Los grados día de calefacción ( HDD ) son una medida diseñada para cuantificar la demanda de energía necesaria para calentar un edificio. HDD se deriva de mediciones de la temperatura del aire exterior . Se considera que los requisitos de calefacción de un edificio determinado en una ubicación específica son directamente proporcionales a la cantidad de HDD en esa ubicación.
Las mediciones relacionadas incluyen el grado día de enfriamiento (CDD), que cuantifica la demanda de aire acondicionado .
Los grados día de calefacción se definen en relación con una temperatura base: la temperatura exterior por encima de la cual un edificio no necesita calefacción. Las temperaturas base pueden definirse para un edificio en particular como una función de la temperatura a la que se calienta el edificio, o pueden definirse para un país o región, por ejemplo. En este último caso, pueden existir normas o convenciones de construcción para el umbral de temperatura. Éstas incluyen:
La temperatura base no corresponde necesariamente a la temperatura interna media del edificio, ya que las normas pueden considerar los niveles medios de aislamiento del edificio y las ganancias internas para determinar una temperatura externa promedio a la que se requerirá calefacción. También se utilizan temperaturas base de 16 °C y 19 °C (61, 66 °F). [5] La variación en la elección de la temperatura base implica que los valores de los HDD no siempre se pueden comparar; se debe tener cuidado para garantizar que solo se comparen los HDD con temperaturas base iguales.
Hay varias formas de calcular el HDD: cuanto más detallado sea un registro de datos de temperatura, más preciso será el HDD que se puede calcular. Los HDD a menudo se calculan utilizando métodos de aproximación simples que utilizan lecturas de temperatura diarias en lugar de registros de temperatura más detallados, como lecturas cada media hora, las últimas de las cuales se pueden usar para estimar una integral . Un método de aproximación popular, el utilizado por el Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU., consiste en tomar la temperatura promedio de un día determinado (la media de las temperaturas máxima y mínima) y restarla de la temperatura base. Si el valor es menor o igual a cero, ese día tiene cero HDD. Pero si el valor es positivo, ese número representa la cantidad de HDD de ese día. (Para los grados día de enfriamiento, el proceso funciona a la inversa: la temperatura base se resta del promedio y, si este valor es positivo, ese número representa el CDD). Este método funciona satisfactoriamente si la temperatura del aire exterior no excede la temperatura base. . En climas donde es probable que esto ocurra de vez en cuando, existen mejoras en el cálculo simple que permiten algo de "crédito" para el período del día en que el aire está lo suficientemente caliente como para que la calefacción sea innecesaria. Este algoritmo más preciso permite calcular resultados en climas templados (tanto marítimos como continentales) durante todo el año (no sólo durante una temporada de calefacción definida) y semanalmente y mensualmente.
Se pueden agregar HDD durante períodos de tiempo para proporcionar una estimación aproximada de los requisitos de calefacción estacionales. Durante una temporada de calefacción, por ejemplo, el número de HDD en la ciudad de Nueva York es 5.050, mientras que en Utqiagvik, Alaska, es 19.990. Por lo tanto, se puede decir que, para una casa determinada con estructura y aislamiento similares, se necesitaría alrededor de cuatro veces más energía para calentar la casa en Utqiagvik que en Nueva York. Del mismo modo, una casa similar en Miami , Florida , cuyos grados día de calefacción para la temporada de calefacción son 500, requeriría alrededor de una décima parte de la energía necesaria para calentar la casa en la ciudad de Nueva York. [6]
Sin embargo, se trata de un enfoque teórico, ya que el nivel de aislamiento de un edificio afecta a la demanda de calefacción. Por ejemplo, las temperaturas a menudo caen por debajo de la temperatura base durante la noche (temperatura mínima diaria en variación diurna), pero debido al aislamiento, la calefacción es innecesaria. A finales de primavera y principios de otoño o en invierno, dependiendo del clima, un aislamiento suficiente mantiene la temperatura interior más alta que la temperatura exterior con poca o ninguna calefacción. Por ejemplo, en el sur de California, durante el invierno, la calefacción no es necesaria en Los Ángeles y San Diego si el aislamiento es suficiente para tener en cuenta las temperaturas nocturnas más frías. Además, los edificios incluyen masa térmica como el hormigón, que es capaz de almacenar la energía del sol absorbida durante el día. Por lo tanto, incluso si los grados día de calefacción indican una demanda de calefacción, un aislamiento suficiente de un edificio puede hacer que la calefacción sea innecesaria.
HDD proporciona una métrica sencilla para cuantificar la cantidad de calefacción que necesitan los edificios en una ubicación particular durante un período determinado (por ejemplo, un mes o año en particular). Junto con el valor U promedio de un edificio, proporcionan un medio para estimar aproximadamente la cantidad de energía necesaria para calentar el edificio durante ese período.
Un HDD significa que las condiciones de temperatura fuera del edificio eran equivalentes a estar por debajo de un umbral definido de temperatura de confort dentro del edificio en un grado durante un día. Por tanto, es necesario proporcionar calor al interior del edificio para mantener el confort térmico.
Digamos que nos dan el número de grados día de calefacción D en un año y queremos calcular la energía requerida por un edificio. Sabemos que es necesario proporcionar calor al ritmo al que se pierde en el medio ambiente. Esto se puede calcular como la suma de las pérdidas de calor por grado de cada elemento de la envolvente térmica de los edificios (como ventanas, paredes y techo) o como el valor U promedio del edificio multiplicado por el área de la envolvente térmica. del edificio, o cotizar directamente para todo el edificio. Esto proporciona la tasa de pérdida de calor específica de los edificios, P específica , generalmente expresada en vatios por kelvin (W/K). La energía total en kilovatios hora (kW⋅h) viene dada por:
Como el consumo total de energía se expresa en kilovatios hora y los grados día de calefacción son [no. días×grados] debemos convertir vatios por kelvin en kilovatios hora por grado por día dividiendo por 1000 (para convertir vatios a kilovatios) y multiplicando por 24 horas en un día (1 kW = 1 kW⋅h/h). Dado que un cambio de temperatura de 1 °C y un cambio de 1 K en la temperatura absoluta son iguales, estos se cancelan y no se requiere conversión.
Ejemplo: para un día típico de invierno en la ciudad de Nueva York con una máxima de 40 °F y una mínima de 30 °F, es probable que la temperatura promedio sea de alrededor de 35 °F. Para ese día podemos aproximar el HDD como (65 − 35) = 30. Un mes de treinta días similares podría acumular 900 HDD. Un año (incluidas las temperaturas medias de verano superiores a 70 °F) podría acumular 5000 HDD anuales.
Los cálculos utilizando HDD tienen varios problemas. Los requisitos de calor no son lineales con la temperatura, [7] y los edificios fuertemente aislados tienen un "punto de equilibrio" más bajo . La cantidad de calefacción y refrigeración requerida depende de varios factores además de la temperatura exterior: qué tan bien aislado está un edificio en particular, la cantidad de radiación solar que llega al interior de una casa, la cantidad de aparatos eléctricos en funcionamiento (por ejemplo, las computadoras aumentan la temperatura ambiente), la cantidad de viento afuera y qué temperatura les resulta cómoda a los ocupantes. Otro factor importante es la cantidad de humedad relativa en el interior; Esto es importante para determinar qué tan cómodo se sentirá un individuo. Otras variables como la precipitación, la nubosidad, el índice de calor, el albedo de los edificios y la capa de nieve también pueden alterar la respuesta térmica de un edificio.
Otro problema con los HDD es que se debe tener cuidado si se van a utilizar para comparar climas a nivel internacional, debido a las diferentes temperaturas de referencia utilizadas como estándar en diferentes países y el uso de la escala Fahrenheit en los EE. UU. y la escala Celsius en casi todas partes. demás. Esto se ve agravado aún más por el uso de diferentes métodos de aproximación en diferentes países.
Para convertir °F HDD a °C HDD:
Para convertir °C HDD a °F HDD:
Tenga en cuenta que, debido a que los HDD son relativos a una temperatura base (en lugar de ser relativos a cero), es incorrecto sumar o restar 32 al convertir grados día de Celsius a Fahrenheit o viceversa.
