Exercicis: Arquitectura bioclimàtica i estalvi energètic

Explica què és l'arquitectura bioclimàtica i anomena dues estratègies característiques seves, indicant què aconsegueix cadascuna.

A Espanya, per què interessa orientar les finestres grans d'un habitatge cap al sud? Explica què s'aconsegueix amb això a l'hivern i quin problema pot aparèixer a l'estiu.

La figura mostra la secció d'una casa bioclimàtica, amb un element dels murs marcat amb ?. Indica què és aquest element, quina funció fa i explica per què el sol d'hivern entra per la finestra però el sol d'estiu no.

Anomena tres fonts d'energia renovables i tres de no renovables, i explica amb una frase la diferència fonamental entre tots dos grups.

Explica què és l'aïllament tèrmic d'un edifici i anomena els dos elements d'un habitatge on sol ser més important (teulada, façanes, finestres), justificant la tria.

Què és l'etiqueta energètica dels electrodomèstics? Explica què indica la seva lletra i per què convé mirar-la (i la del consum anual) abans de comprar.

Explica per què una finestra de doble vidre aïlla millor que una de senzilla: quin paper juga la cambra d'aire entre els dos vidres.

Anomena tres hàbits d'estalvi energètic a casa, estima quin d'ells estalvia més energia al cap de l'any i justifica la teva estimació.

Una aula pateix molta calor a les tardes durant el mes de juny. Proposa tres solucions bioclimàtiques (sense aire condicionat), ordena-les de menor a major cost i explica com actua cadascuna.

Explica què és l'aïllament tèrmic d'un edifici i raona el sentit de la frase «l'aïllament és la primera calefacció», relacionant-ho amb la demanda d'energia.

Explica què és la ventilació creuada, com s'aconsegueix en un habitatge i per què refresca sense gastar electricitat.

Un pis s'escalfa molt a l'estiu per una finestra orientada a l'oest que rep el sol de la tarda. Proposa tres solucions (tombader exterior, persiana, làmina reflectant interior) i analitza el cost i l'eficàcia de cadascuna, explicant per què la protecció exterior funciona millor.

Una bombeta LED de $9\ \text{W}$ substitueix una incandescent de $60\ \text{W}$ que feia la mateixa llum. Si està encesa 4 hores al dia, calcula quanta energia, en $\text{kWh}$, s'estalvia en un any (365 dies).

Explica què és la «inèrcia tèrmica» dels murs gruixuts i com l'aprofiten les cases tradicionals del sud d'Espanya per estar fresques de dia i temperades de nit.

Una aula orientada al nord no rep sol directe en tot l'any. És una mala orientació? Matisa la resposta: quin avantatge té per a la llum natural sense escalfament, quins usos l'agraeixen i quina estratègia d'aïllament demana a l'hivern.

Dissenya un experiment escolar per comparar el poder aïllant de tres materials (suro, llana i poliestirè): muntatge amb caixes iguals i aigua calenta o gel, quina variable es mesura i com garantir que la comparació és justa.

Un habitatge gasta $1.200\ \text{kWh}$ a l'any en calefacció elèctrica (a $0,20\ \text{€/kWh}$). Una empresa els assegura: «Si invertiu $1.800\ \text{€}$ a aïllar la façana, reduireu un $40\ \%$ el consum i amortitzareu l'obra en uns $5$ anys, perquè l'energia no para de pujar».\na) Calcula l'estalvi econòmic anual amb la tarifa actual i determina quants anys trigaria en realitat a amortitzar-se la inversió sense apujada de preus.\nb) Rebat amb dades l'afirmació dels 5 anys: a quin preu mitjà s'hauria de pagar el kWh durant aquest període per amortitzar els $1.800\ \text{€}$ en només 5 anys? És una previsió realista?\nc) Justifica tècnicament si recomanaries escometre primer aquesta obra o si convindria prioritzar mesures de baix cost (com el segellament d'infiltracions en finestres o termòstats programables), atenent a la relació cost-benefici.

Un edifici d'oficines a Madrid té les quatre façanes completament envidrades amb mur cortina convencional. L'empresa propietària proposa col·locar làmines solars tintades idèntiques a tots els vidres de l'edifici per solucionar la calor a l'estiu.\na) Rebat per què aplicar una solució idèntica a les quatre façanes és un error de disseny bioclimàtic, analitzant la radiació solar i les necessitats tèrmiques i lumíniques a la façana nord enfront de la façana sud.\nb) Dissenya una proposta de rehabilitació bioclimàtica passiva diferenciada: indica quin tipus de proteccions solars (horitzontals o verticals) instal·laries a la façana sud i a les façanes est i oest considerant l'alçada solar, i quina intervenció tèrmica o d'envidrament prioritzaries a la façana nord. Justifica cada decisió.

Dissenya l'estratègia bioclimàtica d'una aula nova a la teva localitat: orientació de les finestres, ràfecs o tendals, aïllament i ventilació. Justifica cada decisió segons el clima de la teva zona.

Una comunitat de veïns gasta $4.000\ \text{€}$ a l'any en calefacció central i valora dues inversions: aïllar la façana ($12.000\ \text{€}$, estalvia un $30\ \%$) o canviar la caldera ($8.000\ \text{€}$, estalvia un $15\ \%$). Calcula l'estalvi anual i els anys d'amortització de cada opció i fes una recomanació amb matisos.

Dissenya l'estratègia bioclimàtica d'una biblioteca pública a Sevilla, amb estius molt calorosos: orientació, protecció solar de les façanes, ventilació i materials. Justifica cada decisió amb el clima.

Un centre educatiu substitueix $100$ lluminàries fluorescents de $60\ \text{W}$ (que funcionaven $6\ \text{h/dia}$) per panells LED de $20\ \text{W}$. Es projectava un estalvi energètic del $66,7\ \%$. Tanmateix, després de la reforma, el consum elèctric d'il·luminació només es va reduir un $33,3\ \%$ perquè el personal, en percebre que «els LED no gasten res», deixa els llums encesos una mitjana de $12\ \text{h/dia}$.\na) Calcula el consum diari original en $\text{kWh}$, el previst després d'instal·lar els LED i el consum real resultant. Quin percentatge de l'estalvi teòric s'ha perdut?\nb) Explica a partir d'aquestes dades què és l'«efecte rebot» (o paradoxa de Jevons) i com distorsiona les previsions d'eficiència energètica.\nc) Dissenya dues mesures tècniques automatitzades (sensors, temporitzadors o sistemes de control) que evitin aquest efecte rebot sense dependre de la voluntat o conducta dels usuaris.

En un fòrum sobre sostenibilitat, un usuari afirma: «Una bomba de calor amb un $\text{COP} = 4$ genera $4\ \text{kWh}$ de calor per cada $1\ \text{kWh}$ d'electricitat consumida. Això viola el principi de conservació de l'energia, ja que suposa un rendiment del $400\ \%$, la qual cosa és físicament impossible».\na) Rebat tècnicament aquesta afirmació: explica d'on procedeix l'energia restant i per què transferir calor no és el mateix que generar-lo per efecte Joule.\nb) Si un habitatge unifamiliar necessita $7.000\ \text{kWh}$ tèrmics a l'any per a calefacció, calcula el consum elèctric i la factura anual (a $0,20\ \text{€/kWh}$) emprant radiadors elèctrics enfront d'una bomba de calor amb $\text{SCOP} = 3,5$.\nc) Prediu què passarà amb el $\text{COP}$ instantani i amb la potència consumida per la bomba de calor durant una onada de fred en què la temperatura exterior baixi de $10\ ^\circ\text{C}$ a $-5\ ^\circ\text{C}$. Justifica la teva predicció.

Un habitatge contemporani construït en una zona de clima mediterrani sec compta amb grans finestrals a l'oest sense protecció i tancaments d'envans lleugers. A l'estiu, l'interior resulta inhabitable a partir de les 16:00 i els equips d'aire condicionat han de funcionar al màxim de manera contínua.\na) Identifica els dos errors físics principals d'aquest disseny respecte a la radiació vespertina i a la inèrcia tèrmica dels tancaments.\nb) Dissenya una proposta de rehabilitació inspirada en dues solucions de l'arquitectura vernacla tradicional (com patis interiors ombrejats, gelosies o murs de gran gruix com el tàpia). Explica per a cadascuna el principi físic passiu que aprofita (refredament evaporatiu, interceptació de la radiació amb ventilació o desfasament i esmorteïment de l'ona tèrmica).