Air Side Equations (Sea Level Conditions) 

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Qsen = 1.08 x CFM x ∆T          [Btu/hr]                    Qsen = Sensible Load ; ∆T = Temperature Change at the coil [F]

QTot = 4.5 x CFM x ∆H            [Btu/hr]                    QTot = Total Load ;      ∆H = Enthalpy change at the coil [Btu/lb]

QLat = 4,770 x CFM x ∆Wlb    [Btu/hr]                    QLat =  Latent Load ;   ∆W = Specific Humidity change [lbs of water/lb of dry air]

QLat = 0.68 x CFM x ∆Wgra   [Btu/hr]                    ∆W = Specific Humidity change at the coil [Grains of water/lb of dry air]

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Mixed Air Conditions Inside Air Handler

Tmix, db=((OAT  x CFM_OA)+( RAT  x CFM_RA))/(CFM_OA+ CFM_RA)      OAT = Outside Air Dry Bulb Temperature [F] ; CFM_OA = Air Flow of Outside Air  [CFM]

                                                                                                                                  RAT  = Return Air Dry Bulb Temperature [F] ;  CFM_RA =  Air Flow of Outside Air  [CFM]

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hmix=((h_OA  x CFM_OA)+( h_RA  x CFM_RA))/(CFM_OA+ CFM_RA)         h_OA = Outside Air Enthalpy [Btu/lb] ; CFM_OA = Air Flow of Outside Air  [CFM]

                                                                                                                                  h_RA  = Return Air  Enthalpy [Btu/lb] ;  CFM_RA =  Air Flow of Outside Air  [CFM]

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Wmix=((W_OA  x CFM_OA)+( W_RA  x CFM_RA))/(CFM_OA+ CFM_RA)     W_OA = Outside Air Specific humidity [lb water/lb dry air] ; CFM_OA = Air Flow of Outside Air  [CFM]

                                                                                                                                  W_RA  = Return Air Specific humidity  [lb water/lb dry air] ;  CFM_RA =  Air Flow of Outside Air  [CFM]

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Outside Air Fraction 

OA Fraction =(MAT - RAT)/(OAT-RAT)                                                              OAT = Outside Air Dry Bulb Temperature [F] ;

                                                                                                                                  MAT = Mixed Air Temperature [F]

                                                                                                                                  RAT = Return Air Temperature [F]

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Water Side Equations

 

Qwater = 500 x V x ∆T       [Btu/hr]          Qwater = Energy Contained in Water (To be added or removed from water) ;

                                                                       V = Volume Flow Rate [GPM]

 

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Miscellaneous Factors

 

 

1 Ton = 12,000 Btu/h = 12 MBH                 1 kWh = 3,414 Btu               1 Therm = 100,000 Btu = 100 MBH                   1 HP = 0.746 kW        

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kW/Ton = 12/EER = 12/(COP x 3.412)        1 psi = 2.311 ft of water        Boiler HP = 33,479 Btu/hr       

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Fan, Pump & Affinity Law Equations

 

Fan Mechanical HP = CFM x TSP            CFM = Air Flow ; TSP = Total Static Pressure [In. WG] ;     Fan Brake HP = Fan Mechanical HP ;                                                 6,356                                                                                                                                                    Fan Efficiency

 

Fan Motor HP = Fan Brake HP

                           Motor Efficiency                                                                                                                                                                                                                                                        

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Pump Mechanical HP = H x Q x SG         H = Pump Head  [FT]; Q = Flow Rate [GPM] ;  SG = Specific Gravity of Liquid  ;

                                              3,956 

 

Pump Brake HP = Pump Mechanical HP    ;     Pump Motor HP = Pump Brake HP

                                   Pump Efficiency                                                Motor Efficiency

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Affinity Laws

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 Q1/Q2 = D1/D2  ; Q & D = Flow & Diameter 

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 Q1/Q2 = N1/N2  ; Q & N = Flow & Speed

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 P1/P2 =(N1/N2)^2 ; P & N = Pressure & Speed

 

 HP1/HP2 = (N1/N2)^3; HP & N = Power & Speed

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HVAC Typical Rules of Thumb

 

(Note: The following numbers are rough estimation numbers. Each application is unique and these numbers do not represent specific application)

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Packaged AC Unit          1 Ton per 400 Sq. Ft                1 Ton per 400 CFM 

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Fan Power                      (ASHRAE 90.1)  Constant Air Volume (CAV) - 1,000 CFM per 1.1 HP       

                                                                     Variable Air Volume (VAV) - 1,000 CFM per 1.5 HP

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Chillers                            12,000 Btu/h per Ton             2.5 GPM per Ton (∆T = 10F)           kW/ton (Water Cooled) = 0.6 kW/ton

                                                                                        CHWS T = 44F, CHWR T = 54F          kW/ton (Air Cooled) = 1.0 kW/ton

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Cooling Towers              3.0 GPM per Ton (∆T = 10F)     LCWT = 85F  ECWT = 95F

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Ventilation                      ASHRAE 62.1 - Min CFM/person = 5 ; Max CO2 PPM = 1,000 

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