Grados de calefacción por día

El grado día de calefacción ( HDD ) es una medida diseñada para cuantificar la demanda de energía necesaria para calentar un edificio. El HDD se obtiene a partir de mediciones de la temperatura del aire exterior . Se considera que los requerimientos promedio estimados de energía para calefacción de un edificio en una ubicación específica son directamente proporcionales al número de HDD en dicha ubicación.

Entre las mediciones relacionadas se incluye el grado día de refrigeración (CDD), que cuantifica la demanda de energía para el 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 en función de la temperatura a la que se calienta, o bien para un país o región, por ejemplo. En este último caso, pueden existir normas o convenciones de construcción para el umbral de temperatura. Estas 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 media a la que se requerirá calefacción. También se utilizan temperaturas base de 16  °C y 19  °C (61 y 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 de asegurar que solo se comparen HDD con temperaturas base iguales. 

Existen varias formas de calcular los grados día de refrigeración (HDD): cuanto más detallado sea el registro de datos de temperatura, más preciso será el cálculo. Los HDD se suelen calcular mediante métodos de aproximación sencillos que utilizan lecturas diarias de temperatura en lugar de registros más detallados, como las lecturas cada media hora, que pueden utilizarse para estimar una integral . Un método de aproximación popular, utilizado por el Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU., consiste en tomar la temperatura media de un día determinado (la media de la temperatura máxima y mínima) y restarla de la temperatura base. Si el resultado es menor o igual a cero, ese día tiene cero HDD. Si el resultado es positivo, ese número representa la cantidad de HDD en ese día. (Para los grados día de refrigeración, el proceso funciona a la inversa: se resta la temperatura base de la media, y si este valor es positivo, ese número representa los grados día de refrigeración). Este método funciona satisfactoriamente si la temperatura del aire exterior no supera la temperatura base. En climas donde esto es probable que ocurra de vez en cuando, se han introducido mejoras en el cálculo simple que permiten considerar el período del día en que la temperatura del aire es lo suficientemente cálida como para que no sea necesaria la calefacción. 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 con una periodicidad semanal y mensual.

Los grados día de calefacción (HDD) se pueden sumar a lo largo del tiempo para obtener una estimación aproximada de las necesidades de calefacción estacionales. Por ejemplo, durante una temporada de calefacción, el número de HDD para la ciudad de Nueva York es de 5050, mientras que para Utqiagvik, Alaska, es de 19 990. Por lo tanto, se puede afirmar que, para una vivienda con una estructura y aislamiento similares, se requeriría aproximadamente cuatro veces más energía para calentarla en Utqiagvik que en Nueva York. Del mismo modo, una vivienda similar en Miami , Florida , cuyos grados día de calefacción para la temporada son 500, requeriría aproximadamente una décima parte de la energía necesaria para calentar una 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 suelen descender por debajo de la temperatura base durante la noche (temperatura mínima diaria en la variación diurna), pero gracias al aislamiento, la calefacción resulta innecesaria. A finales de primavera y principios de otoño, o en invierno según el clima, un aislamiento adecuado mantiene la temperatura interior por encima de la 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 compensar las bajas temperaturas nocturnas. Además, los edificios incluyen masa térmica , como el hormigón, capaz de almacenar la energía solar absorbida durante el día. Por lo tanto, incluso si los grados-día de calefacción indican una demanda de calefacción, un aislamiento adecuado 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 en una ubicación determinada durante un período específico (por ejemplo, un mes o un año). Junto con el valor U promedio de un edificio, permite estimar de forma aproximada la cantidad de energía necesaria para calentarlo durante ese período.

Un HDD significa que las condiciones de temperatura exterior del edificio equivalían a estar un grado por debajo de un umbral de temperatura de confort definido en el interior del edificio durante un día. Por lo tanto, es necesario suministrar calefacción en el interior del edificio para mantener el confort térmico .

Supongamos que conocemos el número de grados-día de calefacción D en un año y deseamos calcular la energía que requiere un edificio. Sabemos que el calor debe suministrarse al mismo ritmo que se pierde en el ambiente. Esto se puede calcular como la suma de las pérdidas de calor por grado de cada elemento de la envolvente térmica del edificio (como ventanas, paredes y techo), o como el valor U promedio del edificio multiplicado por el área de la envolvente térmica, o bien, directamente para todo el edificio. Esto nos da la tasa de pérdida de calor específica del edificio , P _específica , generalmente expresada en vatios por kelvin (W/K). La energía total en kilovatios-hora (kW·h) se calcula entonces mediante la siguiente fórmula:

${\displaystyle Q=P_{\text{específico}}\times 24\times {\frac {D}{1000}}\;}$[kW⋅h]

Como el consumo total de energía se expresa en kilovatios-hora y los grados-día de calefacción se calculan como [número de días × grados], debemos convertir los vatios por kelvin a kilovatios-hora por grado al día dividiendo entre 1000 (para convertir vatios a kilovatios) y multiplicando por 24 horas al día (1  kW = 1  kW·h/h). Dado que un cambio de temperatura de 1  °C y un cambio de temperatura absoluta de 1  K son equivalentes, estos se cancelan y no se requiere ninguna conversión.

Ejemplo: En un día típico de invierno en la ciudad de Nueva York, con una temperatura máxima de 40  °F y una mínima de 30  °F, la temperatura promedio probablemente ronde los 35  °F. Para un día así, podemos aproximar los 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 tienen varios problemas. Los requerimientos de calor no son lineales con la temperatura, ^{[ 8 ]} y los edificios con mucho aislamiento 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 a una casa, la cantidad de electrodomésticos en funcionamiento (por ejemplo, las computadoras aumentan su temperatura ambiente), la cantidad de viento exterior y la temperatura que los ocupantes consideran cómoda. Otro factor importante es la cantidad de humedad relativa en el interior; esto es importante para determinar qué tan cómodo será una persona. Otras variables como la precipitación, la nubosidad, el índice de calor , el albedo del edificio y la capa de nieve también pueden alterar la respuesta térmica de un edificio.

Otro problema con los grados-día de calefacción (HDD) es que se debe tener cuidado al usarlos para comparar climas a nivel internacional, debido a las diferentes temperaturas de referencia utilizadas como estándar en distintos países y al uso de la escala Fahrenheit en Estados Unidos y la escala Celsius en casi todos los demás lugares. Esto se complica aún más por el uso de diferentes métodos de aproximación en distintos países.

Para convertir °F HDD a °C HDD:

${\displaystyle ^{\circ }C\,{\mathit {HDD}}={\frac {5}{9}}\times \,^{\circ }F\,{\mathit {HDD}}}$

Para convertir °C HDD a °F HDD:

${\displaystyle ^{\circ }F\,{\mathit {HDD}}={\frac {9}{5}}\times \,^{\circ }C\,{\mathit {HDD}}}$

Tenga en cuenta que, dado que los grados día (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.

• Día del Grado
• Calefacción, ventilación y aire acondicionado
• Temperatura del aire solar
• Derivado del clima

Fuentes de datos de discos duros gratuitos

• Degree Days.net (en todo el mundo): grados día (HDD) y grados día (CDD) diarios/semanales/mensuales para ubicaciones en todo el mundo, en grados Celsius o Fahrenheit.
• Energy Data GmbH (internacional) – Datos diarios/semanales/mensuales de HDD y CDD para ubicaciones en todo el mundo, en grados Celsius o Fahrenheit a través de una aplicación web o API.
• ECI Oxford (solo Reino Unido): datos diarios/semanales/mensuales de HDD y CDD para más de 200 estaciones del Reino Unido, en grados Celsius.
• WeatherDataDepot (solo para EE. UU. y Canadá): grados día y noche mensuales, en grados Celsius o Fahrenheit.
• Información y uso de grados-día de The Carbon Trust (Reino Unido) para la gestión energética.
• Datos diarios/mensuales/totales de HDD y CDD de Weatherbit API (a nivel mundial) para ubicaciones en todo el mundo, entregados a través de API, en grados Celsius o Fahrenheit.

Información

• Artículo de Google Knol sobre los grados día.
• Cálculo de grados-día utilizando el método de la Met Office
• CIBSE TM41: Grados académicos: Teoría y aplicación (documento exhaustivo que abarca los métodos de cálculo y usos de los grados académicos; requiere registro gratuito).
• Ejemplos de cálculos de grados día de calefacción