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TOC

Fan Basics, 1
Fan Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Axial Fans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Mixed Flow Fans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
Centrifugal Fans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
Basic Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
Airfoil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Backward Inclined . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Radial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Forward Curved . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Drive Arrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Motor Positions and Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Inlet Boxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Rotation and Discharge Designations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Spark Resistant Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Basic Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Fan Selection Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Fan Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Fan Classes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Operating Limits Chart-Centrifugal AF and BI Fans-SWSI . . . . . .20
Performance Correction for Altitude and Temperature . . . . . . . . .21
Fan Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Fan Balancing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Vibration Severity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Vibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Fan Troubleshooting Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
System Design, 29
General Ventilation Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Process Ventilation Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Kitchen Ventilation Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
Ventilation Rates for Acceptable Indoor Air Quality . . . . . . . . . . . .31
Heat Removal Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
Heat Gain from Occupants of Conditioned Spaces . . . . . . . . . . . .32
Rate of Heat Gain from Appliances and Equipment . . . . . . . . . . .33
Commercial Hooded Cooking Appliances . . . . . . . . . . . . . . . . .33
Commercial Unhooded Electric Cooking Appliances . . . . . . . 34
Miscellaneous Appliances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
Office Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
Heat Gain from Electric Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
Air Filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Relative Size Chart of Common Air Containments . . . . . . . . . .38
Filter Application Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Minimum Efficiency Reporting Value (MERV) Parameters 40
Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Rules of Thumb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Noise Criteria (NC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
Adding Sound Pressure Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
System Design (cont.)
Sound Power and Sound Power Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Sound Pressure and Sound Pressure Levels . . . . . . . . . . . . . .44
Room Sones - dBA Correlation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Design Criteria for Room Loudness (Sones) . . . . . . . . . . . . . . .45
Seismic and Wind Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Seismic Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Wind Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
Duct Design, 49
Maximum Duct Velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
Duct Loss Estimating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
Sample System Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
Duct Loss Estimation Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Fitting Loss Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
Round Elbows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
Tee (Double Elbow) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
Rectangular Radius Elbows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
Wye (Double Elbow Equivalent) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
Converging Tee Rectangular Trunk (Branch Path) . . . . . . . . . .57
Converting Tee Rectangular Trunk (Trunk Path . . . . . . . . . . .58
Diverging Tee Rectangular Trunk (Branch Path) . . . . . . . . . . . .59
Diverging Tee Rectangular Trunk (Trunk Path) . . . . . . . . . . . . .60
Tee, Round, 90 degree (Branch Path) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
Tee, Round, 90 degree (Trunk Path) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
Diverging Tee Round Trunk (Branch Path) . . . . . . . . . . . . . . . .63
Diverging Tee Round Trunk (Trunk Path) . . . . . . . . . . . . . . . . .64
Wye Rectangular or Round (Pair of Pants) . . . . . . . . . . . . . . . .65
Transition Expanding Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
Transition Contracting Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
Fitting Loss Conversion Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
Typical Design Velocities for HVAC Components . . . . . . . . . . . . .69
Velocity and Pressure Relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
Rectangular Equivalent of Round Ducts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
Duct Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
U.S. Sheet Metal Gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
Recommended Duct Metal Gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
Duct Pressure and Leakage Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
Typical Inlet Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
Typical Outlet Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
Motors & Drives, 77
Terms and Formulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
Motor Efficiency and EISA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
Premium Efficient Electric Motors Full Load Efficiencies 79
Open Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
Enclosed Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80
Alternating Current Motor Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81
Single Phase AC Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81
Motors & Drives (cont.)
Three Phase AC Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81
Typical Speeds - Three Phase AC Motors. . . . . . . . . . . . . . .82
NEMA Torque Designs for Three Phase Motors . . . . . . . . . .82
Full Load Amp Draw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83
Single Phase Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83
Three Phase Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
Motor Service Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
Motor Insulation Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
HP Rerate for Altitude and Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
Locked Rotor KVA/HP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
General Effect of Voltage and Frequency Variations
on Induction Motor Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
AC Motor Troubleshooting Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
Electronically Commutated Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
AC Induction Motor Losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
EC Motor Losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
Reduced Speeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92
Other Advantages of EC Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92
Allowable Ampacities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
Copper Conductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
Aluminum or Copper-Clad Conductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94
Belts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95
V-belt Length Formula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95
Belt Drive Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95
Estimated Belt Drive Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96
Bearing Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97
Heating & Refrigeration, 99
Moisture & Air Relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
Properties of Saturated Steam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Fuel Comparisons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
Fuel Gas Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
Annual Fuel Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102
Water Flow & Piping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
Quiet Water Flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
Friction Loss for Water Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
Equivalent Length of Pipe for Valves & Fittings . . . . . . . . . . . . . .105
Standard Pipe Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106
Schedule 40 (Steel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106
Copper Tube (Type L) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106
Pump Impeller Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
Pump Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
Pump Mounting Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
Pump Terms, Abbreviations & Conversion Factors . . . . . . . . . . .108
Affinity Laws for Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
Common Pump Formulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
Pumping System Troubleshooting Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . .111
Heating & Refrigeration (cont.)
Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111
Inadequate or No Circulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112
Cooling Tower Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113
Horsepower per Ton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113
Fouling Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
Typical Heat Transfer Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
Evaporative Condenser Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116
Compressor Capacity vs. Refrigerant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116
Refrigerant Line Capacities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
R-134a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
R-410a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
R-502 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
R-717 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
Formulas and Conversion Factors, 119
Miscellaneous Formulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
Power: AC Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
Power: DC Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
Speed: AC Machinery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
Ohms Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
Motor Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
Motor Ramp Up Time (Seconds) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
Change in Resistance Due to Change in Temperature . . . . . .121
Vibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Volume of Liquid in Tank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Fans & Blowers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122
Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122
Conversion Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123
Area and Circumference of Circles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129
Circle Formulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131
Fractions of an Inch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
Psychrometric Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

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