Введение
Сумма значений температуры
Дни нагрева (HDD) – это показатель, предназначенный для количественной оценки потребности в энергии, необходимой для отопления здания. HDD рассчитывается на основе измерений температуры наружного воздуха. Потребность в отоплении для конкретного здания в определенной местности считается прямо пропорциональной количеству HDD в этой местности. К смежным показателям относится градус-день охлаждения (CDD), который количественно оценивает потребность в кондиционировании воздуха.
Определение
Дни с градусами отопления определяются относительно базовой температуры – температуры наружного воздуха, выше которой зданию не требуется отопление. Базовые температуры могут быть установлены для конкретного здания в зависимости от температуры, до которой оно нагревается, или, например, для страны или региона. В последнем случае могут существовать строительные нормы или общепринятые правила для определения температурного порога. К ним относятся:
Страна/Регион Базовая температура (°C) Базовая температура (°F)
Европейский Союз 15.5 59.9
Дания 17 62.6
Финляндия 17 62.6
Швейцария 12 53.6
Соединенные Штаты 18.3 65
Базовая температура не обязательно соответствует средней внутренней температуре здания, поскольку нормы могут учитывать средний уровень теплоизоляции здания и внутренние тепловыделения для определения средней внешней температуры, при которой потребуется отопление. Также используются базовые температуры 16 °C и 19 °C (61, 66 °F). Различия в выборе базовой температуры означают, что значения HDD не всегда можно сравнивать напрямую – необходимо убедиться, что сравниваются только HDD с одинаковой базовой температурой. Существует несколько способов расчета HDD: чем подробнее данные о температуре, тем точнее можно рассчитать HDD. HDD часто рассчитываются с использованием простых приближенных методов, основанных на ежедневных показаниях температуры, а не на более детальных записях, таких как получасовые, которые можно использовать для оценки интеграла. Один из популярных приближенных методов, используемый Национальной метеорологической службой США, заключается в определении средней температуры за день (среднего значения максимальной и минимальной температуры) и вычитании ее из базовой температуры. Если полученное значение меньше или равно нулю, то в этот день HDD равно нулю. Если значение положительное, то оно соответствует количеству HDD за этот день. (Для дней с градусами охлаждения процесс обратный: из средней температуры вычитается базовая температура, и если полученное значение положительное, то оно соответствует CDD.) Этот метод работает удовлетворительно, если температура наружного воздуха не превышает базовую температуру. В климате, где это может происходить время от времени, существуют уточнения к простому расчету, которые учитывают период времени, когда воздух достаточно теплый и отопление не требуется. Этот более точный алгоритм позволяет вычислять результаты в умеренном климате (морском и континентальном) в течение всего года (а не только в течение определенного отопительного сезона) и на еженедельной, а также ежемесячной основе. HDD можно суммировать за определенный период времени, чтобы получить приблизительную оценку сезонных потребностей в отоплении. Например, в течение отопительного сезона количество HDD для Нью-Йорка составляет 5050, а для Уткиагвика (Аляска) – 19990. Таким образом, можно сказать, что для дома аналогичной конструкции и теплоизоляции потребуется примерно в четыре раза больше энергии для отопления дома в Уткиагвике, чем в Нью-Йорке. Аналогично, аналогичный дом в Майами (Флорида), с 500 градусо-днями отопления за отопительный сезон, потребует примерно одну десятую энергии, необходимой для отопления дома в Нью-Йорке. Однако это теоретический подход, поскольку потребность в отоплении зависит от уровня теплоизоляции здания. Например, температура часто опускается ниже базовой температуры ночью (минимальная суточная температура), но благодаря теплоизоляции отопление не требуется. В конце весны и в начале осени или зимой, в зависимости от климата, достаточная теплоизоляция поддерживает температуру внутри помещения выше температуры наружного воздуха, практически без отопления. Например, в Южной Калифорнии зимой отопление не требуется в Лос-Анджелесе и Сан-Диего, если теплоизоляция достаточна для компенсации более низких ночных температур. Кроме того, здания обладают тепловой инерцией, например, благодаря бетону, который способен накапливать энергию солнца, поглощенную в течение дня. Таким образом, даже если градусо-дни отопления указывают на потребность в отоплении, достаточная теплоизоляция здания может сделать отопление ненужным.
Country/RegionBase Temperature (°C)Base Temperature (°F)European Union15.559.9Denmark, 1762.6Finland1762.6Switzerland1253.6United States18.365
The base temperature does not necessarily correspond to the building mean internal temperature, as standards may consider mean building insulation levels and internal gains to determine an average external temperature at which heating will be required. Base temperatures of 16 °C and 19 °C (61, 66 °F) are also used. The variation in choice of base temperature implies that HDD values cannot always be compared – care must be taken to ensure that only HDDs with equal base temperatures are compared. There are a number of ways in which HDD can be calculated: the more detailed a record of temperature data, the more accurate the HDD that can be calculated. HDD are often calculated using simple approximation methods that use daily temperature readings instead of more detailed temperature records such as half hourly readings, the latter of which can be used to estimate an integral. One popular approximation method, that used by the U. S. National Weather Service, is to take the average temperature on any given day (the mean of the high and low temperature) and subtract it from the base temperature. If the value is less than or equal to zero, that day has zero HDD. But if the value is positive, that number represents the number of HDD on that day. (For cooling degree days, the process works in reverse: the base temperature is subtracted from the average, and if this value is positive, that number represents the CDD.) This method works satisfactorily if the outside air temperature does not exceed the base temperature. In climates where this is likely to occur from time to time, there are refinements to the simple calculation which allow some 'credit' for the period of the day when the air is warm enough for heating to be unnecessary. This more accurate algorithm enables results to be computed in temperate climates (maritime as well as continental) throughout the year (not just during a defined heating season) and on a weekly as well as monthly basis. HDD can be added over periods of time to provide a rough estimate of seasonal heating requirements. In the course of a heating season, for example, the number of HDD for New York City is 5,050 whereas that for Utqiagvik, Alaska is 19,990. Thus, one can say that, for a given home of similar structure and insulation, around four times the energy would be required to heat the home in Utqiagvik than in New York. Likewise, a similar home in Miami, Florida, whose heating degree days for the heating season is 500, would require around one tenth of the energy required to heat the house in New York City. However, this is a theoretical approach as the level of insulation of a building affects the demand for heating. For example, temperatures often drop below the base temperature during night (daily low temperature in diurnal variation), but because of insulation, heating is unnecessary. In the end of spring and in the beginning of fall or in the winter depending on the climate, sufficient insulation keeps the indoor temperature higher than the outdoor temperature with little or no heating. For example, in southern California, during winter heating is not necessary in Los Angeles and San Diego if the insulation is sufficient to take into account the colder night temperatures. Also, buildings include thermal mass such as concrete, that is able to store energy of the sun absorbed in daytime. Thus, even if the heating degree days indicate a demand for heating sufficient insulation of a building can make heating unnecessary.
Проблемы
Расчеты с использованием градусо-дней отопления (ГДО) имеют несколько проблем. Теплопотери нелинейно зависят от температуры, а в хорошо изолированных зданиях "точка баланса" ниже. Количество необходимомого отопления и охлаждения зависит от множества факторов, помимо температуры наружного воздуха: степень теплоизоляции конкретного здания, количество солнечной радиации, попадающей внутрь помещения, количество работающих электроприборов (например, компьютеры повышают температуру окружающей среды), сила ветра и предпочтительная температура для жильцов. Важным фактором является также относительная влажность внутри помещения, поскольку она влияет на ощущение комфорта. Другие переменные, такие как осадки, облачность, ощущаемая температура, альбедо здания и снежный покров, также могут изменять тепловой отклик здания. Еще одна проблема при использовании ГДО заключается в необходимости проявлять осторожность при их применении для международного сравнения климатов, из-за различных базовых температур, принятых в качестве стандарта в разных странах, и использования шкалы Фаренгейта в США и шкалы Цельсия в большинстве других стран. Это усугубляется использованием различных методов аппроксимации в разных странах.