KR20240116140A - 건축물 블랭크의 진동 특성을 고려한 층간소음 저감용 건식 온돌패널의 설계방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 공동주택, 오피스텔, 기숙사, 다가구주택, 다중생활시설 등 건축물 블랭크의 고유 진동 특성에 따라 층간소음의 패턴을 유형화하고, 해당 유형과 반대되는 역진동 특성을 지닌 온돌패널을 미리 설계하여 세대 내 층간바닥을 이루는 콘크리트 슬래브 위에 설치함으로써 바닥충격음(층간소음)을 효과적으로 저감시킬 수 있는 건식 온돌패널의 설계방법을 개시한다.

Description

건축물 블랭크의 진동 특성을 고려한 층간소음 저감용 건식 온돌패널의 설계방법{Design method of dry type ondol panel for reducing inter-floor noise considering the frequency characteristics of building blank}

본 발명은 공동주택, 오피스텔, 기숙사, 다가구주택, 다중생활시설 등 세대 내 층간바닥을 이루는 콘크리트 슬래브 위에 설치하는 온돌패널의 설계방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축물 블랭크의 고유 진동 특성에 따라 층간소음의 패턴을 유형화하고, 해당 유형과 반대되는 역진동 특성을 지닌 온돌패널을 설치하여 바닥충격음(층간소음) 저감량을 극대화할 수 있는 건식 온돌패널의 설계방법에 관한 것이다.

일반적으로 공동주택, 오피스텔, 기숙사, 다가구주택, 다중생활시설과 같은 각종 복층형 건축물의 벽식 콘크리트 슬래브 구조는 높은 강성과 밀실함을 나타내어 공기로 전달되는 공기 전파음은 충분히 차단하나 바닥충격음과 같이 사람의 보행이나 물건의 낙하 등에 의해 발생한 충격이나 진동이 바닥에 직접 가해지면 고체 전파음으로 변하여 거의 감쇠 되지 않고, 층간바닥을 이루는 슬래브는 굴곡 진동하고 그 진동이 공기 중에 음으로 방사되어 하층 또는 인접한 세대로 전달되는 특성이 있다.

이러한 바닥충격음은 작은 물건의 낙하 및 의자를 이동시킬 때 바닥에 가해진 충격에 의해 바로 아래층에서 나는 소리와 같이 고주파수 성분의 음을 많이 발생시키는 경량충격음과, 어린이가 뛰거나 성인이 보행 시에 발생하는 무거운 충격이 바로 아래층에서 나는 소리와 같이 저주파수 성분의 음을 많이 발생시키는 중량충격음으로 분류된다.

한편, 국토교통부는 공동주택에서 이웃 간의 층간소음 관련 분쟁으로 인한 인명 및 재산 피해를 사전에 예방하고 쾌적한 생활환경을 조성하기 위해 공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준을 제정 및 고시하여 관리를 강화하고 있다.

그런데 이와 같은 공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준의 규정에 따라 바닥충격음 성능등급 인정기관에서 바닥충격음 성능시험을 하여 성능을 인정받은 바닥충격음 차단구조일지라도 실제 건축물에 설치하여 바닥충격음 차단성능을 측정하면 대부분이 기준을 충족하지 못하거나 바닥충격음 차단성능이 떨어지는 현상을 나타내는 문제점이 있다.

이러한 차단성능의 저하 요인은 건축물마다 고유 진동의 주파수 특성이 다르고 공동주택의 고유 진동이 바닥충격음 성능등급 인정기관 표준시험실의 고유 진동보다 높기 때문이다.

아울러 온돌바닥구조의 고유 진동 특성은 건축물에 대한 주파수별 가진력으로 작용하여 온돌바닥을 설치한 후의 바닥충격음 특성은 건축물의 고유 진동 특성에 영향을 크게 받아 동일한 구조의 온돌바닥일지라도 설치되는 건축물의 고유 진동 특성에 따라 다르게 나타나고, 온돌바닥의 고유 진동수와 건축물의 고유 진동수가 근접할 경우 공명과 공진을 수반하여 층간소음의 원인이 되는 바닥충격음이 증가하기 때문이다.

여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출 및 완성하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는 데 도움이 되고 선행기술조사 및 심사에 유용하게 사용하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적으로 알려지고 널리 사용되는 기술을 의미하는 것은 아님을 밝힌다.

KR 10-1322207 B1(2013. 10. 21.) KR 10-20090076747 A(2009. 07. 13.) KR 10-1559955 B1(2015. 10. 06.)

오진균, 손장열. 바닥충격음 인정구조의 중량충격음과 동탄성계수와의 상관성 분석 및 임피던스 예측법에 관한 연구. 대한건축학회논문집 2010년 26권 6호. 이민정, 최현기. 표준 중량 충격원과 실충격원에 대한 공동주택의 바닥진동 및 바닥충격음 음압레벨 특성. 대한건축학회논문집 2017년 33권 6호. 김원택 외 1명, 소음 차단 성능 향상을 위한 부틸 탄성체 배합 및 진동제어시스템 디자인 연구. 한국고무학회 엘라스토퍼 및 콤포지트 2014년 49권 2호.

이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려함과 동시에 기존의 건식 온돌패널의 설치 시 발생하는 기술적 한계 및 문제점들을 해결하려는 발상에서, 건축물 블랭크의 고유 진동 특성에 따라 층간소음의 패턴을 유형화하고, 해당 유형과 역진동의 바닥충격음 저감량 특성이 되도록 온돌패널의 주파수 특성을 설계하여 건축물별 주파수 특성에 적합한 온돌패널을 설치함으로써 바닥충격음(층간소음) 저감량을 극대화하는 효과를 도모할 수 있는 새로운 층간소음 저감용 건식 온돌패널의 설계방법을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 건축물별 주파수 특성에 따라 최적의 바닥충격음(층간소음) 저감량을 갖는 온돌패널을 선정하여 설치할 수 있도록 하는 건축물 블랭크의 진동 특성을 고려한 층간소음 저감용 건식 온돌패널의 설계방법을 제공하는 데 있는 것이다.

여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 새로운 착상을 구체화하면서 특정의 기술적 목적을 효과적으로 달성하기 위한 본 발명의 실시 태양(aspect)에 따른 구체적인 수단은 (가) 건축물의 맨바닥 콘크리트 슬래브(Blank)에 대하여 측정한 일정한 주파수 대역 내 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨()을 수학식 1에 대입하여 음량 레벨(phon)을 산출하는 단계, (나) 일정한 주파수 대역 내 1/3 옥타브밴드 중심주파수를 3개 영역으로 분류하여 유형화하고, 이를 기준으로 상기 (가) 단계에서 산출한 음량 레벨(phon)이 43(phon)을 초과하는 영역의 범위에 따라 설계 유형(pattern)을 정하는 단계, (다) 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 저감량 () 조건, 건축물과 온돌패널 간 공명투과주파수() 범위, 온돌패널의 자중에 대한 방진구의 스프링 상수() 범위, 온돌패널의 동탄성 계수() 범위 및 온돌패널의 고유진동수() 범위에 대한 설계 기준을 설정하는 단계, (라) 온돌패널을 구성하는 제1 및 제2마그네슘 보드의 비중, 제2마그네슘 보드의 두께, 방진구의 형상, 높이 및 배치 수량, 완충재의 두께 및 배관패널 간의 결합방법 변경에 따른 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 저감량 특성을 산출하고, 이를 기초로 하여 각 설계 유형별로 적합한 온돌패널을 조합하는 단계, (마) 각 설계 유형별로 조합한 온돌패널의 중량충격음 저감량 (), 건축물과 온돌패널 간 공명투과주파수(), 방진구의 스프링 상수(), 온돌패널의 동탄성 계수() 및 온돌패널의 고유진동수()를 측정하고, 온돌패널의 설계 기준과 비교하여 적합성을 확인하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건축물 블랭크의 진동 특성을 고려한 층간소음 저감용 건식 온돌패널의 설계방법을 제시한다.

이로써 본 발명은 건축물의 고유 진동(Blank)에 의한 층간소음이 발생하는 주파수 대역에서 중량충격음 레벨이 최대가 되도록 온돌패널의 부품 규격 및 구조를 최적화하여 해당 건축물의 바닥충격음(층간소음) 저감량을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양(aspect)은 상기 (나) 단계에서 1/3 옥타브밴드 중심주파수의 주파수 대역은 50~630Hz 범위이고, 3개 영역은 50~100Hz, 100~315Hz, 315~630Hz로 분류하며, 설계 유형은 상기 (가) 단계에서 산출한 음량 레벨(phon)이 43(phon)을 초과하는 영역의 범위가 50~100Hz이면 1유형으로, 100~315Hz이면 2유형으로, 315~630Hz이면 3유형으로, 50~315Hz이면 4유형으로, 100~630Hz이면 5유형으로, 50~630Hz이면 6유형으로 정할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양(aspect)은 상기 (다) 단계의 설계 기준 중 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 저감량 ()은 수학식 2에 대입하여 산출하고, 그 저감량의 조건으로 1유형, 4유형 및 6유형은 100Hz 이하 영역에서의 저감량이 10dB 이상인 중심주파수가 2개 이상으로 연속되고, 2유형, 4유형, 5유형 및 6유형은 100Hz 초과 315Hz 미만 영역에서의 저감량이 8dB 이상인 중심주파수가 2개 이상으로 연속되고, 3유형, 5유형 및 6유형은 315Hz 이상 영역에서의 저감량이 8dB 이상인 중심주파수가 2개 이상으로 연속될 경우로 정할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양(aspect)은 상기 (다) 단계의 설계 기준 중 상기 건축물과 온돌패널 간 공명투과주파수()의 범위는 70Hz 이하이고, 상기 온돌패널의 자중에 대한 방진구의 스프링 상수()의 범위는 50~70N/mm이고, 상기 온돌패널의 동탄성 계수()의 범위는 1~3MN/㎥이고, 상기 온돌패널의 고유진동수()의 범위는 30Hz 이하로 설정할 수 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하고자 특유한 해결 수단이 기초하고 있는 본 발명의 기술사상 및 실시 예(embodiment)에 따르면, 건축물 블랭크의 고유 진동 특성에 따라 층간소음의 패턴을 유형화하고, 해당 유형과 반대되는 역진동 특성으로 최적의 바닥충격음(층간소음) 저감량을 갖는 모듈형 온돌패널 모델을 선정하여 설치할 수 있고, 이로 인해 바닥에 충격이 가해졌을 때 발생하는 진동에너지와 층간소음을 효과적으로 제어 및 차단할 수 있다.

여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 건식 온돌패널을 적용한 온돌바닥의 국부를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 건식 온돌패널을 구성하는 일부 요소를 나타낸 저면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 건식 온돌패널을 구성하는 방진구를 나타낸 사시도이다.
도 4는 콘크리트 슬래브(Blank)의 중량충격음 레벨()로부터 [수학식 1]을 이용하여 1/3 옥타브밴드 층간소음 음량 레벨()을 산출한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 제2마그네슘 보드의 비중 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 제1마그네슘 보드의 비중 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 제2마그네슘 보드의 두께 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 방진구의 구조와 높이 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 방진구의 배치밀도(수량) 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 완충재의 두께 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 배관패널 간 결합방법에 따른 중량충격음 레벨의 중심주파수별 저감량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 공동주택 7개소에 대한 콘크리트 슬래브(Blank)의 중량충격음 레벨()을 측정하여 주파수별 변화 특성을 나타낸 그래프이다.
도 13 내지 도 19는 본 발명의 실시 예에 따라 설계된 5개 규격의 온돌패널을 공동주택에 설치할 경우 예측되는 층간소음의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 음량 레벨()을 산출한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 온돌패널을 설치할 경우 1/1 옥타브밴드 중량충격음 레벨() 및 역A특성 가중() 예측 산출값과, 실제로 4형의 온돌패널을 설치한 후 1/1 옥타브밴드 중량충격음 레벨을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명의 편의와 이해를 돕기 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시될 수 있고, 그 도면상의 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.

아울러 본 명세서에서 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함하는 의미이며, 또 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

즉, 본 명세서에서 설시(說示)하는 '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 특징, 개수, 단계, 공정, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계, 공정, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다.

아울러 각 공정 및 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 공정 및 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

그리고 본 발명에서 사용하는 상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부, 상측, 하측, 전후, 좌우 등의 용어는 각 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 편의상 사용한 것이다. 예를 들어, 도면상의 위쪽을 상부로 아래쪽을 하부로 명명하거나 지칭하고, 길이 방향을 전후 방향으로, 폭 방향을 좌우 방향으로 명명하거나 지칭할 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용하는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용할 수 있다. 즉, 제1, 제2 등의 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용할 수 있다.

[실시 예]

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 건식 온돌패널은 콘크리트 슬래브(S)와 온돌바닥 사이에 원통형 방진구(14)를 넣어 온돌바닥을 구조적으로 뜨게 해서 지지해 주는 이른바 뜬 바닥(floating floor) 구조에 적용할 수 있다.

즉, 온돌패널(10)은 온돌층 상부표면에 최종 마감되는 발포비닐계 장판지나 목재 마루 따위의 바닥마감재와 건축물의 층간바닥을 이루는 콘크리트 슬래브(S) 사이에 설치할 수 있다.

아울러 건축물의 벽체(W)로 전달되는 진동음을 감쇠 및 차단하기 위해 콘크리트 슬래브(S)의 가장자리 벽면을 따라 폭 100±5mm, 두께 10±2mm의 LDPE 등의 폴리에스테르계 발포수지로 이루어진 측면완충재(A)를 부착하고, 콘크리트 슬래브(S) 위에 단열 기능 및 습기 차단 등을 위해 은박이 코팅된 폴리에틸렌 폼(B)을 깔고, 그 폴리에틸렌 폼(B) 위에 여러 개의 모듈형 온돌패널(10)을 연결하여 설치할 수 있다.

온돌패널(10)은 흡음재(11), 연결프레임(12), 마운팅 서포트(13), 방진구(14), 제1마그네슘 보드(15), 완충재(16), 배관패널(17), 열전도판(18) 및 제2마그네슘 보드(19)를 포함하고 있다.

이 중에서 흡음재(11), 제1마그네슘 보드(15), 완충재(16), 배관패널(17)은 순서대로 적층한 상태에서 나사못을 박아 상호 간에 안정적인 결합 상태를 유지하도록 조립함으로써 미리 일체화한 하나의 모듈 상태로 준비할 수 있다.

흡음재(11)는 진동음을 흡음 및 감쇠하면서 보조적으로 단열 기능을 갖는 폴리우레탄 폼으로 이루어져 배관패널(17)의 하면에 구비되어 있다.

즉, 흡음재(11)는 일정한 규격의 사각형 판 모양으로 재단되어 있고, 그 내부 또는 사방의 가장자리에는 원통형의 내부 마운팅 서포트(13a)가 관통하여 끼워지도록 일정한 간격을 두고 복수 개의 장착구멍(11a)이 뚫려 있다.

여기서 흡음재(11)는 내부에 기공이 연속 형성되어 중/고음역에서 흡음성이 좋고, 가로 720±5mm, 세로 720±5mm, 두께가 25±5mm인 폴리우레탄 폼으로 이루어진 스펀지 상태의 다공질 구조를 사용함이 바람직하다.

아울러 흡음재(11)는 폴리에틸렌 폼(B) 위에 일정한 공간(높이)을 두고 배치됨으로써 뜬 바닥 구조(Floating Floor System)의 건식온돌 형태를 이룰 수 있다.

연결프레임(12)은 온돌패널(10)의 설치 위치를 미리 안내 및 설정하기 위해 흡음재(11)의 사방 가장자리에 배치되는 원통형의 외곽 마운팅 서포트(13b)와 결합되어 있다.

즉, 연결프레임(12)의 길이 방향을 따라 외곽 마운팅 서포트(13b)가 일정한 간격을 두고 배열 및 나사못으로 결합되어 있다.

그리고 연결프레임(12)은 콘크리트 슬래브(S)의 가장자리에 위치하는 벽체(W)의 벽면을 따라 설치의 편의를 위해 일정한 이격공간을 두고 배치되는 테두리 연결프레임(12a)과, 하나의 온돌패널(10)과 다른 온돌모듈(10)이 마주 놓여 서로 연결되는 부분에 배치되는 내부 연결프레임(12b)으로 구성되어 있다.

여기서 테두리 연결프레임(12a)은 한쪽에 측면완충재(A)와 대향하는 수직면을 갖는, 즉 단면이 마치 알파벳 'L'자 형상 및 모양을 갖는 알루미늄 프로파일 형태로 압출 성형하여 제작할 수 있고, 내부 연결프레임(12b)은 단면이 마치 '⊥' 형상 및 모양을 갖는 알루미늄 프로파일 형태로 압출 성형하여 제작할 수 있다.

아울러 연결프레임(12)은 변형을 방지하고 강도 보강 및 유지하면서 경량화를 이루기 위해 복수 개의 리브(rib)를 일체로 형성할 수도 있음은 물론이다.

마운팅 서포트(13)는 일정한 범위 내에서 방진구(14)의 형상유지와 처짐을 방지하기 위해 구비되어 있다.

그리고 마운팅 서포트(13)는 흡음재(11)의 안쪽(내부)에 복수 개로 뚫린 장착구멍(11a)에 삽입된 채로 나사못으로 제1마그네슘 보드(15)에 결합되는 내부 마운팅 서포트(13a)와 연결프레임(12)의 길이 방향을 따라 일정한 간격을 두고 배열 및 나사못으로 결합되는 외곽 마운팅 서포트(13b)로 구성되어 있다.

여기서 마운팅 서포트(13)는 방진구(14)의 외경보다 내경 약간 크고, 방진구(14)의 높이보다 높이가 약간 작은 원통형으로 형성되어 방진구(14)의 상부에 씌워질 수 있다.

예를 들면, 마운팅 서포트(13)는 PP 소재로 하여 내경이 46.5±2mm, 외경이 48±2mm, 높이가 42±3mm이며, 상면이 막힌 원통형으로 형성하는 것이 바람직하다.

방진구(14)는 고체전달음을 감쇠 및 하중을 지지하고, 탄성력을 안정적으로 유지하면서 상부에서 전달되는 충격을 흡수 및 완충시키며, 진동에너지를 감쇠시키기 위해 마운팅 서포트(13)에 각각 끼워져 고정되어 있다.

그리고 방진구(14)는 관형 외면체(14a)의 중공 안에 삼각관을 두 개 겹쳐 단면이 육각별 모양의 트러스 구조(Truss structure)인 내면체(14b)가 일체로 형성된 구조를 채용할 수 있다.

여기서 방진구(14)는 목재의 섬유와 플라스틱을 방사선이나 촉매에 의해 중합시킨 WPC(wood plastic combination) 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 이외에도 스티렌에틸렌부틸렌스티렌(SEBS) 등과 같은 플라스틱 계열의 재질이나 EPDM, SBS(Styrene-Butadiene-Styrene) 등과 같은 고무 계열의 재질로 하여 압출 성형법으로 성형할 수 있다.

제1마그네슘 보드(15)는 바닥충격음과 진동을 잡아주고 난방 열을 바닥 표면으로 전달하기 위해 흡음재(11) 위에 깔려 있다.

즉, 제1마그네슘 보드(15)는 일정한 규격의 사각형 판 모양으로 재단되어 있고, 흡음재(11)의 상면에 목공용 본드 등의 접착제로 부착되어 있다.

여기서 제1마그네슘 보드(15)는 차음 및 구조적 견고성 유지를 위해 가로 720±5mm, 세로 720±5mm이고, 두께가 12±2mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 톱밥 3~5wt%와 진주암 3~5wt%와 산화마그네슘 또는 염화마그네슘 분말 70~75wt%를 균일하게 혼련한 후 바인더 15~20wt%를 혼합 조성 및 성형하여 건조한 것을 사용함으로써 차음 특성은 물론 경질성과 연성을 가지며 방화, 방수, 방음 성능을 얻을 수 있고, 난방용 배관(P)의 결로현상 등에 의한 습기를 효과적으로 차단할 수 있다.

완충재(16)는 진동음을 흡음 및 감쇠시키면서 충격을 완화하기 위해 고밀도의 딱딱한 제1마그네슘 보드(15)와 배관패널(17) 사이에 개재되어 있다.

즉, 완충재(16)는 연질 폴리우레탄 폼 등 탄성체 재질로 하여 일정한 두께를 갖는 사각형 판 모양으로 형성되어 있다.

여기서 완충재(16)는 고체진동음의 증폭을 방지하기 위해 720±5mm, 세로 720±5mm, 두께가 1~2mm(압착 상태)인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

배관패널(17)은 난방용 배관(P)과 열전도판(18)을 고정하고 충격소음을 분산시키기 위해 구비되어 있다.

즉, 배관패널(17)은 폴리프로필렌 재질로 하여 일정한 규격의 사각형 판 모양으로 성형되어 있고, 그 상면에는 난방용 배관(P)을 고정하기 위한 배관고정홈(17a)이 형성되어 있다.

여기서 배관패널(17)은 난방용 배관(P)의 안정적인 고정 상태를 유지 및 충격소음의 충분한 분산을 위해 가로 784±5mm, 세로 784±5mm이고, 두께가 26mm±5mm인 규격 제품을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 배관패널(17)은 난방용 배관(P)을 보호함과 동시에 단열작용을 수행하고, 외부에서 가해지는 하중 및 충격과 그에 따른 소음을 여러 방향으로 산란 반사해서 적절히 분산시키고, 아울러 난방용 배관(P)에서 발생되는 열을 대류현상을 통해 전체에 걸쳐 골고루 전달시켜 균일한 온도의 상승과 함께 보일러가 가동되지 않는 시간에도 잠열에 의하여 실내온도를 오랫동안 유지시켜 난방에 따른 열효율을 향상시키는 구조를 채용할 수도 있음은 물론이다.

열전도판(18)은 난방용 배관(P)의 열을 골고루 분산 및 전달하기 위해 난방용 배관(P)을 감싼 채로 배관패널(17) 위에 결합되어 있다.

즉, 열전도판(18)은 배관패널(17)의 배관고정홈(17a) 속에 난방용 배관(P)을 끼운 상태로 결합하기 위해 난방용 배관(P)을 감싸는 배관커버부(18a)가 형성되어 있다.

또한, 배관커버부(18a)의 단면 형상은 난방용 배관(P)을 감싼 채 배관패널(17)의 배관고정홈(17a)에 끼우는 과정에서 배관커버부(18a)의 열린 양단 테두리가 눌러지면서 배관패널(17)의 상면을 덮는 평면 부분이 상방으로 들리거나 울퉁불퉁하게 변형되는 것을 방지하기 위해 마치 알파벳 'U' 또는 그리스 문자 'Ω'를 뒤집은 형상으로 형성되어 있고, 그 열린 양단 테두리와 배관패널(17)의 상면을 덮는 평면 사이에는 경사면으로 형성되어 있다.

여기서 열전도판(18)은 알루미늄 도금 철판, 알루미늄, 구리 등의 열을 골고루 전도하는 열전도성이 우수한 금속재로 포밍 성형하여 가로 160±10mm, 세로 780±10mm, 두께가 0.5±1mm로 형성하는 것이 바람직하다.

제2마그네슘 보드(19)는 바닥충격음과 진동을 잡아주고 난방 열을 바닥 표면으로 전달하기 위해 열전도판(18) 위에 깔려 있다.

즉, 제2마그네슘 보드(19)는 일정한 규격의 사각형 판 모양으로 재단되어 있다.

여기서 제2마그네슘 보드(19)는 그 두께가 12~15mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 톱밥 3~5wt%와 진주암 3~5wt%와 산화마그네슘 또는 염화마그네슘 분말 70~75wt%를 균일하게 혼련한 후 바인더 15~20wt%를 혼합 조성 및 성형하여 건조한 것을 사용함으로써 차음 특성은 물론 경질성과 연성을 가지며 방화, 방수, 방음 성능을 얻을 수 있고, 난방용 배관(P)의 결로현상 등에 의한 습기를 효과적으로 차단할 수 있다.

그리고 제2마그네슘 보드(19)의 사방 가장자리에는 미리 정해진 위치에 나사못(지름 4mm, 길이 25mm의 접시머리 나사)을 배관패널(17)에 조여 박아서 난방용 배관(P)의 파손 없이 간편하고 안전하면서 신속하고 용이하게 고정하기 위해 나사못의 머리는 제2마그네슘 보드(19)의 상면에 묻혀 걸리고 몸통과 나사부는 관통하여 배관패널(17) 및 연결프레임(12)에 박히도록 하는 마치 카운터 싱크(counter sink)가 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 건축물 블랭크의 진동 특성을 고려한 층간소음 저감용 건식 온돌패널의 설계방법은 다음과 같은 순서와 구조로 이루어질 수 있다.

(가) 건축물의 맨바닥 콘크리트 슬래브(Blank)에 대하여 측정한 일정한 주파수 대역 내 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨()을 하기의 수학식 1에 대입하여 음량 레벨(phon)을 산출한다.

여기서 , , 는 정규 동일음량 레벨 곡선 유도에 사용된 파라미터로써 KSIISO226에 제시된 값을 사용한다.

(나) 일정한 주파수 대역 내 1/3 옥타브밴드 중심주파수를 3개 영역으로 분류하여 유형화하고, 이를 기준으로 상기의 수학식 1에 대입하여 산출한 음량 레벨(phon)이 43(phon)을 초과하는 주파수가 위치하는 영역의 범위에 따라 설계 유형(pattern)을 분류하여 결정한다.

즉, 도 4에 나타낸 바와 같이 1/3 옥타브밴드 중심주파수의 주파수 대역은 50~630Hz 범위로 정한다.

그리고 3개 영역은 50~100Hz, 100~315Hz, 315~630Hz로 분류한다.

또한, 설계 유형은 상기의 수학식 1에 대입하여 산출한 음량 레벨(phon)이 43(phon)을 초과하는 영역의 범위가 50~100Hz이면 1형으로, 100~315Hz이면 2형으로, 315~630Hz이면 3형으로, 50~315Hz이면 4형으로, 100~630Hz이면 5형으로, 50~630Hz이면 6형으로 정한다.

(다) 온돌패널(10)의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 저감량 () 조건, 건축물과 온돌패널(10) 간 공명투과주파수()의 범위, 온돌패널(10)의 자중에 대한 방진구(14)의 스프링 상수()의 범위, 온돌패널(10)의 동탄성 계수()의 범위 및 온돌패널(10)의 고유진동수()의 범위에 대한 설계 기준을 설정한다.

여기서 온돌패널(10)의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 저감량 ()은 하기의 수학식 2에 대입하여 산출한다.

건축물과 온돌패널(10) 간의 공명투과주파수()는 하기의 수학식 3에 대입하여 산출한다.

: 콘크리트 슬래브와 온돌패널 간의 공명투과주파수(Hz)

: 가진실 온도(℃)

: 방진구 높이(mm)

: 흡음재의 겉보기 밀도(16kg/㎥)

: 흡음재의 두께(mm)

: 콘크리트 슬래브의 면적중량(두께 210mm의 경우 504kg/㎡)

: 제1마그네슘 보드의 면적중량(kg/㎡)

이때, 산출값이 70Hz 이하가 되도록 하며, 건축물과 온돌패널(10) 간의 공진이나 공명을 방지하기 위하여 건축물의 맨바닥 콘크리트 슬래브(Blank)에 대하여 측정한 주파수 대역 내 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨()이 40(phon) 이하이거나 온돌패널(10)의 중량충격음 저감량 ()이 10dB 이상인 주파수 대역에 위치하여야 한다.

방진구(14)의 스프링 상수() 함수식은 아래의 표 1에 나타낸 압축하중(N)에 따른 변형률(%)과, 하기의 수학식 4를 이용한 연립방정식의 해로 아래의 표 2와 같이 구할 수 있다.

변형률 방진구	1%	2%	3%	4%	5%	6%	7%	8%	9%	10%
h50-216N	23	50	75	99	122	142	162	181	199	216
h50-217N	23	50	75	98	120	142	161	180	199	217
h55-228N	23	49	75	99	123	145	167	188	208	228
h45-253N	27	55	83	110	136	161	185	209	231	253

: 방진구에 가해지는 압축하중(N)

: 압축하중 일 때 방진구의 변형량(mm)

: 방진구 초기변형과 변곡점 형성을 위한 항

: 저하중에서의 곡률 형성을 위한 항

: 고하중에서의 곡률 형성을 위한 항

A, B, C, D : 방진구에 따라 해를 통하여 구해지는 계수

여기서 미지수가 4개로서 함수의 오차를 줄이기 위하여 방진구(14)의 변형률 10% 이하의 영역에서 6개소 이상에 대한 방진구의 압축하중-변형량을 측정하며, 의 함수식을 구한 다음 변형량()에 대하여 미분하면 스프링 상수 함수식()을 구할 수 있다.

방진구	(ε=1%)	스프링 상수 함수식
h50-216N	55 N/㎜
h50-217N	56 N/㎜
h55-228N	54 N/㎜
h45-253N	63 N/㎜

이때, 스프링 상수 함수식을 이용하여 산출한 온돌패널(10)의 자중에 대한 방진구(14)의 스프링 상수()는 60±10N/mm가 되도록 한다.

온돌패널(10)의 동탄성 계수()는 방진구(14)의 스프링 상수를 이용한 하기의 수학식 5로부터 산출할 수 있다.

: 방진구에 가해지는 하중(N)

:시편의 평면 면적()

: 진동가속도 일 때 패널의 최대 변위량(m)

: 시편의 총 무게(방진구의 지지 무게 + 하중판의 무게)

: 진동 상태에서의 동적 스프링 상수()

: 시편을 지지하는 방진구의 수

: 동적 스프링 상수와 정적 스프링 상수의 비()

: 방진구의 높이(mm)

: 함수식으로부터 구해지는 정적 스프링 상수()

여기서 스프링 상수 함수식()을 이용할 경우 방진구(14)의 정적 스프링 상수와 보정 계수(/≒1.2~1.4)를 구하여 동탄성 계수를 산출할 수 있다.

온돌패널(10)의 고유진동수()는 그 동탄성 계수를 이용한 하기의 수학식 6으로부터 산출할 수 있다.

: 온돌패널의 동탄성 계수()

: 온돌패널의 단위면적당 질량()

아울러 온돌패널(10)의 고유진동수()에 따른 중심주파수별 음압레벨 감쇠량()은 하기의 수학식 7로부터 산출할 수 있다.

: 온돌패널의 진동감쇠율

: 임의 가하중에서 온돌패널의 고유진동수()

: 충격음 측정주파수()

: 임의 가하중에서 방진구의 스프링 상수()

: 측정 시 방진구에 가해지는 질량(kg)

한편, 건축물과 온돌패널(10) 간 공명투과주파수()의 범위는 70Hz 이하(Blank의 중량충격음 레벨이 40dB 이하 또는 온돌패널(10)의 중량충격음 저감량이 10dB 이상인 주파수 영역일 경우)이고, 온돌패널(10)의 자중에 대한 방진구(14)의 스프링 상수()의 범위는 50~70N/mm이고, 온돌패널(10)의 동탄성 계수()의 범위는 1~3MN/㎥이고, 온돌패널(10)의 고유진동수()의 범위는 30Hz 이하로 설정한다.

또한, 온돌패널(10)의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 저감량의 조건으로 1형, 4형 및 6형은 100Hz 이하 영역에서의 저감량이 10dB 이상인 중심주파수가 2개 이상으로 연속되고, 2형, 4형, 5형 및 6형은 100Hz 초과 315Hz 미만 영역에서의 저감량이 8dB 이상인 중심주파수가 2개 이상으로 연속되고, 3형, 5형 및 6형은 315Hz 이상 영역에서의 저감량이 8dB 이상인 중심주파수가 2개 이상으로 연속되도록 일정한 기준을 정한다.

(라) 온돌패널(10)을 구성하는 제1 및 제2마그네슘 보드(15)(19)의 비중, 제2마그네슘 보드(19)의 두께, 방진구(14)의 형상, 높이 및 배치 수량, 완충재(16)의 두께 및 배관패널(17) 간의 결합방법 변경에 따른 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음의 저감량 특성을 산출하고, 이를 기초로 하여 각 설계 유형별로 적합한 온돌패널을 조합한다.

즉, 온돌패널(10)의 중심주파수별 중량충격음 저감량 특성에 영향을 미치는 주요 인자인 제1 및 제2마그네슘 보드(15)(19)의 비중 변경, 제2마그네슘 보드(19)의 두께 변경, 방진구(14)의 구조와 높이 변경, 방진구(14)의 배치 밀도, 완충재(16)의 두께 변화, 배관패널(17) 간 결합방법 변경에 따른 1/3 옥타브밴드 중량충격음 저감량()의 변화 및 주파수 특성을 비교하고, KSF2810-2(건축물의 바닥충격음 차단성능 현장 측정방법)에 따라 뱅머신으로 타격하면서 A특성 마이크로폰을 이용하여 건축물의 Blank 및 온돌패널(10)의 중량충격음 레벨( 및 )을 측정하고, 그 측정 결과를 [수학식 2]에 대입하여 온돌패널(10)의 설계요소 변경에 따른 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 저감량 특성을 산출한다.

이때, 배관패널(17) 간의 결합방법은 알루미늄 프로파일 형태로 압출 성형한 연결프레임(12)을 이용하는 프레임 결합방식 또는 원판형 플라스틱 사출물을 이용하는 브라켓 결합방식 중 어느 하나를 채택하여 적용할 수 있다.

도 5는 제2마그네슘 보드의 비중 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.

이는 온돌패널(10)의 상부에 위치하고 있는 두께가 12mm인 제2마그네슘 보드(19)의 비중을 1.5로 한 경우와, 비중을 1.87로 변경한 경우의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨()을 각각 측정한 후, [수학식 2]를 이용하여 주파수별 중량충격음 저감량()을 산출하였다.

이 결과를 보면, 100Hz 이하의 주파수 대역에서는 비중이 큰 쪽(비중 1.87)이 유리(80Hz에서 2.7dB)하지만 125Hz~315Hz의 주파수 대역에서는 오히려 비중이 작은 쪽(비중 1.5)이 유리(160Hz에서 2.8dB)하며, 반면에 400Hz 이상에서는 다시 비중이 큰 쪽이 유리(630Hz에서 1.9dB)하므로 제2마그네슘 보드(19)의 비중은 층간소음의 저감에 중요한 요소임을 확인할 수 있다.

도 6은 제1마그네슘 보드의 비중 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.

이는 온돌패널(10)의 하부에 위치하는 두께가 18mm인 제1마그네슘 보드(15)의 비중을 1.5로 한 경우와, 비중을 1.87로 변경한 경우의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨()을 각각 측정한 후, [수학식 2]를 이용하여 주파수별 중량충격음 저감량()을 산출하였다.

이 결과를 보면, 100Hz~125Hz 주파수 대역을 제외하고 전 영역에서 제1마그네슘 보드(15)의 비중이 큰 쪽이 유리(50Hz에서 3.5dB, 500Hz에서 3.8dB)하기 때문에 제1마그네슘 보드(15)의 비중을 증가시키는 방법이 층간소음의 중요한 요소임을 확인할 수 있다.

도 7은 제2마그네슘 보드의 두께 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.

이는 비중 1.87인 제2마그네슘 보드(19)의 두께를 12mm로 한 경우와, 두께를 18mm로 한 경우의 중량충격음 레벨()을 각각 측정한 후, [수학식 2]를 이용하여 주파수별 중량충격음 저감량()을 산출하였다.

이 결과를 보면, 160Hz 이하의 주파수 영역에서는 두께가 큰 쪽이 유리(50Hz에서 3.3dB)한 반면에 200Hz 이상의 주파수 영역에서는 오히려 두께가 작은 쪽이 유리(250Hz에서 2.9dB)하므로 제2마그네슘 보드(19)의 두께는 160Hz 이하와 200Hz 이상의 주파수 영역에 대한 건축물의 고유 진동 특성을 고려하여 변경하고, 제2마그네슘 보드(19)가 두꺼운 온돌패널(10)은 설치 비용이 상승하기 때문에 층간소음 저감 효과가 큰 건축물에 한하여 최적으로 선정하는 것이 바람직하다.

도 8은 방진구(14)의 구조와 높이 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.

이는 두께가 18mm, 비중이 1.87인 제1마그네슘 보드(15)와 두께가 12mm, 비중 1.38인 제2마그네슘 보드(19) 및 높이가 50mm의 육각별형 방진구(14) 13개를 하나의 모듈형 온돌패널(10)에 배치하고, 그리고 높이가 55mm의 원형 방진구 13개를 하나의 모듈형 온돌패널(10)에 배치하여 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨()을 측정한 후, [수학식 2]를 이용하여 중량충격음 저감량 특성()을 산출하였다.

이 결과를 보면, 630Hz 이하의 전 주파수 영역에서 높이 55mm의 원형 방진구를 채택한 온돌패널(10)의 층간소음 저감량 특성이 유리(80Hz에서 5.3dB, 630Hz에서 4.4dB)하므로 방진구(14)의 구조 및 형상이 층간소음의 개선에 중요한 요소임을 확인할 수 있다.

도 9는 방진구의 배치밀도(수량) 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.

이는 두께가 18mm, 비중이 1.52인 제1마그네슘 보드(15), 두께가 12mm, 비중 1.38인 제2마그네슘 보드(19)에 모듈당 13개의 방진구(14)를 배치하고 완충재(16)의 두께를 3mm로 한 온돌패널(10)과, 동일한 조건에서 9개의 방진구(14)를 배치한 경우의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨()을 측정한 후, [수학식 2]를 이용하여 온돌패널(10)의 중량충격음 저감량 특성()을 산출하였다.

이 결과를 보면, 방진구(14)는 하나의 모듈당 9개로 배치하는 것이 80Hz와 100Hz를 제외한 전 주파수 영역에서 유리(50Hz에서 3.1dB, 125Hz에서 3.3dB)함을 확인할 수 있다.

도 10은 완충재(폴리우레탄 폼)의 두께 변경에 따른 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 저감량 특성 변화를 나타낸 그래프이다.

이는 두께가 18mm, 비중이 1.87인 제1마그네슘 보드(15), 두께가 12mm, 비중이 1.87인 제2마그네슘 보드(19)에 방진구(14)를 하나의 모듈당 9개 배치하고, 완충재(16)의 두께를 3mm로 한 온돌패널(10)과, 동일한 조건에서 완충재(16)의 두께를 5mm로 한 경우의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨()을 측정한 후, [수학식 2]를 이용하여 온돌패널(10)의 중량충격음 저감량 특성()을 산출하였다.

이 결과를 보면, 제1마그네슘 보드의 두께가 18mm, 비중이 1.87이고, 제2마그네슘 보드의 두께가 12mm, 비중이 1.87에서는 완충재(16)의 두께를 5mm로 증가시킨 경우 온돌패널의 저감량 특성이 100Hz 이하의 주파수 영역에서는 유리(50Hz에서 1.6dB, 80Hz에서 5.2dB)하지만 125Hz 이상의 주파수 영역에서는 오히려 두께 3mm로 하는 것이 더 유리(125Hz에서 2.5dB, 315Hz에서 1.7dB)하므로 완충재(16)의 두께 변경은 층간소음원의 주파수를 고려하여 적용하여야만 층간소음이 개선됨을 확인할 수 있다.

도 11은 배관패널 간 결합방법에 따른 중량충격음 레벨의 중심주파수별 저감량 변화를 나타낸 그래프이다.

이는 배관패널(17) 간을 프레임 결합방식 및 브라켓 결합방식으로 연결하여 중량충격음 레벨()을 각각 측정한 후, [수학식 2]를 이용하여 온돌패널(10)의 중량충격음 저감량 특성()을 산출하였다.

이 결과를 보면, 100Hz 이하의 주파수 영역에서는 브라켓 결합방식이 유리(63Hz에서 4.4dB)하지만 125Hz~315Hz의 주파수 영역에서는 오히려 프레임 결합방식이 유리(160Hz에서 3.9dB)하기 때문에 건축물의 고유 진동 주파수 특성에 따라 배관패널(17) 간의 결합방법을 다르게 적용해야 함을 확인할 수 있다.

도 5 내지 도 11의 저감량 특성 자료를 기초로 하여 건축물의 고유 진동 유형별로 적합한 온돌패널을 조합할 수 있다.

아래의 표 3은 건축물의 고유 진동 유형별 온돌패널의 설계요소 조합 시 설정 방향과 기준을 나타낸 것이다.

설계 유형	설계요소의 조합
1형	1) 제1 및 제2마그네슘 보드 비중 증가 2) 제2마그네슘 보드 두께 증가 3) 원형 방진구(높이 55mm) 사용 4) 방진구 배치밀도 9개/모듈 5) 완충재(PE폼) 두께 5mm 사용 6) 브라켓형 모듈 결합
2형	1) 제1마그네슘 보드 비중 증가 2) 제2마그네슘 보드 두께 12t 사용 3) 원형 방진구(높이 45+50mm) 사용 4) 방진구 배치밀도 9개/모듈 5) 완충재(PE폼) 두께 3mm 사용 6) 프레임형 모듈 결합
3형	1) 제1마그네슘 보드의 비중 증가 2) 제2마그네슘 보드 두께 12t가 적합 3) 원형 방진구(높이 55mm)가 유리 4) 완충재(PE폼) 두께 3mm 사용
4형	1) 제1 및 제2마그네슘 보드의 비중 증가 2) 원형 방진구(높이 55mm) 사용 3) 방진구 배치밀도 9개/모듈이 유리(80~100Hz 제외)
5형	1) 제2마그네슘 보드 두께 12t가 적합 2) 원형 방진구(높이 55mm) 유리 3) 방진구 배치밀도 9개/모듈이 유리 4) 완충재(PE폼) 두께 3mm 사용
6형	1) 제1마그네슘 보드의 비중 증가 2) 원형 방진구(높이 55mm) 사용 3) 방진구 배치밀도 9개/모듈이 유리

아래의 표 4는 유형별 적합한 층간소음 저감용 온돌패널의 규격을 나타낸 것이다.

고유 진동 유형	마그네슘 보드 구성	방진구 종류, 높이, 10%-하중	방진구 배치수량	완충재 두께	모듈 결합방법
기본형	18t(1.52)+12t(1.5)	육각별형, 50mm-216N	13개/모듈	3mm	브라켓
1형	18t(1.87)+18t(1.87)	복합원형, 55mm, 228N	9개/모듈	5mm	브라켓
2형	18t(1.87)+12t(1.87)	육각별형, 45mm-253N, 50mm-217N 복합	9개/모듈	3mm	프레임
3형	18t(1.87)+12t(1.38)	복합원형, 55mm, 228N	13개/모듈	3mm	브라켓
4형 및 6형	18t(1.87)+12t(1.87)	복합원형, 55mm, 228N	9개/모듈	5mm	브라켓
5형	18t(1.52)+12t(1.67)	육각별형, 50mm-216N	9개/모듈	3mm	브라켓

(마) 각 설계 유형별로 조합한 온돌패널(10)의 중량충격음 저감량 (), 건축물과 온돌패널(10) 간 공명투과주파수(), 방진구(14)의 스프링상수(), 온돌패널(10)의 동탄성 계수() 및 온돌패널(10)의 고유진동수()를 측정하고, 온돌패널(10)의 설계 기준과 비교하여 적합성을 확인한다.

아래의 표 5는 온돌패널(10)의 유형별 설계 기준에 대한 적합성을 확인하기 위해 [수학식 2]를 이용한 온돌패널(10)의 유형별 저감량 특성 확인, [수학식 3]을 이용하여 공명투과주파수 산출, [수학식 4]를 이용한 온돌패널(10) 자중에서의 스프링 상수 산출, [수학식 5]를 이용한 온돌패널(10)의 동탄성 계수 산출, [수학식 6]을 이용한 온돌패널(10)의 고유진동수 산출 결과이다.

최적 설계	질량	저감량 기준 적합 유형	공명투과주파수 (70Hz 이하)	스프링 상수 (50~70N/㎜)	동탄성 계수 (1~3MN/㎥)	고유진동수 (30Hz 이하)
기본형	64.9kg/㎡	3형	60.5Hz	54.0N/mm	1.48	24Hz
1형	86.6kg/㎡	1, 3형	51.7Hz	50.9N/mm	1.00	17Hz
2형	76.9kg/㎡	2, 3, 5형	58.6Hz	59.7N/mm	1.94	25Hz
3형	69.7kg/㎡	3형	51.7Hz	53.2N/mm	1.46	23Hz
4형, 6형	75.4kg/㎡	1~6형	51.7Hz	51.6N/mm	1.02	19Hz
5형	66.7kg/㎡	2, 3, 5형	60.5Hz	52.5N/mm	1.00	19Hz

이 결과를 보면, 최적으로 설계된 5개 규격의 온돌패널은 6개 유형을 모두 만족하고, 유형별 설계 기준에 적합한 것임을 확인할 수 있다.

[시험 예]

건축물에 따라 다른 중량충격음 레벨의 주파수 특성을 비교 및 고유 진동(Blank)의 유형을 파악하기 위하여 KSF2810-2(건축물의 바닥충격음 차단성능 현장 측정방법, 제2부 : 표준 중량충격원에 의한 방법)에 따라 공동주택 7개소에 대하여 뱅머신으로 콘크리트 슬래브의 중량충격음 레벨()을 측정하였다. 그 주파수별 변화 특성은 도 12에 나타내었다.

이 결과를 보면, 건축물에 따라 중량충격음 레벨의 차이가 10dB 이상(250Hz에서 18.2dB) 크게 발생하고 있기 때문에 동일한 구조의 온돌패널(10)이더라도 설치하는 건축물에 따라 층간소음이 크게 달라질 수 있음을 알 수 있다.

한편, 층간소음을 발생시키는 고유 진동 특성의 유형을 파악하기 위해서는 KSIISO226에 의한 음량 레벨을 산출하여 주파수 특성을 비교하여야 한다.

도 4는 고유 진동 특성의 층간소음 유형을 파악하기 위하여 공동주택 7개소에 대하여 측정한 콘크리트 슬래브(Blank)의 중량충격음 레벨()로부터 [수학식 1]를 이용하여 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 음량 레벨()을 산출한 결과를 Blank의 6개 유형과 함께 나타낸 그래프이다.

여기서 건축물 고유 진동의 층간소음원이 있는 주파수 특성은 100Hz 이하의 주파수 영역과 100Hz 초과 315Hz 미만의 주파수 영역 및 315Hz 이상의 주파수 영역으로 구분할 수 있으며, 100Hz 이하의 주파수 영역에만 층간소음원이 있는 1형의 건축물과 100Hz 초과 315Hz 미만의 주파수 영역에만 층간소음원이 있는 2형의 건축물, 315Hz 이상의 주파수 영역에만 층간소음원이 있는 3형의 건축물, 100Hz 이하의 주파수 대역과 100Hz 초과 315Hz 미만의 주파수 영역에 각각 소음원이 있는 4형의 건축물, 100Hz 초과 315Hz 미만의 주파수 영역과 315Hz 이상의 영역에 각각 소음원이 있는 5형의 건축물 및 100Hz 이하의 주파수 영역과 100Hz 초과 315Hz 미만의 주파수 영역 및 315Hz 이상의 모든 주파수 영역에 각각 층간소음원이 있는 6형의 건축물 등 공동주택 및 일반주택은 6가지의 층간소음 주파수 유형으로 분류할 수 있다.

아래의 표 6은 건축물의 고유 진동(Blank) 유형을 고려한 층간소음 저감용 온돌패널(10)과 일반적인 기본형 온돌패널의 중량충격음 저감량 특성을 산출하기 위하여 표준시험실의 1/3 옥타브밴드 Blank 값()을 측정하고, 표준시험실의 콘크리트 슬래브 위에 본 발명에 따라 설계된 온돌패널(10)과 기본형 온돌패널을 각각 설치하고, 뱅머신 방식 또는 임팩트볼 방식을 사용하여 각 유형별 1/3 옥타브밴드 중량충격음 레벨()을 측정한 후, [수학식 2]를 이용하여 그 각각의 온돌패널(10)에 대한 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 저감량()을 산출한 결과이다.

Hz		50	63	80	100	125	160	200	250	315	400	500	630
표준시험실 Blank(dB)		80.8	77.5	65.5	60.3	56.6	54.1	51.2	48.5	44.6	38.2	36.9	30.0
기본형	충격음 레벨	74.0	68.5	66.7	58.7	53.7	52.0	46.3	42.0	36.2	30.2	28.5	26.8
	저감량(dB)	6.8	9.0	-1.2	1.6	2.9	2.1	4.9	6.5	8.4	8.0	8.4	3.2
1형	충격음 레벨	61.4	58.8	55.5	49.9	48.2	47.3	43.3	40.2	35.1	29.3	28.2	23.7
	저감량(dB)	19.4	18.7	10.0	10.4	8.4	6.8	7.9	8.3	9.5	8.9	8.7	6.3
2형	충격음 레벨	73.0	70.6	62.0	57.6	49.6	47.7	41.8	37.5	33.6	30.0	27.2	24.9
	저감량(dB)	7.8	6.9	3.5	2.7	7.0	6.4	9.4	11.0	11.0	8.2	9.7	5.1
3형	충격음 레벨	71.7	65.1	58.9	53.2	50.1	48.8	44.6	38.4	33.4	27.7	28.7	21.8
	저감량(dB)	9.1	12.4	6.6	7.1	6.5	5.3	6.6	10.1	11.2	10.5	8.2	8.2
4형	충격음 레벨	64.7	62.0	58.0	51.7	49.9	47.7	42.7	37.3	32.6	26.8	26.2	22.2
	저감량(dB)	16.1	15.5	7.5	8.6	6.7	6.4	8.5	11.2	12.0	11.4	10.7	7.8
5형	충격음 레벨	74.2	65.6	61.6	57.2	49.3	46.8	42.3	36.6	32.1	27.1	25.5	23.4
	저감량(dB)	6.6	11.9	3.9	3.1	7.3	7.3	8.9	11.9	12.5	11.1	11.4	6.6
6형	충격음 레벨	64.7	62.0	58.0	51.7	49.9	47.7	42.7	37.3	32.6	26.8	26.2	22.2
	저감량(dB)	16.1	15.5	7.5	8.6	6.7	6.4	8.5	11.2	12.0	11.4	10.7	7.8

도 13 내지 도 19는 본 발명의 실시 예에 따라 설계된 5개 규격의 온돌패널을 공동주택에 설치할 경우 예측되는 층간소음의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 음량 레벨()을 산출한 결과를 나타낸 그래프이다.

이 결과를 보면, 본 발명의 실시 예에 따라 설계된 온돌패널은 기본형 온돌패널에 비해 세종(아)은 15.1폰(38.8-23.7), 용인(주)은 9.4폰(41.9-32.5), 안산(주)은 8.7폰(37.5-28.8), 완주(아)는 5.7폰(40.4-34.7), 순천(아)은 6.4폰(42.6-36.2), 파주(아)는 5.6폰(40.2-34.6), 인천(아)은 5.7폰(43.0-37.3)의 층간소음 저감 효과가 있음을 확인할 수 있다.

또한, 건축물의 콘크리트 슬래브 두께를 210mm에서 250mm로 증가시킬 경우 2.5dB 정도의 층간소음이 저감되는 것과 비교하면 본 발명의 실시 예에 따라 설계된 온돌패널(10)은 설치 비용의 증가 없이 건축물의 고유 진동(Blank) 유형에 적합한 주파수 특성 설계만으로 층간소음을 대폭 개선할 수 있다.

도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 온돌패널의 설계방법에 대한 신뢰성을 확인하기 위하여 안산(주택)의 층간소음 유형에 적합한 4형의 온돌패널(10)을 설치할 경우 1/1 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨() 및 역A특성 가중() 예측 산출값과, 실제로 해당 건축물의 현장에 4형의 온돌패널(10)을 설치한 후 공인시험기관인 (주)한국소음진동에 의뢰하여 1/1 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

이 결과를 보면, 4형 예측 중량충격음 레벨과 실제로 온돌패널(10)을 설치 후 측정한 1/1 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨은 서로 유사한 주파수별 특성 및 동일한 값의 역A특성 가중치(38dB)로 평가되었다.

따라서 본 발명에 실시 예에 따른 온돌패널의 설계방법은 그 예측의 목적에 맞게 신뢰성이 높음을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예(embodiment) 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지로 다양하게 변형하고 응용할 수 있음은 물론이고 각 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다.

그러므로 본 발명의 기술적 특징을 변형하고 응용하는 것에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.

10: 온돌패널 11: 흡음재
12: 연결프레임 13: 마운팅 서포트
14: 방진구 15: 제1마그네슘 보드
16: 완충재 17: 배관패널
18: 열전도판 19: 제2마그네슘 보드

Claims (4)

1. 다음의 각 단계를 포함하여 이루어지는 건축물 블랭크의 진동 특성을 고려한 층간소음 저감용 건식 온돌패널의 설계방법.
   (가) 건축물의 맨바닥 콘크리트 슬래브(Blank)에 대하여 측정한 일정한 주파수 대역 내 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 레벨()을 하기의 수학식 1에 대입하여 음량 레벨(phon)을 산출하는 단계
   (나) 일정한 주파수 대역 내 1/3 옥타브밴드 중심주파수를 3개 영역으로 분류하여 유형화하고, 이를 기준으로 상기 (가) 단계에서 산출한 음량 레벨(phon)이 43(phon)을 초과하는 영역의 범위에 따라 설계 유형(pattern)을 정하는 단계
   (다) 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 저감량 () 조건, 건축물과 온돌패널 간 공명투과주파수() 범위, 온돌패널의 자중에 대한 방진구의 스프링 상수() 범위, 온돌패널의 동탄성 계수() 범위 및 온돌패널의 고유진동수() 범위에 대한 설계 기준을 설정하는 단계
   (라) 온돌패널을 구성하는 제1 및 제2마그네슘 보드의 비중, 제2마그네슘 보드의 두께, 방진구의 형상, 높이 및 배치 수량, 완충재의 두께 및 배관패널 간의 결합방법 변경에 따른 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 저감량 특성을 산출하고, 이를 기초로 하여 각 설계 유형별로 적합한 온돌패널을 조합하는 단계
   (마) 각 설계 유형별로 조합한 온돌패널의 중량충격음 저감량 (), 건축물과 온돌패널 간 공명투과주파수(), 방진구의 스프링 상수(), 온돌패널의 동탄성 계수() 및 온돌패널의 고유진동수()를 측정하고, 온돌패널의 설계 기준과 비교하여 적합성을 확인하는 단계
   [수학식 1]
   
   
   
   
   
   
   
   여기서 , , 는 정규 동일음량 레벨 곡선 유도에 사용된 파라미터로써 KSIISO226에 제시된 값을 사용한다.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 (나) 단계에서 1/3 옥타브밴드 중심주파수의 주파수 대역은 50~630Hz 범위이고, 3개 영역은 50~100Hz, 100~315Hz, 315~630Hz로 분류하며, 설계 유형은 상기 (가) 단계에서 산출한 음량 레벨(phon)이 43(phon)을 초과하는 영역의 범위가 50~100Hz이면 1유형으로, 100~315Hz이면 2유형으로, 315~630Hz이면 3유형으로, 50~315Hz이면 4유형으로, 100~630Hz이면 5유형으로, 50~630Hz이면 6유형으로 정하는, 건축물 블랭크의 진동 특성을 고려한 층간소음 저감용 건식 온돌패널의 설계방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 (다) 단계의 설계 기준 중 온돌패널의 1/3 옥타브밴드 중심주파수별 중량충격음 저감량 ()은 하기의 수학식 2에 대입하여 산출하고, 그 저감량의 조건으로 1유형, 4유형 및 6유형은 100Hz 이하 영역에서의 저감량이 10dB 이상인 중심주파수가 2개 이상으로 연속되고, 2유형, 4유형, 5유형 및 6유형은 100Hz 초과 315Hz 미만 영역에서의 저감량이 8dB 이상인 중심주파수가 2개 이상으로 연속되고, 3유형, 5유형 및 6유형은 315Hz 이상 영역에서의 저감량이 8dB 이상인 중심주파수가 2개 이상으로 연속되는, 건축물 블랭크의 진동 특성을 고려한 층간소음 저감용 건식 온돌패널의 설계방법.
   [수학식 2]
   
   
   
   
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 (다) 단계의 설계 기준 중 상기 건축물과 온돌패널 간 공명투과주파수()의 범위는 70Hz 이하이고, 상기 온돌패널의 자중에 대한 방진구의 스프링 상수()의 범위는 50~70N/mm이고, 상기 온돌패널의 동탄성 계수()의 범위는 1~3MN/㎥이고, 상기 온돌패널의 고유진동수()의 범위는 30Hz 이하로 설정하는, 건축물 블랭크의 진동 특성을 고려한 층간소음 저감용 건식 온돌패널의 설계방법.
   

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