Yakhchāl

A bâdgir and qanat utilizing evaporative cooling for a building–like a yakhchāl

Interior of yakhchal in Meybod, Iran showing conical chimney and ice house interior

Most yakhchāls operate like a traditional ice house. The tall, conical shape of the building is to optimize the solar chimney effect, creating a convection current to guide any remaining heat upward and outside through openings at the very top of the building. Through this passive process, the air inside the yakhchāl remains cooler than the outside. At the same time, the building allows cold air to pour in from entries at the structure's base and descend to the lowest part of the yakhchāl: large underground spaces up to 5,000 m³ (180,000 cu ft) in volume.^[9]

The yakhchāl is built of a unique water-resistant mortar called sarooj. This mortar is composed of sand, clay, egg whites, lime, goat hair, and ash in specific proportions, is resistant to heat transfer and is thought to be completely water-impenetrable. This material acts as effective insulation all year round. The sarooj walls are at least two meters thick at the base.^[10]

They also often have access to a qanat (Iranian aqueduct), and are sometimes equipped with bâdgirs (windcatchers or wind towers) built of mud or mud brick in square or round shapes with vents at the top which funnel cool air down through internal, vertically placed wooden slats to the water or structure below. A bâdgir can also function as a chimney, releasing warm air out the top and pulling cool air in from a base opening or a connected qanat (air in a qanat is cooled by the underground stream). It is this construction that allows the ice house of a yakhchāl to take advantage of evaporative cooling, keeping the structure cool to well below ambient temperatures.^[9]

The ice inside the structure was often separated using wood, straw and mud to separate the layers of ice and keep them from sticking to each other. Furthermore, most designs incorporated a hole at the bottom that would connect back to the qanat, or simply act as a well for drainage.^[2]

Exterior of Yakhchāl of Kowsar, Iran with shade wall

The twin Yakhchāls of Sirjan, Kerman Province, with arched shade wall inbetween

Las diferencias de temperatura entre las zonas sombreadas y no sombreadas en la mayoría de las áreas donde se construyeron los yakhchāls suelen ser de entre 15 °C (27 °F) y 20 °C (36 °F) más frías, lo que hace necesarias las paredes de sombra para la producción y el almacenamiento, además de dar a los trabajadores tiempo adicional para la cosecha de hielo. Generalmente, se construye una pared en dirección este-oeste cerca del yakhchāl, a menudo de hasta 10 m (33 pies) de altura y, a veces, de hasta 15 m (49 pies) para minimizar las pérdidas por convección y proporcionar sombra. Debido a su altura, la base de las paredes solía ser significativamente más gruesa, y en algunos diseños las paredes eran arqueadas o con contrafuertes para soportar la carga (como se muestra en la imagen del yakhchāl en Sirjan). ^{[ 2 ]}        

El agua se canaliza desde un qanat hasta un yakhchāl, que se utiliza para llenar los depósitos de provisiones o para alimentar el sistema de refrigeración por evaporación de la nevera. El agua entrante se canaliza a lo largo del lado norte del muro, de modo que la refrigeración por radiación en la sombra del muro la enfría previamente antes de que entre en el yakhchāl (como se muestra en la imagen del yakhchāl de Kowsar). A continuación, se trae hielo de los depósitos de hielo cubiertos por los muros o de las montañas cercanas para almacenarlo en el depósito.

Presupuesto energético de refrigeración radiactiva

Piscina de hielo junto al Meybod yakhchāl en Irán

Muchos yakhchāls contenían estanques de hielo. Estos estanques se construían para abastecer al yakhchāl con el agua necesaria para la refrigeración por evaporación, de modo que el hielo pudiera prepararse fácilmente y trasladarse al almacenamiento interior, o para la producción de hielo en el lugar. A veces, estos estanques eran canales de forma cuadrada con dimensiones aproximadas de 100 m (330 pies) × 10 m (33 pies) y una profundidad de 40 cm (16 pulgadas) a 50 cm (20 pulgadas) , comparables a un estanque reflectante . A menudo, no se utilizaba ningún material especial para el acabado de la superficie del canal. ^{[ 2 ]}        

Al caer la noche, las pozas de hielo solían tener un balance energético negativo:

• La conducción de calor hacia la piscina sería mínima debido a la construcción de muros de sombra durante todo el día y/o a la cobertura de paja sobre el fondo de la piscina durante el día.
• La convección de aire caliente hacia las piscinas sería mínima, ya sea por su ubicación o, de nuevo, debido a la altura y la posición de los muros.
• La evaporación alejaría el calor de las piscinas, al igual que ocurre con el resto del yakhchāl.
• Debido al bajo contenido de humedad del aire, muy poco del calor que irradia la piscina hacia arriba se refleja de vuelta a la piscina por el aire que está encima de ella, lo que permite que el calor de la piscina se emita en gran medida al espacio.

Esto significaba que las masas de hielo podían usar el frío de las noches del desierto y/o el enfriamiento radiativo para congelar el agua, que luego sería transportada a un depósito en forma de hielo. ^{[ 8 ] [ 3 ] [ 10 ]}