Parece que ya ha investigado la arquitectura vernácula del tipo de región que está describiendo, pero hay un factor crítico que ha pasado por alto y es difícil enfatizar cuán importante es, especialmente para alguien acostumbrado a un nivel básico del lujo occidental moderno.

Lo que estás describiendo son barrios marginales

Los barrios marginales no tienen sistemas de refrigeración caros y sofisticados. Los barrios marginales son lugares en los que se coloca la mayor cantidad de personas mientras se extrae la renta más alta posible. No estarán en casa durante el calor del día, estarán trabajando. Si no están trabajando, están buscando trabajo. Si no tienen trabajo no comen.

No ponga lujos en los edificios de tugurios.

Las personas con dinero vivirán en estructuras bajas con patios y espacios abiertos, torres eólicas y todo.

No se aleje de las viviendas de alta densidad porque las condiciones van a ser terribles, así es como se vive en los barrios marginales. Empáquelos y hágalos completamente miserables mientras les cobra la mayor parte de lo que ganan en alquiler. Sé fiel a la realidad de la vida en los barrios marginales.

estilo Shibam.

https://www.nationalgeographic.com/travel/article/shibam-mud-skyscraper-yemen

https://en.wikipedia.org/wiki/Shibam_Hadramawt#:~:text=Architecture-,Overview,have%20one%20or%20two%20rooms .

Shibam a menudo se llama "la ciudad de rascacielos más antigua del mundo".[5] Es uno de los mejores y más antiguos ejemplos de planificación urbana basada en el principio de la construcción vertical.[16] La ciudad tiene algunos de los edificios de barro más altos del mundo, algunos de ellos de más de 30 m (98 pies) de altura, [17] siendo así los primeros edificios de apartamentos de gran altura. Para proteger los edificios de la lluvia y la erosión, las paredes deben recibir un mantenimiento rutinario mediante la aplicación de capas frescas de barro. La ciudad está rodeada por un muro fortificado,[16] lo que le da el nombre de "la ciudad amurallada de Shibam".

Shibam es bastante impresionante. Edificios de varios niveles de barro en el desierto de Yemen. Hace mucho calor. ¿Cómo se mantienen frescos?

Encontré un artículo académico. Vale la pena leer. Mi conclusión: el barro es bueno para refrescarse. Las calles son muy estrechas y están dispuestas en forma de zigzag, lo que reduce la velocidad del viento a nivel del suelo y provoca una mayor mezcla de aire. Los edificios están muy juntos y se dan sombra unos a otros. Tal vez la muralla de la ciudad sea el primer nivel de sombra.

Estamos acostumbrados a pensar en la refrigeración a través del movimiento del aire y la amplitud. Esta es una ruta diferente para refrescarse. No encontré una foto del nivel de la calle Shibam, pero me imagino que es bastante claustrofóbico y oscuro: edificios de barro imponentes a ambos lados, calles estrechas y no se puede ver más de una cuadra en cualquier dirección.

http://www.uia2017seoul.org/P/papers/Full_paper/Paper/Poster/P-0430.pdf

. Análisis termodinámico de Shibam

La antigua ciudad de Shibam posee una forma única, como se mencionó anteriormente, viviendas de gran altura de alta densidad, calles estrechas y espacios públicos espaciosos, estas características son únicas en todo el mundo. En este complicado entorno climático, vale la pena investigar cómo se las arregla Shibam para mantener un buen entorno de confort termodinámico. Las plazas públicas son muy importantes en la ciudad antigua de Shibam Hadharmawt, junto con las carreteras especiales en Shibam, decidieron el patrón general de toda la ciudad. La forma de la ciudad antigua de Shibam Hadhrmawt es una síntesis de su diseño urbano único, volúmenes de construcción, espacios públicos abiertos especiales y paredes de adobe de alta eficiencia termodinámica.

Aparte de lo que respondió Separatrix, se puede optar por la solución del "pobre hombre" que fue ampliamente adoptada en los edificios rurales del área mediterránea: techo alto con una ventana alta orientada al norte.

El techo alto (hablo de 4-6 metros) garantizaría que el aire caliente subiera, muy por encima de las cabezas de los ocupantes. La ventana ubicada al Norte y alta se encargaría de dejar salir ese aire caliente de la habitación, reemplazado por aire más fresco tomado de las puertas/ventanas abiertas a nivel del suelo.

En realidad no es enfriamiento sino solo ventilación, pero para la gente pobre eso era todo.

Otra opción, pero difícil de implementar para edificios de gran altura, es tener paredes muy gruesas. En el campo del sureste de Italia es común ver casas construidas solo con piedras, sin hormigón, con paredes muy gruesas, alrededor de 6 metros de espesor.

Se hizo porque las piedras estaban ampliamente disponibles y tenían que ser removidas para limpiar el suelo para la agricultura, y habiendo estado en una de esas, puedo asegurarte que te protegen bastante bien del calor abrasador del exterior. Más aún si la habitación interior también tiene acceso a la cámara subterránea de recogida de aguas pluviales.

Técnicas:

1. Pinta todo de blanco, especialmente la pared sur y el techo.

2. Construcción de tierra -- barro/piedra/ladrillo. Construye grueso. Este actúa como masa térmica y el interior es el promedio de las temperaturas diurnas y nocturnas del exterior.

3. Aísle su techo. (Si su clima es lo suficientemente seco, una bandeja para hornear galletas de 4 mm de profundidad sumergida en agua y colocada sobre un fardo de heno se congelará en una noche tranquila, debido a la radiación hacia el espacio, incluso si la temperatura del aire es mucho más alta).

4. Construya un pozo de aire en el medio. Sombrea la parte superior hasta el punto en que el sol no golpee el interior. El aire más frío cae por el pozo y entra en las habitaciones que se abren al pozo.

5. Sugerido por John Quanats se puede utilizar tanto para mover agua como para enfriar el aire. Sospecho que esto es muy alto, ya que construir túneles subterráneos es difícil.

6. Construya grandes aberturas en las paredes que no reciben el sol. Aberturas cerrables en paredes soleadas de material reflectante. (Piense en pantallas de bambú pintadas de blanco).

7. Cree chimeneas de paredes delgadas en los 4 lados. Estos se extienden por encima del techo hasta donde sea práctico. Están pintados de negro. Se calientan, calientan el aire del interior y el aire caliente sube. Conéctelos a las aberturas en la parte superior de cada habitación. Esto evacua el aire más caliente de la habitación.

8. Si el agua es realmente barata, coloque esteras de evaporación en el pozo. La evaporación enfría el aire y pone más flujo en los apartamentos.

9. Si el agua no es lo suficientemente barata como para tirarla en esta escala, use fuentes de agua. Fuentes, piscinas.

10. Cocine al aire libre en los balcones.

Trabajando en la región del Sahel, hace unas 2 semanas mi unidad de aire acondicionado falló y estuve sin ella durante unos 6 días. Me alojo en un edificio de 3 pisos, que abren dos lados, y 22 habitaciones por piso. intentará mostrar cómo se ve a continuación, lo siento por el mal diseño.

[Room]   --walkway between two room rows

         [][][][][][][][][][][]
open side----------------------open side + stairway up
         [][][][][][][][][][][] 

Lo que hice fue abrir las dos ventanas, una del lado de la pasarela y otra del exterior. hay mucho viento que se canaliza por la pasarela abierta, como un valle, y al abrir las ventanas, el viento fluye por la habitación. No fue agradable, ya que el aire no se enfría, y todavía como 40 grados centígrados, pero definitivamente fue mejor que sin la brisa cuando la habitación llegaría a casi 60.

Para el fondo de la pila, los sucios habitantes de los barrios marginales, sería más que suficiente, ¿por qué necesitan todas las elegantes torres de viento, paredes aisladas, etc.? Luego querrán agua limpia y un aumento salarial.

Muévelos bajo tierra.

Haz que tu imperio obtenga su riqueza inicial del comercio de sal. La capital se construyó cerca de uno de los mejores yacimientos ya medida que se ha ido minando se van ocupando las cavernas resultantes. (Ver la mina de sal de Wieliczka, cerca de Cracovia, Polonia)

O alternativamente, la tierra es fácil de excavar y se pueden hacer cavernas sin derrumbarse como en Coober Pedy, Australia del Sur.

O podría haber un sistema de cuevas naturales al que la plebe simplemente se traslade y ocupe.

Enfriamento evaporativo

Sudán tiene un clima tropical seco y funciona con enfriadores de pantano:

(fuente de la imagen bigworldsmallpockets.com)

Las cajas cuadradas de los balcones son una caja de metal llena de hierba. Un ventilador sopla aire y una bomba rocía agua sobre el césped. El césped proporciona una superficie para que el agua se evapore y el ventilador sopla aire fresco y húmedo en la habitación. En Jartum, el río Nilo proporciona el agua.

Esto reduce el problema a uno de hacer movimiento para el ventilador y la bomba. Eso se podría hacer de muchas maneras, pero simplemente un equipo de animales girando un eje es algo que se ha hecho durante miles de años.

Lo mismo se aplica también al enfriamiento del agua potable:

(fuente de la imagen khartoumgateway.com)

El agua se evapora a través de la cerámica porosa y enfría el contenido de la jarra.

Obviamente, necesitaría que la humedad fuera lo suficientemente baja para que la evaporación fuera suficiente.

Qanats y escaleras de agua

este es un método de enfriamiento antiguo y muy efectivo. 5 pisos no es un problema para un sistema de este tipo, solo afecta la forma en que diseña la ventilación de una habitación a otra.

Una torre eólica tiene una abertura en el lado a favor del viento, esto crea succión que tira del aire hacia arriba de un eje central (o simplemente a través del edificio) y las tomas de aire se realizan principalmente a través de tuberías subterráneas o túneles (qanats), por lo que está utilizando el suelo como masa térmica. El aire frío se aspira durante el día y el aire más cálido durante la noche. (el suelo siempre tiene unos 55 grados). Los captadores de viento (embudos que apuntan hacia el viento) en las tomas pueden ayudar a aumentar la rotación de aire, especialmente si necesita mucha luz natural, lo que significa muchas ventanas y, por lo tanto, tiene poco beneficio de una torre de tiro. Ambos también significan que el aire se mantiene fresco, lo que tiene la ventaja de hacer que la ciudad huela mejor.

Agregar agua hace que el sistema sea aún más efectivo. El agua puede ser pasiva, como cisternas o túneles subterráneos (que a menudo se duplican como pozos o túneles de riego) o como salasabil (también conocidas como escaleras de agua) que pueden o no requerir bombeo dependiendo de la presión del agua local. Generalmente, las escaleras de agua están en el piso más bajo y, a menudo, se duplican como fuentes de agua potable de manera similar a las fuentes romanas. Como beneficio adicional, las escaleras de agua airean el agua, lo que hace que sepa mejor.

Sherwood ya cubre varias de las técnicas de soporte de muros gruesos de piedra, ladrillo o tierra que actúan como masa térmica adicional y aislamiento, coloración reflectante para reflejar en lugar de absorber, etc. Pero también puede agregar un diseño de autosombreado, ya sea construyendo techos dobles o construyendo edificios altos y compactos.

Todas estas y más son técnicas históricas conocidas, y algunas todavía se usan en edificios en la actualidad.

https://www.intechopen.com/books/zero-and-net-zero-energy/advances-in-passive-cooling-design-an-integrated-design-approach

https://www.jstor.org/stable/24955643?seq=1

Incluso hay algunas ciudades donde el complejo subterráneo era enorme y actuaba como lugares con fortificaciones estables, almacenamiento y lugares para vivir y trabajar con temperaturas agradables. Como Derinkuyu y Capadocia en Turquía

Los romanos ya resolvieron este problema

Piensa en apartamentos romanos para plebeyos

Los plebeyos rara vez vivían en edificios de más de 2 o 3 pisos de altura por razones muy prácticas. Los plebeyos romanos no eran de clase baja en absoluto, eran ciudadanos de pleno derecho que simplemente no tenían ningún tipo de título de nobleza; en cambio, eran una especie de hombre libre que era dueño de cualquier negocio que hicieran para ganarse la vida. Los apartamentos a los que hace referencia el OP son un tipo de viviendas llamadas Insulas que fueron diseñadas para ser tanto un lugar para vivir como un lugar para hacer negocios; por lo tanto, el primer piso de una ínsula se diseñó típicamente para ser el área de taller / tienda donde los plebeyos se ganaban la vida, y luego los siguientes 1-2 pisos eran donde vivían. Ir más alto que 3 pisos significa que ya no podría colocar todos sus negocios a nivel del suelo y aún atender a un grupo demográfico plebeyo. Esto se debe a que una tienda que no puede ver un transeúnte está condenada al fracaso en una economía sin motores de búsqueda ni guías telefónicas. Dado que los plebeyos eran libres de comprar/alquilar sus propias ínsulas, y el acceso a la calle era tan vital para la supervivencia, no había ningún beneficio económico en construir más de 3 pisos de altura para que viviera un plebeyo.

Dicho esto, las ínsulas de más de 3 pisos de altura no eran infrecuentes en las partes más densamente pobladas del imperio. Los plebeyos vivirían y trabajarían en los 2 o 3 pisos inferiores, y cualquier vivienda superior podría ser utilizada por la verdadera clase baja (Peregrini, Nexia, etc.)

Dado que los pisos superiores serían donde viven personas de un verdadero estatus social más bajo, no hay una expectativa real de aire acondicionado para ellos, como explica la respuesta de Separatrix. Los "barrios marginales" del piso superior estarían expuestos al pleno calor del sol y, por cierto, esto ayudaría a aislar los pisos inferiores manteniéndolos más frescos durante el día y más cálidos durante la noche. Entonces, simplemente construyendo casas para gente pobre encima de su vivienda plebeya, en realidad está creando una forma de aire acondicionado pasivo para que disfruten sus plebeyos. Si quiere ir un paso más allá, también puede usar un sistema de enfriamiento geotérmico para sus pisos inferiores. Los antiguos egipcios lo teníanya que Allan fue lo suficientemente amable como para proporcionar un enlace en los comentarios. Una vez viví en un complejo de 3 pisos en el desierto que usaba enfriamiento geotérmico pasivo, por lo que incluso si puede ser inadecuado para> 3 pisos, será suficiente para mantener frescos y cómodos a los plebeyos en los pisos inferiores.

¿Qué necesita tu ciudad son Chimeneas Solares? Son pasivos e ideales para un clima cálido:

Una chimenea solar, a menudo denominada chimenea térmica, es una forma de mejorar la ventilación natural de los edificios mediante el uso de la convección del aire calentado por energía solar pasiva. Una descripción simple de una chimenea solar es la de un eje vertical que utiliza energía solar para mejorar la ventilación natural de la chimenea a través de un edificio.

La chimenea solar se ha utilizado durante siglos, especialmente en Oriente Medio y Oriente Próximo por los persas, así como en Europa por los romanos.

https://en.wikipedia.org/wiki/Yakhch%C4%81l La forma de cono de este edificio extrae aire frío de la base del edificio y expulsa aire caliente por la parte superior del edificio. ¿Qué tal construir un acueducto que canalice agua a estos edificios? ¿Y dar forma a todos sus edificios residenciales de la misma manera? Excepto que se ajusten a varios pisos dentro del mismo cono.