Градусный день отопления

Градус-день отопления ( HDD ) — это показатель, предназначенный для количественной оценки потребности в энергии, необходимой для обогрева здания. HDD получен на основе измерений температуры наружного воздуха . Считается, что потребность в отоплении для данного здания в конкретном месте прямо пропорциональна количеству HDD в этом месте.

Сопутствующие измерения включают градусо-день охлаждения (CDD), который количественно определяет потребность в кондиционировании воздуха .

Определение

Градус-дни отопления определяются относительно базовой температуры — наружной температуры, выше которой здание не нуждается в обогреве. Базовые температуры могут быть определены для конкретного здания как функция температуры, до которой здание отапливается, или они могут быть определены, например, для страны или региона. В последнем случае для температурного порога могут существовать строительные стандарты или соглашения. К ним относятся:

Страна/регион	Базовая температура (°C)	Базовая температура (°F)
Евросоюз ^[1]	15.5	59.9
Дания , ^[2]	17	62.6
Финляндия ^[3]	17	62.6
Швейцария	12	53.6
Соединенные Штаты ^[4]	18.3	65

Базовая температура не обязательно соответствует средней внутренней температуре здания, поскольку стандарты могут учитывать средние уровни изоляции здания и внутренние коэффициенты усиления для определения средней внешней температуры, при которой потребуется отопление. Также используются базовые температуры 16 ° C и 19 ° C (61, 66 ° F). ^[5] Различия в выборе базовой температуры подразумевают, что значения жестких дисков не всегда можно сравнивать – необходимо позаботиться о том, чтобы сравнивались только жесткие диски с одинаковыми базовыми температурами.

Существует несколько способов расчета HDD: чем более подробно записаны данные о температуре, тем точнее можно рассчитать HDD. HDD часто рассчитываются с использованием простых методов аппроксимации, которые используют ежедневные показания температуры вместо более подробных записей температуры, таких как получасовые показания, последние из которых можно использовать для оценки интеграла . Один из популярных методов аппроксимации, используемый Национальной метеорологической службой США, состоит в том, чтобы взять среднюю температуру в любой конкретный день (среднее значение высокой и низкой температуры) и вычесть ее из базовой температуры. Если значение меньше или равно нулю, жесткий диск в этот день равен нулю. Но если значение положительное, это число представляет количество жестких дисков в этот день. (Для градусо-дней охлаждения процесс работает в обратном порядке: базовая температура вычитается из среднего значения, и если это значение положительное, это число представляет CDD.) Этот метод работает удовлетворительно, если температура наружного воздуха не превышает базовую температуру. . В климате, где это может происходить время от времени, в простой расчет вносятся уточнения, которые позволяют в некоторой степени учитывать период дня, когда воздух достаточно теплый, чтобы обогрев был ненужным. Этот более точный алгоритм позволяет рассчитывать результаты в умеренном климате (морском и континентальном) в течение года (а не только в течение определенного отопительного сезона), а также еженедельно и ежемесячно.

HDD можно добавлять через определенные промежутки времени, чтобы получить приблизительную оценку сезонных потребностей в отоплении. Например, в течение отопительного сезона количество жестких дисков в Нью-Йорке составляет 5050, тогда как в Уткиагвике на Аляске — 19990. Таким образом, можно сказать, что для данного дома с аналогичной структурой и изоляцией для обогрева дома в Уткиагвике потребуется примерно в четыре раза больше энергии, чем в Нью-Йорке. Аналогичным образом, аналогичный дом в Майами , штат Флорида , где количество градусо-дней отопления в отопительном сезоне составляет 500, потребует около одной десятой энергии, необходимой для обогрева дома в Нью-Йорке. ^[6]

Однако это теоретический подход, поскольку уровень изоляции здания влияет на потребность в отоплении. Например, ночью температура часто падает ниже базовой температуры (дневная низкая температура в суточных вариациях), но из-за изоляции в отоплении нет необходимости. В конце весны, начале осени или зимой, в зависимости от климата, достаточная изоляция поддерживает температуру в помещении выше температуры наружного воздуха при незначительном обогреве или без него. Например, в Лос-Анджелесе и Сан-Диего в южной Калифорнии зимой отопление не требуется , если изоляция достаточна для учета более низких ночных температур. Кроме того, в состав зданий входит тепловая масса , такая как бетон, которая способна хранить энергию солнца, поглощаемую в дневное время. Таким образом, даже если градусо-дни отопления указывают на потребность в отоплении, достаточная изоляция здания может сделать отопление ненужным.

Пример использования

HDD обеспечивает простой показатель для количественной оценки количества тепла, необходимого зданиям в определенном месте в течение определенного периода (например, определенного месяца или года). В сочетании со средним значением U для здания они дают возможность приблизительно оценить количество энергии, необходимой для обогрева здания за этот период.

Один HDD означает, что температурный режим снаружи здания был эквивалентен нахождению ниже определенного порога комфортной температуры внутри здания на один градус в течение одних суток. Таким образом, для поддержания теплового комфорта внутри здания необходимо обеспечить тепло.

Предположим, нам дано количество градусо-дней отопления D в году, и мы хотим рассчитать энергию, необходимую зданию. Мы знаем, что тепло необходимо обеспечивать с той скоростью, с которой оно теряется в окружающую среду. Его можно рассчитать как сумму тепловых потерь на градус каждого элемента тепловой оболочки здания (например, окон, стен и крыши) или как среднее значение U здания, умноженное на площадь тепловой оболочки. здания или указана непосредственно для всего здания. Это дает удельный коэффициент теплопотерь здания P _{удельный} , обычно выражаемый в ваттах на кельвин (Вт/К). Общая энергия в киловатт-часах (кВт⋅ч) тогда определяется следующим образом:

Q=P_{\text{specific}}\times 24\times {\frac {D}{1000}}\;

[kW⋅h]

Поскольку общее потребление энергии указано в киловатт-часах, а градус-сутки — в [нет. дни × градусы] мы должны преобразовать ватты на кельвин в киловатт-часы на градус в сутки, разделив на 1000 (чтобы преобразовать ватты в киловатты) и умножив на 24 часа в день (1 кВт = 1 кВт⋅ч/ч). Поскольку изменение температуры на 1 °C и изменение абсолютной температуры на 1 K одинаковы, они компенсируются, и преобразование не требуется.

Пример: в типичный зимний день в Нью-Йорке с максимальной температурой 40 °F и минимальной 30 °F средняя температура, вероятно, будет около 35 °F. Для такого дня мы можем приблизительно определить HDD как (65 − 35) = 30. Месяц из тридцати подобных дней может накопить 900 HDD. За год (включая среднюю летнюю температуру выше 70 °F) может накопиться 5000 жестких дисков в год.

Проблемы

Расчеты с использованием HDD имеют несколько проблем. Потребность в тепле не является линейной с температурой, ^[7] а хорошо изолированные здания имеют более низкую «точку равновесия» . Требуемая мощность отопления и охлаждения зависит от нескольких факторов, помимо температуры наружного воздуха: насколько хорошо изолировано конкретное здание, количество солнечного излучения, попадающего внутрь дома, количество работающих электроприборов (например, компьютеры повышают температуру окружающей среды) и т. д. сила ветра на улице и какая температура комфортна для пассажиров. Еще одним важным фактором является уровень относительной влажности в помещении; это важно для определения того, насколько комфортно будет чувствовать себя человек. Другие переменные, такие как осадки, облачность, индекс тепла, альбедо здания и снежный покров, также могут изменить тепловую реакцию здания.

Другая проблема с жесткими дисками заключается в том, что необходимо соблюдать осторожность, если их нужно использовать для сравнения климата на международном уровне, из-за разных базовых температур, используемых в качестве стандартных в разных странах, а также использования шкалы Фаренгейта в США и шкалы Цельсия почти везде. еще. Ситуация усугубляется использованием различных методов аппроксимации в разных странах.

Конверсия

Чтобы преобразовать жесткий диск °F в жесткий диск °C:

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

Чтобы преобразовать HDD в °C в HDD в °F:

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

Обратите внимание: поскольку значения жесткого диска относятся к базовой температуре (а не к нулю), неправильно прибавлять или вычитать 32 при преобразовании градусо-дней из Цельсия в Фаренгейт или наоборот.

См. также

Ссылки

^ «Градусо-дни отопления и охлаждения» . Европейское агентство по окружающей среде . Проверено 10 августа 2017 г.
^ «Градусные дни. Что такое градусные дни?» .
^ «Офисное здание NZEB Ympäristötalo в Хельсинки, Финляндия: Рехва» . Архивировано из оригинала 13 февраля 2013 г. Проверено 25 августа 2012 г.
^ «Глоссарий Национальной метеорологической службы» . Национальная метеорологическая служба . Проверено 7 февраля 2019 г.
^ «Градусные дни отопления» .
^ Ристинен, Роберт А. и Джек Дж. Краушаар. Энергия и окружающая среда. 2-е изд. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2006.
^ Валор, Э.; Менеу, В.; Касельес, В. (2001). «Суточная температура воздуха и электрическая нагрузка в Испании» . Журнал прикладной метеорологии . 40 (8): 1413–1421. Бибкод : 2001JApMe..40.1413V . doi : 10.1175/1520-0450(2001)040<1413:DATAEL>2.0.CO;2 .

Внешние ссылки

Источники бесплатных данных жесткого диска

Информация

[1] «Градусо-дни отопления и охлаждения» . Европейское агентство по окружающей среде . Проверено 10 августа 2017 г.

[2] «Градусные дни. Что такое градусные дни?» .

[3] «Офисное здание NZEB Ympäristötalo в Хельсинки, Финляндия: Рехва» . Архивировано из оригинала 13 февраля 2013 г. Проверено 25 августа 2012 г.

[nwsglossary-4] «Глоссарий Национальной метеорологической службы» . Национальная метеорологическая служба . Проверено 7 февраля 2019 г.

[satel-light-5] «Градусные дни отопления» .

[6] Ристинен, Роберт А. и Джек Дж. Краушаар. Энергия и окружающая среда. 2-е изд. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2006.

[7] Валор, Э.; Менеу, В.; Касельес, В. (2001). «Суточная температура воздуха и электрическая нагрузка в Испании» . Журнал прикладной метеорологии . 40 (8): 1413–1421. Бибкод : 2001JApMe..40.1413V . doi : 10.1175/1520-0450(2001)040<1413:DATAEL>2.0.CO;2 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]