히트펌프의 소음 부하와 소음 저감

최근 몇 년간 개인 시장에서 에너지 가격 상승의 보상과 보다 경제적인 에너지 사용을 위해 히트펌프와 에어컨이 점점 더 많이 설치되고 있습니다. 그러나 — 가스 보일러와 달리 — 이들은 설계와 무관하게 시끄러운 실외기를 가지고 있습니다. 가장 최신형은 이미 일반 모델보다 훨씬 조용하지만, 시간이 지남에 따라 그리고 극단적인 외부 온도에서는 실외기가 이웃을 방해할 수 있습니다. 방해를 줄이기 위해 다양한 기술적 가능성이 있습니다.

히트펌프의 종류

히트펌프는 한 곳에서 다른 곳으로 열을 운반하는 에너지 절약형 기계 장비로 구성된 시스템으로, 주거 및 산업·상업 응용 분야에서 난방 및 냉방 솔루션을 제공합니다. 열은 공기, 땅 또는 물에서 추출되거나 다시 공급됩니다. 이들의 광범위한 활용은 다른 기술에 비해 온실 가스 배출을 감소시키고 더 낮은 에너지 소비를 가능하게 한다는 점으로 설명되며, 이는 전통적인 난방 및 냉방 방식에 비해 더 지속 가능하고 비용 효율적인 대안이 될 수 있습니다. 히트펌프 작동 중에 발생하는 소음 영향은 여러 요인에 의해 달라집니다. 이를 위해 먼저 구성과 작동 원리를 간략히 살펴보는 것이 좋습니다. 현재 히트펌프는 네 가지 유형으로 구분되며, 다음과 같습니다:

1. 공기-물 히트펌프
2. 공기-공기 히트펌프 (팬코일)
3. 물-물 히트펌프
4. 지열 및 지중 프로브 히트펌프
5. 가스 흡수식 히트펌프 (일반적으로 비주거용)

공기-물 히트펌프는 설치가 간단하고 공간 요구가 적기 때문에 가장 보급된 유형입니다. 외부 공기에서 열을 추출하여 실내로 전달하며, 매개체는 물입니다. 전통적인 공기-물 히트펌프의 경우 외부 온도가 낮을수록 열 추출에 더 많은 에너지가 필요하기 때문에 이러한 장비에는 보조 난방을 자주 사용합니다. 일반적으로 투자 및 운영 비용을 합쳤을 때 이러한 유형이 가장 낮으며, 특히 단독주택의 경우 그렇습니다. 냉방, 난방, 온수 생산에 단독으로 또는 기존 난방 시스템과 함께 (하이브리드) 사용할 수 있습니다. 이들이 가장 많은 소음 불만을 야기하는 장비입니다. 공기-물 히트펌프 사이에는 세 가지 기본 구성 방식이 있습니다:

• 모노블록 (일체형): 실외기와 실내기가 일체로 되어 있으며, 일반적으로 실외에 있음
• 분리형 (스플릿): 실외기와 실내 유압 블록의 단위로 구성됨.

공기-공기 히트펌프는 외부 공기에서 열을 추출하여 다른 곳의 공기에 전달합니다. 공기-공기 히트펌프는 난방과 냉방이 가능한 에어컨 장비입니다.

물-물 히트펌프는 지하수에서 열을 추출합니다. 이를 위해서는 두 개의 우물이 필요합니다: 하나는 물 채취용, 하나는 환수용이며, 냉방과 난방에 모두 사용할 수 있습니다. 우물 굴착 때문에 가동 비용이 더 높습니다. 지열 히트펌프는 땅의 열을 활용합니다. 두 가지 유형이 있습니다:

• 지중 콜렉터 히트펌프의 경우 약 1.5미터 깊이에 수평으로 파이프를 매설합니다 — 태양이 직접 이 토양층을 가열합니다.
• 지중 프로브 히트펌프의 경우 해당 위치의 지질 조건에 따라 60-150 m 깊이로 수직으로 굴착합니다. 지중 프로브의 수는 열 수요에 의해 결정됩니다.

소음원

공기식 히트펌프의 소음 영향이 가장 큽니다. 이들은 네 가지 주요 요소로 구성됩니다:

• 압축기,
• 응축기,
• 팽창 밸브,
• 증발기.

이 중 압축기, 그리고 응축기와 증발기에 연결된 송풍기 (공기를 이동시키는 작동)가 더 큰 소음을 발생시키며, 그 외에도 난방 펌프의 소음 영향이 언급될 수 있습니다. 송풍기 소음은 다양한 요인에 따라 달라집니다: 송풍기 유형 및 회전 속도, 공기 흐름 및 압력 차이. 공기 흐름은 열교환기에 의해 영향을 받습니다: 공기는 통과할 때 공기역학적 소음을 발생시킵니다. 소음의 강도는 열교환기의 설계와 공기 속도에 따라 달라집니다. 발생하는 소음의 원인은 이동되는 공기량의 높은 값입니다. 그러나 소음은 냉방 사이클 동안 공기 중의 물이 열교환기에서 얼기 때문에 발생할 수도 있습니다. 히트펌프의 적절한 작동을 위해 압축기를 일정 시간 반대 방향으로 작동시켜 얼음을 녹여야 합니다.

지열 및 물-물 히트펌프의 소음 영향은 공기에서 열을 채취하지 않으므로 송풍기가 없기 때문에 훨씬 작습니다. 그러나 냉방·난방 순환 과정과 열교환기에서 냉매 순환을 위해서는 이 경우에도 압축기가 필요하며, 이 역시 소음원입니다. 히트펌프의 실내기와 실외기 부분도 소음을 발생시킵니다. 대부분의 현대적인 히트펌프 실외기의 음압 수준은 평균 60 dB 정도로, 이는 일반 인간 음성에 해당하지만, 다른 음높이에서 소음을 발생시킵니다. 일부 모델은 이보다 낮은 소음 수준을 달성할 수 있으며, 소음 수준은 작동 방식과 단계에 따라 달라집니다. 실내기의 음압 수준은 일반적으로 18~30 dB 사이입니다. 음압 수준은 제조사가 다양한 작동 모드 또는 전체 용량 작동의 경우에 대해 일반적으로 음압 수준 (L_p)과 A-가중치, 데시벨 (dBA)로 제공합니다. 경우에 따라 음향 출력 수준을 제공하기도 하는데, 이는 다른 유형의 수치입니다: 음향 출력 수준 (L_w)은 해당 음원에 대한 것이지만, 음압 수준 (L_p)은 음원의 위치, 환경 조건 및 음원으로부터의 거리에 따라 달라집니다. 따라서 카탈로그상의 음압 수준 값은 이러한 조건들과 함께 고려해야 합니다. 즉, 구체적인 설치에서는 카탈로그 데이터와 다른 값이 나올 수 있습니다. A-가중치 곡선은 등가 음압 수준의 단일 수치 지표에서 저주파 성분을 억제, 과소평가하기 때문에, 윙윙거리는 소음에 대해 낮은 수치 값은 (압축기의 일반적인 음조 작동 범위에서 약 20 dB까지) 지나치게 낙관적인 그림을 제공할 수 있습니다.

주거용 히트펌프는 일반적으로 겨울과 온수 생산 시 더 시끄러우며, 이때 열 수요가 가장 큽니다. 그리고 추울 때 몇 분간 지속되는 제상 기능도 일시적인 소음 불만을 야기할 수 있으며, 게다가 이는 시간당 여러 번 반복될 수 있습니다. 이때 압축기가 일반적으로 음조 방해 효과 (80-120 Hz 범위의 윙윙거림)를 발생시킵니다.

소음 요구사항

건물 기계 설비 장비의 소음 부하 및 진동 부하 한계값은 정부 시행령으로 규정되며, 본 기사 작성 시점에는 27/2008. (XII. 3.) KvVM-EüM 공동 시행령입니다. 시행령의 배경 논리는 일정 건물의 외벽에서 거기에 거주하는 사람들에게 조용함과 열린 창문에서의 휴식의 권리가 있도록 소음으로부터 보호해야 한다는 것입니다. 따라서 한계값은 야간에 더 엄격합니다. 요구사항은 보호 대상 시설이 어떤 환경에 있는지도 고려하는데, 예를 들어 대도시 환경에서는 처음부터 더 시끄럽기 때문에 임계값이 더 높습니다. 해당 위치에는 다른 요구사항도 적용될 수 있으며, 이는 항상 사안별로 검토해야 합니다. 또한 법적 요구사항이 충족되더라도 거주자는 소음 때문에 정당하게 방해받을 수 있다는 점도 중요합니다. 이러한 경우에는 맞춤형 기술 솔루션으로 문제를 해결하는 것이 특히 중요합니다. 이런 경우 일반적으로 불만 제기자에게 법적 수단이 없기 때문입니다.

중요한 측면은 현재 법령 환경에서 환경 소음 및 진동 방지 일부 규정에 관한 284/2007. (X. 29.) 정부 시행령이 개인 용도 건물 기계 설비 장비에는 적용되지 않는다는 점입니다. 따라서 주거용 히트펌프는 산업 소음원으로 간주되지 않습니다. 다만, TÉKA 시행령은 "기계 설비 장비의 실외기는 작동에서 발생하는 소음 및 진동 방출이 환경 소음 및 진동 부하 한계값 결정에 관한 장관 시행령의 산업 시설에 대해 결정된 한계값에 부합하도록 배치해야 한다"고 규정하고 있습니다. 여기에는 주거 장비에 대한 제한이 없습니다. 즉, TÉKA가 적용되는 모든 투자 사업과 주거 장비에서는 산업 소음원에 대한 요구사항을 적용해야 합니다. 만약 주거지에 사무실이나 기타 생산·서비스 활동도 운영되는 경우, 이미 산업 소음원으로 간주될 수 있습니다. 이 외에도 지자체 소음 방지 조례로 지방자치단체도 소음 한계값을 규정할 수 있지만, 이는 일부 지역에서만 그리고 균일하지 않은 방식으로 이루어집니다. 이 때문에 많은 경우 법적 해결책이 관할 부재로 인해 지방 행정관의 경로로 거부되며, 법원은 법의학적 전문가 소음 측정 결과에도 불구하고 종종 다양한 결정을 내립니다. 따라서 실제로는 법적 해결책 외에도 — 가능한 경우 — 기술적 해결책도 고려하는 것이 합리적입니다.

적절한 기술적 해결책으로 방해 효과는 매우 자주 사후에도 효과적으로 줄일 수 있습니다.

소음 저감 제안

히트펌프가 발생시키는 소음 수준의 저감에는 히트펌프가 다음과 같은 기능을 갖춘 것이 도움이 됩니다:

• 가변 속도 송풍기
• 소프트 스타트 및 정지 기능
• 야간/조용 작동 모드
• 방음 압축기.

가장 보급된 공기-공기 또는 공기-물 히트펌프 설치 시, 실외기의 가장 적합한 위치와 시스템의 소음 영향이 자체와 이웃 방향 모두로 가장 적게 방해되는 배치를 결정해야 합니다. 기계가 소음 문제를 야기하는 이유는, 예를 들어 유해한 반사가 그 음을 보호 대상 장소로 증폭하고 안내하기 때문인 경우가 흔합니다. 구조 전달음 문제도 매우 흔합니다.

압축기의 음조, 윙윙거리는 음은 한계값 아래의 수준에서도 종종 방해를 일으킵니다.

기계 배치, 이전

모범 사례에 따라 실외기는 보호 대상 (이웃 및 자체 부동산의) 소음에 민감한 공간의 창문과 일반적으로 인접 건물에서 멀리 — 측면 경계 건축 상황에서 특히 — 규정된 최소 보호 거리를 준수하여 설치해야 합니다. 실외기는 콘크리트 기초 등의 단단한 기초에 진동 차단 패드와 함께 설치해야 — 소음 저감을 위해 — 하며, 여기서는 일반적으로 개별 산정된 진동 차단 솔루션이 가장 효과적입니다. 진동 차단은 기계를 격리하고 구조 전달음 전파의 저감을 돕는데, 이는 가까이 있는, 일반적으로 자체 부동산을 보호합니다.

동시에 설치 환경에 있는 단단한 지면 — 예를 들어 아스팔트, 콘크리트, 다양한 재료의 보도 — 와 특히 인접한 수직 표면은 반사로 인해 소음의 음압 수준을 증가시킵니다. 예를 들어 단단한 벽으로 둘러싸인 모서리에 설치된 실외기는 소음 부하를 3-6 dB 증가시킵니다. 이러한 상황에서는 모서리에 야외 흡음 마감재를 적용하는 것도 도움이 될 수 있습니다. 반면 잔디와 관목이 있는 지역은 음압 수준을 약간 감소시키며 (작은 정도만), 마찬가지로 음향 전파의 지형 장애물로 간주되는 건축 또는 디자인 요소 — 예를 들어 다양한 울타리, 차양 — 도 소음의 전파와 자체 또는 인접 주택, 외벽으로의 침투를 방해합니다. 이러한 솔루션은 주로 차음용은 아니지만, 식물 덮개를 활용한 경우에는 시각적으로도 받아들일 수 있으면서도 효과적인 소음 차단벽을 만들 수 있습니다.

실외기는 우세한 풍향과 반대로, 그리고 송풍기가 이웃 방향으로 불지 않도록 배치하는 것이 권장됩니다. 1차 소음 저감 솔루션은 기계 이전, 새로운 배치 검토일 수 있으며, 이는 계산, 컴퓨터 모델링으로 미리 예측할 수 있습니다.

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