La climatització passiva és un àmbit de l'arquitectura i del disseny d'edificis que se centra en crear infraestructures que ajudin a evitar l'augment de temperatura i fomentin la dissipació de calor en edificis, per tal de millorar el seu confort tèrmic interior amb un consum d'energia baix o nul. L'objectiu és evitar que la calor entri a l'interior (prevenint l'augment de calor) o eliminar la calor de l'edifici, provocant una refrigeració natural.Limb M.J., 1998: "Passive Cooling Technologies for office buildings. An Annotated Bibliography". Air Infiltration and Ventilation Centre (AIVC), 1998
La refrigeració natural utilitza energia disponible en l'entorn natural immediat, in situ, combinant-la amb el disseny de components arquitectònics (tancaments, orientació...), en lloc de fer servir sistemes mecànics per dissipar la calor. Per tant, la refrigeració natural depèn no només del disseny arquitectònic de l'edifici sinó de com s'utilitzen els recursos naturals del lloc com a dissipadors de calor. Pot ajudar a fer front a la crisi climàtica, tot reduint la dependència de sistemes d'aire condicionat.
Característiques La climatització passiva cobreix tots els processos i tècniques naturals de dissipació i modulació de la calor sense fer ús d'energia extra. Alguns autors consideren que els sistemes mecànics menors i simples (com, per exemple, bombes i economitzadors) es poden integrar en tècniques de refrigeració passiva, sempre que s'utilitzin per millorar l'eficàcia del procés de refrigeració natural. Aquestes aplicacions també s'anomenen "sistemes de refrigeració híbrids".
Les tècniques de refrigeració passiva es poden agrupar en dues categories principals:
Tècniques preventives que tenen com a objectiu proporcionar protecció i/o prevenció dels increments de calor externs i interns. Tècniques de modulació i dissipació de la calor que permeten a l'edifici emmagatzemar i dissipar l'increment de calor mitjançant l'ús de dissipadors tèrmics.
Tècniques preventives miniatura|Aquesta antiga casa romana evita guanyar calor. Murs de maçoneria pesada, petites finestres exteriors i un jardí de parets estretes orientat a NS fan ombra a la casa, evitant l'augment de calor. La casa s'obre a un atri central amb un impluvium (celobert); el refredament per evaporació de l'aigua provoca un corrent creuat de l'atri al jardí. La protecció o prevenció dels guanys de calor engloba totes les tècniques de disseny arquitectònic que minimitzin l'impacte dels increments de calor solar a través dels tancaments de l'edifici i dels increments de calor intern que es generen a l'interior de l'edifici durant la seva ocupació. Inclou les següents tècniques:
Microclima i disseny de l'espai: Tenint en compte la ubicació de l'edifici i el clima local, es poden seleccionar estratègies de refrigeració específiques. El microclima pot tenir un paper important a l'hora de determinar la ubicació més favorable de l'edifici, mitjançant l'anàlisi de la disponibilitat combinada de sol i vent. La carta bioclimàtica, el diagrama solar i la rosa dels vents són eines d'anàlisi rellevants en l'aplicació d'aquesta tècnica. Control solar: Dissenyar un sistema d'ombra a l'edifici pot contribuir eficaçment a minimitzar els increments de calor solar. L'ombra minimitzarà la quantitat de radiació solar, que indueix un sobreescalfament tant als espais interiors com a l'estructura de l'edifici. En ombrejar l'estructura de l'edifici, es reduirà l'increment de calor. Forma i distribució de l'edifici: l'orientació de l'edifici i una distribució optimitzada dels espais interiors poden evitar el sobreescalfament. Les habitacions es poden zonificar per tal de rebutjar les fonts de calor intern i/o assignar increments de calor quan puguin ser útils, tenint en compte les diferents activitats de l'edifici. Per exemple, la creació d'un pla horitzontal augmentarà l'efectivitat de la ventilació creuada a tot el nivell. Localitzar les zones verticalment pot aprofitar l'estratificació de la temperatura. Normalment, les zones d'edificació dels nivells superiors són més càlides que les zones inferiors, a causa de l'estratificació. La zonificació vertical d'espais i activitats utilitza aquesta estratificació de temperatura per acomodar els usos de la zona segons els seus requisits de temperatura. El factor de forma (és a dir, la relació entre volum i superfície) també té un paper important en el perfil energètic i tèrmic de l'edifici. Aquesta relació es pot utilitzar per adaptar la forma de l'edifici al clima local específic. Per exemple, les formes més compactes tendeixen a conservar més calor que les formes menys compactes perquè la relació de les càrregues internes a l'àrea de la façana és significativa. Aïllament tèrmic: L'aïllament de l'edifici disminuirà la quantitat de calor transferida per radiació a través de les façanes. Aquest principi s'aplica tant a les superfícies opaques (parets i sostre) com a les transparents (finestres). Atès que les cobertes poden contribuir més a la càrrega de calor interior, proporcionar un bon aïllament tèrmic pot disminuir efectivament la transferència de calor des del sostre. Patrons de comportament i d'ocupació: Algunes polítiques de gestió d'edificis, com ara limitar el nombre de persones en una zona determinada de l'edifici, també poden contribuir de manera eficaç a la minimització dels increments de calor a l'interior del mateix. Els ocupants de l'edifici també poden contribuir a la prevenció del sobreescalfament interior fent servir diverses tècniques manuals: apagant les llums i els equipaments dels espais desocupats, tancant finestres, porticons i persianes per evitar l'entrada de llum, o vestir-se més lleuger per adaptar-se millor a l'entorn interior augmentant el confort tèrmic. Eficiència energètica interna: la il·luminació i els equips electrònics més eficients energèticament tendeixen a alliberar menys energia, contribuint així a menys càrregues de calor internes a l'espai.
Tècniques de modulació i dissipació de calor Les tècniques de modulació i dissipació de calor es basen en dissipadors de calor naturals per emmagatzemar i eliminar els guanys de calor interns. Exemples d'embornals naturals són el cel nocturn, la terra i la massa de l'edifici. Per tant, les tècniques de refrigeració passiva que utilitzen dissipadors de calor poden actuar per modular l'augment de calor amb la massa tèrmica o per dissipar la calor mitjançant estratègies de refrigeració natural.
Massa tèrmica: La modulació del guany de calor d'un espai interior es pot aconseguir mitjançant l'ús adequat de la massa tèrmica de l'edifici com a dissipador de calor. La massa tèrmica absorbirà i emmagatzemarà la calor durant les hores diürnes i la retornarà a l'espai en un moment posterior. La massa tèrmica es pot combinar amb una estratègia de refrigeració natural de ventilació nocturna si la calor emmagatzemada que es lliurarà a l'espai durant el vespre/nit no és desitjable. Refrigeració natural: La refrigeració natural es refereix a l'ús de ventilació o dissipadors de calor naturals per a la dissipació de calor dels espais interiors. El refredament natural es pot separar en cinc categories diferents: ventilació, neteja nocturna, refredament radiatiu, refrigeració evaporativa i acoblament de terra .
Elements Ventilació natural miniatura|Un parell de paravents ) utilitzats en l'arquitectura tradicional; el vent és forçat cap avall pel costat de sobrevent i deixa pel costat de sotavent (ventilació creuada). En absència de vent, la circulació es pot conduir amb refrigeració evaporativa a l'entrada. Al centre, un (ventilació de la llanterna del sostre), que s'utilitzava per ombrejar el qa'a a sota mentre permetia que l'aire calent en sortís (efecte pila). (low-res bw version) La ventilació natural utilitza les propietats físiques de l'aire per eliminar la calor o proporcionar refrigeració als ocupants. En casos determinats, la ventilació es pot utilitzar per refredar l'estructura de l'edifici, que posteriorment pot servir com a dissipador de calor.
Ventilació creuada: l'estratègia de ventilació creuada es basa en el fet que el vent travessa l'edifici amb la finalitat de refrescar l'espai. Requereix obertures a dos costats de l'espai, anomenades entrada i sortida. La mida i la col·locació de les entrades i sortides de ventilació determinaran la direcció i la velocitat de la ventilació creuada a través de l'edifici. En general, també s'ha de proporcionar una àrea igual (o més gran) d'obertures de sortida per proporcionar una ventilació creuada adequada. Stack ventilation (Ventilació de pila): la ventilació creuada és una estratègia de refrigeració eficaç, però, el vent és un recurs poc fiable. La ventilació de pila és una estratègia de disseny alternativa que es basa en la flotabilitat de l'aire càlid per pujar i sortir per les obertures situades al sostre. L'aire exterior més fresc substitueix l'aire calent que s'eleva a través d'entrades d'aire col·locades a prop del terra.
Refrigerat nocturn El refrigerat nocturn és una estratègia de refrigeració passiva o semi-passiva que requereix un major moviment d'aire a la nit per refredar els elements estructurals d'un edifici. Es pot fer una distinció entre la refrigeració lliure per refredar l'aigua i el refrigerat nocturn per refredar la massa tèrmica de l'edifici. Per executar el refrigerat nocturn, normalment es manté l'edifici tancat durant el dia. La massa tèrmica de l'estructura de l'edifici actua com un embornal, durant el dia absorbeix els increments de calor dels ocupants, els equips, la radiació solar i la conducció a través de parets i sostres. A la nit, quan l'aire exterior és més fresc, s'obren les finestres, permetent que l'aire més fresc passi per l'edifici perquè la calor emmagatzemada es pugui dissipar per convecció. Aquest procés redueix la temperatura de l'aire interior i de la massa tèrmica de l'edifici, permetent que es produeixi un refredament convectiu, conductor i radiant durant el dia en què l'edifici està ocupat. El refrigerat nocturn és més eficaç en climes amb una gran oscil·lació diürna, és a dir, una gran diferència entre la temperatura exterior màxima i mínima diària. Per obtenir un rendiment òptim, la temperatura nocturna de l'aire exterior hauria de caure molt per sota del límit de la zona de confort diürna de 22 graus i no ha de tenir una humitat absoluta o específica baixa. En climes càlids i humits, la variació de la temperatura sol ser petita i la humitat nocturna es manté alta. El refrigerat nocturn té una eficàcia limitada i pot introduir una humitat elevada a l'edifici, poden comportar uns costos energètics elevats si els sistemes actius l'eliminen durant el dia. Per tant, l'eficàcia del refrigerat nocturn es limita a climes prou secs. Hi ha tres maneres d'aconseguir el refrigerat nocturn en un edifici:
Flux nocturn natural obrint les finestres a la nit, deixant que el flux d'aire impulsat pel vent o la flotabilitat refredi l'espai i després tancant les finestres durant el dia. Neteja nocturna mecànica forçant l'aire mecànicament a través dels conductes de ventilació a la nit amb un flux d'aire elevat i subministrant aire a l'espai durant el dia a un flux d'aire mínim requerit pel codi. Flux nocturn de mode mixt mitjançant una combinació de ventilació natural i ventilació mecànica, també coneguda com a ventilació de mode mixt, mitjançant l'ús de ventiladors per ajudar al flux d'aire nocturn natural.
Aquestes tres estratègies formen part de les estratègies de refrigeració ventilativa.
Hi ha nombrosos avantatges d'utilitzar el rentat nocturn com a estratègia de refrigeració dels edificis, com ara una millora del confort i un canvi en la càrrega energètica màxima. L'energia és més cara durant el dia. Amb la implementació del rentat nocturn, es redueix l'ús de la ventilació mecànica durant el dia, la qual cosa comporta un estalvi d'energia i diners.
Refrigeració radiant