当你开始学习建筑科学时，你首先会遇到的一件事就是供暖和制冷负荷的概念。每栋楼都有。(是的,甚至被动的房子项目。)这就是为什么我们要这么做热负荷和冷负荷计算．我们进入了建筑的所有细节，设定了设计条件，并得到了建筑中每个房间的冷热负荷。在美国，我们仍然在使用那种过时的单位为负载产生每小时的英国热量单位（BTU / HR）。在世界大部分地区，结果是以千瓦的瓦斯衡量的。

但然后呢?我们不只是打开英热单位插口。我们用流体（通常是空气或水）将这些BTU移入或移出房间。那么，我们如何知道每分钟多少立方英尺（cfm）的空气将为我们提供每小时正确数量的BTU呢？好的，今天我们要做一点数学，讨论一下BTU/hr和cfm之间的关系(我将把关于使用水进行热量分配的讨论留给我在循环方面的朋友们，但这与我在下面解释的内容类似。）

空气能容纳多少热量?

物质是很简洁的东西。它有各种各样有趣的特性，让科学家们几个世纪以来一直躲在实验室里。(我听说伽利略还在比萨斜塔的地下室里苦干。)当我们讨论空气保持热量的能力时，相关的性质叫做-，你可能不会相信-热容. 是的。这是我在这里偶尔提到的一个术语，但从未真正定义过，所以今天我们来讨论一下。

热容有点像效率。这是一个BANG-COUND比率．凭借效率，该等式输出过输入。具有热容量，它是加热的热量与温度变化的比率。这是等式：

C=Q/ΓT

这和这里的数学差不多难，所以跟着我走。

如果我们在一定数量的物质（在我们的情况下）加入一定量的热量（在BTU中），我们将获得一定量的温度变化。这方程告诉我们的是，这两种数量的比例是一种热量可以容纳多少热量的量度。如果我们为给定量的热量得到一半的温度变化，那么该材料具有热量的两倍。因此，该数量，热容量，对于任何对能效或加热和冷却感兴趣的人来说是材料的重要特性。

讨论比热容通常比较容易，因为上面等式中的Q会随着空气量的不同而变化，空气量是这里关注的物质。通过将上面方程的右边除以空气质量，我们得到了比热容。如果我们用代数的魔力重新排列一下，我们会得到一个你可能还记得高中或大学的方程式(它出现在物理和化学的入门课上。）这是：

Q = mcI " T

看起来熟悉吗?如果没有，跟我多待一会儿我会给你们看一个你们以前可能见过的方程。

下一步是对大规模术语进行几点转换。当我们处理流体时，通常更容易使用密度，等于质量除以体积。所以我们取代了米以上术语与密度（希腊字母RHO，我）时间体积（V). 下面是我们的方程式现在的样子：

Q = IVcI " T

不管这些数学计算是否导致你过度呼吸，让我们后退一步，回想一下我们要去哪里。最初的问题是，我们如何以BTU/hr计算供热和制冷负荷，以及确定cfm需要多少空气流量。方程中有一个关于体积的项cfm就是体积随时间的变化。代数的一个伟大之处在于，我们可以在等式两边同时除以(或乘以)同样的东西。事实上，它是被鼓励的!

等式两边同时除以时间。在左边，我们得到Q / t，这就得到了我们一直在讨论的BTU/hr。右边是音量，V，除以时间得到立方英尺每分钟。当然，最终得到的是BTU每小时一边和立方英尺每分钟另一方面，我们需要抛出60倍。它走在右侧。

右边也有我知道了，空气的密度乘以空气的比热(恒压下，但这是另一个讨论)。密度和比热只是我们可以相乘的两个数字，为了说清楚，我们说的是海平面和室温附近的空气。你不能在高山上使用这个公式，或者在远离你现在呼吸的空气的温度下。当密度(0.075)乘以比热(0.24)，也乘以60，得到1.08。最后一个方程是这样的:

英制热量单位/小时=1.08 xcfmxΓT

这就是我说的你以前可能见过的方程式。在暖通空调课程和BPI.课程以及其他地方。如果我们重新排列了这种方程以左侧获取空气流量，我们最终会得到：

CFM = BTU / HR/（1.08 xΓT）

我们终于得到它了。一旦我们知道房间需要提供或移除房间，我们可以进行简单的计算，以了解我们需要的空气流量的立方英尺。当然，我们需要的CFM将取决于位置。正如我上面所说，你不能只使用1.08。当我们通过炉子或空气处理程序时，我们还需要知道空气的温度变化，在上面的方程中的等式中的Γt。

这就是全部？

我知道你们有些人现在在想什么。你看着我在上面所做的一切，你在对自己说，这是明智的。你完全正确。上述cfm方程仅适用于添加到空气中或从空气中去除的显热。它不包括空调的潜热部分，即处理除湿的部分。

我们可以回到最开始，对潜热的去除进行类似的过程。见鬼，我们可以回到更早的时候讨论焓对温度的偏导数。我就不告诉你这些细节了直接告诉你答案怎么样。下面是总热量(感热加潜热)的类似方程:

英制热量单位/小时=（1.08 xcfmxΓT) + (0.68 xcfmxΓWGR.）

再做一点代数运算，我们得到了冷却cfm的方程

CFM = BTU / HR/ [（1.08 xΓT) + (0.68 xΓWGR.)]

这里唯一新鲜的是Γw变量。这表示变化量湿度比,gr下标表示谷物。湿度比(常被错误地称为绝对湿度)是空气湿度的主要变量之一湿度图以每磅干燥空气的水蒸气颗粒数来衡量。谷物是谈论水蒸气质量的一种奇怪方式，一磅(质量)空气相当于7000个谷物。

当空气通过冷空调盘管时，会发生两件事。随着气温的下降，空气中水蒸气的浓度也会下降水蒸汽在线圈上凝结．这两种变化都是一块设备的冷却能力的一部分。

BTU/hr, cfm和暖通空调设计流程

我上面所做的是解释空气从一个地方移动到另一个地方的热量与移动该热量所需的空气量之间的关系。这只是物理学。关系来自热容量的定义和空气的性质。将BTU / HR转换为CFM暖通空调设计过程有点不同。

我不会在这里进入所有细节，但在备用房间的加热和冷却载荷后，您必须选择合适的设备以满足这些负载。（那是手动的ACCA协议，你可以阅读更多相关内容这里和这里。）加热，很容易。无论您是用炉子，热泵，锅炉，或 - 天堂锻造！-电阻热，你只需要一个设备，它至少能提供你所需要的整个区域的btu。

随着冷却，这是一个有点难。你有需要满足的敏感和潜在负载。所以你必须有一个设备，它不仅能满足总的冷负荷，而且能单独满足敏感和潜在的冷负荷。然后你必须决定每吨总容量需要多少空气流量。在潮湿的气候下，这大约是400立方英尺/吨，正负。这样可以更好地从空调中除湿。在干燥的气候下，你可能会把这个数字推到500立方英尺/吨甚至更高，因为它会浪费能量来冷凝盘管上的水蒸气。

然后，你必须进入制造商的扩展数据表，以选择正确的设备和正确的设置。空调排出的热量取决于室内温度和湿度、室外温度以及冷凝器和蒸发器盘管上的空气流量。扩展的数据表向您显示特定条件的值，但通常您所设计的条件介于表中的数字之间。通过插值得到所需的数。

最终，您选择的设备旨在满足设计条件下的加热和冷却载荷。然后它花费大部分生活在那些条件之外运行，在所谓的情况下部分负荷．这是因为99%的时间都没有夏天的设计温度那么热，另外99%的时间都没有冬天的设计温度那么冷。(当然，这里的“对方”有特殊的含义，我相信你能理解。)

的外卖

如果你在上面的数学课上迷路了，跳到这里来，让我看看能不能给你总结一下。我在开始这篇文章时，着眼于空气流动和热量所涉及的物理学。这都是基于热容的定义，我们称之为热容，它是一种量度，在给定的热量增加或减少的情况下，材料中的温度变化有多大。这就产生了一对与三个变量相关的方程，BTU/hr、cfm和ΓT。等式中也有一个数字（1.08），虽然它看起来像一个常数，但它不是。如果空气密度与接近室温的海平面上的空气密度不同，你必须记住调整它(热容也可以变化，但对于我们在这里所做的，主要是你必须调整的密度。）

然后我证明了这两个方程只适用于感热；也就是说，引起温度变化的热量。如果你有潮湿的空气（谁不想要呢！）冷却时，还必须考虑空调线圈上冷凝水蒸气所涉及的热量。这就引出了第二对方程，其中包括热量。

但其中有物理学和工程学。如果我们每次设计供暖和空调系统时都要从基本原理开始，做所有的物理学，我们可能只是在冬天围坐在火旁，或者在夏天用棕榈叶给自己扇风。相反，我们有程序来获取负荷计算结果，并获得正确的设备，以正确的btu数量移动正确的空气量。好消息是，现在有更多的房子得到了真正的设计，尽管这个数字仍然太少。

现在你有了最初问题的答案了。是的，我们知道如何从BTU/hr的加热或制冷负荷转换到满足负荷所需的cfm的空气流量。它的核心是纯粹的物理学。设计过程就是工程学。

艾莉森·贝利佐治亚州迪凯特市的一位演说家、作家、建筑科学顾问，也是能源先锋博客．你可以在Twitter上关注他@能量瓶．