HVAC Duct Sizing

• HVAC စနစ္မွာ ေလကို Transport လုပ္ဘို႔ အတြက္ Air Duct အမ်ိဳးမ်ိဳး ပါဝင္ ေနရပါတယ္။
• ဒါေၾကာင့္ HVAC System Design အႀကီးေတြ လုပ္ရတဲ့ အခါ မွာ ႀကံဳေတြ႕ရမဲ့ Air Duct Sizing ေတြ ကို စနစ္တက် ေရြးခ်ယ္ေစႏိုင္ဘို႔ က အေရးႀကီးပါတယ္။

1. Introduction
   • သံုးတဲ့ ရည္ရြယ္ခ်က္ အလိုက္ Fresh Air Duct (Ventilation Duct), Supply Air Duct, Return Air Duct, Exhaust Air Duct စသည္ျဖင့္ အမ်ိဳးမ်ိဳး ပါဝင္ပါတယ္။ Exhaust မွာမွ စုတ္ထုတ္မဲ့ ဓါတ္ေငြ႕ ရဲ့ သေဘာ သဘာဝ ကို လိုက္ၿပီး အမ်ိဳးမ်ိဳး ကြဲႏိုင္ပါေသးတယ္။ (ဥပမာ၊ ၊ General exhaust, Toilet exhaust, Kitchen Exhaust, Wet exhaust, Chemical Exhaust, Acidic Exhaust, Caustic Exhaust, etc.)
   • Duct Material အေနနဲ႔ အသံုးအမ်ားဆံုး က Sheet Metal ပါ။ သံုးမဲ့ အသံုး အပူခ်ိန္ နဲ႔ Chemical / heat / moisture စတဲ့ resistant ေတြ ေပၚမူတည္ၿပီး အျခား material ေတြ လည္း အသံုးျပဳႏိုင္ပါတယ္။ အသံုးမ်ားတာကေတာ့ Aluminium, Stainless Steel, PP နဲ႔ အျခားပလတ္စတစ္ အခ်ိဳ႕ပါ။
   • Shape (ပံု) အေန နဲ႔ လည္း ေလးေထာင့္၊ အဝိုင္း နဲ႔ ဘဲဥပံု ဆန္ဆန္ ေတြ ျဖစ္ႏို္င္ပါတယ္။
   • မီးအေရးေပၚ အေျခအေန အတြက္ သံုးမဲ့ Duct ေတြ အတြက္ Fire Rating Consideration ေတြ လိုအပ္သလို၊ ေျပးမဲ့ ေနရာနဲ႔ အပူ အေအး ကြာဟခ်က္ Temperature Differences ေတြ ရွိမယ္ဆိုရင္ Insulation လိုအပ္ႏိုင္ပါတယ္။
   • အသံုးမ်ားတဲ့ Standard ကေတာ့ SMACNA Standard ပါ။
   • အၾကမ္းအားျဖင့္ အလြယ္တကူ ေရြးခ်ယ္တဲ့ အခါ Pressure Loss ΔP ကို 1 Pa/m (0.1mm Aq /m) နဲ႔ ေရြးတတ္ၾကပါတယ္။ Velocity ကို လည္း 8 m/s ထက္ မေက်ာ္ေစရဘူး စသည္ ျဖင့္ေပါ့။ ဒါက သံုးေနက် လည္းျဖစ္၊ သံုးလို႔လည္း ျပႆနာ မေပးႏိုင္မဲ့ အေျခအေန ေတြကိုလည္း သိရင္ လြယ္လြယ္ သံုးႏိုင္တဲ့ Rule of Thumb တစ္ခုပါ။ ေလွနံဒါးထစ္ မွတ္ဘို႔ ေတာ့ မဟုတ္ပါဘူး။ ထူးျခားတဲ့ application ေတြ၊ အေျခအေန မွာ ဒီ ဂဏန္းေတြ ကို ျပန္စစ္ေဆး ရပါလိမ့္မယ္။
     ( မွတ္ခ်က္။ ။ Thumb Rule (or) Rule of Thumb ဆိုတာက အေတြ႕အႀကံဳ ကို အေျခခံ ၿပီး အလြယ္တကူ သံုးႏိုင္တဲ့ နည္းလမ္းကို ဆိုလိုတာပါ။ သူ႔မွာ ဘာလို႔ လုပ္ရတာလဲ ဆိုတဲ့ အေျဖအတိအက် ေပးဘို႔ မလြယ္ေပမဲ့ ဒီ တန္ဘိုးကို သံုးခဲ့တာ အဆင္ေျပတယ္၊ OK ပဲ လို႔ အဓိပၸါယ္ ရပါတယ္။ ဘယ္ Subjects မွာမဆို အသံုးမ်ားတဲ့ စကားလံုး ပါ။)
     
   
   
   
2. Duct Sizing Design Consideration
   • Dust Sizing လုပ္တဲ့ အခါ အဓိက Factor ႏွစ္ခုကေတာ့ Friction Loss နဲ႔ Velocity ပါ။ Duct Construction ကိုလည္း ထည့္သြင္းစဥ္းစား ရပါေသးတယ္။
   • Friction Loss ကိုထည့္သြင္း စဥ္းစားရတာ ကေတာ့ လိုအပ္မဲ့ Fan Power ကို ကန္႔သတ္ႏိုင္ဘို႔ပါ။ Friction Loss က Duct Velocity နဲ႔ ေရာ Duct အတြင္းမ်က္ႏွာျပင္ အၾကမ္းအႏု roughness factors နဲ႔ ပါ သက္ဆိုင္ပါတယ္။
   • Velocity Limit ကိုသတ္မွတ္ရတာ ကေတာ့ ေလစီးတဲ့ အခ်ိန္ ထြက္ေပၚလာမဲ့ အသံ ကို ကန္႔သတ္ ႏိုင္ဘို႔ ပါ။ ဒါ့အျပင္ Friction Loss အေပၚမွာ လည္း အက်ိဳးသက္ေရာက္ မႈ ရွိေန ပါေသးတယ္။ အသံုးျပဳ မဲ့ ေနရာ Duct Section Location (Supply, Return / Main, Branch) အေပၚမူတည္ သလို အခန္းရဲ့ လိုအပ္တဲ့ Noise Criteria (ဆိတ္ၿငိမ္မႈ အတိုင္းအတာ) နဲ႔ လည္း ဆိုင္ ပါတယ္။
   • HVAC Air-Side မွာသံုးေလ့ ရွိတဲ့ Air Duct အမ်ိဳးအစား သံုးခု ကို ေအာက္မွာ ေဖာ္ျပထားပါတယ္။
     
   • Circular Duct မဟုတ္တဲ့ အျခား Non-Circular Duct ေတြ ကို သံုးတဲ့ အခါ အသင့္ေတာ္ဆံုး ကေတာ့ Equivalent Circular Duct ကိုရွာၿပီး တြက္တဲ့ နည္းပါ။
   • Duct Size ေတြကို စဥ္းစားတဲ့ အခါ Internal Clear Dimensions (အတြင္းပိုင္း အလြတ္ အတိုင္းအတာ မ်ား) ျဖစ္ဘို႔ လိုအပ္ပါတယ္။ တစ္ခါတစ္ရံ Internal Lining / Insulation လိုအပ္ႏိုင္တာ မို႔ ဒီအခ်က္ ကို မေမ့ ဘို႔ သတိေပးရျခင္း ျဖစ္ပါတယ္။
     
     
   • Aspect Ratio
     
     • Aspect Ratio ဆိုတာ က Rectangular Duct နဲ႔ Oval Duct ေတြ မွာ အနံ နဲ႔ အျမင့္၊ ႀကီးတာကို ငယ္တာ နဲ႔ စား လို႔ ရတဲ့ အေျဖပါ။ (Aspect Ratio = The ratio of the long side to the short side of the duct)
       
     • အေကာင္းဆံုး ကေတာ့ Aspect Ratio = 1 ပါ။ ဘာလို႔လည္း ဆိုေတာ့ ပစၥည္း အကုန္အက် အနည္းဆံုးမို႔ ပါပဲ။ Sheet Metal Duct တစ္ခု ကို Fabricate လုပ္တဲ့ အခါ Parameter က ကုန္က်မဲ့ Sheet Metal အေရအတြက္ နဲ႔ တိုက္ရိုက္ အခ်ိဳး က်ပါတယ္။ Aspect Ratio မ်ားလာရင္ Parameter (ပတ္လည္အနား အရွည္) လည္း မ်ားလာတာ ကို သတိျပဳမိမယ္ ထင္ပါတယ္။ (Development Drawing ဆြဲတာ ကို သတိရပါ။) ေအာက္မွာ Cross Section Area ခ်င္း တူတဲ့ Duct ႏွစ္ခု ကို ယွဥ္ျပေပးထားပါတယ္။
       
       
     • အထက္ပါ ပံုအရ Parameter ခ်င္းယွဥ္ၾကည့္ရင္ 5m vs 4m မို႔ (5-4)/4 = 25% ပိုကုန္က်တာ ေတြ႕ရပါလိမ့္မယ္။ ဒါ့အျပင္Equivalent Diameter ခ်င္းတူဘို႔ အတြက္ Aspect Ratio မ်ားတဲ့ Duct Size ကို နည္းနည္း ပိုႀကီးေပးဘို႔ လိုအပ္ပါတယ္။ ဒါေၾကာင့္ Material Usage က 30% ေလာက္ပိုကုန္ပါတယ္။ (ေအာက္ဇယားတြင္ ရႈ။)
       
     • ဒါ့အျပင္ Aspect Ratio မ်ားလာတာနဲ႔ တစ္ၿပိဳင္တည္း မွာပဲ Insulation ပတ္ရမဲ့ ဧရိယာ မ်ားလာ သလို Heat Gains/Loss လည္း မ်ား လာပါအံုးမယ္။
     • ေအာက္မွာ Equivalent Duct Diameter တစ္ခု အတြက္ Aspect Ratio ေျပာင္းတဲ့ အေပၚ ပိုကုန္က်မဲ့ Material နဲ႔ Cost ေတြ ကို နမူနာ ေပးထားပါတယ္။
       

       Aspect Ratio	Sheet Metal Usage	Installation Cost
       1	1.00	1.00
       2	1.07	1.12
       3	1.18	1.26
       4	1.29	1.44
       5	1.39	1.62
       6	1.49	2.00
       7	1.59	2.08

       
       
     • အေပၚက Table ကို ၾကည့္ရင္ Aspect Ratio 4 ျဖစ္လာတဲ့ အခါ ကုန္က်မဲ့ Sheet Metal က 30% ေလာက္ ပိုကုန္က် မွာ ျဖစ္ၿပီး Installation Cost (တပ္ဆင္ စရိတ္) ကေတာ့ 50% ေလာက္ပို ကုန္က်တာ ေတြ႕ရပါမယ္။
       
     • Site / Space Constraints ေတြ အရ Aspect Ratio 1 အၿမဲတမ္း ရႏို္င္ဘို႔ က မလြယ္ပါဘူး။ ဒါေပမဲ့ Aspect Ratio ကို 4 ထက္ မေက်ာ္ပါေစနဲ႔။
       
     • မွတ္ရလြယ္ေအာင္ ေျပာရမယ္ ဆုိရင္၊ Low Aspect Ratio Means:
       • Lower Friction Rate (Lower Operating Cost)
       • Lower Perimeter to Area Ratio (Lower Material Cost)
         
     
     
   • Pressure Loss Consideration
     
     • Friction Loss ကို ကန္႔သတ္တဲ့ အခါ ပံုမွန္ အသံုးမ်ားတဲ့ Medium Smooth – Sheet Metal Duct ေတြ အတြက္ 1 Pa/m (0.1 mmAq/m) ေလာက္ ထားေလ့ရွိၾကပါတယ္။ ဒါက Thumb Rule ပါ။ မ်က္ႏွာျပင္ ပိုၾကမ္းတဲ့ Flexible Duct လို၊ Fiber Duct တို႔မွာေတာ့ Pressure Loss က ပိုမ်ားေနပါလိမ့္မယ္။ ဒါ့အျပင္ Flexible Duct မွာ ဘယ္ေလာက္ထိ ဆြဲဆန္႔ ထားတယ္၊ (ေကြးေနတယ္) ေပၚ မူတည္ၿပီး လည္း Pressure Loss ထပ္တက္ လာႏိုင္ပါေသးတယ္။ ဒါေပမဲ့ Flexible Duct က တိုတာမို႔ ရိုးရိုး Duct နဲ႔ Same Velocity ေလာက္မွာ ထားေရြးရင္ အဆင္ေျပေလ့ရွိပါတယ္။ (မွတ္ခ်က္ Flexible Duct ကို 1.5m (5 feet) ထက္ မေက်ာ္ေစဘို႔ ဂရုစိုက္ ေပးပါ။ ဒါ့အျပင္ တကယ္ ဆင္တဲ့ အခါမွာလည္း ေခြေခါက္မေန ေစဘို႔ သတိျပဳပါ။) ဒါမွ Standard Duct Size Chart ေတြ သံုးၿပီး Sizing လုပ္ႏိုင္မွာ ပါ။
     • အျပင္မွာ သံုးေနၾကတဲ့ Duct Measure / Ductulator ေတြကလည္း Medium Smooth Sheet Metal Duct အတြက္ ပဲ မွန္ပါတယ္။ ASHRAE Handbook ထဲမွာပါတဲ့ Chart ကလည္း Medium Smooth အတြက္ ပါပဲ။ ဒါေၾကာင့္ Medium Smooth မဟုတ္တဲ့ Flexible Duct လို၊ Concrete Duct လိုေတြ မွာ Pressure Loss လိုခ်င္ရင္ ျပန္တြက္ယူရပါလိမ့္မယ္။ Roughness Factor ကိုေတာ့ ASHRAE မွာ ဒီလိုေပးထားပါတယ္။
       
     • Energy Cost ကေစ်းႀကီးၿပီး Duct Work Cost ကသက္သာရင္ Low Friction Rate က ပိုၿပီး Economical (တြက္ေခ်ကိုက္) ပါတယ္။ Energy Cost ကေစ်းခ်ိဳၿပီး Duct Work Cost ကေစ်းႀကီးရင္ Higher Friction Rate က ေစ်းပိုသက္သာပါတယ္။
     • အသံတိတ္ဆိပ္မႈ အတြက္ Velocity Limits နဲ႔ Friction Rate အနည္းအမ်ား အလိုက္ လိုအပ္လာမဲ့ Fan/Equipment ေတြ ကို ထည့္သြင္း စဥ္းစားဘို႔လည္း မေမ့ ေစခ်င္ပါဘူး။ Duct Pressure Class ေတြ က လည္း System Pressure Loss နဲ႔တိုက္ရိုက္ ဆက္သြယ္မႈ ရွိပါတယ္။ Duct Static Pressure ျမင့္လာတာ နဲ႔ အတူ Material Thickness, Construction Method, Reinforcement Arrangements နဲ႔ Sealing Requirements ေတြပါ လိုက္တက္ လာတာ ကို လည္း သတိမူ ေစခ်င္ပါတယ္။
       
     • စာေရးသူ ေရးေပးထားခဲ့ တဲ့ VBA: Excel မွာေတာ့ အျခား Roughness Factor ေတြ အတြက္ ပါ တြက္ႏို္င္ေအာင္ စီစဥ္ေပးထားပါတယ္။
     
     
     
   • Flow Velocity Consideration
     
     • Velocity ကိုစဥ္းစားတဲ့ အခါ အခန္းရဲ့ ဆိတ္ၿငိမ္မႈ လိုအပ္ခ်က္ ကို လိုက္လို႔ စဥ္းစားဘို႔ မွီျငမ္းစရာ Tables ႏွစ္ခု ကို ေအာက္မွာ ေပးထားပါတယ္။
       
     • Suggested Maximum Airflow Velocities for Various Noise Criteria

       Room NC		S.I (m/s)			I.P (fpm: ft/min)
       		Supply		Return	Supply		Return
       		(Main)	(Branch)		(Main)	(Branch)
       NC50	Kitchen, Laundries, Machinery Space	10	8	6	2000	1600	1200
       NC45	Lobby / Maintenance	9	7	6	1800	1400	1200
       NC40	Large Office	8	6	5	1600	1200	1000
       NC35	Small Office	6.5	5	4	1300	1000	800
       NC30	Residential	5	4	3	1000	800	600

       
       
     • Suggested Maximum Airflow Velocities for Various Ductwork Installations

       Duct Location	RC or NC Rating in Adjacent Occupancy	Max. Airflow Velocity
       		I.P (fpm)		S.I (m/s)
       		Rectangular	Circular	Rectangular	Circular
       In shaft or above solid drywall ceiling	45	3500	5000	17.5	25
       	35	2500	4500	12.5	22.5
       	25 or less	1500	2500	7.5	12.5
       Above suspended acoustical ceiling	45	2500	4500	12.5	22.5
       	35	1750	3500	8.75	17.5
       	25 or less	1000	2000	5	10

       
       
     • ဒီ Table ေတြက Duct ကေန ထြက္လာ Noise Problem ကို ေလွ်ာ့ခ်ေပးႏိုင္ဘို႔ ပါ။ Equipment Noise အပါအဝင္ Total Noise Control လုပ္မဲ့ အခါ အျခားလိုအပ္ခ်က္ (ဥပမာ၊ ၊ Sound Attenuator, Internal Duct Lining, Additional Duct Elbow, etc.) ေတြ ပါဝင္လာႏိုင္ပါတယ္။
     • Duct Lining ထည့္ရမဲ့ အေျခအေန အတြက္ စိတ္ပူရမဲ့ အေျခအေန အထိ Noise Criteria ေတြ က တင္းက်ပ္ ေနခဲ့ရင္ သူ႔အတြက္ Allowance ကို Duct Dimension မွာထည့္သြင္း စဥ္းစားထားေပးဘို႔ လိုအပ္ပါမယ္။
     
     
   
   
3. Ducting Sizing
   
   • Pressure Loss Limit နဲ႔ Velocity Limits ေတြ သိၿပီး ဆိုရင္ေတာ့ Duct Sizes ေတြကို အဓိက နည္းသံုးနည္း နဲ႔ ထဲ က တစ္နည္းနည္း ကို သံုးၿပီး ေရြးခ်ယ္ ႏိုင္ပါတယ္။
     1. Using Chart: ASHRAE / Carrier Handbooks ေတြမွာ ပါတဲ့ Chart ေတြ နဲ႔ ယွဥ္ၿပီး ေရြးခ်ယ္ဘို႔ ပါ။
     2. Using Duct Measure / Ductulator : Duct Measure / Ductulator လို႔ေခၚတဲ့ Slide Instruments ကို သံုးၿပီးေရြးခ်ယ္။
     3. Using Program: Duct Size ေရြးတဲ့ Program ေတြ အမ်ိဳးမ်ိဳးရွိပါတယ္။ စာေရးသူ ရဲ့ VBA Program ကို လည္း သံုးၿပီး ေရြးႏိုင္ပါတယ္။
   • အရြယ္အစား ေ႐ြးခ်ယ္တဲ့ အခါမွာေတာ့ Circular Duct Size ကို အရင္ ေ႐ြးခ်ယ္ရပါမယ္။
     
   • Rectangular နဲ႔ Oval Duct ေတြ ကိုေတာ့ သက္ဆိုင္ရာ Table ေတြကေန ဖတ္ယူလို႔ပဲ ျဖစ္ျဖစ္ အေပၚက Ducts ပံုစံ သံုးမ်ိဳး ယွဥ္ျပထားတဲ့ ပံု မွာပါတဲ့ Equation ေတြ ကေန ျပန္တြက္ယူလို႔ ပဲျဖစ္ျဖစ္ Sizing ေရြးခ်ယ္ ႏိုင္ပါတယ္။
   • ASHRAE Handbook: Fundamentals မွာ ပါဝင္တဲ့ Tables ေတြကေတာ့
     1. Rectangular Duct အတြက္ Table: Circular Equivalents of Rectangular Duct for Equal Friction and Capacity
     2. Oval Duct Size အတြက္ ကိုေတာ့ ASHRAE Handbook က Table: Equivalent Spiral Flat Oval Duct Dimension
     ျဖစ္ၾကပါတယ္။
   • Duct Measure / Ductulator ေတြ မွာေတာ့ Rectangular Duct Size ကို တိုက္ရိုက္ ဖတ္လို႔ ရေလ့ ရွိတတ္ ပါေသးတယ္။
     
     
   • Ducting Sizing in Excel Spread Sheet & VBA
     • Excel Spread Sheet မွာ အလြယ္တကူ Duct Sizing လုပ္ႏိုင္ေစဘို႔ ရည္ရြယ္ခ်က္ နဲ႔ VBA for MEP Calculations[ http://chawlwin.blogspot.com/2009/06/vba-for-mep-calculations.html ] ကို ေရးသား ထားၿပီးပါၿပီ။ သြားေရာက္ ေလ့လာ ႏိုင္ပါတယ္။
     
     
   
   
   
4. Impact of Duct Design Method in Duct Sizing
   • Duct Design Methods (ဒီဇိုင္း လုပ္နည္း) သံုးနည္း ရွိပါတယ္။
     1. Equal Friction Method
     2. Static Regain Method
     3. T-Method
   • အေပၚမွာ တင္ျပခဲ့ တဲ့ Duct Sizing Method က Equal Friction Method အတြက္ တိုက္ရိုက္သက္ဆိုင္ေပမဲ့ နည္းသံုးခု စလံုး အတြက္ အသံုးဝင္ပါတယ္။ Design Method အလိုက္ Velocity နဲ႔ Friction Loss Factor ေတြ ကို အနည္းငယ္ Adjust လုပ္ေပးဘို႔ လိုတာ ကိုသိထားဘို႔ ပဲလိုပါတယ္။
   • Duct Section & Branch ေတြမွာ Flow Control / Adjusting လုပ္ဘို႔ သင့္ေတာ္တဲ့ Dampers ေတြ ထည့္ထားခဲ့ မယ္ဆိုရင္ ဒီနည္း နဲ႔ ေရြးခ်ယ္တဲ့ အတြက္ ျပႆနာ သိပ္ေပၚစရာ မရွိလွပါဘူး။
   • Duct System Design တစ္ခုလံုး လုပ္တဲ့ အခါမွာေတာ့ Duct Sizing သာမက Fan / System Interface နဲ႔ Duct Fitting Loss ေတြ ရဲ့ သေဘာ သဘာဝ ကို သိရွိနားလည္ ေနဘို႔ လိုအပ္ပါတယ္။
     
   • Duct System Design နဲ႔ ပတ္သက္ၿပီး ေနာက္လာမဲ့ post မွာ ဆက္လက္ ေရးသားေပးသြားမွာ ျဖစ္ပါတယ္။
   
   
5. References:
   
   1. "Duct Design", Chapter 21, ASHRAE Handbook: Fundamentals, 2009.
   2. "HVAC Duct Construction Standards", 2nd Edition with Addenum No. 1, SMACNA, 1997.
   3. Mark E. Schaffer, "A Practical Guide to Noise and Vibration Controls for HVAC Systems", 2nd Edition (I-P), ASHRAE, 2005.
   4. "Air Duct Design", Chapter 2, Carrier: Handbook of Air Conditioning Design, McGraw-Hill, 1965.