본 논문은 여객선용 HVAC 시스템 목업을 구축하여 HVAC 요소의 성능평가를 수행한 결과를 다루었다. 측정은 룸 유니트 (Room Unit), 소음기 등 6가지 종류에 대해 이루어졌으며 여러 유량에 대해 삽입손실을 측정하였다. 소음기 직경이 작고 유량이 클수록 유동소음이 커져서 소음저감효과를 방해하지만, 직경이 커질수록 유동소음의 효과는 작아지고 삽입손실은 최대 25 dB까지 나타남을 확인하였다. 디퓨저 형태의 룸 유니트는 대체로 삽입손실이 0 - 10 dB 이지만 노즐 형태는 삽입손실이 최대 -15 dB 까지 소음이 커질 수 있음을 확인하였다. 또한 덕트 배열에 따라 최대 2 dB 까지 실내소음이 차이날 수 있음을 보였으며 각 룸 유니트에 동일한 유량이 배출하도록 조절하는 것이 보다 낮은 소음레벨을 얻을 수 있음을 확인하였다.
본 논문은 여객선용 HVAC 시스템 목업을 구축하여 HVAC 요소의 성능평가를 수행한 결과를 다루었다. 측정은 룸 유니트 (Room Unit), 소음기 등 6가지 종류에 대해 이루어졌으며 여러 유량에 대해 삽입손실을 측정하였다. 소음기 직경이 작고 유량이 클수록 유동소음이 커져서 소음저감효과를 방해하지만, 직경이 커질수록 유동소음의 효과는 작아지고 삽입손실은 최대 25 dB까지 나타남을 확인하였다. 디퓨저 형태의 룸 유니트는 대체로 삽입손실이 0 - 10 dB 이지만 노즐 형태는 삽입손실이 최대 -15 dB 까지 소음이 커질 수 있음을 확인하였다. 또한 덕트 배열에 따라 최대 2 dB 까지 실내소음이 차이날 수 있음을 보였으며 각 룸 유니트에 동일한 유량이 배출하도록 조절하는 것이 보다 낮은 소음레벨을 얻을 수 있음을 확인하였다.
In this paper, evaluation of noise reduction performance of HVAC system for ships by means of HVAC mock-up system is presented. Test is done for six different types of HVAC elements including room unit, silencer, etc. It is found that when diameter of silencer is small and air flow is large, flow no...
In this paper, evaluation of noise reduction performance of HVAC system for ships by means of HVAC mock-up system is presented. Test is done for six different types of HVAC elements including room unit, silencer, etc. It is found that when diameter of silencer is small and air flow is large, flow noise degrades insertion loss. However, as diameter of silencer becomes larger, the effect of flow noise becomes smaller, and insertion loss up to 25 dB is measured. It is observed that insertion loss of diffuser type room unit is usually between zero and 10 dB, whereas that of the nozzle type room unit can be down to - 15 dB. In addition, it is shown that changing duct arrangement can reduce cabin noise by up to 2 dB, and providing same air flow to each room unit is crucial for generating less noise.
In this paper, evaluation of noise reduction performance of HVAC system for ships by means of HVAC mock-up system is presented. Test is done for six different types of HVAC elements including room unit, silencer, etc. It is found that when diameter of silencer is small and air flow is large, flow noise degrades insertion loss. However, as diameter of silencer becomes larger, the effect of flow noise becomes smaller, and insertion loss up to 25 dB is measured. It is observed that insertion loss of diffuser type room unit is usually between zero and 10 dB, whereas that of the nozzle type room unit can be down to - 15 dB. In addition, it is shown that changing duct arrangement can reduce cabin noise by up to 2 dB, and providing same air flow to each room unit is crucial for generating less noise.
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문제 정의
본 논문은 크루즈선과 같은 호화여객선용 저소음 HVAC 시스템 설계와 관련하여 HVAC 요소의 성능평가 시스템 (Mock-up) 구축과 이를 이용하여 6개 종류의 HVAC 요소에 대해 측정한 결과를 기술하였다.
제안 방법
그림 1에 HVAC 목업의 구성도를 보였다. 팬 (fan)에서 발생한 소음이 직경 250 mm 원형 덕트를 거쳐 엘보우 (Elbow), 리듀서 (Reducer) 등을 거쳐 최종적으로 직경 80 mm와 100 mm 관으로 분리되어 잔향실로 토출되도록 설계하였다. 소음기 (silencer), 룸 유니트 (room unit) 등과 같은 HVAC 요소에 대해 KS A ISO 7235 [9]에 따라 성능계측을 하였는데 성능지표로는 식 (1)과 같이 정의되는 삽입손실 (Insertion Loss)을 측정하였다.
소음기 (silencer), 룸 유니트 (room unit) 등과 같은 HVAC 요소에 대해 KS A ISO 7235 [9]에 따라 성능계측을 하였는데 성능지표로는 식 (1)과 같이 정의되는 삽입손실 (Insertion Loss)을 측정하였다. 즉, HVAC 요소가 없는 경우 (그림 2)와 설치된 경우 (그림 3)에 대해 격실에 해당하는 잔향실 (체적: 125 m3)내의 소음레벨 SPL의 차로 성능을 평가하였다.
소음원으로 팬 (fan)과 스피커를 선택적으로 사용할 수 있도록 하였으며 덕트는 원형 스파이럴 (spiral) 형태로 외부소음투과와 덕트 자체진동을 줄이기 위해 외부를 암면으로 처리한 덕트 (pre-insulated duct)를 사용하였다.
측정은 엘보우 2종, 댐퍼 2종, T-브랜치 및 T-연결 (junction) 2종, 룸 유니트 6종, 소음기 6종에 대해 이루어졌으며 유량은 100 CMH 부터 350 CMH까지 변화하였는데 소음기의 경우는 최대 800 CMH까지 측정하였다. HVAC 요소와 모델 또는 크기를 표 1에 나타냈으며 그림 4에는 소음기의 크기를 나타냈다.
그림 17에는 룸 유니트 (모델: MS35-C01)의 사진을 보였는데 가장 기본적인 모델로 내부에는 댐퍼가 달려있어서 유량을 조절할 수 있으며 또한 흡음재가 설치되어 있어서 소음감소효과를 보이는데 본 논문에서는 댐퍼를 모두 열고 측정하였다. 3가지 종류의 룸 유니트에 대한 삽입손실 측정결과를 그림 18-20에 나타냈는데 기본 모델 (MS-C type), 난방용 열선이 있는 모델 (RS-C type), 출구가 노즐로 된 모델 (MS-P type)을 측정하였다.
그림 17에는 룸 유니트 (모델: MS35-C01)의 사진을 보였는데 가장 기본적인 모델로 내부에는 댐퍼가 달려있어서 유량을 조절할 수 있으며 또한 흡음재가 설치되어 있어서 소음감소효과를 보이는데 본 논문에서는 댐퍼를 모두 열고 측정하였다. 3가지 종류의 룸 유니트에 대한 삽입손실 측정결과를 그림 18-20에 나타냈는데 기본 모델 (MS-C type), 난방용 열선이 있는 모델 (RS-C type), 출구가 노즐로 된 모델 (MS-P type)을 측정하였다. 앞의 두 모델 (MS-C, RS-C type)은 출구가 디퓨저 형태로 되어 있는데 대체로 유량과 무관하게 삽입손실은 0 ~ 10 dB의 수준을 보여주고 있다 (그림 18, 19).
대부분의 경우 객실에는 여러 개의 룸 유니트가 설치되며 이에 따라 덕트도 여러 개가 설치된다. HVAC 덕트 배열 (layout)에 따른 소음레벨 변화를 관찰하기 위하여 MS35-C01 룸 유니트 2개를 이용한 4가지 종류의 배열에 대하여 HVAC 소음을 측정하였다. 그림 21은 각 배열의 의 모양을 보여주고 있으며, 측정결과는 그림 22와 23에 나타냈다.
HVAC 목업을 설계/제작하여 크루즈선 객실용으로 개발하고자 하는 주요 HVAC 요소 6개 종류에 대해 삽입손실을 측정하였다. 유량별 소음측정결과를 제시하였으며 스피커를 소음원으로 사용한 결과와 비교하였다.
데이터처리
HVAC 목업을 설계/제작하여 크루즈선 객실용으로 개발하고자 하는 주요 HVAC 요소 6개 종류에 대해 삽입손실을 측정하였다. 유량별 소음측정결과를 제시하였으며 스피커를 소음원으로 사용한 결과와 비교하였다. 스피커는 유량이 가장 작은 결과에 해당하지만 룸 유니트의 경우에는 유량이 있는 경우에 비해 삽입손실이 지나치게 과장되는 결과를 얻었는데 HVAC 요소의 성능평가시 스피커를 사용한 결과는 실용적으로 거의 의미가 없음을 보여준다.
이론/모형
팬 (fan)에서 발생한 소음이 직경 250 mm 원형 덕트를 거쳐 엘보우 (Elbow), 리듀서 (Reducer) 등을 거쳐 최종적으로 직경 80 mm와 100 mm 관으로 분리되어 잔향실로 토출되도록 설계하였다. 소음기 (silencer), 룸 유니트 (room unit) 등과 같은 HVAC 요소에 대해 KS A ISO 7235 [9]에 따라 성능계측을 하였는데 성능지표로는 식 (1)과 같이 정의되는 삽입손실 (Insertion Loss)을 측정하였다. 즉, HVAC 요소가 없는 경우 (그림 2)와 설치된 경우 (그림 3)에 대해 격실에 해당하는 잔향실 (체적: 125 m3)내의 소음레벨 SPL의 차로 성능을 평가하였다.
성능/효과
유량별 소음측정결과를 제시하였으며 스피커를 소음원으로 사용한 결과와 비교하였다. 스피커는 유량이 가장 작은 결과에 해당하지만 룸 유니트의 경우에는 유량이 있는 경우에 비해 삽입손실이 지나치게 과장되는 결과를 얻었는데 HVAC 요소의 성능평가시 스피커를 사용한 결과는 실용적으로 거의 의미가 없음을 보여준다. 본 논문에서 측정한 객실용 소용량 룸 유니트는 대체로 삽입손실이 10 dB 이내이지만 노즐 형태는 오히려 소음이 15 dB 까지 커질 수 있음을 확인하였다.
스피커는 유량이 가장 작은 결과에 해당하지만 룸 유니트의 경우에는 유량이 있는 경우에 비해 삽입손실이 지나치게 과장되는 결과를 얻었는데 HVAC 요소의 성능평가시 스피커를 사용한 결과는 실용적으로 거의 의미가 없음을 보여준다. 본 논문에서 측정한 객실용 소용량 룸 유니트는 대체로 삽입손실이 10 dB 이내이지만 노즐 형태는 오히려 소음이 15 dB 까지 커질 수 있음을 확인하였다. 또한 소음기도 직경이 작은 경우 내부 공기유동에 큰 저항을 야기하므로 유동소음으로 인해 오히려 소음이 커질 수도있음을 알 수 있었다.
엘보우나 T-접합, T-branch 등 일반적인 형태는 기존의 경험식을 활용할 수도 있지만, 댐퍼, 소음기, 룸 유니트 등과 같이 특정 구조와 형상을 갖는 HVAC 요소에 대해서는 목업을 구축하여 직접 성능평가를 수행하는 것이 가장 확실한 방법이다. 본 논문에서는 덕트 배열에 따라 최대 2 dB 까지 실내소음이 차이날 수 있음을 보였으며 주어진 팬 용량에 대해 각 룸 유니트에 동일한 유량이 배출하도록 조절하는 것이 보다 낮은 소음레벨을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
HVAC 요소는 어떻게 성능평가를 하는 것이 가장 확실한 방법인가?
엘보우나 T-접합, T-branch 등 일반적인 형태는 기존의 경험식을 활용할 수도 있지만, 댐퍼, 소음기, 룸 유니트 등과 같이 특정 구조와 형상을 갖는 HVAC 요소에 대해서는 목업을 구축하여 직접 성능평가를 수행하는 것이 가장 확실한 방법이다. 본 논문에서는 덕트 배열에 따라 최대 2 dB 까지 실내소음이 차이날 수 있음을 보였으며 주어진 팬 용량에 대해 각 룸 유니트에 동일한 유량이 배출하도록 조절하는 것이 보다 낮은 소음레벨을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
HVAC 덕트 배열에 따른 소음레벨 변화를 관찰하기 위하여 MS35-C01 룸 유니트 2개를 이용한 4가지 종류의 배열에 대하여 HVAC 소음을 측정하였을 때 어떤 배치가 가장 불리하고 유리한가?
그림 21은 각 배열의 의 모양을 보여주고 있으며, 측정결과는 그림 22와 23에 나타냈다. 룸 유니트 토출 유량을 같게 하는 경우와 댐퍼를 최대로 연 상태가 약간 다른데 두 경우 모두 직렬 B배치가 가장 불리하고 병렬 B가 가장 유리함을 보여준다. 유량을 동일하게 한 경우가 그렇지 않은 경우보다 더 조용하며 덕트 배치에 따라 최대 2 dB의 소음차이가 발생할 수 있음을 알 수 있다.
외부를 암면으로 처리한 덕트를 사용한 이유는 무엇인가?
소음원으로 팬 (fan)과 스피커를 선택적으로 사용할 수 있도록 하였으며 덕트는 원형 스파이럴 (spiral) 형태로 외부소음투과와 덕트 자체진동을 줄이기 위해 외부를 암면으로 처리한 덕트 (pre-insulated duct)를 사용하였다.
참고문헌 (9)
DNV, Rules for Ships, Part 5 Chapter 12, Comfort Class, Section 2, 1995.
NORSOK Standard S-002 Rev.4, Working environment, Annex A, 2004.
National Environmental Balancing Bureau (NEBB), Sound and Vibration Design and Analysis, 1994.
R. W. Fisher, C. B. Burroughs and D. L. Nelson, Design Guide for Shipboard Airborne Noise Control, T&R Bulletine 3-37, SNAME, 1983.
홍진무, 최태묵, 김병희, 조대승, 김동해, "음향파워 평형방법을 이용한 HVAC 시스템 소음예측," 한국소음진동공학회 2001년도 추계학술대회논문집, 1306-1312쪽, 2001.
이철원, 김노성, 최수현, "GUI Modeling을 기반으로 한 선박의 HVAC System 소음 해석," 한국소음진동공학회 2001년도 추계학술대회논문집, 1300-1305쪽, 2001.
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