El grado-día de calefacción ( HDD ) es una medida diseñada para cuantificar la demanda de energía necesaria para calentar un edificio. El HDD se deriva de mediciones de la temperatura del aire exterior . Los requisitos de calefacción para un edificio determinado en una ubicación específica se consideran 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, es decir, 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 una región, por ejemplo. En este último caso, pueden existir normas o convenciones de construcción para el umbral de temperatura. Entre ellas se incluyen:
La temperatura base no necesariamente corresponde 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). [6] La variación en la elección de la temperatura base implica que los valores de HDD no siempre se pueden comparar; se debe tener cuidado para garantizar que solo se comparen HDD con temperaturas base iguales.
Hay varias formas de calcular la HDD: cuanto más detallado sea el registro de datos de temperatura, más preciso será el HDD que se pueda calcular. La HDD se calcula a menudo 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 utilizar para estimar una integral . Un método de aproximación popular, que utiliza el Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU., es tomar la temperatura promedio en un día determinado (la media de la temperatura 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 el número de HDD en ese día. (Para los días de grado 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 los climas en los que es probable que esto ocurra de vez en cuando, existen mejoras en el cálculo simple que permiten obtener cierto "crédito" para el período del día en el que el aire está lo suficientemente cálido como para que la calefacción sea innecesaria. Este algoritmo más preciso permite calcular los resultados en climas templados (tanto marítimos como continentales) durante todo el año (no solo durante una temporada de calefacción definida) y de forma semanal y mensual.
Se pueden sumar los grados-día de calefacción a lo largo de períodos de tiempo para proporcionar una estimación aproximada de los requisitos de calefacción estacionales. En el transcurso de una temporada de calefacción, por ejemplo, el número de grados-día de calefacción para la ciudad de Nueva York es de 5.050, mientras que el de Utqiagvik, Alaska, es de 19.990. Por lo tanto, se puede decir que, para una vivienda dada de estructura y aislamiento similares, se necesitaría alrededor de cuatro veces la energía para calentar la vivienda en Utqiagvik que en Nueva York. Del mismo modo, una vivienda 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. [7]
Sin embargo, este es un enfoque teórico, ya que el nivel de aislamiento de un edificio afecta 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 no es necesaria la calefacción 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.
El HDD proporciona una métrica sencilla para cuantificar la cantidad de calefacción que necesitan los edificios de una ubicación determinada durante un período determinado (por ejemplo, un mes o un año en particular). Junto con el valor U promedio de un edificio, proporciona 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 en el exterior del edificio fueron equivalentes a estar un grado por debajo de una temperatura de confort umbral definida en el interior del edificio durante un día. Por lo tanto, se debe proporcionar calefacción en el 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 que necesita un edificio. Sabemos que el calor debe proporcionarse al ritmo al que se pierde hacia el medio ambiente. Esto se puede calcular como la suma de las pérdidas de calor por grado de cada elemento de la envoltura térmica del edificio (como ventanas, paredes y techo) o como el valor U promedio del edificio multiplicado por el área de la envoltura térmica del edificio, o se puede citar directamente para todo el edificio. Esto da la tasa de pérdida de calor específica del edificio P specific , generalmente expresada en vatios por kelvin (W/K). La energía total en kilovatios hora (kW⋅h) se expresa entonces mediante:
Como el consumo total de energía se expresa en kilovatios hora y los grados-día de calefacción son [número de días × grados], debemos convertir los 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). Como un cambio de temperatura de 1 °C y un cambio de 1 K en la temperatura absoluta son lo mismo, estos se cancelan y no se requiere conversión.
Ejemplo: para un día típico de invierno en la ciudad de Nueva York con una temperatura máxima de 40 °F y una mínima de 30 °F, es probable que la temperatura promedio sea de alrededor de 35 °F. Para un día así, podemos aproximar el HDD como (65 − 35) = 30. Un mes de treinta días similares podría acumular 900 HDD. Un año (incluyendo temperaturas promedio de verano superiores a 70 °F) podría acumular 5000 HDD anuales.
Los cálculos que utilizan HDD presentan varios problemas. Los requisitos de calor no son lineales con la temperatura [8] y los edificios muy aislados tienen un "punto de equilibrio" más bajo . La cantidad de calefacción y refrigeración necesaria 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 electrodomésticos en funcionamiento (por ejemplo, las computadoras aumentan la temperatura circundante), la cantidad de viento en el exterior y la temperatura a la que los ocupantes se sienten cómodos. Otro factor importante es la cantidad de humedad relativa en el interior; esto es importante para determinar qué tan cómodo estará un individuo. Otras variables como la precipitación, la cobertura de nubes, el índice de calor, el albedo del edificio y la cobertura de nieve también pueden alterar la respuesta térmica de un edificio.
Otro problema con los HDD es que hay que tener cuidado si se utilizan para comparar climas a nivel internacional, debido a las diferentes temperaturas de referencia que se utilizan como estándar en los distintos países y al uso de la escala Fahrenheit en los EE. UU. y la escala Celsius en casi todos los demás lugares. Esto se agrava aún más por el uso de diferentes métodos de aproximación en los distintos países.
Para convertir HDD en °F a °C:
Para convertir un HDD en °C a °F:
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.
