Consum sostenible i estalvi

L'etiqueta energètica dels electrodomèstics els classifica amb lletres de la A a la G. Explica quina informació dona aquesta etiqueta i per què un aparell de classe A pot sortir més barat que un de classe G encara que costi més en comprar-lo.

L'etiqueta energètica d'una rentadora indica $220\ \text{kW} \cdot \text{h}$ a l'any i la d'una altra, $160\ \text{kW} \cdot \text{h}$. (a) Calcula el cost anual de cadascuna a $0{,}20\ \text{€}$ per $\text{kW} \cdot \text{h}$. (b) Calcula l'estalvi en 10 anys de vida útil. (c) Raona com faries servir aquests números juntament amb el preu de compra per decidir entre totes dues.

La factura elèctrica no cobra «watts» sinó «$\text{kW} \cdot \text{h}$». Explica amb un exemple la diferència entre la potència d'un aparell i l'energia que gasta (un microones de $800\ \text{W}$ utilitzat 15 minuts enfront d'un llum de $10\ \text{W}$ encès tot el dia).

Els aparells que produeixen calor són els que més consumeixen. Anomena tres «golafres» típics d'un habitatge (forn, calefacció elèctrica, termo d'aigua calenta, assecadora) i explica per què les resistències elèctriques consumeixen tanta energia.

La figura compara el consum elèctric mensual de diversos aparells d'un habitatge, com es mostra a la figura.

(a) Llegeix del gràfic el consum mensual de cada aparell. (b) Calcula quanta energia consumeix la nevera en un any sencer. (c) La nevera consumeix molt tot i que la seva potència és modesta, mentre que el forn és molt potent però consumeix menys al mes: explica aquesta aparent contradicció i raona en quins dos aparells convé centrar els esforços d'estalvi.

Explica què és el consum en espera o «standby» dels aparells, per què s'anomena de vegades «consum fantasma» i descriu dues maneres pràctiques d'eliminar-lo a casa sense renunciar a utilitzar els aparells.

Un aparell en espera (standby) consumeix entre $1\ \text{W}$ i $5\ \text{W}$ sense fer res d'útil. Explica com és possible que consumeixi estant «apagat» (font endollada, pilots, espera del senyal del comandament) i com s'elimina aquesta despesa del tot.

«Deixar el carregador del mòbil endollat gasta moltíssim». Posa-ho en context amb números: un carregador buit consumeix entre $0{,}1\ \text{W}$ i $0{,}5\ \text{W}$. Calcula el cost anual en el pitjor dels casos a $0{,}20\ \text{€}$ per $\text{kW} \cdot \text{h}$ (un any té $8760\ \text{h}$) i conclou on convé posar l'esforç d'estalvi (aparells de calor, standby de molts aparells alhora) enfront de gestos d'impacte mínim.

Una bombeta incandescent de $60\ \text{W}$ se substitueix per una LED de $9\ \text{W}$ que fa la mateixa llum, amb un ús de $5\ \text{h}$ al dia durant $30$ dies. (a) Calcula l'energia mensual que consumeix cadascuna, en $\text{kW} \cdot \text{h}$ ($E = P \cdot t$). (b) Calcula l'estalvi mensual en euros si el preu és de $0{,}20\ \text{€}$ per $\text{kW} \cdot \text{h}$. (c) Comenta per què l'estalvi dels LED és tan gran si gairebé no es nota diferència en la il·luminació.

Un usuari afirma: «El meu frigorífic de fa 10 anys encara funciona perfectament, però consumeix $380\ \text{kW} \cdot \text{h}/\text{any}$. El llençaré avui mateix per comprar-ne un de classe A ($130\ \text{kW} \cdot \text{h}/\text{any}$, $600\ \text{€}$) perquè així estalviaré diners i reduiré immediatament la meva petjada ecològica». Disposes de les dades tècniques següents: el cost de l'electricitat és de $0{,}22\ \text{€}/(\text{kW} \cdot \text{h})$, la vida útil estimada del nou frigorífic és de 10 anys, i fabricar, transportar i reciclar un frigorífic nou suposa una petjada energètica incorporada equivalent a $1\,100\ \text{kW} \cdot \text{h}$ d'energia primària. (a) Demostra quantitativament si l'afirmació econòmica de l'usuari és correcta o errònia calculant el període de retorn de la inversió i el balanç econòmic en acabar la vida útil. (b) Determina a partir de quin any el balanç energètic global (fabricació més operació acumulada) comença a ser favorable a la substitució. (c) Com a futur tecnòleg, redacta una recomanació fonamentada: convé substituir-lo ja o esperar que s'averiï? Justifica el concepte d'amortització ecològica enfront del d'obsolescència voluntària.

Un centre educatiu pretén substituir 120 lluminàries amb tubs fluorescents de $2 \times 36\ \text{W}$ (balast electromagnètic convencional) per panells LED de $40\ \text{W}$. El conserge afirma: «L'estalvi de potència serà exactament $(72 - 40)\ \text{W} = 32\ \text{W}$ per lluminària, i com que els LED tenen $\cos \varphi = 0{,}95$ enfront del $\cos \varphi = 0{,}50$ dels tubs sense compensar, a més reduirem a la meitat l'energia activa facturada en el comptador». Els llums funcionen $1\,200\ \text{h}$ a l'any, cada balast dissipa $9\ \text{W}$ addicionals de pèrdues tèrmiques constants i el cost del $\text{kW} \cdot \text{h}$ actiu és de $0{,}18\ \text{€}$.

(a) Rebat amb arguments tècnics l'afirmació del conserge sobre el comptador i el factor de potència: què mesura el comptador d'energia activa i quina magnitud elèctrica es redueix realment en millorar el $\cos \varphi$?

(b) Calcula la potència activa real demandada per cada lluminària fluorescent (tubs més balast) i determina l'estalvi energètic anual total real (en $\text{kW} \cdot \text{h}$) i econòmic del centre després del canvi a LED.

(c) Si cada panell LED costa $25\ \text{€}$ instal·lat, calcula el període d'amortització simple. Prediu què passarà amb la demanda tèrmica de l'edifici a l'hivern i a l'estiu a causa de la reducció de la calor residual dissipada per les lluminàries (efecte d'interacció tèrmica).

Proposa tres accions senzilles per estalviar energia en un habitatge (il·luminació, climatització, ús d'electrodomèstics...) i explica per a cadascuna per què estalvia i quina magnitud es redueix (potència, temps d'ús, pèrdues...).

Una família viu en un pis de $90\ \text{m}^2$ en una zona climàtica freda. El seu consum anual és de $8\,500\ \text{kW} \cdot \text{h}$ en calefacció elèctrica per efecte Joule, $2\,400\ \text{kW} \cdot \text{h}$ en aigua calenta sanitària (termo elèctric) i $2\,800\ \text{kW} \cdot \text{h}$ en electrodomèstics i il·luminació, pagant l'electricitat a $0{,}20\ \text{€}/(\text{kW} \cdot \text{h})$. Disposen d'un pressupost tancat de $3\,000\ \text{€}$ per a reformes immediates i han de triar entre tres intervencions incompatibles per pressupost:

1. Substituir tota la il·luminació per LED i electrodomèstics per classe A (inversió: $2\,200\ \text{€}$; estalvi estimat: $25\ \%$ d'aquesta partida).

2. Aïllar el fals sostre i calaixos de persianes i instal·lar rivets i làmines baixes emissores en finestres (inversió: $1\,800\ \text{€}$; reducció estimada del $20\ \%$ de la demanda tèrmica de calefacció).

3. Canviar el termo elèctric per una bomba de calor aerotèrmica per a ACS (inversió: $2\,400\ \text{€}$; rendiment mitjà estacional $\text{COP} = 3{,}0$).

(a) Calcula l'estalvi energètic anual (en $\text{kW} \cdot \text{h}$) i econòmic (en euros) de cadascuna de les tres opcions.

(b) Determina el període de retorn de la inversió de cada opció i justifica tècnicament quina s'ha d'executar en primer lloc amb el pressupost disponible.

(c) Explica per què actuar sobre la demanda passiva (aïllament tèrmic) se sol considerar tècnicament prioritari enfront de canviar els sistemes actius de generació.

Un ajuntament subvenciona la substitució d'aparells d'aire condicionat antics (rendiment estacional $\text{EER} = 2{,}0$, potència elèctrica mitjana absorbida $1{,}5\ \text{kW}$) per nous equips inverter d'alta eficiència ($\text{EER} = 4{,}0$). S'estimava que cada família utilitzava l'equip antic $200\ \text{h}$ per estiu. Després de la campanya, un estudi de camp revela que el consum mitjà elèctric estival per llar només es va reduir de $300\ \text{kW} \cdot \text{h}$ a $225\ \text{kW} \cdot \text{h}$, molt per sota de l'estalvi previst pels tècnics municipals.

(a) Calcula el consum elèctric que els tècnics havien previst per als nous equips mantenint exactament la mateixa energia tèrmica refrigerada i les mateixes $200\ \text{h}$ de funcionament.

(b) Demostra quantitativament l'existència de l'efecte rebot calculant quantes hores reals de funcionament van tenir els nous equips i quin percentatge de l'estalvi teòric potencial s'ha perdut pel canvi d'hàbits («taxa de rebot»).

(c) Justifica quin factor sociotecnològic o de percepció de l'usuari provoca aquest desviament i proposa dues mesures (una tècnica basada en automatització/domòtica i una altra econòmica) per evitar que el guany d'eficiència es dilueixi.