Tema 3. El consum d'energia a Espanya i al món. Criteris i tècniques d'estalvi energètic. Energies alternatives
1. Guió de desenvolupament
- Introducció i conceptes de balanç.
- Unitats, comptabilitat i indicadors.
- Consum mundial: estructura, tendències i desigualtat.
- Balanç energètic d'Espanya.
- Demanda per sectors i factors explicatius.
- Eficiència, estalvi, gestió i suficiència.
- Edificis i instal·lacions.
- Indústria.
- Transport, serveis i agricultura.
- Gestió de demanda, verificació i economia.
- Energies alternatives i integració.
- Límits, rebot i transició justa.
- Projecció curricular i situació d'aprenentatge.
- Conclusions.
- Problemes resolts, repàs i bibliografia.
Criteri d'ús. Les xifres conjunturals s'han de citar amb any, font i frontera. En una prova de dues hores convé demostrar que es domina el balanç i la decisió energètica, no recitar percentatges. Les dades de 2024 d'aquest tema són una fotografia actualitzable, mentre que les equacions i els criteris expliquen com interpretar-la.
2. Introducció
El consum d'energia no és un fi, sinó el mitjà per obtenir serveis: mobilitat, temperatura, llum, força motriu, informació o transformació de materials. Dues societats amb el mateix consum poden prestar serveis molt diferents, i el mateix servei pot assolir-se amb demandes energètiques molt distintes. Per això l'anàlisi ha de passar de «quanta energia» a «per a què, amb quina font, tecnologia, pèrdua, impacte i distribució».
Durant la industrialització, combustibles fòssils d'alta densitat van permetre augmentar producció i transport. Avui encara tenen un pes central al món, mentre creixen electricitat, renovables i nous usos com refrigeració, mobilitat elèctrica i centres de dades. A Espanya, el transport manté el pes dels productes petrolífers i la dependència exterior; alhora, el sistema elèctric ha incorporat molta generació renovable. La transició exigeix actuar sobre demanda, eficiència, vectors, fonts, xarxes i equitat.
Tres estratègies es complementen:
- suficiència: evitar o reduir serveis i consums que no aporten prou valor;
- eficiència: prestar el mateix servei amb menys energia;
- substitució: canviar tecnologia o font per una cadena de menor impacte.
Substituir una font sense contenir demanda pot mantenir pressions materials i territorials. Reduir demanda sense garantir serveis essencials pot ser injust. La política energètica ha de combinar totes tres.
3. Comptabilitat, unitats i indicadors
3.1. Energia primària, final, útil i servei
Una cadena es pot representar:
recurs primari → transformació → vector final → equip usuari → energia útil → servei
pèrdues pèrdues pèrdues
L'energia primària és la del recurs abans de transformar-lo; la final, la lliurada al consumidor; la útil, la que surt de l'equip; el servei, l'efecte desitjat. Per una cadena amb rendiments \(\eta_i\):
\[ E_u=E_p\prod_i\eta_i. \]
La comptabilitat d'electricitat no combustible requereix una convenció per convertir a energia primària. Eurostat, IEA o balanços nacionals poden aplicar mètodes diferents. Comparar fonts o països exigeix la mateixa metodologia.
Un balanç general en un període és:
\[ Producció+Importacions-Exportacions-Variació\ d'estocs =Consum\ interior+Pèrdues\ i\ ajustos. \]
Un diagrama de Sankey conserva fluxos i fa visibles transformacions, autoconsums, usos no energètics i pèrdues. Un «consum» sense frontera pot significar subministrament primari, consum final, electricitat o demanda d'un sector.
3.2. Unitats
\[ 1\ \mathrm{kWh}=3,6\ \mathrm{MJ}, \qquad 1\ \mathrm{tep}=41,868\ \mathrm{GJ}\simeq11,63\ \mathrm{MWh}. \]
La tona equivalent de petroli és una unitat comptable, no una massa real de qualsevol combustible. Potència es mesura en W; energia, en Wh o J. Un GW de potència instal·lada no equival a un GWh produït. L'energia anual d'una instal·lació es relaciona amb el factor de capacitat:
\[ E=P_n\,8760\,FC. \]
3.3. Intensitat, consum específic i factors de descomposició
La intensitat energètica macroeconòmica és:
\[ I_E=\frac{E}{PIB}. \]
Una reducció pot venir d'eficiència, canvi estructural cap a activitats menys intensives, clima, preus o deslocalització. No prova per si sola millora tecnològica. En processos és més útil el consum específic:
\[ e=\frac{E}{unitat\ física}\quad \text{(kWh/t, kWh/m², MJ/vehicle-km, etc.)}. \]
La identitat de Kaya separa emissions energètiques:
\[ CO_2=Població\cdot\frac{PIB}{Població}\cdot\frac{E}{PIB}\cdot\frac{CO_2}{E}. \]
No és un model causal, però ordena població, activitat, intensitat i carboni. Per analitzar canvis amb més rigor s'usen índexs de descomposició -activitat, estructura i intensitat- evitant atribuir tota variació a eficiència.
3.4. Dependència, electrificació i emissions
La dependència energètica es calcula, segons convenció estadística, a partir d'importacions netes respecte de disponibilitat bruta. La formulació exacta s'ha de prendre de la font. Electrificació és la fracció del consum final coberta per electricitat; no implica descarbonització si no es considera generació, xarxa i rendiment del nou ús.
Les emissions territorials compten on es produeixen; la petjada de consum incorpora comerç. Els factors d'emissió poden ser mitjans o marginals. Per una decisió horària, la generació desplaçada pot ser més informativa que la mitjana anual, però és també més difícil d'estimar.
4. Consum mundial
4.1. Tendències actuals
La IEA, al Global Energy Review 2025, informa que la demanda mundial d'energia va créixer el 2024 més ràpidament que la mitjana recent i que totes les grans fonts van augmentar. La demanda elèctrica va créixer prop del doble que la demanda total, impulsada per temperatures elevades i refrigeració, indústria, electrificació, mobilitat elèctrica i centres de dades. Aquesta observació és de 2024 i no es pot extrapolar automàticament.
L'estructura mundial continua fortament vinculada a petroli, carbó i gas. Les renovables augmenten amb rapidesa, sobretot en generació elèctrica, però el creixement de demanda pot fer que fonts noves s'afegeixin abans de substituir completament les existents. A més, electricitat és només una part del consum final: calor industrial, edificis, transport marítim i aviació i usos químics requereixen estratègies pròpies.
4.2. Usos finals i desigualtat
La indústria usa energia per calor de procés, motors, vapor, forns i matèries primeres. El transport depèn encara molt de derivats del petroli. En edificis dominen climatització, aigua calenta, cuina, il·luminació i equips. El pes varia amb clima, renda, estructura industrial, urbanització i mobilitat.
El consum per habitant presenta grans diferències. Un consum baix pot reflectir clima benigne i eficiència o, contràriament, manca d'accés a serveis moderns. Un consum alt pot respondre a indústria exportadora o a demanda evitable. Els indicadors s'han de llegir amb accés, salut, habitatge, territori i comerç incorporat.
4.3. Motors del creixement
La demanda és, de manera simplificada:
\[ E=Activitat\times Intensitat. \]
Activitat creix amb població, renda, superfície construïda, passatgers-km o producció. Intensitat baixa amb tecnologia, ocupació, forma urbana o canvi estructural. Clima modifica calefacció i refrigeració; preus i polítiques alteren ús i inversió. La digitalització pot optimitzar, però també afegeix dispositius, xarxes i càlcul.
5. Balanç energètic d'Espanya
5.1. Fotografia de 2024
Segons el Balance energético de España 2024 publicat pel MITECO:
- consum d'energia primària: 117.727 ktep, un 2,1% més que el 2023;
- productes petrolífers: 54.784 ktep, el 46,5% del consum primari;
- gas natural: 24.065 ktep;
- renovables: 22.480 ktep, el 19,1%;
- dependència energètica: 68,4%;
- consum d'energia final: 88.860 ktep, inclosos 5.307 ktep d'usos no energètics;
- productes petrolífers finals: 47.911 ktep;
- electricitat final: 19.773 ktep.
Font observada: https://www.miteco.gob.es/content/dam/miteco/es/energia/files-1/balances/Publicaciones/Documents/balance_2024_2/Balance%20energetico%202024_simplificado_v0.pdf
Aquestes xifres comparteixen una font i frontera, però no totes són comparables entre si com a percentatges: energia primària i final pertanyen a nivells diferents. Quan es publiqui un balanç posterior, cal actualitzar text i comparacions, no barrejar anys.
5.2. Trets estructurals
El petroli pesa especialment per mobilitat viària, aviació i usos petroquímics. El gas participa en indústria, edificis i generació flexible. Espanya disposa de bons recursos solar i eòlic i d'una elevada infraestructura elèctrica i gasista, però importa gran part dels combustibles. Reduir dependència requereix estalvi, electrificació eficient, renovables i flexibilitat; importar hidrogen o combustibles renovables canviaria el producte i l'origen, no eliminaria necessàriament dependència.
L'electricitat renovable redueix emissions i combustible al sistema elèctric, però la descarbonització final també exigeix vehicle elèctric, bombes de calor, processos electrificats i vectors per a usos difícils. Xarxa, emmagatzematge, demanda flexible i interconnexió limiten la integració.
5.3. Comparació europea
Eurostat publica consum primari i final de la UE i seguiment dels objectius d'eficiència. En 2024 el consum primari de la UE va disminuir aproximadament un 1% respecte de 2023, segons la nota publicada el desembre de 2025. Les comparacions entre Espanya i UE han de controlar clima, estructura industrial, transport, turisme i frontera estadística. Un percentatge europeu d'un any no substitueix el balanç nacional d'un altre.
6. Eficiència, estalvi, gestió i suficiència
Una millora tècnica es defineix respecte d'un servei i una línia base. Si una caldera passa de rendiment \(\eta_1\) a \(\eta_2\), per calor útil \(Q_u\):
\[ E_1=Q_u/\eta_1,\quad E_2=Q_u/\eta_2,\quad Estalvi=E_1-E_2. \]
No és correcte calcular l'estalvi només restant rendiments. Tampoc s'ha de confondre eficiència d'equip, estacional i de cadena primària.
La gestió sistemàtica segueix mesurar-planificar-actuar-verificar-corregir. ISO 50001 estableix un sistema de gestió; ISO 50006 tracta línies base i indicadors de rendiment. Una línia base ajustada pot ser:
\[ E_{base}=a+b\,Producció+c\,GD_{cal}+d\,GD_{fred}, \]
on graus-dia i producció expliquen variacions. L'estalvi verificat és la diferència entre consum base ajustat i consum mesurat, amb incertesa. Si canvien ús, superfície o producció, comparar factures brutes enganya.
La corba de càrrega permet separar energia i demanda punta. El factor de càrrega és:
\[ FC=\frac{E}{P_{max}T}. \]
Reduir puntes pot alleujar xarxa i potència contractada sense reduir necessàriament energia; traslladar consum pot baixar emissions marginals o cost segons l'hora. Cal indicar quin objectiu es persegueix.
L'avaluació econòmica simple usa retorn \(PB=I/A\), però ignora vida, degradació i tipus d'interès. El valor actual net és:
\[ VAN=-I_0+\sum_{t=1}^{N}\frac{F_t}{(1+r)^t}. \]
S'han d'incloure manteniment, reposició, preus, valor residual i sensibilitat. Una mesura barata no és prioritària només pel retorn curt si estalvia molt poc o bloqueja una rehabilitació millor.
7. Edificis i instal·lacions
7.1. Demanda tèrmica
En règim estacionari, la transmissió per tancaments és:
\[ \dot Q_{tr}=\sum_i U_iA_i(T_i-T_e). \]
La ventilació i infiltració afegeixen:
\[ \dot Q_{vent}=\dot m_{aire}c_p(T_i-T_e). \]
El balanç real inclou inèrcia, radiació solar, ocupants i equips. En períodes llargs, els graus-dia aproximen la severitat climàtica, però la simulació horària és preferible per orientació, ombres i control.
Ordre d'actuació:
- ajustar consignes, horaris i usos evitables;
- millorar envolupant, estanquitat i protecció solar amb ventilació saludable;
- recuperar calor quan cabals i higiene ho permetin;
- millorar generació i distribució;
- electrificar amb bomba de calor eficient;
- cobrir demanda residual amb renovables.
Una bomba de calor estacional es valora amb \(SCOP=Q_{calor}/E_{el}\), no només amb COP nominal. Temperatures d'impulsió baixes, bon dimensionament i control milloren prestació. Sobredimensionar causa cicles i cost.
7.2. Il·luminació i equips
La potència d'il·luminació no determina sola qualitat. Cal servei visual, uniformitat, enlluernament, reproducció cromàtica, llum natural i control. Energia anual:
\[ E=\sum P_i t_i f_{control,i}. \]
LED eficient amb detecció de presència i regulació diürna redueix ús, però augmentar nivells sense necessitat pot anul·lar l'estalvi. En equips, modes repòs, compra per cost del cicle de vida i apagada automàtica actuen sobre càrrega base.
7.3. Aigua calenta i rehabilitació
\[ Q=m c_p(T_{ús}-T_{xarxa}). \]
Reduir cabal, aïllar acumulació i canonades, recuperar calor i ajustar temperatura estalvia, mantenint higiene. Rehabilitar requereix controlar ponts tèrmics, humitat, ventilació i risc de sobreescalfament; canviar finestres sense ventilació prevista pot empitjorar aire interior.
8. Indústria
L'eficiència industrial comença amb balanç per procés, no amb una llista genèrica. Un Sankey de combustible, electricitat, vapor, producte i residus localitza exergia destruïda i calor recuperable.
8.1. Motors, bombes i ventiladors
El cost del motor durant la vida sol estar dominat per electricitat. Cal seleccionar rendiment i potència adequats, mantenir transmissió, alinear i evitar estrangulament. Per màquines centrífugues, a geometria constant:
\[ Q\propto n,\qquad H\propto n^2,\qquad P\propto n^3. \]
Un variador pot estalviar molt davant vàlvula o comporta en càrrega variable, però les lleis d'afinitat no s'apliquen cegament si domina altura estàtica. Harmònics, refrigeració i control també compten.
8.2. Aire comprimit
És un vector car per pèrdues de compressió i fuites. Mesures: eliminar usos inadequats, baixar pressió, reparar fuites, sectoritzar, prendre aire fred i net, controlar compressors i recuperar calor. L'energia útil no es dedueix de potència nominal: cal cabal, pressió i perfil.
8.3. Vapor, forns i integració tèrmica
En vapor: aïllament, purgadors, retorn de condensat, control d'oxigen, economitzador i ajust de combustió. El balanç és:
\[ \dot Q_{procés}=\dot m(h_{entrada}-h_{sortida}). \]
La recuperació de calor ha de respectar temperatura. L'anàlisi pinch identifica mínima aportació externa i xarxa de bescanviadors a partir de corbes compostes. Cal prioritzar ús directe, recuperació interna, bomba de calor i només després conversió a electricitat si la temperatura i escala ho justifiquen.
8.4. Cogeneració i electrificació
Cogenerar és eficient si hi ha demanda tèrmica útil simultània. L'electrificació amb resistència, inducció, arc, microones o bomba de calor depèn de procés. Comparar només rendiment al punt d'ús omet generació; comparar només energia primària pot ometre flexibilitat i descarbonització futura. La frontera ha de ser explícita.
9. Transport, serveis i agricultura
La jerarquia evitar-canviar-millorar ordena mobilitat:
- evitar viatges o distàncies mitjançant proximitat i logística;
- canviar a caminar, bicicleta, transport col·lectiu o ferrocarril;
- millorar ocupació, conducció, vehicle i vector.
Consum específic per passatger-km és:
\[ e_{pkm}=\frac{E}{passatgers\cdot km}. \]
Un vehicle eficient però buit pot ser pitjor per passatger que un de més gran ocupat. En mercaderies s'usa t-km. Vehicle elèctric redueix energia final per eficiència del tren motriu i recuperació, però bateria, generació, punta de recàrrega i xarxa formen part del sistema. Aviació i navegació necessiten eficiència operativa i combustibles de menor impacte, amb disponibilitat limitada.
En serveis públics: LED i regulació en enllumenat, bombament eficient, detecció de fuites d'aigua, digestió de fangs i compra energètica. En agricultura: reg per demanda, pressió mínima, variadors, manteniment, hivernacles i aprofitament de residus. Estalviar aigua pot estalviar energia, i viceversa.
10. Gestió de demanda i verificació
Resposta de demanda modifica càrrega davant preu o senyal de xarxa. Pot ser:
- desplaçament, mateixa energia en una altra hora;
- retallada, reducció real;
- modulació, resposta ràpida amunt o avall;
- substitució, ús d'emmagatzematge o vector alternatiu.
La flexibilitat té restriccions de confort, procés i recuperació posterior. Línia base, telemesura i verificació eviten pagar un estalvi fictici. En un centre:
\[ E_{normalitzada}=\frac{E}{alumne},\quad \frac{E}{m^2} \]
poden ajudar, però cap indicador únic controla horaris, clima i serveis. Un quadre de comandament combina kWh, punta, temperatura, \(CO_2\) interior i ocupació.
11. Energies alternatives i integració
«Alternativa» és un terme relatiu. Avui solar i eòlica són tecnologies principals; convé parlar de renovables, vectors i tecnologies emergents.
- Solar FV: modular i directa, variable diürna; exigeix inversor, xarxa, sòl o coberta i gestió d'ombres.
- Solar tèrmica: adequada per demanda de calor; acumulació i temperatura condicionen rendiment.
- Eòlica: alta productivitat en bon recurs; esteles, xarxa, paisatge i fauna depenen del lloc.
- Hidràulica: regulable amb embassament i útil per bombeig; impacte fluvial i hidrologia limiten.
- Biomassa i biogàs: emmagatzemables, però sostenibilitat depèn d'origen, sòl, emissions i usos alternatius.
- Geotèrmia: d'alta temperatura per calor/electricitat; superficial amb bomba de calor.
- Marina: recurs predictible en marees, amb corrosió i manteniment exigents.
- Hidrogen: vector per indústria, química o emmagatzematge llarg; electròlisi i reconversió acumulen pèrdues.
Integrar renovables exigeix predicció, xarxa, interconnexió, demanda flexible, emmagatzematge i generació gestionable. El curtailment pot ser econòmicament racional si eliminar l'últim MWh requeriria infraestructura desproporcionada. El criteri no és maximitzar una tecnologia, sinó minimitzar impacte i cost del servei amb seguretat.
12. Rebot, límits i transició justa
L'efecte rebot apareix quan baixar el cost d'un servei augmenta el seu ús i recupera part de l'estalvi tècnic. Pot ser directe -més calefacció després d'aïllar-, indirecte -gastar l'estalvi en altres béns- o macroeconòmic. No anul·la tota eficiència per definició; obliga a mesurar resultat i combinar eficiència amb estàndards, preus, informació i suficiència.
Altres límits:
- desplaçament: reduir consum territorial important productes intensius;
- bloqueig: una inversió intermèdia prolonga combustible o impedeix rehabilitació profunda;
- càrrega incorporada: fabricar equips, xarxes i bateries usa energia i materials;
- restricció de recurs: minerals, sòl, aigua, biomassa sostenible i xarxa;
- paradoxa temporal: estalvi anual positiu però punta o emissions en hores crítiques.
La pobresa energètica no es resol demanant menys servei essencial. Cal rehabilitació, equips eficients, protecció social i accés, evitant subvencions indiscriminades que premien més consum. La transició justa tracta ocupació, formació, territori, participació, propietat i repartiment de costos i beneficis.
13. Projecció curricular a Catalunya
El Decret 175/2022, de 27 de setembre, ordena l'educació bàsica. A Tecnologia i Digitalització, aquest tema treballa:
- CE1, cercar i contrastar dades i analitzar sistemes;
- CE2, dissenyar solucions i aplicar sostenibilitat al cicle de vida;
- CE4, representar i comunicar solucions amb vocabulari i mitjans adequats;
- CE7, fer un ús ètic, sostenible i ecosocialment responsable de la tecnologia.
S'hi vinculen el criteri 1.1, que exigeix contrastar fonts i avaluar fiabilitat; el 2.3, sobre sostenibilitat al cicle de vida; el 7.1, sobre aportacions i repercussions; i el 7.3, que valora l'economia circular. El saber literal «Valoració de l'energia com a factor tecnològic clau del desenvolupament sostenible. Eficiència energètica, consum responsable i energies renovables» és el nucli curricular.
El Decret 171/2022, de 20 de setembre, ordena batxillerat. A Tecnologia i Enginyeria I i II, la CE6 centra l'anàlisi dels sistemes tecnològics en generació, ús, consum i eficiència energètica. El tema permet transferir matemàtiques, física, economia i ciències ambientals.
13.1. Situació d'aprenentatge: auditoria energètica del centre
Repte. La direcció disposa de factures i dades de comptadors, però no sap si el consum és excessiu ni quina inversió prioritzar. L'alumnat ha de construir una línia base, detectar usos i proposar un pla verificable.
Dades i ètica. Factures anonimitzades, corbes horàries, superfície, horaris, ocupació, graus-dia i inventari. No es publiquen patrons que revelin presència o seguretat. Els preus i factors d'emissió porten data i font.
Seqüència.
- Convertir unitats i separar energia, potència i cost.
- Fer un Sankey i una corba de càrrega.
- Normalitzar per clima, superfície i ocupació.
- Mesurar il·luminació, temperatures i càrrega base amb instruments segurs.
- Proposar mesures de suficiència, eficiència i renovables.
- Calcular estalvi, punta, emissions, VAN simple i sensibilitat.
- Prioritzar amb matriu multicriteri.
- Definir mesura i verificació posterior.
- Presentar a una comissió i revisar el pla.
Producte. Informe amb línia base, hipòtesis, dades, incertesa, tres escenaris i pla d'acció. Una mesura s'accepta només si manté confort, ventilació, seguretat i accessibilitat.
Avaluació. Quadern de dades, full de càlcul, gràfics, inspecció, informe i defensa. La rúbrica valora fiabilitat de fonts, unitats, model base, càlcul, cicle de vida, justícia, verificabilitat i comunicació. Bastides, glossari, dades multimodals, grups amb rols i alternatives de presentació donen accés divers.
14. Conclusions
El consum energètic és el resultat d'activitat, estructura, clima, tecnologia i comportament. Els balanços d'energia primària i final permeten seguir fluxos, però no expliquen sols els serveis ni la distribució. Espanya, segons el balanç 2024, manté gran pes del petroli i dependència exterior al costat d'una aportació renovable creixent. El món electrifica ràpidament, però encara depèn de combustibles fòssils.
La primera energia que no cal subministrar evita conversió, xarxa i impacte. Això no converteix l'estalvi en privació: suficiència elimina demanda de poc valor; eficiència manté servei amb menys entrada; substitució cobreix la resta amb cadenes millors. Mesurar i verificar és tan important com instal·lar equips.
La transició viable integra edificis, indústria, mobilitat, xarxa i territori. No hi ha energia sense materials ni impacte, ni una xifra única que decideixi. El criteri tècnic consisteix a definir servei i frontera, calcular, contrastar alternatives, fer visibles incerteses i protegir l'accés equitatiu.
15. Problemes resolts
Problema 1. Conversió i balanç en cascada
Una instal·lació consumeix 1.000 MWh de combustible. La caldera rendeix 0,88, la distribució 0,92 i el procés 0,75. Energia útil:
\[ E_u=1000\cdot0,88\cdot0,92\cdot0,75=607,2\ \mathrm{MWh}. \]
Rendiment global: \(60,72\%\). Les pèrdues totals són 392,8 MWh, però per localitzar-les cal balanç per etapa, no repartir-les arbitràriament.
Problema 2. De ktep a TWh
Convertir els 88.860 ktep de consum final espanyol de 2024:
\[ 88.860\ \mathrm{ktep}=88,860\ \mathrm{Mtep}. \]
\[ E=88,860\cdot11,63=1.033,4\ \mathrm{TWh}. \]
La diferència per arrodoniment depèn del factor usat. No s'ha de confondre amb consum elèctric: inclou tots els vectors finals i usos no energètics segons el balanç citat.
Problema 3. Intensitat i descomposició simple
Una economia passa de PIB 200 a 220 unitats i consum 100 a 103 PJ.
\[ I_0=100/200=0,500,\qquad I_1=103/220=0,468\ \mathrm{PJ/unitat}. \]
La intensitat baixa \(6,4\%\), però el consum creix 3%. Si la intensitat inicial s'hagués mantingut:
\[ E_{contrafactual}=220\cdot0,5=110\ \mathrm{PJ}. \]
L'efecte combinat d'intensitat/estructura evita 7 PJ respecte del contrafactual, sense provar que tot sigui eficiència tècnica.
Problema 4. Pèrdua tèrmica d'un edifici
Un edifici té \(\sum UA=4,0\ \mathrm{kW/K}\), cabal d'aire \(\dot m=0,80\ \mathrm{kg/s}\), \(c_p=1,005\ \mathrm{kJ/(kgK)}\), interior 20 °C i exterior 5 °C.
\[ \dot Q_{tr}=4,0\cdot15=60,0\ \mathrm{kW}. \]
\[ \dot Q_{vent}=0,80\cdot1,005\cdot15=12,06\ \mathrm{kW}. \]
Demanda estacionària aproximada: 72,1 kW, abans de guanys solars i interns. No és consum anual ni potència de caldera definitiva.
Problema 5. Substitució per bomba de calor
Calen 120 MWh útils anuals. Una caldera amb rendiment estacional 0,85 consumeix:
\[ E_{gas}=120/0,85=141,2\ \mathrm{MWh}. \]
Una bomba de calor amb SCOP 3,2 consumeix:
\[ E_{el}=120/3,2=37,5\ \mathrm{MWh}. \]
La reducció d'energia final comprada és 103,7 MWh, però emissions i energia primària depenen del gas, electricitat i factors datats.
Problema 6. Motor i variador
Una bomba centrífuga funciona al 80% de velocitat, en un sistema on les lleis d'afinitat són aplicables i l'altura estàtica és negligible:
\[ Q_2/Q_1=0,8, \quad H_2/H_1=0,8^2=0,64, \quad P_2/P_1=0,8^3=0,512. \]
Si consumia 30 kW, el model ideal dona 15,36 kW. L'estalvi real exigeix corba de sistema i rendiments de motor, variador i bomba.
Problema 7. VAN d'una mesura
Inversió de 30.000 €, estalvi net anual 7.000 €, vida 6 anys, taxa 5%, sense residual:
\[ VAN=-30000+7000\frac{1-(1+0,05)^{-6}}{0,05}. \]
El factor és 5,0757; per tant:
\[ VAN=-30000+35530=5.530\ €. \]
És positiu amb aquestes hipòtesis. Cal provar sensibilitat a preu, degradació i estalvi.
Problema 8. Factor de càrrega i bateria
Un centre consumeix 600 MWh/any i registra 200 kW màxims:
\[ FC=\frac{600}{0,2\cdot8760}=0,342=34,2\%. \]
Per retallar 80 kW durant 1,5 h, amb rendiment de descàrrega 0,94 i 10% de reserva:
\[ E_n=\frac{80\cdot1,5}{0,94\cdot0,90}=141,8\ \mathrm{kWh}. \]
Necessita almenys 80 kW de potència i 142 kWh nominals sota les hipòtesis. Retallar punta no implica necessàriament reduir energia anual.
16. Esquema de repàs i autoavaluació
CONSUM = ACTIVITAT × INTENSITAT
│ │
│ ├─ tecnologia i control
│ ├─ estructura i ocupació
│ └─ clima i comportament
├─ serveis essencials
├─ estructura productiva
└─ població, renda i territori
Resposta: suficiència → eficiència → flexibilitat → substitució renovable
mesurar → línia base → actuar → verificar → corregir
Relacions clau:
\[ E_u=E_p\prod\eta_i;\quad I_E=E/PIB;\quad E=P_nTFC. \]
\[ \dot Q_{edifici}=\sum UA\Delta T+\dot m c_p\Delta T-guanys. \]
\[ Q\propto n;\quad H\propto n^2;\quad P\propto n^3. \]
\[ FC=E/(P_{max}T);\quad VAN=-I_0+\sum F_t/(1+r)^t. \]
Qüestions.
- Distingiu energia primària, final, útil i servei amb un exemple.
- Per què els balanços d'electricitat renovable depenen de convenció primària?
- Convertiu Mtep a PJ i TWh, indicant arrodoniment.
- Per què una baixada d'intensitat no prova tota sola eficiència?
- Useu la identitat de Kaya per proposar quatre famílies de mesures.
- Expliqueu els trets del balanç espanyol de 2024 sense barrejar fronteres.
- Distingiu estalvi energètic, retallada de punta i desplaçament.
- Com es normalitza una línia base per clima i producció?
- Ordeneu mesures de rehabilitació i justifiqueu l'ordre.
- Quan són aplicables les lleis d'afinitat de bombes?
- Per què aire comprimit és un vector energètic costós?
- Compareu recuperació directa de calor i producció elèctrica.
- Apliqueu evitar-canviar-millorar a una mobilitat concreta.
- Què és rebot i com es verifica?
- Quins límits té substituir tot consum per renovables sense actuar sobre demanda?
- Quina diferència hi ha entre energia territorial i petjada de consum?
- Com asseguraria una transició justa en la rehabilitació d'un barri?
- Quines dades i evidències fan auditable una auditoria escolar?
Errors que cal evitar.
- confondre kW amb kWh, o energia final amb electricitat;
- donar percentatges sense any, font i frontera;
- sumar energia primària i final;
- considerar que tota reducció d'intensitat és eficiència;
- estimar estalvi restant percentatges de rendiment;
- comparar factures sense clima, activitat ni preus;
- aplicar retorn simple a decisions de vida llarga sense sensibilitat;
- qualificar una font de «neta» sense cicle de vida;
- tractar suficiència com a privació de serveis essencials;
- ignorar efecte rebot, materials, xarxa i distribució social.
17. Bibliografia i fonts de contrast
Manuals universitaris
- Capehart, B. L.; Turner, W. C.; Kennedy, W. J. Guide to Energy Management. CRC Press.
- Thumann, A.; Younger, W. J. Handbook of Energy Audits. CRC Press.
- Dincer, I.; Rosen, M. A. Exergy: Energy, Environment and Sustainable Development. Elsevier.
- Pérez-Lombard, L.; Ortiz, J.; Pout, C. «A review on buildings energy consumption information». Energy and Buildings.
- MacKay, D. J. C. Sustainable Energy - Without the Hot Air. UIT Cambridge.
- Twidell, J.; Weir, T. Renewable Energy Resources. Routledge.
- IPMVP Committee. International Performance Measurement and Verification Protocol: Core Concepts.
Fonts oficials i recursos oberts
- MITECO. Balance energético de España 2024: https://www.miteco.gob.es/content/dam/miteco/es/energia/files-1/balances/Publicaciones/Documents/balance_2024_2/Balance%20energetico%202024_simplificado_v0.pdf
- MITECO. Estadística anual de consumo energético industrial 2024: https://www.miteco.gob.es/content/dam/miteco/es/energia/files-1/balances/Publicaciones/Documents/ind_2024/Estad%C3%ADstica%20Anual%20Consumo%20Energ%C3%A9tico%20Industrial%202024.pdf
- MITECO. Estadística anual de consumo energético residencial 2024: https://www.miteco.gob.es/content/dam/miteco/es/energia/files-1/balances/Publicaciones/Documents/residencial_2024-y-rev/Estad%C3%ADstica%20Anual%20de%20Consumo%20Energ%C3%A9tico%20Residencial%202024.pdf
- IDAE. Estadísticas y balance energético: https://www.idae.es/informacion-y-publicaciones/estudios-informes-y-estadisticas/estadisticas-y-balance-energetico
- IDAE. Indicadores de eficiencia energética: https://www.idae.es/en/information-and-notifications/studies-reports-and-statistics/energy-indicators
- IEA. Global Energy Review 2025: https://www.iea.org/reports/global-energy-review-2025
- IEA. Energy Efficiency 2024: https://www.iea.org/reports/energy-efficiency-2024/executive-summary
- Eurostat. Energy efficiency statistics: https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Energy_efficiency_statistics
- Eurostat. EU primary energy consumption decreased by 1% in 2024: https://ec.europa.eu/eurostat/web/products-eurostat-news/w/ddn-20251215-2
- ISO. ISO 50001:2018 Energy management systems: https://www.iso.org/standard/69426.html
- ISO. ISO 50006:2023 Energy performance indicators and energy baselines: https://www.iso.org/standard/79367.html
- Comissió Europea. Electric motors and ecodesign: https://energy-efficient-products.ec.europa.eu/product-list/electric-motors_en
- XTEC. Tecnologia i Digitalització. Currículum d'ESO: https://xtec.gencat.cat/web/.content/curriculum/eso/curriculum-175-2022/Tecnologia-i-Digitalitzacio.pdf
- XTEC. Tecnologia i Enginyeria. Currículum de batxillerat: https://xtec.gencat.cat/web/.content/curriculum/batxillerat/curriculum-171-2022/materies-de-modalitat/modalitat-ciencies-i-tecnologia/Tecnologia-i-Enginyeria.pdf
Nota de rigor
Les dades de 2024 són conjunturals i s'han d'actualitzar mantenint la mateixa frontera. Preus, factors d'emissió, objectius, rendiments i coeficients de clima no són constants universals. Els valors dels problemes són dades explícites per practicar mètode i unitats.