Grau de aquecimento por dia - Heating degree day

Mapa do Dia do Grau de Aquecimento dos Estados Unidos, 1961-1990
Mapa do Dia do Grau de Resfriamento dos Estados Unidos, 1961-1990

Graus-dia de aquecimento ( HDD ) é uma medida projetada para quantificar a demanda de energia necessária para aquecer um edifício. O HDD é derivado de medições da temperatura do ar externo . Os requisitos de aquecimento para um determinado edifício em um local específico são considerados diretamente proporcionais ao número de HDD naquele local.

As medições relacionadas incluem o grau de resfriamento por dia (CDD), que quantifica a demanda por ar condicionado .

Definição

Os graus-dias de aquecimento são definidos em relação a uma temperatura de base - a temperatura externa acima da qual um edifício não precisa de aquecimento. As temperaturas básicas podem ser definidas para um determinado edifício em função da temperatura a que o edifício é aquecido, ou podem ser definidas para um país ou região, por exemplo. No último caso, podem existir padrões ou convenções de construção para o limite de temperatura. Esses incluem:

País / Região Temperatura Base (° C) Temperatura Base (° F)
União Européia 15,5 59,9
Dinamarca , 17 62,6
Finlândia 17 62,6
Suíça 12 53,6
Estados Unidos 18,3 65

A temperatura de base não corresponde necessariamente à temperatura interna média do edifício, pois os padrões podem considerar os níveis de isolamento médio do edifício e ganhos internos para determinar uma temperatura externa média na qual o aquecimento será necessário. As temperaturas de base de 16 ° C e 19 ° C (61, 66 ° F) também são usadas. A variação na escolha da temperatura de base implica que os valores de HDD nem sempre podem ser comparados - deve-se ter cuidado para garantir que apenas HDDs com temperaturas de base iguais sejam comparados.

Existem várias maneiras de calcular o HDD: quanto mais detalhado for o registro dos dados de temperatura, mais preciso será o HDD que pode ser calculado. O HDD é frequentemente calculado usando métodos de aproximação simples que usam leituras de temperatura diárias em vez de registros de temperatura mais detalhados, como leituras de meia hora, a última das quais pode ser usada para estimar uma integral . Um método de aproximação popular, usado pelo US National Weather Service, é tirar a temperatura média em qualquer dia (a média da alta e da baixa temperatura) e subtraí-la da temperatura base. Se o valor for menor ou igual a zero, esse dia terá zero HDD. Mas se o valor for positivo, esse número representa o número de HDD naquele dia. (Para graus-dia de resfriamento, o processo funciona ao contrário: a temperatura base é subtraída da média e, se esse valor for positivo, esse número representa o CDD.) Este método funciona satisfatoriamente se a temperatura do ar externo não exceder a temperatura base . Em climas onde é provável que isso ocorra de vez em quando, há refinamentos no cálculo simples que permitem algum 'crédito' pelo período do dia em que o ar está quente o suficiente para que o aquecimento seja desnecessário. Este algoritmo mais preciso permite que os resultados sejam calculados em climas temperados (marítimos e continentais) ao longo do ano (não apenas durante uma estação de aquecimento definida) e semanalmente, bem como mensalmente.

O HDD pode ser adicionado ao longo de períodos de tempo para fornecer uma estimativa aproximada dos requisitos de aquecimento sazonais. No decorrer de uma estação de aquecimento, por exemplo, o número de HDD para a cidade de Nova York é 5.050, enquanto o de Barrow, no Alasca, é 19.990. Assim, pode-se dizer que, para uma determinada casa de estrutura e isolamento semelhantes, cerca de quatro vezes mais energia seria necessária para aquecer a casa em Barrow do que em Nova York. Da mesma forma, uma casa semelhante em Miami , Flórida , cujos graus-dia de aquecimento para a estação de aquecimento é 500, exigiria cerca de um décimo da energia necessária para aquecer a casa na cidade de Nova York.

No entanto, esta é uma abordagem teórica, pois o nível de isolamento de um edifício afeta a demanda de aquecimento. Por exemplo, as temperaturas geralmente caem abaixo da temperatura base durante a noite (temperatura baixa diária na variação diurna), mas por causa do isolamento, o aquecimento é desnecessário. No final da primavera e no início do outono ou no inverno dependendo do clima, um isolamento suficiente mantém a temperatura interna mais alta do que a externa com pouco ou nenhum aquecimento. Por exemplo, no sul da Califórnia, durante o inverno, o aquecimento não é necessário em Los Angeles e San Diego, se o isolamento for suficiente para levar em conta as temperaturas noturnas mais frias. Além disso, os edifícios incluem massa térmica , como o concreto, que é capaz de armazenar a energia do sol absorvida durante o dia. Assim, mesmo que os graus-dia de aquecimento indiquem uma demanda de aquecimento, o isolamento suficiente de um edifício pode tornar o aquecimento desnecessário.

Exemplo de uso

O HDD fornece uma métrica simples para quantificar a quantidade de aquecimento que os edifícios em um determinado local precisam durante um determinado período (por exemplo, um determinado mês ou ano). Em conjunto com o valor U médio de um edifício, eles fornecem um meio de estimar aproximadamente a quantidade de energia necessária para aquecer o edifício durante esse período.

Um HDD significa que as condições de temperatura fora do edifício eram equivalentes a estar abaixo de um limite definido de temperatura de conforto dentro do edifício em um grau por um dia. Portanto, o calor deve ser fornecido dentro do edifício para manter o conforto térmico.

Digamos que recebamos o número de graus-dias de aquecimento D em um ano e desejamos calcular a energia necessária para um edifício. Sabemos que o calor precisa ser fornecido na taxa em que está sendo perdido para o meio ambiente. Isso pode ser calculado como a soma das perdas de calor por grau de cada elemento do envelope térmico dos edifícios (como janelas, paredes e telhado) ou como o valor U médio do edifício multiplicado pela área do envelope térmico do edifício, ou orçado diretamente para todo o edifício. Isto dá dos edifícios específica taxa de perda de calor P específico , geralmente dada em watts por kelvin (W / K). A energia total em quilowatts-hora (kW⋅h) é então dada por:

[kW⋅h]

Como o consumo total de energia está em quilowatts-hora e os graus-dia de aquecimento são [no. dias × graus] devemos converter watts por kelvin em quilowatts-hora por grau por dia dividindo por 1000 (para converter watts em quilowatts) e multiplicando por 24 horas em um dia (1 kW = 1 kW⋅h / h). Como uma mudança de temperatura de 1 ° C e uma mudança de 1 K na temperatura absoluta são iguais, elas se cancelam e nenhuma conversão é necessária.

Exemplo: Para um dia de inverno típico da cidade de Nova York com máxima de 40 ° F e mínima de 30 ° F, a temperatura média provavelmente está em torno de 35 ° F. Para tal dia, podemos aproximar o HDD como (65 - 35) = 30. Um mês de trinta dias semelhantes pode acumular 900 HDD. Um ano (incluindo temperaturas médias no verão acima de 70 ° F) pode acumular um HDD anual de 5.000.

Problemas

Os cálculos usando HDD apresentam vários problemas. Os requisitos de calor não são lineares com a temperatura e edifícios altamente isolados têm um "ponto de equilíbrio" inferior . A quantidade de aquecimento e resfriamento necessária depende de vários fatores além da temperatura externa: quão bem isolado é um edifício particular, a quantidade de radiação solar que atinge o interior de uma casa, o número de aparelhos elétricos funcionando (por exemplo, computadores aumentam sua temperatura ambiente), quantidade de vento exterior e a temperatura que os ocupantes consideram confortável. Outro fator importante é a quantidade de umidade relativa dentro de casa; isso é importante para determinar o quão confortável um indivíduo ficará. Outras variáveis ​​como precipitação, cobertura de nuvens, índice de calor, albedo de construção e cobertura de neve também podem alterar a resposta térmica de uma construção.

Outro problema com o HDD é que é necessário ter cuidado se eles forem usados ​​para comparar climas internacionalmente, por causa das diferentes temperaturas de linha de base usadas como padrão em diferentes países e o uso da escala Fahrenheit nos EUA e da escala Celsius em quase todos os lugares outro. Isso é ainda agravado pelo uso de diferentes métodos de aproximação em diferentes países.

Conversão

Para converter ° F HDD em ° C HDD:

Para converter ° C HDD em ° F HDD:

Observe que, como os HDDs são relativos a uma temperatura base (em vez de serem relativos a zero), é incorreto adicionar ou subtrair 32 ao converter graus-dia de Celsius para Fahrenheit ou vice-versa.

Veja também

Referências

links externos

Fontes de dados de HDD grátis
Em formação