Yakhchāl

A yakhchāl (Persian: یخچال, lit.'Ice pit'; yakh meaning 'ice' and chāl meaning 'pit') is an ancient type of ice house, which also made ice. They are primarily found in the Dasht-e Lut and Dasht-e-Kavir deserts, whose climates range from cold (BWk) to hot (BWh) desert regions.

In modern-day Iran, Afghanistan, and Tajikistan the term yakhchāl is also used to refer to modern refrigerators.^[1]

The structure typically had a domed shape on the ground, a subterranean storage space, shade walls, and icy pools.^[2] It was often used to store ice, but sometimes was used to store food as well as produce ice. The subterranean space and thick heat-resistant construction material insulated the storage space year-round. These structures were built and used since ancient times in Persia.^[1]

Yakhchāl of Abarkuh, Iran

Workers clearing ice from ice pit at a yakhchāl

Records indicate that these structures were built as far back as 400 BCE, and many that were built hundreds of years ago remain standing, where Persian engineers built yakhchāls in the desert to store ice, usually made nearby.^[2] The ice created nearby and stored in yakhchāls is used throughout the year especially during hot summer days, for various purposes, including preservation of food,^[1] to chill treats, or making traditional Persian desserts like faloodeh and sorbets.^[3]

Auch die Mogulkaiser übernahmen die Technologie des Yakchal. Humayun (Regierungszeit 1530–1540, 1555–1556) erweiterte die Eisimporte von Kaschmir nach Delhi und Agra und isolierte Eisblöcke mit Stroh und Salpeter, um das Schmelzen zu verlangsamen – eine persische Technik. In den frühen Baraf Khana (unterirdischen Gruben) wurde Eis gelagert, eine vom Yakchal abgeleitete Konservierungsmethode. ^{[ 4 ]} Akbar (Regierungszeit 1556–1605) organisierte den Eistransport von Kaschmir nach Delhi, Agra und Lahore über ein 14-stufiges Relais-System und lieferte das Eis mithilfe von Salpeter innerhalb von zwei Tagen. Die Ab-dar Khana in Fatehpur Sikri nutzten Sandsteinzisternen und Qanate, die dem Yakchal ähnelten, um Wasser zu kühlen und Sherbets und frühe Desserts herzustellen. ^{[ 5 ]} Während der Herrschaft Jahangirs (Regierungszeit 1605–1627) beschreibt der Tuzuk-i-Jahangiri Baraf Khanas als isolierte Keller, in denen Eis zur Kühlung des Palastes, zur Konservierung von Lebensmitteln und für Kulfi, ein gefrorenes Milchdessert mit Pistazien und Safran, gelagert wurde. Das Eis wurde in Lahore aus flachen Eisbecken gewonnen und in mit Stroh ausgekleideten Gruben aufbewahrt. Shah Jahan (Regierungszeit 1628–1658) ^{[ 6 ]} ließ in Sirmaur eine Baraf Khana errichten, um Agra und das Rote Fort in Delhi zu versorgen. Diese unterirdischen Bauwerke mit dicken Wänden dienten der Lagerung von Eis für Getränke, Speisen und Kulfi und symbolisierten den imperialen Luxus. ^{[ 7 ]}

Obwohl viele im Laufe der Jahre durch die weitverbreitete kommerzielle Kühltechnik verfallen sind, ist das Interesse an ihnen als Inspirationsquelle für energieeffizientes Wohnen und nachhaltige Architektur wieder erwacht . ^{[ 8 ]} Einige, wie ein Yakhchāl in Kerman (über 1,6 km über dem Meeresspiegel), sind hingegen gut erhalten. Diese weisen noch immer ihre kegelförmige, 18 Meter hohe Bauweise, die massive Isolierung und die kontinuierliche Kühlung durch spiralförmig herabfließendes Wasser auf, das das Eis den ganzen Sommer über gefroren hält. ^{[ 1 ]}

Die Konstruktion eines Yakhchāl ist so optimiert, dass sie die physikalischen Gesetze der Verdunstungs- und Strahlungskühlung sowie die geringe relative und absolute Luftfeuchtigkeit im trockenen Wüstenklima nutzt. ^{[ 9 ] [ 8 ]} Die niedrige relative Luftfeuchtigkeit erhöht die Effizienz der Verdunstungskühlung aufgrund des Dampfdruckunterschieds, und die niedrige absolute Luftfeuchtigkeit erhöht die Effizienz der Strahlungskühlung, da der Wasserdampf in der Luft diese sonst hemmt. In manchen Wüstenklimaten, insbesondere in höheren Lagen, sinken die Temperaturen nachts unter den Gefrierpunkt. Die Konstruktion von Yakhchāls lässt sich im Allgemeinen in drei Bereiche unterteilen: ^{[ 2 ]}

1. Das Eishaus oder der Stausee
2. Die Schattenwände
3. Die Eisbecken oder -gruben

Sie unterschieden sich jedoch, da einige alle drei Komponenten nutzten, während andere lediglich aus einer großen Schattenwand über einem flachen Becken bestanden. ^{[ 1 ]}

Ein Bâdgir und ein Qanat, die Verdunstungskühlung für ein Gebäude nutzen – wie ein Yakhchāl

Innenansicht eines Yakhchal in Meybod , Iran, mit konischem Schornstein und Eishaus-Interieur

Die meisten Yakhchāls funktionieren wie traditionelle Eishäuser. Ihre hohe, kegelförmige Gestalt optimiert den Kamineffekt , indem sie eine Konvektionsströmung erzeugt, die die verbleibende Wärme durch Öffnungen im oberen Bereich des Gebäudes nach oben und nach außen leitet. Durch diesen passiven Prozess bleibt die Luft im Inneren des Yakhchāl kühler als die Außenluft. Gleichzeitig strömt kalte Luft durch Öffnungen am Fuß des Gebäudes in die untersten Bereiche: große unterirdische Räume  mit ^einem Volumen von bis zu 5.000  m³ . ^{[ 9 ]}

Der Yakhchāl ist aus einem einzigartigen, wasserfesten Mörtel namens Sarooj erbaut . Dieser Mörtel besteht aus Sand, Lehm, Eiweiß, Kalk , Ziegenhaar und Asche in bestimmten Anteilen, ist wärmeisolierend und gilt als absolut wasserdicht. Das Material dient ganzjährig als effektive Isolierung. Die Sarooj-Wände sind an der Basis mindestens zwei Meter dick. ^{[ 10 ]}

Sie haben oft auch Zugang zu einem Qanat (iranischem Aquädukt ) und sind manchmal mit Bâdgirs (Windtürmen) aus Lehm oder Lehmziegeln in quadratischer oder runder Form ausgestattet. An der Spitze befinden sich Öffnungen, die kühle Luft durch innenliegende, vertikal angeordnete Holzlatten zum Wasser oder zum darunterliegenden Bauwerk leiten. Ein Bâdgir kann auch als Schornstein fungieren, indem er warme Luft nach oben abgibt und kühle Luft durch eine Öffnung im Boden oder einen angeschlossenen Qanat ansaugt (die Luft in einem Qanat wird durch den unterirdischen Wasserlauf gekühlt). Diese Konstruktion ermöglicht es dem Eishaus eines Yakhchāl, die Verdunstungskühlung zu nutzen und das Gebäude deutlich unter der Umgebungstemperatur zu halten. ^{[ 9 ]}

Das Eis im Inneren der Konstruktion wurde häufig mit Holz, Stroh und Lehm getrennt, um die Eisschichten voneinander zu trennen und ein Verkleben zu verhindern. Darüber hinaus wiesen die meisten Konstruktionen am Boden ein Loch auf, das entweder mit dem Qanat verbunden war oder einfach als Abfluss diente. ^{[ 2 ]}

Außenansicht des Yakhchāl von Kowsar , Iran, mit Schattenwand

Die beiden Yakhchāls von Sirjan in der Provinz Kerman mit der dazwischenliegenden gewölbten Schattenwand.

Die Temperaturunterschiede zwischen beschatteten und unbeschatteten Bereichen in den meisten Gebieten, in denen die Eisspeicher (Yakhchāls) errichtet wurden, betragen oft fast 15 °C bis 20 °C. Daher sind Schattenwände für die Produktion und Lagerung unerlässlich und geben den Arbeitern zusätzliche Zeit für die Eisernte. Eine solche Wand wird üblicherweise in Ost-West-Richtung nahe dem Yakhchāl errichtet und erreicht oft eine Höhe von bis zu 10 m, manchmal sogar bis zu 15 m, um Konvektionsverluste zu minimieren und Schatten zu spenden. Aufgrund ihrer Höhe war der Sockel der Wände oft deutlich dicker, und in einigen Konstruktionen wurden die Wände gewölbt und/oder mit Stützpfeilern versehen, um die Last zu tragen (wie am Yakhchāl in Sirjan abgebildet). ^{[ 2 ]}

Wasser wird häufig von einem Qanat zu einem Yakhchāl geleitet, der entweder die Vorratsbecken füllt oder die Verdunstungskühlung im gesamten Eishaus antreibt. Das einströmende Wasser wird entlang der Nordseite der Wand geleitet, sodass die Strahlungskühlung im Schatten der Wand das Wasser vorkühlt, bevor es in den Yakhchāl gelangt (wie am Yakhchāl in Kowsar abgebildet). Anschließend wird Eis entweder aus den von den Wänden bedeckten Eisbecken oder von nahegelegenen Bergen herbeigeschafft und im Reservoir gelagert.

Energiebilanz der Strahlungskühlung

Eisbecken neben dem Meybod- Yakhchāl im Iran

Viele Yakhchāls besaßen Eisbecken. Diese Becken dienten entweder der Wasserversorgung des Yakhchāls für die Verdunstungskühlung, um Eis leicht zubereiten und in Lagerräume transportieren zu können, oder der Eisproduktion vor Ort. Manchmal handelte es sich bei diesen Becken um quadratische Kanäle mit Abmessungen von etwa 100 m × 10 m und einer Tiefe von 40 bis 50 cm, vergleichbar mit einem Spiegelbecken . Oft wurde für die Oberflächenbehandlung der Kanäle kein spezielles Material verwendet. ^{[ 2 ]}

Nachts wiesen die Eisbecken oft eine negative Energiebilanz auf:

• Die Wärmeleitung in den Pool wäre minimal, da tagsüber Schattenwände errichtet und/oder der Poolboden tagsüber mit Stroh abgedeckt würden.
• Die Konvektion heißer Luft in Richtung der Becken wäre minimal, entweder aufgrund der Lage oder wiederum aufgrund der Höhe und Position der Wände.
• Durch Verdunstung würde den Becken Wärme entzogen, wie auch dem Rest des Yakhchāl.
• Aufgrund des geringen Feuchtigkeitsgehalts der Luft wird nur sehr wenig der vom Pool nach oben abgestrahlten Wärme von der darüber liegenden Luft zum Pool zurückreflektiert, sodass die Wärme des Pools größtenteils in den Weltraum abgegeben wird.

Dies bedeutete, dass Eisbecken die Kälte der Wüstennächte und/oder die Strahlungskühlung nutzen konnten, um Wasser zu gefrieren, das später als Eis transportiert und gelagert wurde. ^{[ 8 ] [ 3 ] [ 10 ]}

• Ab Anbar  – Traditionelles iranisches Wasserreservoir
• Persische Kuppeln  – Teil der persischen Architektur
• Soltaniyeh  – Stadt in der Provinz Zanjan, Iran
• Traditionelle Wasserquellen der persischen Antike  – Ein Aspekt der iranischen Geschichte

• Jorgensen, Hemming (2019). „Eishäuser“ . In: Fleet, Kate; Krämer, Gudrun ; Matringe, Denis; Nawas, John; Rowson, Everett (Hrsg.). Encyclopaedia of Islam (3. Aufl.). Brill Online. ISSN  1873-9830 .
• Rutstein, Harry; Kroll, Joanne (1980). Auf den Spuren Marco Polos: Eine Odyssee des 20. Jahrhunderts . New York: Viking Press. ISBN 978-0-670-39683-2OCLC  6197014 .​

• Raman, Aaswath (01.06.2018). „Transkript von „Wie wir die Kälte des Weltraums in eine erneuerbare Ressource verwandeln können“" . TED . Abgerufen am 06.03.2020 .Ein TED-Vortrag über Strahlungskühlung .