Static pressure AHU merupakan salah satu parameter penting dalam menentukan kapasitas dan pemilihan fan pada Air Handling Unit (AHU). Static pressure menunjukkan besarnya tekanan yang harus dihasilkan fan untuk mengatasi hambatan aliran udara di dalam sistem HVAC.

Dalam praktiknya, airflow dan static pressure selalu berkaitan. Misalnya, sebuah AHU membutuhkan 10.000 CFM pada external static pressure 800 Pa. Artinya, fan harus mampu menghasilkan airflow 10.000 CFM ketika bekerja melawan tahanan sistem sebesar 800 Pa.

Kesalahan dalam menghitung static pressure dapat menyebabkan airflow aktual tidak sesuai kebutuhan. Karena itu, perhitungan static pressure sebaiknya dilakukan sebelum menentukan fan, motor, dan konfigurasi AHU.

Apa Itu Static Pressure pada AHU?

Static pressure adalah tekanan yang tersedia atau dibutuhkan dalam sistem untuk mengatasi tahanan terhadap aliran udara. Pada AHU, udara harus melewati berbagai komponen sebelum sampai ke ruangan, seperti:

• Filter
• Cooling coil
• Heating coil
• Damper
• Ducting
• Elbow
• Transition
• Silencer
• Diffuser
• Grille

Setiap komponen tersebut dapat menimbulkan pressure drop. Fan AHU kemudian harus menghasilkan tekanan yang cukup agar airflow yang dibutuhkan tetap dapat tercapai.

Sederhananya:

Fan → Menghasilkan tekanan → Mengatasi pressure drop → Udara mengalir sesuai kebutuhan

Mengapa Static Pressure Penting pada AHU?

Static pressure sangat berkaitan dengan performa fan. Misalnya sebuah sistem membutuhkan:

Airflow = 10.000 CFM

Jika total tahanan sistem adalah:

800 Pa

maka fan perlu dipilih agar mampu menghasilkan 10.000 CFM pada tekanan yang sesuai dengan kondisi sistem tersebut. Jika static pressure yang dihitung terlalu rendah, fan mungkin tidak mampu mencapai airflow yang dibutuhkan. Sebaliknya, jika pressure yang dipilih terlalu tinggi tanpa kebutuhan desain, fan dapat menjadi lebih besar dan konsumsi energi dapat meningkat.

Perbedaan Static Pressure dan Airflow

Keduanya merupakan parameter yang berbeda.

Contohnya:

10.000 CFM @ 800 Pa

Angka tersebut berarti fan harus mampu menyediakan 10.000 CFM pada kondisi tekanan 800 Pa. Jadi, tidak tepat memilih fan hanya berdasarkan CFM tanpa mengetahui static pressure sistem.

Satuan Static Pressure

Static pressure HVAC umumnya dinyatakan dalam:

• Pa (Pascal)
• kPa
• mmWG / mmH₂O
• inH₂O

Dalam sistem HVAC di Indonesia, Pa dan mmWG cukup sering digunakan. Konversi pendekatan:

1 mmH₂O ≈ 9,81 Pa

Sebaliknya:

1 Pa ≈ 0,102 mmH₂O

Contohnya:

500 Pa ≈ 51 mmH₂O

Nilai tersebut merupakan konversi tekanan, bukan tambahan atau pengurangan pressure loss.

Apa yang Menyebabkan Static Pressure Loss pada AHU?

Static pressure sistem berasal dari berbagai hambatan terhadap aliran udara. Beberapa komponen utama adalah:

1. Filter

Filter menyebabkan pressure drop ketika udara melewatinya. Filter yang semakin kotor biasanya memiliki pressure drop yang semakin tinggi.

2. Cooling Coil

Udara yang melewati cooling coil juga mengalami pressure drop. Besarnya dipengaruhi oleh desain coil, airflow, face velocity, jumlah row, fin spacing, dan karakteristik lainnya.

3. Heating Coil

Heating coil juga memiliki pressure drop.

4. Damper

Posisi damper dapat memengaruhi tahanan aliran.

5. Ducting

Gesekan udara dengan permukaan ducting menghasilkan friction loss.

6. Elbow dan Fitting

Perubahan arah dan bentuk ducting dapat menghasilkan tambahan pressure loss.

7. Diffuser dan Grille

Terminal udara juga memiliki pressure drop yang perlu diperhitungkan.

Rumus Dasar Menghitung Static Pressure AHU

Secara sederhana, total pressure loss sistem dapat ditulis:

ΔP total = ΔP filter + ΔP coil + ΔP damper + ΔP ducting + ΔP fitting + ΔP diffuser + komponen lainnya

Jika seluruh pressure drop diketahui, jumlahkan semuanya. Contohnya:

• Filter = 150 Pa
• Cooling coil = 120 Pa
• Damper = 50 Pa
• Ducting = 250 Pa
• Fitting = 100 Pa
• Diffuser = 80 Pa

Maka:

Total Pressure Drop = 150 + 120 + 50 + 250 + 100 + 80

= 750 Pa

Jadi sistem membutuhkan sekitar 750 Pa untuk mengatasi pressure loss yang dihitung. Dalam pemilihan fan, nilai tersebut kemudian dikombinasikan dengan kondisi sistem dan faktor desain yang sesuai.

Contoh Perhitungan Static Pressure AHU

Misalnya sebuah AHU memiliki airflow:

10.000 CFM

Sistem terdiri dari:

Maka:

Total Pressure Drop = 80 + 120 + 150 + 50 + 200 + 100 + 75

Total = 775 Pa

Jadi, berdasarkan komponen yang dicantumkan, total pressure loss adalah sekitar:

775 Pa

Fan kemudian perlu dipilih berdasarkan kurva performa fan, sehingga airflow 10.000 CFM dapat dicapai pada tekanan yang dibutuhkan.

External Static Pressure AHU

Istilah yang sering digunakan dalam spesifikasi AHU adalah External Static Pressure (ESP). External static pressure mengacu pada tahanan yang berada di luar AHU, misalnya:

• Supply duct.
• Return duct.
• Diffuser.
• Grille.
• Damper eksternal.
• Fitting ducting.
• Komponen lain di luar casing AHU.

Karena itu, ESP perlu dibedakan dari pressure drop komponen internal AHU.

Internal Pressure Drop AHU

Di dalam AHU sendiri terdapat berbagai komponen yang menghasilkan pressure drop. Contohnya:

• Filter.
• Cooling coil.
• Heating coil.
• Internal damper.
• Humidifier.
• Heat exchanger.
• Silencer.
• Louver.

Misalnya:

Internal AHU Pressure Drop = 400 Pa

sedangkan:

External Static Pressure = 600 Pa

Maka total tekanan yang harus dipertimbangkan fan dapat mencapai:

400 + 600 = 1.000 Pa

Namun, metode perhitungan harus disesuaikan dengan definisi pressure rating yang digunakan oleh manufacturer fan/AHU agar tidak terjadi double counting.

ESP vs Total Static Pressure

Kedua istilah ini sering membingungkan.

External Static Pressure

Fokus pada pressure loss yang berada di luar unit AHU.

Total Fan Pressure

Menggambarkan kebutuhan tekanan fan secara lebih keseluruhan, sesuai metode dan titik pengukuran yang digunakan.

Karena setiap manufacturer dapat menggunakan definisi dan metode pengukuran yang berbeda, datasheet fan harus diperiksa sebelum membandingkan angka static pressure antarproduk.

Cara Menghitung Pressure Loss pada Ducting

Pressure loss ducting dapat berasal dari dua hal utama:

Friction Loss

Terjadi akibat gesekan udara dengan dinding duct.

Fitting Loss

Terjadi karena adanya perubahan arah atau geometri aliran.

Contohnya:

• Elbow.
• Tee.
• Reducer.
• Expander.
• Branch.
• Damper.
• Transition.

Secara umum:

Total Duct Pressure Loss = Friction Loss + Fitting Loss

Untuk desain aktual, pressure loss sebaiknya dihitung menggunakan metode duct design yang sesuai dengan airflow, ukuran duct, material, dan konfigurasi sistem.

Apa Itu Friction Loss?

Friction loss adalah kehilangan tekanan akibat gesekan antara udara dengan permukaan ducting. Besarnya dapat dipengaruhi oleh:

• Airflow.
• Ukuran duct.
• Panjang duct.
• Kecepatan udara.
• Material duct.
• Kekasaran permukaan.

Semakin panjang jalur ducting, semakin besar potensi friction loss. Karena itu, jalur ducting yang terlalu panjang dapat meningkatkan kebutuhan static pressure fan.

Pressure Loss pada Elbow dan Fitting

Ducting hampir selalu membutuhkan perubahan arah. Misalnya:

AHU → Elbow → Main Duct → Tee → Branch Duct → Diffuser

Setiap perubahan tersebut dapat menghasilkan tambahan pressure loss. Jumlah dan jenis fitting perlu diperhitungkan dalam perhitungan static pressure. Semakin kompleks sistem ducting, semakin penting melakukan pressure loss calculation secara detail.

Pressure Drop pada Filter AHU

Filter merupakan salah satu komponen penting dalam perhitungan static pressure. Filter baru biasanya memiliki pressure drop tertentu. Ketika filter menangkap debu dan partikel, pressure drop dapat meningkat. Karena itu, dalam desain sistem, perlu diperhatikan:

Clean Filter Pressure Drop

dan

Final/Dirty Filter Pressure Drop

Fan dan sistem harus dapat mempertahankan airflow pada kondisi operasi yang dipertimbangkan.

Pressure Drop pada Cooling Coil

Cooling coil AHU juga memiliki pressure drop pada sisi udara. Nilainya dipengaruhi oleh:

• Airflow.
• Face velocity.
• Coil dimensions.
• Number of rows.
• Fin spacing.
• Tube configuration.
• Coil geometry.

Misalnya cooling coil memiliki pressure drop:

150 Pa

maka angka tersebut perlu dimasukkan ke dalam total pressure calculation. Ini menjadi salah satu alasan mengapa desain custom cooling coil perlu mempertimbangkan airflow dan allowable pressure drop sejak awal.

Hubungan Face Velocity dengan Static Pressure

Face velocity adalah kecepatan udara yang melewati permukaan cooling coil.

Rumus dasarnya:

Face Velocity = Airflow / Face Area

Ketika airflow semakin besar tetapi face area tetap, face velocity akan meningkat. Peningkatan velocity biasanya juga meningkatkan pressure drop pada coil. Karena itu, dalam desain cooling coil AHU terdapat trade-off antara:

Airflow → Face Area → Face Velocity → Pressure Drop

Desain coil tidak cukup hanya mengejar kapasitas pendinginan, tetapi juga perlu memperhatikan pressure drop.

Static Pressure dan Fan AHU

Fan merupakan komponen yang bertugas mengatasi pressure loss sistem. Spesifikasi fan biasanya dinyatakan dalam bentuk:

Airflow @ Static Pressure

Misalnya:

15.000 CFM @ 1.000 Pa

Artinya performa fan harus dievaluasi pada titik operasi tersebut. Fan tidak memiliki satu nilai airflow yang selalu tetap. Performa fan berubah mengikuti pressure dan kondisi sistem. Karena itu, fan curve sangat penting dalam proses pemilihan fan.

Apa Itu Fan Curve?

Fan curve adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara airflow dan pressure yang dapat dihasilkan fan. Secara sederhana:

• Ketika resistance sistem meningkat, airflow dapat menurun.
• Ketika resistance lebih rendah, airflow yang dapat dicapai dapat lebih tinggi.

Titik pertemuan antara fan curve dan system resistance curve menggambarkan titik operasi sistem. Karena itu, pemilihan fan sebaiknya tidak hanya berdasarkan angka maksimum yang tercantum dalam katalog.

Static Pressure dan Motor Fan

Setelah fan dipilih, kebutuhan daya motor juga perlu diperhatikan. Secara sederhana, hubungan daya udara dapat ditulis:

P_air = Q × ΔP

Keterangan:

• P_air = air power dalam Watt.
• Q = airflow dalam m³/s.
• ΔP = pressure dalam Pascal.

Karena fan tidak memiliki efisiensi 100%, daya motor yang dibutuhkan lebih besar daripada air power:

P_motor ≈ Q × ΔP / η

Keterangan:

η = efisiensi fan dan sistem penggeraknya

Contohnya, jika airflow dan static pressure meningkat, kebutuhan daya fan juga cenderung meningkat.

Contoh Sederhana Menghitung Fan Power

Misalnya:

Airflow = 10.000 CFM

Konversi:

10.000 CFM ≈ 4,72 m³/s

Static pressure:

800 Pa

Jika efisiensi total fan dan penggerak diasumsikan:

70%

Maka air power:

P = 4,72 × 800

P ≈ 3.776 W

atau sekitar:

3,78 kW

Dengan efisiensi 70%:

P_motor ≈ 3,78 / 0,70

≈ 5,4 kW

Maka motor yang dipilih harus memiliki kapasitas yang sesuai dengan hasil engineering dan kondisi operasi aktual, termasuk faktor desain yang diperlukan.

Static Pressure AHU dan Ducting

Hubungan antara AHU dan ducting sangat erat. Misalnya airflow yang dibutuhkan:

10.000 CFM

Jika sistem ducting dibuat terlalu kecil, velocity dapat meningkat dan pressure loss menjadi lebih besar. Akibatnya:

Pressure Loss ↑ → Fan Pressure Requirement ↑ → Fan Power ↑

Karena itu, desain ducting yang baik dapat membantu mengurangi beban kerja fan.

Static Pressure pada Sistem Fresh Air

Fresh air duct juga dapat menambah pressure loss. Contohnya:

Outside Air Louver → Fresh Air Damper → Filter → AHU

Masing-masing komponen dapat memiliki pressure drop. Jika fresh air berasal dari lokasi yang jauh atau jalur ducting panjang, pressure loss dapat menjadi lebih signifikan.Karena itu, fresh air system perlu dimasukkan dalam perhitungan apabila fan AHU bertanggung jawab mengatasi tahanan tersebut.

Static Pressure pada AHU Clean Room

Pada sistem clean room, pressure drop dapat menjadi lebih tinggi karena penggunaan sistem filtrasi tertentu, termasuk HEPA filter. Aliran udara harus melewati:

AHU → Filter → Cooling Coil → Duct → HEPA Filter → Clean Room

Setiap komponen menghasilkan pressure loss. Karena itu, fan AHU untuk clean room perlu dipilih berdasarkan airflow dan pressure requirement yang sesuai dengan konfigurasi sistem.

Static Pressure pada AHU Rumah Sakit

Sistem HVAC rumah sakit dapat memiliki kombinasi:

• Supply duct.
• Return duct.
• Fresh air.
• Exhaust.
• Filter.
• Cooling coil.
• HEPA filtration pada area tertentu.

Masing-masing sistem memiliki pressure requirement yang berbeda. Untuk ruangan seperti ruang operasi atau area dengan persyaratan khusus, perhitungan pressure harus dilakukan sebagai bagian dari desain HVAC secara keseluruhan.

Static Pressure pada AHU Industri Farmasi

Industri farmasi dapat menggunakan sistem filtrasi dan distribusi udara yang lebih kompleks. Pressure loss dapat berasal dari:

• Pre-filter.
• Fine filter.
• HEPA filter.
• Cooling coil.
• Heating coil.
• Ducting.
• Terminal filter.
• Damper.

Karena itu, perhitungan static pressure harus dilakukan berdasarkan konfigurasi aktual sistem.

Static Pressure dan Kondisi Filter

Salah satu kesalahan yang sering terjadi adalah menggunakan pressure drop filter dalam kondisi bersih sebagai satu-satunya dasar perhitungan. Padahal pressure drop filter dapat meningkat selama digunakan.

Misalnya:

Clean Filter = 100 Pa

dan pada kondisi akhir operasi:

Final Filter = 250 Pa

Maka fan harus mampu bekerja pada kondisi sistem yang ditentukan dalam desain. Hal ini penting agar airflow tidak turun terlalu jauh ketika filter mulai kotor.

Air Handling Unit Manufacturers and Suppliers

Bagaimana Menentukan Static Pressure AHU?

Secara praktis, langkahnya dapat dilakukan seperti berikut:

1. Tentukan Airflow

Contohnya: 10.000 CFM

2. Buat Layout Sistem

Identifikasi:

• Supply duct.
• Return duct.
• Fresh air duct.
• Exhaust.
• Diffuser.
• Grille.

3. Daftar Semua Komponen

Catat pressure drop:

• Filter.
• Coil.
• Damper.
• Silencer.
• HEPA filter.
• Diffuser.
• Komponen lainnya.

4. Hitung Duct Pressure Loss

Hitung friction loss dan fitting loss.

5. Tentukan Jalur Kritis

Identifikasi jalur dengan pressure loss paling tinggi dari fan menuju terminal yang dilayani.

6. Jumlahkan Pressure Loss

Total pressure loss menjadi dasar kebutuhan tekanan fan sesuai definisi pressure yang digunakan.

7. Pilih Fan Berdasarkan Fan Curve

Pastikan fan dapat mencapai airflow pada pressure yang diperlukan.

8. Periksa Motor

Pastikan daya motor sesuai dengan operating point dan kondisi desain.

Mengapa Jalur Kritis Penting?

Dalam sistem ducting yang memiliki banyak cabang, tidak semua jalur memiliki pressure loss yang sama. Contohnya:

AHU

↓

Main Duct

↙︎ ↓ ↘︎

Ruang A — Ruang B — Ruang C

Masing-masing memiliki:

• Panjang duct berbeda.
• Jumlah elbow berbeda.
• Ukuran duct berbeda.
• Diffuser berbeda.

Jalur dengan pressure loss paling tinggi biasanya menjadi perhatian dalam menentukan kebutuhan tekanan sistem. Setelah itu, balancing dapat digunakan untuk membantu mendistribusikan airflow ke masing-masing cabang.

Kesalahan Umum Menghitung Static Pressure AHU
,

1. Hanya Menghitung Ducting

Pressure drop filter, coil, diffuser, damper, dan komponen lainnya juga perlu diperhitungkan.

2. Mengabaikan Fitting

Elbow, tee, reducer, dan transition dapat memberikan pressure loss.

3. Tidak Memperhatikan Kondisi Filter

Pressure drop filter dapat berubah selama masa pemakaian.

4. Memilih Fan Hanya Berdasarkan CFM

Fan harus dievaluasi berdasarkan airflow dan pressure pada operating point.

5. Menggunakan Angka Pressure Drop Tanpa Memeriksa Kondisinya

Pressure drop dari manufacturer biasanya terkait dengan kondisi airflow tertentu. Angka tersebut tidak boleh dipindahkan begitu saja ke kondisi airflow yang berbeda.

6. Double Counting Pressure Drop

Perlu memahami apakah angka pressure yang diberikan merupakan external static pressure, internal pressure drop, atau total fan pressure.

Contoh Spesifikasi AHU

Misalnya sebuah proyek membutuhkan:

Airflow: 20.000 CFM

Hasil perhitungan menunjukkan:

External Static Pressure: 900 Pa

Kemudian AHU memiliki internal pressure drop:

400 Pa

Jika definisi pressure yang digunakan mengharuskan keduanya dijumlahkan, kebutuhan total tekanan fan menjadi:

900 + 400 = 1.300 Pa

Maka fan perlu dievaluasi pada:

20.000 CFM @ 1.300 Pa

Tetapi sekali lagi, angka tersebut harus mengikuti definisi pressure dan metode rating fan/AHU yang digunakan manufacturer.

Hubungan Static Pressure dengan Efisiensi Energi

Static pressure yang tinggi berarti fan harus bekerja melawan tahanan yang lebih besar.

Secara umum:

Pressure ↑ → Fan Power ↑

Karena itu, desain sistem HVAC perlu berusaha mencapai pressure loss yang sesuai tanpa mengorbankan kebutuhan airflow dan fungsi sistem.

Beberapa pendekatan yang dapat membantu antara lain:

• Memilih ukuran duct yang sesuai.
• Mengurangi fitting yang tidak diperlukan.
• Memilih filter sesuai kebutuhan.
• Mengoptimalkan cooling coil.
• Menjaga filter tetap bersih.
• Menggunakan fan dengan efisiensi yang baik.
• Melakukan balancing sistem.

Kesimpulan

Cara menghitung static pressure AHU pada dasarnya dilakukan dengan menjumlahkan berbagai pressure drop yang harus diatasi oleh fan. Komponen yang perlu diperhatikan dapat meliputi:

Filter + Cooling Coil + Damper + Ducting + Fitting + Diffuser + Komponen lainnya

Rumus sederhananya:

ΔP Total = Σ Pressure Drop

Namun, dalam sistem AHU yang sebenarnya, perhitungan perlu membedakan antara internal pressure drop, external static pressure, dan total fan pressure agar tidak terjadi kesalahan perhitungan.

Static pressure juga berkaitan erat dengan airflow, fan, motor, ducting, cooling coil, dan efisiensi energi. Karena itu, spesifikasi fan sebaiknya tidak ditulis hanya sebagai kapasitas CFM, tetapi berdasarkan airflow pada pressure yang diperlukan.

Untuk AHU custom, data seperti airflow, static pressure, cooling capacity, cooling coil pressure drop, filter pressure drop, dan konfigurasi ducting menjadi bagian penting dalam menentukan desain unit.

Dengan perhitungan static pressure yang tepat, fan AHU dapat dipilih sesuai kebutuhan sehingga sistem mampu mencapai airflow yang ditargetkan tanpa memberikan beban tekanan yang tidak diperlukan.