Ejercicios: Arquitectura bioclimática y ahorro energético

Explica qué es la arquitectura bioclimática y nombra dos estrategias características suyas, indicando qué consigue cada una.

En México, ¿por qué interesa orientar las ventanas grandes de una vivienda hacia el sur? Explica qué se consigue con ello en invierno y qué problema puede aparecer en verano.

La figura muestra la sección de una casa bioclimática, con un elemento de los muros marcado con ?. Indica qué es ese elemento, qué función cumple y explica por qué el sol de invierno entra por la ventana pero el sol de verano no.

Nombra tres fuentes de energía renovables y tres no renovables, y explica con una frase la diferencia fundamental entre ambos grupos.

Explica qué es el aislamiento térmico de un edificio y nombra los dos elementos de una vivienda donde suele ser más importante (tejado, fachadas, ventanas), justificando la elección.

¿Qué es la etiqueta energética de los electrodomésticos? Explica qué indica su letra y por qué conviene mirarla (y la del consumo anual) antes de comprar.

Explica por qué una ventana de doble acristalamiento aísla mejor que una sencilla: qué papel juega la cámara de aire entre los dos vidrios.

Nombra tres hábitos de ahorro energético en casa, estima cuál de ellos ahorra más energía al cabo del año y justifica tu estimación.

Un aula sufre mucho calor por las tardes durante el mes de junio. Propón tres soluciones bioclimáticas (sin aire acondicionado), ordénalas de menor a mayor costo y explica cómo actúa cada una.

Explica qué es el aislamiento térmico de un edificio y razona el sentido de la frase «el aislamiento es la primera calefacción», relacionándolo con la demanda de energía.

Explica qué es la ventilación cruzada, cómo se consigue en una vivienda y por qué refresca sin gastar electricidad.

Un departamento se calienta mucho en verano por una ventana orientada al oeste que recibe el sol de la tarde. Propón tres soluciones (toldo exterior, persiana, lámina reflectante interior) y analiza el costo y la eficacia de cada una, explicando por qué la protección exterior funciona mejor.

Una bombilla LED de $9\ \text{W}$ sustituye a una incandescente de $60\ \text{W}$ que daba la misma luz. Si está encendida 4 horas al día, calcula cuánta energía, en $\text{kWh}$, se ahorra en un año (365 días).

Explica qué es la «inercia térmica» de los muros gruesos y cómo la aprovechan las casas tradicionales del norte de México para estar frescas de día y templadas de noche.

Un aula orientada al norte no recibe sol directo en todo el año. ¿Es una mala orientación? Matiza la respuesta: qué ventaja tiene para la luz natural sin calentamiento, qué usos la agradecen y qué estrategia de aislamiento pide en invierno.

Diseña un experimento escolar para comparar el poder aislante de tres materiales (corcho, lana y poliestireno): montaje con cajas iguales y agua caliente o hielo, qué variable se mide y cómo garantizar que la comparación es justa.

Una vivienda gasta $1,200\ \text{kWh}$ al año en calefacción eléctrica (a $0.20\ \text{\$/kWh}$). Una empresa les asegura: «Si invertís $\$1,800$ en aislar la fachada, reduciréis un $40\ \%$ el consumo y amortizaréis la obra en unos $5$ años, porque la energía no para de subir».\na) Calcula el ahorro económico anual con la tarifa actual y determina cuántos años tardaría en realidad en amortizarse la inversión sin subida de precios.\nb) Rebate con datos la afirmación de los 5 años: ¿a qué precio medio tendría que pagarse el kWh durante ese periodo para amortizar los $\$1,800$ en solo 5 años? ¿Es una previsión realista?\nc) Justifica técnicamente si recomendarías acometer primero esta obra o si convendría priorizar medidas de bajo coste (como sellado de infiltraciones en ventanas o termostatos programables), atendiendo a la relación coste-beneficio.

Un edificio de oficinas en Madrid tiene sus cuatro fachadas completamente acristaladas con muro cortina convencional. La empresa propietaria propone colocar láminas solares tintadas idénticas en todos los cristales del edificio para solucionar el calor en verano.\na) Rebate por qué aplicar una solución idéntica en las cuatro fachadas es un error de diseño bioclimático, analizando la radiación solar y las necesidades térmicas y lumínicas en la fachada norte frente a la fachada sur.\nb) Diseña una propuesta de rehabilitación bioclimática pasiva diferenciada: indica qué tipo de protecciones solares (horizontales o verticales) instalarías en la fachada sur y en las fachadas este y oeste considerando la altura solar, y qué intervención térmica o de acristalamiento priorizarías en la fachada norte. Justifica cada decisión.

Diseña la estrategia bioclimática de un aula nueva en tu localidad: orientación de las ventanas, aleros o toldos, aislamiento y ventilación. Justifica cada decisión según el clima de tu zona.

Una comunidad de vecinos gasta $\$80\,000$ al año en calefacción central y valora dos inversiones: aislar la fachada ($\$240\,000$, ahorra un $30\ \%$) o cambiar la caldera ($\$160\,000$, ahorra un $15\ \%$). Calcula el ahorro anual y los años de amortización de cada opción y haz una recomendación con matices.

Diseña la estrategia bioclimática de una biblioteca pública en Hermosillo, con veranos muy calurosos: orientación, protección solar de las fachadas, ventilación y materiales. Justifica cada decisión con el clima.

Un centro educativo sustituye $100$ luminarias fluorescentes de $60\ \text{W}$ (que funcionaban $6\ \text{h/día}$) por paneles LED de $20\ \text{W}$. Se proyectaba un ahorro energético del $66.7\ \%$. Sin embargo, tras la reforma, el consumo eléctrico de iluminación solo se redujo un $33.3\ \%$ porque el personal, al percibir que «los LED no gastan nada», deja las luces encendidas una media de $12\ \text{h/día}$.\na) Calcula el consumo diario original en $\text{kWh}$, el previsto tras instalar los LED y el consumo real resultante. ¿Qué porcentaje del ahorro teórico se ha perdido?\nb) Explica a partir de estos datos qué es el «efecto rebote» (o paradoja de Jevons) y cómo distorsiona las previsiones de eficiencia energética.\nc) Diseña dos medidas técnicas automatizadas (sensores, temporizadores o sistemas de control) que eviten este efecto rebote sin depender de la voluntad o conducta de los usuarios.

En un foro sobre sostenibilidad, un usuario afirma: «Una bomba de calor con un $\text{COP} = 4$ genera $4\ \text{kWh}$ de calor por cada $1\ \text{kWh}$ de electricidad consumida. Esto viola el principio de conservación de la energía, ya que supone un rendimiento del $400\ \%$, lo cual es físicamente imposible».\na) Rebate técnicamente esta afirmación: explica de dónde procede la energía restante y por qué transferir calor no es lo mismo que generarlo por efecto Joule.\nb) Si una vivienda unifamiliar necesita $7,000\ \text{kWh}$ térmicos al año para calefacción, calcula el consumo eléctrico y la factura anual (a $0.20\ \text{\$/kWh}$) empleando radiadores eléctricos frente a una bomba de calor con $\text{SCOP} = 3.5$.\nc) Predice qué ocurrirá con el $\text{COP}$ instantáneo y con la potencia consumida por la bomba de calor durante una ola de frío en la que la temperatura exterior baje de $10\ ^\circ\text{C}$ a $-5\ ^\circ\text{C}$. Justifica tu predicción.

Una vivienda contemporánea construida en una zona de clima mediterráneo seco cuenta con grandes ventanales al oeste sin protección y cerramientos de tabiquería ligera. En verano, el interior resulta inhabitable a partir de las 16:00 y los equipos de aire acondicionado deben funcionar al máximo de forma continua.\na) Identifica los dos errores físicos principales de este diseño con respecto a la radiación vespertina y a la inercia térmica de los cerramientos.\nb) Diseña una propuesta de rehabilitación inspirada en dos soluciones de la arquitectura vernácula tradicional (como patios interiores sombreados, celosías o muros de gran espesor como el tapial). Explica para cada una el principio físico pasivo que aprovecha (enfriamiento evaporativo, interceptación de la radiación con ventilación o desfase y amortiguamiento de la onda térmica).