Dalam industri HVAC, merancang ducting sering diibaratkan seperti membangun pembuluh darah gedung. Seandal apa pun unit AHU atau chiller yang Anda pasang, performanya akan turun jika kapasitas aliran salah dihitung. Ukuran saluran yang terlalu kecil dapat menimbulkan bising dan lonjakan beban listrik. Ukuran yang terlalu besar membuang anggaran material dan menurunkan tekanan udara secara drastis. Menentukan dimensi ducting dengan tepat bukan lagi sekadar formaliti di atas kertas. Ia ialah kunci untuk sistem udara yang sejuk sekata, senyap, dan jimat tenaga. Ini dicapai dengan menyelaraskan kadar aliran udara (CFM), had kelajuan angin, dan kehilangan geseran.
Baca juga: Peran, Material, dan Standar SNI Sistem Ducting HVAC
Airflow adalah jumlah volume udara yang mengalir per satuan waktu. Dalam praktik HVAC Indonesia, dua satuan digunakan secara bergantian:
- CFM (Cubic Feet per Minute): satuan yang banyak digunakan.
- m³/jam: satuan SI yang lebih umum digunakan dalam dokumen teknis proyek lokal IndonesiaKonversi: 1 CFM = 1,699 m³/jam, atau 1 m³/jam = 0,589 CFM
Kebutuhan airflow per ruangan ditentukan berdasarkan beban pendinginan ruangan (cooling load) atau persyaratan ventilasi minimum, mana yang lebih besar. Untuk artikel ini diasumsikan airflow per ruangan sudah diketahui dari hasil kalkulasi cooling load atau spesifikasi engineer.
Friction rate adalah berapa Pascal tekanan udara yang hilang per meter panjang duct (Pa/m). Ini adalah variabel kontrol utama dalam equal friction method.
Friction rate desain yang umum digunakan untuk sistem HVAC komersial adalah 0,8–1,2 Pa/m (ekuivalen dengan 0,1 in.wg per 100 ft dalam satuan imperial). Nilai ini merupakan keseimbangan antara ukuran duct yang ekonomis dan kecepatan udara yang tidak terlalu tinggi.
Friction rate yang lebih rendah (0,5–0,8 Pa/m) menghasilkan duct yang lebih besar dengan kecepatan lebih rendah. Cocok untuk area yang memerlukan level kebisingan sangat rendah seperti ruang rapat eksekutif, studio rekaman, atau ruang tidur hotel bintang lima.
Friction rate yang lebih tinggi (1,2–2,0 Pa/m) menghasilkan duct yang lebih kecil dengan kecepatan lebih tinggi yang hanya digunakan jika keterbatasan ruang sangat ketat dan kebisingan bukan prioritas utama.
Velocity adalah kecepatan udara dalam duct (m/s). Velocity dihitung dari airflow dan luas penampang duct:
Velocity (m/s) = Airflow (m³/s) ÷ Luas Penampang (m²)
Velocity adalah variabel verifikasi. Setelah ukuran duct ditentukan dari friction rate, velocity harus dicek. Pastikan velocity tidak melebihi batas yang diizinkan. Batas ini sesuai tipe area dan aplikasi terkait.
Ketiga variabel ini saling terhubung dalam persamaan Darcy-Weisbach:
ΔP/L = f × (ρ/2) × (V²/D)
Di mana:
ΔP/L = pressure drop per satuan panjang (Pa/m)
f = friction factor (fungsi kekasaran permukaan duct)
ρ = densitas udara (~1,2 kg/m³ pada kondisi standar)
V = velocity (m/s)D = diameter duct (m)
Dalam praktik, persamaan ini telah disederhanakan ke dalam diagram atau tabel duct sizing yang bisa dibaca langsung tanpa kalkulasi persamaan setiap kali.
Pada equal friction method, satu nilai friction rate dipilih dan diterapkan secara konsisten ke seluruh jaringan duct. Setiap segmen duct berdiameter berbeda-beda sesuai airflow-nya, tetapi pressure drop per meter panjang sama di semua segmen.
Keunggulan: distribusi tekanan yang relatif seimbang antar cabang sistem, prosedur kalkulasi yang sistematik dan mudah diverifikasi, dan hasilnya konsisten dengan referensi standar industri. Ini adalah metode yang paling umum digunakan dalam praktek industri HVAC global dan menjadi default dalam sebagian besar software duct sizing.
Kelemahan: pressure drop pada cabang-cabang pendek akan lebih rendah dari jalur kritis (jalur terpanjang), sehingga perlu balancing damper untuk mendistribusikan aliran udara secara merata.
Velocity method menetapkan kecepatan udara target per tipe duct (trunk, branch, runout) dan menentukan ukuran duct berdasarkan velocity tersebut. Friction rate menjadi hasil kalkulasi, bukan input.
Metode ini lebih tepat digunakan ketika: batasan kebisingan sangat ketat dan kecepatan udara harus dikendalikan secara langsung, atau untuk sistem sederhana dengan jalur tunggal tanpa percabangan banyak.
Sebelum duct sizing bisa dilakukan, kebutuhan airflow per ruangan harus sudah diketahui. Sumber angka ini bisa dari:
- Berdasarkan cooling load: Airflow dihitung dari kapasitas pendinginan yang dibutuhkan.
Formula umum: Airflow (m³/jam) = Cooling Load (kW) ÷ (1,2 × ΔT). ΔT adalah selisih suhu antara supply air dan setpoint ruangan. Nilai ΔT umumnya 10–12°C untuk sistem chilled water dan 8–10°C untuk sistem DX.
- Berdasarkan persyaratan ventilasi minimum: Minimum laju ventilasi udara segar per orang atau per luas lantai tergantung tipe ruangan. Airflow tidak boleh lebih rendah dari nilai minimum ini meskipun cooling load-nya kecil.
Gunakan nilai yang lebih besar dari keduanya sebagai airflow desain untuk setiap ruangan.
Friction Rate yang Direkomendasikan:
- Gedung perkantoran standar = 1,0 Pa/m (0,1 in.wg/100ft)
- Ruang rapat, ruang eksekutif = 0,6–0,8 Pa/m
- Hotel bintang 4–5 (kamar tidur) = 0,5–0,7 Pa/m
- Area utilitas, gudang = 1,2–1,5 Pa/m
- Dapur komersial, area produksi = 1,0–1,5 Pa/m
Untuk proyek perkantoran standar, gunakan 1,0 Pa/m sebagai titik awal.
Dengan airflow dan friction rate yang telah ditentukan, ukuran duct dapat ditentukan menggunakan tabel atau diagram duct sizing. Sebagai panduan, untuk friction rate sebesar 1,0 Pa/m, rekomendasi ukuran round duct berdasarkan kapasitas airflow adalah sebagai berikut:
| Airflow (m³/jam) | Diameter | Kecepatan (m/s) |
|---|---|---|
| 50–100 | Ø100 mm | 1,8–3,5 |
| 100–200 | Ø125 mm | 2,3–4,5 |
| 150–300 | Ø150 mm | 2,4–4,7 |
| 250–500 | Ø200 mm | 2,2–4,4 |
| 450–800 | Ø250 mm | 2,5–4,5 |
| 700–1.200 | Ø315 mm | 2,5–4,3 |
| 1.000–1.800 | Ø355 mm | 2,8–5,1 |
| 1.500–2.500 | Ø400 mm | 3,3–5,5 |
| 2.000–3.500 | Ø450 mm | 3,5–6,1 |
| 3.000–5.000 | Ø500 mm | 4,2–7,1 |
| 4.500–7.000 | Ø560 mm | 5,1–7,9 |
| 6.000–9.000 | Ø630 mm | 5,3–8,0 |
Catatan: nilai pada tabel ini adalah panduan awal. Verifikasi dengan software duct sizing untuk kalkulasi yang lebih presisi.
Pilih diameter yang menghasilkan velocity dalam rentang yang aman (lihat Langkah 4).
Setelah ukuran duct dipilih, hitung velocity aktual dan bandingkan dengan batas yang berlaku:
Velocity (m/s) = Airflow (m³/s) ÷ Luas Penampang (m²)
Luas penampang spiral duct: A = π × (D/2)²Batas velocity yang direkomendasikan:
| Tipe Duct / Area | Velocity Maksimum |
|---|---|
| Main trunk duct (sistem low-pressure) | 6–7,5 m/s |
| Branch duct utama | 4–6 m/s |
| Branch duct sekunder | 3–5 m/s |
| Runout ke grille/diffuser | 2–3,5 m/s |
| Outlet grille (SNI 03-6572-2001) | Maks. 2,5 m/s |
| Area kebisingan sensitif (ruang tidur hotel, studio) | Maks. 3–4 m/s pada branch |
Jika velocity melebihi batas, naikkan satu ukuran diameter. Jika velocity terlalu rendah (di bawah 2 m/s pada branch), pertimbangkan turunkan satu ukuran untuk alasan ekonomi.
Duct sizing dilakukan dari sumber (AHU) ke arah paling jauh (terminal zone), mengikuti jalur kritis (path of greatest resistance). Setiap kali ada percabangan (tee), airflow di kedua sisi cabang dihitung terpisah, dan masing-masing cabang di-size secara independen dengan friction rate yang sama.
Baca juga: Panduan Teknis Instalasi Spiral Duct HVAC