Figures 1과 2에는 팬, 엘리먼트 코어, 필터, 외부후드 등으로 구성된 본 실험에 사용된 소형 및 중형 열회수형 환기장치의 외형도를 나타내고 있다. 열회수형 환기장치는 시스템의 주요기능인 환기, 열교환 등이 구성요소의 조합에 따라 결정되는데, 본 실험에서는 소형과 중형을 임의 선정하여 Table 1과 같이 정리하였고, 풍량은 강, 중, 약으로 변화시켜 소음을 측정하였다.

Figure 1: 
Outward drawings of a small heat recovery ventilator

Figure 2: 
Outward drawings of a medium heat recovery ventilator

Figure 3은 무향실 내에서 열회수형 환기장치 소음을 측정하는 모습을 나타내고 있다. 소형 및 중형 열회수형 환기장치에 대해 풍량별로 발생되는 팬소음을 측정하였고, 추가적으로 흡음덕트를 설치하여 흡음덕트의 성능을 검증하였다.

Photo 1에는 무향실내의 측정장치를, Photo 2에는 무향실내의 열회수형 환기장치에 대한 소음 측정장면을, Photo 3에서 무향실내의 열회수형 환기장치에 덕트를 연결한 후에 소음을 측정하는 장면을 나타내고 있다. Table 2에는 측정장치의 사양을 나타내고 있다.

Figure 3: 
Schematic diagram of the measuring equipments inside an anechoic chamber

Photo 1: 
Measuring instruments in the anechoic chamber

Photo 2: 
Measuring scene of noise for a heat recovery ventilator in the anechoic chamber

Photo 3: 
Measuring scene of noise after connecting the duct of a heat recovery ventilator

Figure 4는 판형 열회수형 환기장치의 열교환 상태를 보여주고 있다. 이 방식은 환기되는 공기 내에 포함된 열이 판과 판 사이를 지나면서 외기와 환기 사이에 위치한 열교환 매체를 가열하고, 이 판의 열을 급기에 전달하도록 구성되어 있다. 이 열회수형 환기장치의 특징은 전열교환이 가능하여 사계절이 분명한 기후에 적용이 가능하고, 별도 동력을 필요로 하지 않기 때문에 에너지절감이 우수하다. 그러나 필터의 주기적 교체를 요하는 단점을 가지고 있다.

열회수형 환기장치에서 발생되는 소음을 측정하기 위하여 무향실 내부에 열회수형 환기장치를 설치하였고, 정격전압 및 풍량으로 운전하여 장치에 연결된 급기(supply air ; SA), 외기(outdoor air ; OA), 환기(return air ; RA) 및 배기(exhaust air ; EA) 말단에 모두 흡음덕트를 연결한 후, 공기의 유출입음을 최대한 배제시켜 열회수형 환기장치 외관 전면 중앙으로부터 1.0 m 떨어진 곳에서 측정하였다. 흡음덕트를 설치하지 않았을 경우와 흡음덕트를 설치하였을 경우에 설치길이를 1, 2 및 4.5 m로 하여 각 조건별 흡음성능을 각각 측정하여 비교하였다.[11]

먼저, 측정조건은 무향실의 암소음과 측정값의 차가 8 dB이상일 때 측정하는 것을 원칙으로 하고, 그 미만의 경우에는 KS A ISO 1996-1, KS A ISO 1996-2 및 KS A ISO 1996-3의 규정에 의하여 보정을 했다. 벽에서 마이크로폰까지의 거리는 벽으로부터 반사음의 영향을 무시할 수 있는 것으로 했다.

Figure 4: 
Heat exchange method of heat recovery ventilators for plate type

측정방법은 열회수형 환기장치를 공진하지 아니하는 견고한 받침대 위에 설치하였고, 설치한 가상 천장이 측정에 영향을 미치지 않도록 하였다. 천장 재료로서는 차음효과를 얻을 수 있도록 1 cm 두께의 나무판을 사용했고, 천장의 크기는 가로 4 m, 세로 2 m로 했다. 설치한 가상벽이 측정에 영향을 미치지 않도록 하였고, 벽 재료도 차음효과를 얻을 수 있도록 1 cm 두께의 나무판을 사용했다. 가상벽의 크기는 높이 2.5 m, 너비 2 m로 했다.

소음측정기는 KS C 1502에서 규정한 내용 또는 이와 동등 이상의 내용을 사용했다. 풍량조절장치가 있을 시에는 풍량시험에서 측정된 정격 풍량에서 소음을 측정했다.(단, 기외정압을 유지하기 위해 댐퍼를 설치한 경우 댐퍼를 통한 소음전달을 막기 위해 흡음재 등을 이용해 보완 후 측정했다.)

열회수형 환기장치는 신선한 외기를 도입하여 실내공기질을 개선시키는 것인데, 이러한 것은 일정 환기회수 이상의 풍량을 구성요소 중의 팬이 공급한다. 따라서 팬은 설계 풍량을 고려해 소음발생, 팬 발열에 따른 효율 저감 등의 문제점을 검토하여 선정한다.

본 연구에서는 판형 열회수형 환기장치에 양흡입 시로코(sirocco) 팬을 사용하였다. 이 팬은 단위 면적당 풍량이 가장 많으며 저소음 정숙운전의 다용도용으로 임펠러 형상이 회전방향에 대해 앞쪽으로 굽어져 있는 원심형 전향익 이다. 임펠러 출구에서는 주속도보다 더 큰 절대속도로 토출되어지기 때문에, 동일 풍량․풍압의 경우 다른 원심형 송풍기에 비하여 임펠러의 직경이 최소가 되어 전체적으로 크기가 최소화되어 설치공간이 작아진다. Table 3에는 소형 및 중형 열회수형 환기장치에 들어가는 팬의 주요특성을 나타내고 있다.

본 열회수형 환기장치의 소음측정은 무향실 내부에 장치를 각각 설치하여 1.0 m 떨어진 거리에서 팬의 방사특성을 고려하여 OA-EA(옥외) 지점과 RA-SA(옥내) 지점의 소음을 측정하였다.[12]Tables 4 및 5에는 소형 및 중형 열회수형 환기장치의 풍량별과 흡음덕트에 따른 소음도 측정결과를 나타내고 있다. 열회수형 환기장치에 대한 소음도 측정 결과, 무향실에서의 암소음은 21.9 dB(A)로 측정되었는데, 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙에 열회수형 환기장치 본체가 거주공간 외부에 설치될 경우에는 대표길이 1 m에서 측정하여 50 dB(A) 이하, 거주공간 내부에서 측정하여 40 dB(A) 이하가 되도록 규정하고 있다.[13][14]

본 연구에서 측정된 실험조건의 열회수형 환기장치 소음도는 흡음덕트를 설치하지 않거나 강풍량일 경우에는 대부분 50 dB(A) 이상으로 나타났다. Tables 4 및 5에서 흡음덕트를 설치하지 않았을 경우, 소형 열회수형 환기장치는44.7 ∼ 67.3 dB(A)이고, 중형에서는 55.5 ∼ 69.8 dB(A)를 나타나고 있다. 차이가 크지는 않지만, 중형의 경우에 소음도가 약간 높음을 알 수 있다. 소형 열회수형 환기장치에 있어서는 흡음덕트를 설치하지 않고, 엘리먼트 코어를 제거하였을 경우에 소음도가 가장 높았다. 또한, 풍량이 클수록, OA-EA쪽보다는 RA-SA쪽의 소음도가 더 컸다.[15][16]

흡음덕트를 설치하였을 경우에는 소음도가 감소되는 것을 확인할 수 있는데, 흡음덕트의 길이를 4.5 m로 했을 경우는 미설치시보다 소형에서는 최대 28.5 dB(A) 정도, 중형에서는 최대 18.6 dB(A) 정도로 소음을 감소시키는 것으로 나타났다. 동일 풍량과 동일 측정지점에서는 흡음덕트 길이가 짧을수록, 동일한 조건에서는 소형보다는 중형의 경우에 소음이 더 큼을 알 수 있다.

한편, 흡음덕트를 사용하면 풍량이 중과 약일 때는 대부분 50 dB(A) 이하인 것으로 나타났지만, 공동주택과 같이 24시간 가동되는 공간에서 풍량을 강으로 할 필요가 있을 경우에는 50 dB(A)을 초과하여 소음도를 만족할 수 없으므로, 소음을 보다 낮추는 상태로 운전될 수 있는 새로운 제품개발의 필요성이 있음을 알 수 있다.

Figures 5 ~ 8에는 무향실에서 소형 및 중형 열회수형 환기장치의 옥내 및 옥외 측정위치에 대해 풍량, 흡음덕트 미설치 및 흡음덕트 길이를 파라미터로 하여 1/3 옥타브 밴드 주파수에 따라 측정한 음압수준 특성을 나타내고 있다.

흡음덕트를 미설치한 열회수형 환기장치의 주파수에 따른 음압수준 특성을 살펴보면 Figures 5 와 6에서 보여준 소형 열회수형 환기장치의 경우에는 대부분이 Figures 7 와 8에서 보여준 중형 열회수형 환기장치보다 50 ∼ 800 Hz의 주파수 대역에서 음압수준이 높게 나타나고 있다. 소형 열회수형 환기장치의 엘리먼트 코어를 제거하였을 경우에도 마찬가지로 저주파수 대역에서 음압수준이 높게 나타나고 있는데, 이것은 소형 열회수형 환기장치 내부에 장착된 팬소음의 특성 때문으로 사료된다.[17]

흡음덕트 길이에 따른 주파수에 대한 음압수준 특성은 소형 열회수형 환기장치의 경우에는 200 Hz ∼ 2 kHz 사이에서 음압수준이 높게 나타났고, 그 범위 이하에서는 주파수가 증가할수록 음압수준도 증가하였고, 그 범위 이상에서는 주파수가 증가할수록 음압수준이 감소하였다. 반면에, 중형 열회수형 환기장치의 경우에는 400 Hz ∼ 1 kHz 사이에서 음압수준이 높게 나타났고, 그 범위 이하에서는 주파수가 증가할수록 음압수준도 증가하였고, 그 범위 이상에서는 주파수가 증가할수록 음압수준이 감소하였다.

흡음덕트의 길이에 따른 주파수 대역별 음압수준 저감량은 소형과 중형 열회수형 환기장치에서 흡음덕트의 길이가 클수록 대체적으로 음압수준이 작아졌고, 풍량에 대해서는 팬 회전수의 영향 때문에 풍량이 클수록 대체적으로 음압수준이 커짐을 알 수 있었다. 소형과 중형 열회수형 환기장치의 음압수준 비교는 동일한 조건에서는 대체적으로 중형의 음압수준이 높게 나타났고, 최고 음압수준까지의 증가속도와 최고 음압수준으로부터의 감소속도도 크게 나타고 있음을 알 수 있다.

Figure 5: 
Sound pressure level characteristic relative to frequency bands at the OA-EA(outdoors) side in a small heat recovery ventilator

Figure 6: 
Sound pressure level characteristic relative to frequency bands at the RA-SA(indoors) side in a small heat recovery ventilator

Figure 7: 
Sound pressure level characteristic relative to frequency bands at the OA-EA(outdoors) side in a medium heat recovery ventilator

Figure 8: 
Sound pressure level characteristic relative to frequency bands at the RA-SA(indoors) side in a medium heat recovery ventilator