley , professor de química da Universidade de Cambridge , conduziram um experimento para explorar o princípio da evaporação como meio de resfriar rapidamente um objeto. Franklin e Hadley confirmaram que a evaporação de líquidos altamente voláteis (como álcool e éter ) pode ser usada para baixar a temperatura de um objeto além do ponto de congelamento da água. Eles realizaram seu experimento com o bulbo de um termômetro de mercúrio em vidro como seu objeto e com um fole usado para acelerar a evaporação . Eles baixaram a temperatura do bulbo do termômetro para −14 ° C (7 ° F), enquanto a temperatura ambiente era de 18 ° C (64 ° F). Franklin observou que logo após eles passarem do ponto de congelamento da água 0 ° C (32 ° F), uma fina película de gelo se formou na superfície do bulbo do termômetro e que a massa de gelo tinha cerca de 6 mm ( 14  in) de espessura quando eles pararam o experimento ao atingir −14 ° C (7 ° F). Franklin concluiu: "A partir dessa experiência, pode-se ver a possibilidade de congelar um homem até a morte em um dia quente de verão."

O século 19 incluiu uma série de desenvolvimentos na tecnologia de compressão. Em 1820, o cientista e inventor inglês Michael Faraday descobriu que a compressão e a liquefação da amônia poderia resfriar o ar quando a amônia liquefeita evaporasse. Em 1842, o médico da Flórida John Gorrie usou a tecnologia do compressor para criar gelo, que usou para resfriar o ar para seus pacientes em seu hospital em Apalachicola, Flórida . Ele esperava usar sua máquina de fazer gelo para regular a temperatura dos prédios e imaginou o ar-condicionado centralizado que poderia resfriar cidades inteiras. Gorrie obteve uma patente em 1851, mas após a morte de seu principal patrocinador, ele não foi capaz de realizar sua invenção. Em 1851, James Harrison criou a primeira máquina mecânica de fazer gelo em Geelong, Austrália , e obteve a patente de um sistema de refrigeração por compressão de vapor de éter em 1855 que produzia três toneladas de gelo por dia. Em 1860, Harrison fundou uma segunda empresa de gelo e mais tarde entrou no debate sobre como competir contra a vantagem americana de vendas de carne bovina refrigerada no gelo para o Reino Unido.

Primeiros dispositivos A / C

Willis Carrier , responsável pela construção da primeira unidade de ar condicionado elétrico moderno

A eletricidade possibilitou o desenvolvimento de unidades eficazes. Em 1901, o inventor americano Willis H. Carrier construiu o que é considerado o primeiro aparelho de ar condicionado elétrico moderno. Em 1902, ele instalou seu primeiro sistema de ar condicionado, na Sackett-Wilhelms Lithographing & Publishing Company no Brooklyn, Nova York ; sua invenção controlava a temperatura e também a umidade, o que ajudava a manter as dimensões consistentes do papel e o alinhamento da tinta na gráfica. Mais tarde, junto com outros seis funcionários, a Carrier formou a The Carrier Air Conditioning Company of America , uma empresa que em 2020 empregava 53.000 funcionários e estava avaliada em US $ 18,6 bilhões.

Em 1906, Stuart W. Cramer, de Charlotte, Carolina do Norte, estava explorando maneiras de adicionar umidade ao ar em sua fábrica de tecidos. Cramer cunhou o termo "ar condicionado", usando-o em uma reivindicação de patente que apresentou naquele ano como análogo a "condicionamento de água", então um processo bem conhecido para tornar os têxteis mais fáceis de processar. Ele combinou umidade com ventilação para "condicionar" e trocar o ar nas fábricas, controlando a umidade tão necessária nas fábricas têxteis. Willis Carrier adotou o termo e o incorporou ao nome de sua empresa.

O ar condicionado doméstico logo decolou. Em 1914, o primeiro ar condicionado doméstico foi instalado em Minneapolis na casa de Charles Gilbert Gates . No entanto, é possível que o enorme dispositivo (c. 7 x 6 x 20 pés) nunca tenha sido usado, pois a casa permaneceu desabitada (Gates já havia morrido em outubro de 1913).

Em 1931, HH Schultz e JQ Sherman desenvolveram o que se tornaria o tipo mais comum de ar condicionado individual: um projetado para sentar no parapeito de uma janela. As unidades foram colocadas à venda em 1932 por um preço considerável (o equivalente a US $ 120.000 a US $ 600.000 no valor atual). Um ano depois, os primeiros sistemas de ar condicionado para sistemas automotivos foram colocados à venda. A Chrysler Motors lançou o primeiro aparelho de ar condicionado semi-portátil prático em 1935, e a Packard tornou-se o primeiro fabricante de automóveis a oferecer um aparelho de ar condicionado em seus carros em 1939.

Desenvolvimento adicional

As inovações na segunda metade do século 20 permitiram um uso muito mais comum de condicionadores de ar. Em 1945, Robert Sherman de Lynn, Massachusetts, inventou um ar condicionado portátil embutido que resfriava, aquecia, umidificava, desumidificava e filtrava o ar. No final da década de 1960, a maioria das casas residenciais recém-construídas nos Estados Unidos tinha ar-condicionado central. Durante esse período, as unidades de ar-condicionado também se tornaram menos caras, o que resultou em um maior crescimento populacional nos estados da Flórida e Arizona.

À medida que o desenvolvimento internacional aumentou a riqueza entre os países, o uso global de condicionadores de ar aumentou. Em 2018, estima-se que 1,6 bilhão de unidades de ar condicionado foram instaladas em todo o mundo, com a Agência Internacional de Energia esperando que esse número cresça para 5,6 bilhões de unidades até 2050. Entre 1995 e 2004, a proporção de residências urbanas na China com ar condicionado aumentou de 8% a 70%. Em 2015, quase 100 milhões de lares, ou cerca de 87% dos lares dos EUA, tinham sistemas de ar condicionado. Em 2019, estimou-se que 90% das novas residências unifamiliares construídas nos EUA incluíam ar condicionado (variando de 99% no Sul a 62% no Oeste ).

Tipos de condicionador de ar

Sistemas mini-split e multi-split

Evaporador, unidade interna ou terminal, lado de um ar condicionado tipo split sem dutos

Os sistemas sem dutos (muitas vezes mini-split, embora agora haja mini-split dutos) normalmente fornecem ar condicionado e aquecido para um único ou alguns cômodos de um edifício, sem dutos e de maneira descentralizada. Os sistemas multi-zona ou multi-divisão são uma aplicação comum de sistemas sem dutos e permitem que até oito quartos (zonas ou locais) sejam condicionados independentemente uns dos outros, cada um com sua própria unidade interna e simultaneamente de uma única unidade externa. O principal problema com os sistemas multi-split é o comprimento das linhas de refrigerante para conectar a unidade externa às internas. Embora exista o mesmo desafio para os ACs centrais.

Os primeiros sistemas mini-split foram vendidos em 1954–1968 pela Mitsubishi Electric e Toshiba no Japão, onde seu desenvolvimento foi motivado pelo pequeno tamanho das residências. Os sistemas sem dutos multi-zonas foram inventados pela Daikin em 1973, e os sistemas de fluxo de refrigerante variável (que podem ser considerados como sistemas multi-split maiores) também foram inventados pela Daikin em 1982. Ambos foram vendidos pela primeira vez no Japão. Os sistemas de fluxo de refrigerante variável, quando comparados ao resfriamento da planta central de um manipulador de ar , eliminam a necessidade de grandes dutos de ar frio, manipuladores de ar e chillers; em vez disso, o refrigerante frio é transportado através de tubos muito menores para as unidades internas nos espaços a serem condicionados, permitindo assim menos espaço acima dos tetos rebaixados e um menor impacto estrutural, ao mesmo tempo que permite um controle de temperatura mais individual e independente dos espaços e do exterior e as unidades internas podem ser espalhadas por todo o edifício. As unidades internas de fluxo refrigerante variável também podem ser desligadas individualmente em espaços não utilizados.

Sistemas centrais de dutos

Os condicionadores de ar centrais de sistema dividido consistem em dois trocadores de calor , uma unidade externa (o condensador ) a partir da qual o calor é rejeitado para o ambiente e um trocador de calor interno (a unidade de fan coil , unidade de tratamento de ar ou evaporador ) com o refrigerante encanado sendo circulou entre os dois. A FCU é então conectada aos espaços para serem resfriados por dutos de ventilação .

Resfriamento central da planta

Torres de resfriamento usadas em uma planta central de água gelada usando chillers de refrigeração líquida

Grandes usinas de refrigeração central podem usar refrigerante intermediário , como água gelada bombeada para manipuladores de ar ou unidades de ventiloconvectores próximos ou nos espaços a serem resfriados, que então canalizam ou fornecem ar frio para os espaços a serem condicionados, em vez de canalizar o ar frio diretamente para estes espaços da planta, o que não é feito devido à baixa densidade e capacidade térmica do ar que exigiria dutos impraticáveis. A água resfriada é resfriada por chillers na planta, que usam um ciclo de refrigeração para resfriar a água, muitas vezes transferindo seu calor para a atmosfera mesmo em chillers de refrigeração líquida por meio do uso de torres de resfriamento . Os resfriadores podem ser refrigerados a ar ou líquido.

Unidades portáteis

Um sistema portátil possui uma unidade interna sobre rodas conectada a uma unidade externa por meio de tubos flexíveis, semelhante a uma unidade instalada permanentemente fixa (como um ar condicionado central).

Os sistemas de mangueiras, que podem ser monobloco ou ar-ar , são ventilados para o exterior por meio de dutos de ar. O tipo monobloco coleta a água em um balde ou bandeja e para quando está cheio. O tipo ar-ar evapora novamente a água e a descarrega através da mangueira canalizada e pode funcionar continuamente. Essas unidades portáteis puxam o ar interno e o expelem para fora por meio de um único duto.

Muitos condicionadores de ar portáteis vêm com função de aquecimento e desumidificação.

Unidade de janela e terminal embalado

O condicionador de ar de terminal embalado (PTAC), os condicionadores de ar de parede e de janela são semelhantes. Os sistemas PTAC podem ser adaptados para fornecer aquecimento em climas frios, seja diretamente usando uma faixa elétrica, gás ou outros aquecedores, ou revertendo o fluxo de refrigerante para aquecer o interior e extrair calor do ar externo, convertendo o ar condicionado em um bomba de calor . Eles podem ser instalados em uma abertura na parede com a ajuda de uma luva especial na parede e uma grade personalizada que fica nivelada com a parede e os condicionadores de ar de janela também podem ser instalados em uma janela, mas sem uma grade personalizada.

Ar condicionado embalado

Os condicionadores de ar compactados (também conhecidos como unidades independentes) são sistemas centrais que integram em um único alojamento todos os componentes de um sistema central dividido e fornecem ar, possivelmente por meio de dutos, aos espaços a serem resfriados. Dependendo da construção, podem ser exteriores ou interiores, em telhados ( unidades de telhado ), aspirar o ar a ser condicionado de dentro ou de fora de um edifício e ser água, refrigerante ou refrigerado a ar. Freqüentemente, as unidades externas são resfriadas a ar, enquanto as unidades internas são resfriadas por líquido usando uma torre de resfriamento.

Operação

Princípios operacionais

Um diagrama estilizado simples do ciclo de refrigeração: 1)  bobina de condensação , 2)  válvula de expansão , 3)  bobina do evaporador , 4)  compressor

O resfriamento em sistemas AC tradicionais é realizado usando o ciclo de compressão de vapor, que usa a circulação forçada e a mudança de fase de um refrigerante entre gás e líquido para transferir calor. O ciclo de compressão de vapor pode ocorrer dentro de um equipamento unitário ou embalado; ou dentro de um resfriador conectado a um equipamento de resfriamento terminal (como uma unidade de fan coil em um manipulador de ar) em seu lado do evaporador e equipamento de rejeição de calor como uma torre de resfriamento em seu lado do condensador. Uma bomba de calor com fonte de ar compartilha muitos componentes com um sistema de ar condicionado, mas inclui uma válvula de reversão que permite que a unidade seja usada para aquecer e resfriar um espaço.

O equipamento de ar condicionado reduzirá a umidade absoluta do ar processado pelo sistema se a superfície da serpentina do evaporador for significativamente mais fria do que o ponto de orvalho do ar circundante. Um ar condicionado projetado para um espaço ocupado normalmente atinge uma umidade relativa de 30% a 60% no espaço ocupado.

A maioria dos sistemas de ar condicionado modernos apresenta um ciclo de desumidificação durante o qual o compressor funciona enquanto o ventilador é desacelerado para reduzir a temperatura do evaporador e, portanto, condensar mais água. Um desumidificador usa o mesmo ciclo de refrigeração, mas incorpora o evaporador e o condensador no mesmo caminho de ar; o ar passa primeiro pela serpentina do evaporador, onde é resfriado e desumidificado, antes de passar pela serpentina do condensador, onde é aquecido novamente antes de ser liberado de volta para a sala.

O resfriamento gratuito às vezes pode ser selecionado quando o ar externo passa a ser mais frio do que o ar interno e, portanto, o compressor não precisa ser usado, resultando em altas eficiências de resfriamento nesses momentos. Isso também pode ser combinado com o armazenamento de energia térmica sazonal .

Aquecimento

Alguns sistemas de ar condicionado têm a opção de reverter o ciclo de refrigeração e atuar como bomba de calor da fonte de ar , produzindo aquecimento em vez de resfriamento no ambiente interno. Eles também são comumente referidos como "condicionadores de ar de ciclo reverso". A bomba de calor é significativamente mais eficiente em termos de energia do que o aquecimento por resistência elétrica , porque move a energia do ar ou da água subterrânea para o espaço aquecido, bem como o calor da energia elétrica adquirida. Quando a bomba de calor está no modo de aquecimento, a bobina do evaporador interno muda de função e se torna a bobina do condensador, produzindo calor. A unidade condensadora externa também muda de função para servir como evaporador e descarrega ar frio (mais frio do que o ar externo ambiente).

As bombas de calor de fonte de ar são mais populares em climas de inverno mais amenos, onde a temperatura está frequentemente na faixa de 4–13 ° C (40–55 ° F), porque as bombas de calor se tornam ineficientes no frio mais extremo. Isso ocorre em parte porque o gelo se forma na bobina do trocador de calor da unidade externa, o que bloqueia o fluxo de ar sobre a bobina. Para compensar isso, o sistema da bomba de calor deve voltar temporariamente ao modo de ar condicionado normal para mudar a bobina do evaporador externo de volta a ser a bobina do condensador, para que possa aquecer e descongelar. Alguns sistemas de bomba de calor terão, portanto, uma forma de aquecimento por resistência elétrica no percurso do ar interno que é ativada apenas neste modo para compensar o resfriamento temporário do ar interno, que de outra forma seria desconfortável no inverno.

O problema de congelamento se torna muito mais grave com temperaturas externas mais baixas, então as bombas de calor são comumente instaladas em conjunto com uma forma mais convencional de aquecimento, como um aquecedor elétrico, um gás natural , óleo de aquecimento ou lareira a lenha ou aquecimento central , que é usado em vez da bomba de calor durante as temperaturas mais severas do inverno. Neste caso, a bomba de calor é utilizada de forma eficiente durante as temperaturas mais amenas, e o sistema é comutado para a fonte de calor convencional quando a temperatura exterior é mais baixa.

atuação

O coeficiente de desempenho (COP) de um sistema de ar condicionado é uma proporção do aquecimento ou resfriamento útil fornecido para o trabalho necessário. COPs mais altos significam custos operacionais mais baixos. O COP geralmente excede 1; no entanto, o valor exato é altamente dependente das condições de operação, especialmente a temperatura absoluta e a temperatura relativa entre o dissipador e o sistema, e geralmente é representado em um gráfico ou calculado em relação às condições esperadas. A potência do equipamento de ar condicionado nos EUA é frequentemente descrita em termos de " toneladas de refrigeração ", com cada uma aproximadamente igual à potência de resfriamento de uma tonelada curta (2.000 libras (910 kg) de gelo derretido em um período de 24 horas. O valor é igual a 12.000 BTU IT por hora, ou 3.517 watts . Os sistemas de ar centrais residenciais têm geralmente de 1 a 5 toneladas (3,5 a 18 kW) de capacidade.

A eficiência dos condicionadores de ar é frequentemente avaliada pelo índice de eficiência energética sazonal (SEER), que é definido pelo Instituto de Ar Condicionado, Aquecimento e Refrigeração em seu padrão AHRI 210/240 de 2008, Classificação de Desempenho de Ar Condicionado Unitário e Fonte de Ar Equipamento de bomba de calor . Um padrão semelhante é o índice europeu de eficiência energética sazonal (ESEER).

Impacto

Efeitos na saúde

Em climas quentes, o ar condicionado pode prevenir insolação , desidratação por transpiração excessiva e outros problemas relacionados à hipertermia . As ondas de calor são o tipo de fenômeno climático mais letal nos países desenvolvidos. O ar condicionado (incluindo filtragem, umidificação, resfriamento e desinfecção) pode ser usado para fornecer uma atmosfera limpa, segura e hipoalergênica em salas de cirurgia de hospitais e outros ambientes onde a atmosfera adequada é crítica para a segurança e o bem-estar do paciente. Às vezes é recomendado para uso doméstico por pessoas com alergias , especialmente mofo .

Torres de resfriamento de água mal conservadas podem promover o crescimento e a disseminação de microorganismos como a Legionella pneumophila , o agente infeccioso responsável pela doença dos legionários . Desde que a torre de resfriamento seja mantida limpa (geralmente por meio de um tratamento com cloro ), esses riscos à saúde podem ser evitados ou reduzidos. O estado de Nova York codificou os requisitos para registro, manutenção e teste de torres de resfriamento para proteção contra Legionella .

Impactos ambientais

Os refrigerantes causaram e continuam a causar sérios problemas ambientais, incluindo a destruição da camada de ozônio e as mudanças climáticas , já que vários países ainda não ratificaram a Emenda Kigali para reduzir o consumo e a produção de hidrofluorocarbonos .

O ar condicionado atual é responsável por 20% do consumo de energia em edifícios em todo o mundo, e o crescimento esperado do uso do ar condicionado devido às mudanças climáticas e à adoção de tecnologia irá impulsionar um crescimento significativo da demanda de energia. As alternativas ao ar condicionado contínuo incluem resfriamento passivo, ventilação natural de resfriamento solar passivo, cortinas operacionais para reduzir o ganho solar, uso de árvores, cortinas arquitetônicas, janelas (e uso de revestimentos de janela) para reduzir o ganho solar .

Em 2018, as Nações Unidas exigiram que a tecnologia se tornasse mais sustentável para mitigar as mudanças climáticas.

Efeitos econômicos

O ar condicionado causou várias mudanças na demografia, notadamente a dos Estados Unidos a partir da década de 1970:

  • A taxa de natalidade era menor na primavera do que durante outras estações até 1970, mas essa diferença então diminuiu nos 30 anos seguintes
  • A taxa de mortalidade no verão , que era maior em regiões sujeitas a ondas de calor durante o verão, também se equilibrou.
  • O Cinturão do Sol agora contém 30% da população total dos EUA quando era habitada por 24% dos americanos no início do século XX.

Projetada inicialmente para beneficiar indústrias específicas, como a imprensa e grandes fábricas, a invenção rapidamente se espalhou para órgãos públicos e administrações com estudos com alegações de aumento de produtividade perto de 24% em locais equipados com ar condicionado.

Outras técnicas

Os edifícios projetados com ar condicionado passivo são geralmente mais baratos de construir e manter do que os edifícios com sistemas HVAC convencionais com menor demanda de energia. Embora dezenas de trocas de ar por hora e resfriamento de dezenas de graus possam ser obtidos com métodos passivos, o microclima específico do local deve ser levado em consideração, complicando o projeto do edifício .

Muitas técnicas podem ser usadas para aumentar o conforto e reduzir a temperatura em edifícios. Isso inclui resfriamento evaporativo, sombreamento seletivo, vento, convecção térmica e armazenamento de calor.

Ventilação passiva

O sistema de ventilação de uma nave normal .
As casas Dogtrot são projetadas para maximizar a ventilação natural.
Ventilação passiva é o processo de fornecer e remover ar de um espaço interno sem o uso de sistemas mecânicos . Refere-se ao fluxo de ar externo para um espaço interno como resultado de diferenças de pressão decorrentes de forças naturais. Existem dois tipos de ventilação natural ocorrendo em edifícios: ventilação impulsionada pelo vento e ventilação impulsionada por flutuabilidade . A ventilação conduzida pelo vento surge das diferentes pressões criadas pelo vento em torno de um edifício ou estrutura, e aberturas sendo formadas no perímetro que permitem o fluxo através do edifício. A ventilação impulsionada por flutuabilidade ocorre como resultado da força de flutuabilidade direcional que resulta das diferenças de temperatura entre o interior e o exterior. Uma vez que os ganhos de calor interno que criam diferenças de temperatura entre o interior e o exterior são criados por processos naturais, incluindo o calor das pessoas, e os efeitos do vento são variáveis, os edifícios com ventilação natural às vezes são chamados de "edifícios que respiram".

Resfriamento passivo

Um projeto tradicional de resfriamento solar iraniano

O resfriamento passivo é uma abordagem de projeto de construção que se concentra no controle do ganho de calor e na dissipação de calor em um edifício, a fim de melhorar o conforto térmico interno com baixo ou nenhum consumo de energia. Essa abordagem funciona impedindo que o calor entre no interior (prevenção de ganho de calor) ou removendo o calor do edifício (resfriamento natural).

O resfriamento natural utiliza energia local, disponível no ambiente natural, combinada com o projeto arquitetônico dos componentes do edifício (por exemplo , envelope do edifício ), em vez de sistemas mecânicos para dissipar o calor. Portanto, o resfriamento natural depende não apenas do projeto arquitetônico do edifício, mas de como os recursos naturais do local são usados ​​como dissipadores de calor (ou seja, tudo que absorve ou dissipa calor). Exemplos de dissipadores de calor no local são a atmosfera superior (céu noturno), o ar externo (vento) e a terra / solo.

O resfriamento passivo é uma ferramenta importante para o projeto de edifícios para adaptação às mudanças climáticas  - reduzindo a dependência do ar condicionado que consome muita energia em ambientes aquecidos.
Um par de windcatchers curtos ou malqaf usados ​​na arquitetura tradicional; o vento é forçado para baixo no lado de barlavento e sai no lado de sotavento ( ventilação cruzada ). Na ausência de vento, a circulação pode ser conduzida com resfriamento evaporativo na entrada (que também é projetada para coletar poeira). No centro, uma shuksheika ( abertura da lanterna do telhado ), usada para proteger o qa'a abaixo, permitindo que o ar quente saia dele ( efeito de pilha ).

Fãs

Leques de mão existem desde a pré-história . Grandes ventiladores movidos a energia humana construídos em edifícios incluem o punkah .

O inventor chinês do século 2, Ding Huan, da Dinastia Han, inventou um ventilador rotativo para ar condicionado, com sete rodas de 3 m de diâmetro e acionado manualmente por prisioneiros. Em 747, o Imperador Xuanzong (r. 712-762) da Dinastia Tang (618-907) mandou construir o Cool Hall ( Liang Dian 涼 殿) no palácio imperial, que o Tang Yulin descreve como tendo rodas de leque movidas a água para ar condicionado, bem como jatos de água de fontes. Durante a subsequente Dinastia Song (960–1279), fontes escritas mencionaram o ventilador rotativo de ar condicionado como ainda mais amplamente usado.

Buffer térmico

Em áreas que são frias à noite ou no inverno, o armazenamento de calor é usado. O calor pode ser armazenado na terra ou na alvenaria; o ar passa pela alvenaria para aquecê-la ou resfriá-la.

Em áreas que estão abaixo de zero à noite no inverno, a neve e o gelo podem ser coletados e armazenados em galpões de gelo para uso posterior no resfriamento. Essa técnica tem mais de 3.700 anos no Oriente Médio. A coleta de gelo ao ar livre durante o inverno e o transporte e armazenamento para uso no verão eram praticados por europeus ricos no início do século XVII e se tornaram populares na Europa e nas Américas no final do século XVII. Esta prática foi substituída por máquinas de fabricação de gelo com ciclo de compressão mecânica (veja abaixo).

Resfriamento evaporativo

Um refrigerador evaporativo

Em climas secos e quentes, o efeito de resfriamento evaporativo pode ser usado colocando água na entrada de ar, de forma que a corrente de ar atraia o ar sobre a água e então para dentro da casa. Por isso, às vezes se diz que a fonte, na arquitetura de climas quentes e áridos, é como a lareira na arquitetura de climas frios. O resfriamento evaporativo também torna o ar mais úmido, o que pode ser benéfico em um clima desértico seco.

Os refrigeradores evaporativos tendem a parecer como se não estivessem funcionando durante os períodos de alta umidade, quando não há muito ar seco com o qual os refrigeradores possam trabalhar para tornar o ar o mais frio possível para os ocupantes das residências. Ao contrário de outros tipos de ar condicionado, os resfriadores evaporativos contam com o ar externo para ser canalizado através de almofadas de resfriamento que resfriam o ar antes que ele alcance o interior de uma casa por meio de seu sistema de dutos de ar; esse ar externo resfriado deve poder empurrar o ar mais quente dentro da casa para fora através de uma abertura de exaustão, como uma porta ou janela aberta.

Veja também

Referências

links externos