MEP Basic Calculations: Pipe & Duct Sizing

Engineering လို႔ေျပာထဲက လိုအပ္တဲ့ စက္ပစၥည္းေတြ ရဲ့ အ႐ြယ္အစား၊ စြမ္းအား နဲ႔ လိုအပ္ခ်က္ေတြ ကို စနစ္တက် တြက္ခ်က္ဘို႔ လိုအပ္သလုိ လိုအပ္တဲ့ Components ေတြကို လည္း စနစ္တက် ေ႐ြးခ်ယ္တတ္ ဘို႔ လိုအပ္ပါတယ္။
အၾကမ္းေရးလက္စ၊ Target to Complete 30 Jun 2009

1. General Consideration
   • Engineering ဆိုတာက သိပၸံ နည္းက်ေတြ႕ ႐ွိထားတဲ့ နိယာမ ေတြ၊ သခ်ာၤ နိယာမ ေတြကို အမွန္တကယ္ အသံုးခ်တာ ကို ေခၚတာမို႔ အင္ဂ်င္နီယာ ေတြ မွာ စမ္းသပ္ လုပ္ေဆာင္ တာေတြ ႐ွိေကာင္း႐ွိေပ မဲ့ စိတ္ထင္႐ံု နဲ႔ ရမ္းလုပ္လို႔ ရတာေတာ့ မဟုတ္ပါဘူး။
   • MEP Systems ေတြမွာလည္း လိုအပ္ခ်က္ ကို သတ္မွတ္ထားတဲ့ ေဘာင္ အတြင္း ဝင္ေအာင္ တြက္ခ်က္ ရပါတယ္။ Engineering Applications ေတြ အတြက္ Computer Software ေတြ အမ်ိဳးမ်ိဳး လည္း ေပၚလာတာ မို႔ တြက္ခ်က္ရတာ ပိုမို လြယ္ကူ လာတာ နဲ႔ အတူ Basic Engineering ကို မသိဘဲ Software ကို သံုးတတ္႐ံု နဲ႔ေတာ့ Engineer ေကာင္း တစ္ေယာက္ ျဖစ္ဘို႔ မလြယ္ပါဘူး။
   • ဘာပဲျဖစ္ျဖစ္ Engineer နဲ႔ Calculations ခြဲထုတ္လို႔ မရပါဘူး။ ဒါေၾကာင့္ MEP Systems ေတြ ဒီဇိုင္းလုပ္တဲ့ အခါ မၾကာခန ေတြ႔ ရမဲ့ အေျခခံ တြက္ခ်က္မႈ ေတြကို ေရးေပးထားပါတယ္။ အဓိက တြက္ခ်က္ရ တာေတြကေတာ့။
     • Load/Demand Assessment
     • Pipe Sizing
     • Duct Sizing
     • Equipment Sizing / Selection
     • Environmental Calculations
     • Fittings Selection
   • ဒီအထဲက ေန႔စဥ္ အသံုးမ်ားတဲ့ Pipe Sizing နဲ႔ Duct Sizing ကိုတင္ျပေပးပါမယ္။ Pipe ပိုက္ ထဲမွာ ေရစီးပါတယ္။ Duct ထဲမွာ ေလစီးပါတယ္။ ႏွစ္ခုလံုး Engineering Fluid Dynamics ကို အေျခခံ ပါတယ္။ အနီးစပ္ ဆံုး ခန္႔မွန္း ႏိုင္တာ ကေတာ့ Darcy-Weisbach Equation ျဖစ္ၿပီး တြက္နည္း ကေတာ့ Iterative (အထပ္ထပ္ျပန္တြက္ရတဲ့ နည္း) မို႔ ႐ႈတ္ေထြးပါတယ္။ Sprinkler Systems Water Distribution နဲ႔ Irrigation Systems ေတြမွာ အသံုးမ်ား တာကေတာ့ Hazen-Williams equation ပါ။ Darcy-Weisbach Equation ေလာက္မတိက် ေပမဲ့ ပိုက္ အ႐ြယ္အစား ငယ္ငယ္ ေတြမွာ သိပ္မကြာလွ တာရယ္၊ တြက္ခ်က္ရ လြယ္ကူတာရယ္ ေၾကာင့္ သံုးစြဲၾကတာ ျဖစ္ပါတယ္။
     ဒါလို ႐ႈတ္ေထြးတာ ေတြကို ေလွ်ာက္ေရး ေနမွာ မဟုတ္ပဲ ဘယ္လို လြယ္လြယ္ တြက္မယ္၊ အသံုးခ်ရ မယ္ဆိုတာကို ပဲ ေရးမွာပါ။
   • ဒီလို စီးသြား တဲ့ အခါ သိသင့္တဲ့ အခ်က္ေတြက ေတာ့။
     • Pipe Size / Duct Size (အ႐ြယ္အစား) တြက္ခ်က္ဘို႔
     • Velocity (အလ်င္)၊
     • Flowrate (ထုထည္ စီးႏႈန္း)၊
     • Pressure Loss (ခုခံအား ေၾကာင့္ ဖိအား ေလ်ာ့က်မႈ)
     • Flowrate = Velocity x Area
   • Area (ဧရိယာ)

     Pipe / Circular Duct Area,	A = 0.25 x π x d²
     Rectangular Duct	A = W x H

     
     
     
   
   
   
2. References (မွီျငမ္းစရာ)
   
   • Pipe / Duct Sizing နဲ႔ ပတ္သက္လို႔ မွီျငမ္းစရာ အခ်ိဳ႕ ကိုေအာက္မွာ ေဖာ္ျပထားပါတယ္။
     
     1. Plumbing Engineering Services Design Guide, The Institute of Plumbing, UK
        
     2. International Plumbing Code , International Code Council
        
     3. Singapore CP48: 1998 with amendments 1&2 "Code of Practice for Water Services", Singapore Institute of Standards and Industrial Research, (Note: CP48:2005 excludes those chapters),
        
     4. Duct Design Chapter, ASHRAE Handbook : Fundamentals
        
     5. Pipe Sizing Chapter, ASHRAE Handbook : Fundamentals
        
     6. Mark E. Schaffer "A Pratical Guide to Noise and Vibration Control for HVAC Systems" , 2nd Edition ASHRAE
        
     7. Handbook of Air Conditioning System Design , Carrier Air Conditioning Company , McGRAW-HILL
        
   
   
   
   
3. Quick Water Pipe Sizing
   အေျခအေန ေတာ္ေတာ္မ်ားမ်ား နဲ႔ လိုက္ေလ်ာညီေထြ ျဖစ္ေစမဲ့ ပိုက္ အ႐ြယ္အစား အလြယ္ တြက္ခ်က္ပံုကို ဒီေနရာ မွာေရးထားပါတယ္။
   
   • I.P (USCS) Units
     Q = A x V
     =0.25 x π x d² (in²) x V (ft/s) x { 60 (s/min)} x { 12 (in/ft) } x { (1 / 231)(U.S gal / in³)}
     
     Q =2.45 x d² x V
     where Q in (US gpm), d in (in) and V in (ft/s)]
     
     
   • S.I Units
     Q = A x V
     =0.25 x π x d² (mm²) x V (m/s) x { 60 (s/min)} x { (1/1000)² (m/mm)²} x { 1,000 (l/m³)}
     
     Q = 0.0471 x d² x V
     where Q in (l/min), d in (mm) and V in (m/s)]
     
   
   
   
   • Sizing Criteria

     Service	ΔP*	Velocity
     		(m/s)	( ft/s )
     Domestic Water Supply	40	1 - 1.5	3 - 5
     Chilled Water	40	< 2.5	< 8.0
     Condenser Water	50	< 2	< 6.5

     ΔP* - (mm Aq/m) or (ft.wg/1000 ft)
     
     
   • Recommended Pipe Sizes for Domestic Cold / Hot Water
     

     Pipe Dia		Flowrate		Velocity
     (in)	(mm)	S.I ( l/min )	I.P. ( USgpm )	( m/s )	(ft/s)
     1/2	15	9	2.4	1.0	3.0
     3/4	20	18	4.8
     1	25	30	8.0
     1 1/4	32	54	14.5	1.1	3.5
     1 1/2	40	84	22.0	1.2	4.0
     2	50	150	40.0	1.4	4.5
     2 1/2	65	300	80.0	1.5	5.0
     3	80	420	110.0	1.5	5.0
     4	100	780	200.0
     5	125	1200	320.0
     6	150	1620	430.0
     8	200	3000	800.0

     
     
   • Recommended Pipe Sizes for Chilled / Cooling Water
     

     Pipe Dia		Flowrate		Velocity
     (in)	(mm)	S.I ( l/min )	I.P. ( USgpm )	( m/s )	(ft/s)
     3/4	20	18	5.0	1.0	3.0
     1	25	30	8.0
     1 1/4	32	50	13.0
     1 1/2	40	80	20.0	1.2	4.0
     2	50	150	40.0	1.3	4.5
     2 1/2	65	300	80.0	1.5	5.0
     3	80	500	130.0	1.7	5.5
     4	100	900	240.0	1.9	6.5
     5	125	1500	400.0	2.0	6.5
     6	150	2100	550.0
     8	200	3750	1,000.0
     10	250	6,000	1,600.0
     12	300	8,500	2,250.0
     14	350	11,500	3,000.0
     16	400	15,000	4,000.0
     18	450	18,000	4,750
     20	500	22,000	5,800
     22	550	27,000	7,150
     24	600	32,000	8,450

     
     
   
   
   
4. Pipe Material / Standard
   • Pipe Material ေတြက အမ်ားႀကီးပါ။ သံုးရမဲ့ Application ကိုလိုက္ၿပီး Pipe Material ကို ေသခ်ာ စိစစ္ေ႐ြးခ်ယ္ ရပါတယ္။ Water Supply, Waste-Water Collection, Air Conditioning (Condenser Water, Chilled-Water, Refrigerant Line, Drain Line, etc.), Compressed Gas (Oxygen, Nitrogen, Air, etc.), Steam အစ႐ွိသျဖင့္ Application အမ်ိဳးမ်ိဳး နဲ႔ သင့္ေတာ္တဲ့ ပိုက္အမ်ိဳးအစား ကိုေ႐ြးခ်ယ္ရပါတယ္။
     • Internal Pressure (အတြင္းမွာ ႐ွိတဲ့ Fluid ရဲ့ ဖိအားဒါဏ္ ကို ခံႏိုင္ဘို႔)
     • External Loads from Backfill & Traffic (အျပင္က ဖိအား ဒါဏ္ေတြ၊ ဥပမာ ေျမဘို႔တဲ့ ဒါဏ္ေတြ၊ ကားေတြျဖတ္မဲ့ ဒါဏ္ေတြ ႐ွိရင္ ခံႏိုင္ဘို႔)
     • Smoothness (ေခ်ာမြတ္မႈ)
     • Corrosion Resistance (တိုက္စား မႈဒါဏ္ ခံႏိုင္ရည္။)
     • Chemical Inertness (အထဲက Fluid နဲ႔ လြယ္လြယ္ကူကူ ဓာတ္မျပဳ ႏိုင္မႈ စြမ္းရည္။)
     • Methods of Joints (ပိုက္ဆက္ နည္း။)
     • Cost (ကုန္က်စရိတ္။)
     • Other Factors (အျခား အခ်က္အလက္ မ်ား။)
     
     
   • အဓိက ေတြ႔ႏိုင္တဲ့ ပိုက္ အမ်ိဳးအစားေတြ ကေတာ့
     • သတၳဳပိုက္ ေတြျဖစ္တဲ့ Copper/Brass, Steel (Black Steel, Galvanized Steel, Stainless Steel, etc.), Cast-Iron, Ductile Iron, etc. ေတြ
     • ပလတ္စတစ္ ပိုက္ေတြျဖစ္တဲ့ PVC, ABS, PPR, PVDF, etc.
     • ေျမ၊ ကြန္ကရစ္ ကို အေျခခံတဲ့ Vitrified Clay (ေျမအုတ္ၾကြတ္ ပိုက္) , Concrete (ကြန္ကရစ္ ပိုက္) ,
     
     
   • Pipe Standard
     
     • သံုးရမဲ့ လိုအပ္ခ်က္ နဲ႔ စံခ်ိန္စံညႊန္း သတ္မွတ္ ႏိုင္ဘို႔ Standard ေတြသတ္ မွတ္ထားပါတယ္။ U.S (ASTM, API), UK (B.S), Japan (JIS), Australia (AU), Singapore (SS). တစ္ခ်ိဳ႕ Standard ေတြက Cross-Reference လို႔သတ္မွတ္ လို႔ရေအာင္ အ႐ြယ္အစား စံခ်ိန္စံညႊန္း သတ္မွတ္ခ်က္ တူတတ္ ေပမဲ့ အခ်ိဳ႕ကေတာ့ အ႐ြယ္အစား မတူပါဘူး။ ဆိုလိုတာက ၁ လက္မပိုက္ခ်င္း တူေပမဲ့ လံုးပတ္၊ အထူ ကြာတာမ်ိဳးပါ။
     • Standard တစ္မ်ိဳးခ်င္း မွာကိုပဲ ပိုက္ေတြ ရဲ့ အထူအပါး၊ လံုးပတ္ နဲ႔ Pressure ဒါဏ္ခံႏိုင္ရည္ ေပၚ မူတည္ၿပီး Class / Type ေတြ ခြဲျခားထားပါ ေသးတယ္။ ဥပမာ။ ။ Steel Pipes (Schedule 10, 20, 30, 40, 80, XS, ST); Copper Pipes (Type K, L, M in ASTM, Type X, Y, Z in B.S)
     
     
   
   
5. Application
   • Pipe Flow Application ေတြကို ၾကည့္ရင္
     1. Gravity Flow (ေျမဆြဲအား ကို သံုးထားတဲ့ ေရစီး)
        • Gravity Pressure Flow
        • Gradient Flow (အေစာင္း၊ ေလႇ်ာေစာက္ အတိုင္းစီးဆင္း)
     2. Pressurized Flow (ဖိအားေပး ထားတဲ့ ေရစီး)
        • One-Way Circuit (တစ္ဘက္သြား ေရစီး)
        • Loop (Circulation) Circuit (လွည့္ လည္ ေနတဲ့ ေရစီး ပတ္လမ္း)
   
   
6. Water Pipe Sizing Consideration
   • Pipe Material
   • သံုးမဲ့ ေရရဲ့ အမ်ိဳးအစား (Domestic Water, Chilled Water, Condenser/Cooling Water, Hot Water, etc.)
   • Velocity Pressure Loss
   • Noise & Vibration
   • Erosion (တိုက္စား ပြန္းပဲ့ျခင္း မွ ကာကြယ္ရန္။)
     
     
   • Closed (Pressurized) Systems ေတြ အတြက္ Recommended Velocities ေတြကေတာ့

     Service	Velocity Range
     	S.I (m/s)	I.P (fps)
     Pump Discharge	2.4 to 3	8 to 12
     Pump Suction	1.2 to 2	4 to 7
     Drain Line	1.2 to 2	4 to 7
     Header	1.2 to 4.5	4 to 15
     Riser	1 to 3	3 to 10
     General Service	1 to 3	5 to 10
     City Water	1 to 2	3 to 7

     
     
   • Erosion လို႔ေခၚတဲ့ ေရတိုက္စား မႈဒဏ္ ခံႏိုင္ဘို႔ အတြက္ Recommended Velocities ေတြကေတာ့
     

     Normal Annual Operating Hours	Maximum Recommended Water Velocity
     	I.P (fps)	S.I (m/s)
     1500	12	3.6
     2000	11.5	3.5
     3000	11	3.3
     4000	10	3
     5000	9	2.7
     8000	8	2.4

     
     
     
7. Duct Sizing Consideration
   • HVAC Duct Sizing နဲ႔ပတ္သက္ၿပီး Post အသစ္ကို ျပန္ေရးေနပါတယ္။ HVAC Duct Sizing[ http://chawlwin.blogspot.com/2009/07/hvac-duct-sizing.html ] မွာေလ့လာပါ။
     အစီအစဥ္ မခ်ရေသးတဲ့ အၾကမ္းေရးလက္စ ပါ၊ Target to Complete 30 Nov 2008