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문제 정의
- 이 연구에서는 건물이 밀집되어 있는 도심지역에 위치한 데이터센터의 내·외부에 설치된 비상용 발전기에 대한 소음영향을 소음예측 프로그램인 Enpro 3.1을 이용하여 예측하고 관련 소음허용 기준과 비교 평가하여 최적의 소음저감대책을 제시하고자 하였다.
- 이 현장의 소음원 특성은 기존 소음원에 대한 현장 실측 자료와 발전기 maker 업체에서 제공한 자료를 토대로 분석하였다. 소음원 중 발전기의 배기 타워를 통해 배출되는 배기 소음은 유속(35 m/s)이 높아 음의 지향성 등의 전파 특성을 고려하여 필요가 있고 배출온도(590 ℃)도 상당히 높아 배출방향에 따라 건축물 외벽을 손상시킬 수 있기 때문에 배출 방향을 결정하는데 제한이 있다.
- 이에 이 연구에서는 당 데이터센터 내·외부에 설치된 비상용 발전기에 대한 소음영향평가를 실시하고 최적의 소음저감대책을 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 기존 소음원에 대한 소음 전달특성을 파악하기 위하여 기존 발전기에 대한 현장측정 자료를 활용하여 소음원의 주파수별 소음도를 산정하였다(식 (1)~(3) 참조)(5).
- 기존 소음원에 대한 평가대상지역의 소음영향은 소음예측 프로그램인 Enpro 3.1을 이용하여 3D 소음 해석을 통해 예측하였으며 관련기준에 대비하여 평가하였다. 단, 해석 시 배경소음은 고려하지 않았다.
- 기존 소음원에 신규 소음원이 추가 시 기존 소음원 해석과 동일한 방법으로 평가대상지역의 소음영향을 예측하고 관련기준에 대비하여 평가하였다.
- 기존 소음원의 크기 및 주파수 특성을 파악하기 위하여 데이터센터 인접지역에 대한 현장측정을 주간(07:00~18:00)과 야간(22:00~05:00) 각 1회씩 실시하였다.
- 대책방안은 발전기 업체에서 제시한 기본 방음대책을 포함하여 총 11가지의 방안을 검토하였다. 검토 결과, 발전기 운행에 대한 영향성, 시공성 및 간섭 측면을 고려해 볼 때, 대책 8안이 적절할 것으로 판단되었다.
- 신규 소음원은 발전기 제조업체에서 제공받은 신규발전기의 주파수별 소음 DATA를 활용하였다(Table 3 참조). 또한 기존 소음원과 동일하게 면음원으로 정의하였으며, 소음원의 토출방향을 고려하여 소음원의 지향성을 정의하였다.
- 소음원의 특성을 고려하여 소음기, 소음루버, 소음엘보 등을 조합한 대책들을 검토하였다. 배기가스의 특성을 고려해 소음기의 판넬 두께 및 흡음재(미네랄울)를 선정하였다.
- 소음의 측정은 소음·진동 공정시험방법에 명시된 것과 같이 소음계를 소음원 방향으로 향하도록 하고 지면위 1.5 m, 소음계를 측정자 몸으로부터 0.5 m 이격 후 측정하였다(Fig. 2 참조).
- 신규 설치 예정인 발전기의 제조업체에서 제시된 기본적인 방음대책안의 타당성 및 효과를 파악하기 위하여 방음대책 case별 소음해석을 수행하였으며, 예측된 소음수준을 관련기준에 대비하여 평가하였다.
- 01 개정)상의 생활소음 규제기준이다. 이 기준을 토대로 평가대상지역, 소음원의 특성 및 민원지역을 고려하여 가장 엄격한 수준인 야간 시간대 기준(55 dB(A) 이하)을 평가 소음기준으로 설정하였다.
- 이때, 소음해석 결과와 해당 위치에서의 현장 소음측정 자료를 비교, 검토하였으며, 이를 기존 소음원 모델에 업데이트(update) 하여 최적화 하였다.
- 3(b), (c) 에서 보는 것과 같이 수평, 수직 단면에 대한 소음 지도(noise map)를 작성하였다. 이를 통해 인근지역으로 전달되는 소음수준을 예측하고 전파경향을 확인하였다.
- 지하층에 설치된 기존 소음원(발전기 #1~#3, 주차장 급·배기) 가동 시 인근지역에 미치는 소음영향을 파악하기 위하여 full 부하 가동 후 측정하였으며, 가동 정지 후 동일한 위치에서 배경소음을 측정하였다.
대상 데이터
- 대상 지역의 현황을 살펴보면 지상 57 m 높이의 데이터센터(지상 10층, 지하 3층)를 중심으로 남서쪽에는 지상 88 m(19층) 높이의 민원건물(I)이 위치하고 있고, 남동쪽에는 지상 35 m(10층) 높이의 민원건물(II)와 쇼핑몰 등이 위치하고 있다. 도로의 경우에는 데이터센터와 민원건물(I), (II) 사이에는 보행자 통로가 있으며, 외곽으로 6차선과 2차선 도로가 위치하고 있다.
- 데이터센터의 주요 소음원은 지하층에 설치된 비상용 발전기의 급기·배기·환기 타워로서, 대상건물인 데이터센터와 민원건물(I) 사이에 있는 보행자 통로 옆에 위치하고 있다.
- 소음원의 특성을 고려하여 소음기, 소음루버, 소음엘보 등을 조합한 대책들을 검토하였다. 배기가스의 특성을 고려해 소음기의 판넬 두께 및 흡음재(미네랄울)를 선정하였다.
- 이에 반해 이번 사례연구의 대상건물은 건물이 밀집되어 있고 유동인구가 많은 도심지역에 위치한 데이터센터로서 민원건물과는 보행자 통로(폭 6.5 m)를 사이에 두고 있다. 게다가 데이터센터와 민원건물측 보행자 통로 사이에 기존 비상용 발전기의 소음원들이 위치하고 있고 데이터센터 증축에 따라 신규 비상용 발전기가도 신설될 예정이어서 소음원에 대한 대책방안 마련에 어려움이 있다.
성능/효과
- 대책방안은 발전기 업체에서 제시한 기본 방음대책을 포함하여 총 11가지의 방안을 검토하였다. 검토 결과, 발전기 운행에 대한 영향성, 시공성 및 간섭 측면을 고려해 볼 때, 대책 8안이 적절할 것으로 판단되었다. 대책 8안이 수립될 경우, 민원건물(I), (II)에 인접하는 모든 수음점에서의 최대 예측 소음도는 47.
- 이에 대책 3에 추가대책을 검토하였다. 검토결과, 대책 6~8의 최대 예측 소음도는 약 48 dB(A)로, 배경 소음도과 대상소음도가 동일하다는 가정 시(52 dB(A))에도 소음허용기준(55 dB(A)이하)을 만족할 것으로 판단된다. 여기서, 상기 대책 중 발전기 운행에 대한 영향성(정압에 의한 발전기 shut down), 시공성(공기 단축 및 시공의 난해성) 및 간섭(방음장치 간의 간섭 및 구조물과 방음장치 간의 간섭, 보행자 통로 확보에 따른 방음벽의 set back) 측면을 고려해 볼 때, 대책 8안이 적절할 것으로 판단된다.
- 기존 소음원 및 신규 소음원에 대한 소음 해석 결과, 민원건물(I) 입구 측에서 최대 소음도가 발생하였으며 소음수준은 81 dB(A)로 예측되었다. 이는 평가대상지역의 허용 소음기준 55 dB(A)를 초과하는 것으로 관련기준을 만족하지 못하였다.
- 기존 소음원 및 신규 소음원에 대한 소음 해석 결과를 살펴보면, 신규발전기 추가 시 민원건물(I) 측의 소음도가 다소 증가하는 것으로 나타났으나, 평가대상지역에 최대 소음도 발생 위치는 기존 소음원만 있을 때와 동일하게 나타나는 것으로 예측되었다(Fig. 5(d) 참조).
- 대책 8안이 수립될 경우, 민원건물(I), (II)에 인접하는 모든 수음점에서의 최대 예측 소음도는 47.9 dB(A)로 나타나, 평가대상지역의 주·야간 허용 소음기준을(주간 : 65 dB(A), 야간 : 55 dB(A)) 모두 만족할 것으로 사료된다.
- 대책 적용 시, 모든 수음점에서의 최대 예측소음도는 47.9 dB(A)이하로 나타나, 평가대상지역의 주∙야간 소음허용기준을(주간 : 65 dB(A), 야간 : 55 dB(A)) 모두 만족할 것으로 판단된다. 대책 8의 세부구성은 Table 5와 같다.
- 소음원 중 발전기 배기타워는 환기 및 급기타워에 비해 소음수준이 높고, 지상으로부터 높은 지점(배기타워(A) : 5 m)에 토출부가 위치하고 있으면서, 토출방향이 민원건물(I)을 향하고 있기 때문에 소음 허용기준치(55 dB(A))를 초과하는 소음이 민원건물(I)의 옥상층까지 전달되는 것으로 예측되었다.(Fig.
- 검토결과, 대책 6~8의 최대 예측 소음도는 약 48 dB(A)로, 배경 소음도과 대상소음도가 동일하다는 가정 시(52 dB(A))에도 소음허용기준(55 dB(A)이하)을 만족할 것으로 판단된다. 여기서, 상기 대책 중 발전기 운행에 대한 영향성(정압에 의한 발전기 shut down), 시공성(공기 단축 및 시공의 난해성) 및 간섭(방음장치 간의 간섭 및 구조물과 방음장치 간의 간섭, 보행자 통로 확보에 따른 방음벽의 set back) 측면을 고려해 볼 때, 대책 8안이 적절할 것으로 판단된다.
- 주차장 급·배기 가동 시, 민원건물(II)측에서의 소음수준은 배경 소음과 유사한 수준으로 나타나 평가대상지역의 소음허용기준을 만족하는 것으로 나타났다.
- 해석 결과, 최대 소음도는 민원건물(I) 입구측 높이 5 m에서 약 81 dB(A)로 예측되었다. 이는 평가대상지 역의 소음허용기준(55 dB(A))을 26 dB 초과하는 것으로 관련기준을 만족하지 못하였다.
- 해석결과, 상부방향(옥상층)으로 전달되는 소음수준은 기존 소음원만 존재했을 때의 소음수준과 비교하여 약 1 dB 정도 상승하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 또한 최근 IT산업의 성장 및 애플리케이션의 증가로 IT업체의 수요가 증가됨에 따라 데이터센터 내 설비가 증설되는 추세로, 기존 시설로는 비상용 발전기의 설치 공간 확보가 어려움 있다. 따라서 신설되는 비상용 발전기의 경우, 실외에 설치될 확률이 높을 것으로 예상되며, 이에 이 사례연구가 향후 도심지역에 위치한 데이터센터의 실외 비상용 발전기의 효과적인 소음저감을 위한 솔루션의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
- Table 4에서 보는 것과 같이 방음대책(case 1~3) 적용 시 인접지역으로 전달되는 소음수준을 예측한 결과, 최대 예측소음도가 관련기준을 모두 초과하는 것으로 나타났다. 따라서, 보다 효과적으로 소음을 저감시킬 수 있는 추가적인 대책방안이 필요할 것으로 판단된다.
- 데이터센터의 주요 소음원은 지하층에 설치된 비상용 발전기의 급기·배기·환기 타워로서, 대상건물인 데이터센터와 민원건물(I) 사이에 있는 보행자 통로 옆에 위치하고 있다. 또한 소음원 옆에 있는 지하주차장 램프(ramp) 위에 추가적으로 신규 발전기가 신설될 예정이다.
- 향후 대책방안 적용 후에는 실측을 통해 소음해석을 통한 예측 결과와 실측 결과를 비교·분석하는 연구가 추가될 예정이다.
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