空調ダクト系消音設計システム“CADDUS”

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小特集

ビル施設と総合管理

空調ダクト系消音

∪･D･C･〔534･833･5:534･835.44:る97.9〕.001.24:る81.32.0る

計システム"CADDUS”

ComputerAided

NoiseControIDesign

_{SYStemSforAir-Conditioning}

Ducts

空調ダクト系の消音設計は,これまで,発生する馬重苦を予測した後,経験的に消音器を組み合わせて対応してきた｡しかし,この方法では特に静寂な環境が要求されるオーディトリアム,スタジオなどの消音設計を的確に行なうことが困難であった｡そこで,従来の騒音予測の機能に加え,ダクト系騒音の伝搬性二状計算結果から許容騒音値を満足するためのダクト設計,消音器設計,消音器レイアウト設計を行なえるソフトウェアCADDUSを開発した｡本論文ではCADDUSの消音設計方法と機能,及びホ】ル空調設備への適用結果について述べる｡ l】

_緒

言静寂なオーディトリアム,スタジオ内の騒音レベルはほとんど空調設備からの騒音によって決定されるため,厳密な消音対策が必要である｡既にオランダのBronswerk社1),オーストラリア住宅建設局2)及び国内数社では空調設備から発生する騒音の予測技術を確立し,各種条件【Fでの騒音を予測できるようになってし､る｡日立プラント建設株式会社でも予測技術を確立したが,3)･4) これらの技術はいずれも発生する騒音の予測だけにとどまり, 騒音制御のためのダクト設計や消音器位置,構造については, 経験的に消音器を組み介わせて対応しているのが現状である｡そこで,従来の騒音予測計算の機能に加え,施主から要求された案内騒音許容値を満足するための消音設計計算までを一貫して処j哩する新しい設計システムCADDUS(Noise

Con-troIComputer Aided Design System for Air-Conditioning

エルポ,へント＼直管ダクト＼分岐ダクト＼他のエレメント＼ダンパ＼給気チャンバ＼送風機＼ //′ ▲-●■ や､せ､心房怠竺 +【 ⊥

TT吹出口

室内吸込口 +L. く､､払心扁咽や +_ _{+_}

T

室内

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室内耶空調境

＼

句 1軋､〟′ /′′ _/// _/ソ/ /// 〝/ 図l _{基本的な空調設備の構成} _{空調設備での主音源は送風機である} が,ダクト系の長さ,管内;未達によってはすペてのダクトエレメントを音源として扱う必要がある｡

高橋

稔* 肌乃0γ伽Tαたαんαざん∼

浅見欽一郎*

打ゴれ,吉cんゴγaA5αmよ

後藤哲夫**

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矢作秋弘**

Aふよん∼γO mんαgg Duct _{System)を開発した｡} 本論￣丈では,このシステムを開発するに当たって検討した消音設計方法の基本内容とシステムの機能,及びホール空調設備への適用結果について述べる｡白

空調ダクト系騒音の予測方法

図1に基本的な空調設備の構成を示す｡空調ダクト系は, 送風機,吹出口(r吸込口)など9種類のダクトエレメントによって構成されてし､る｡ダクト系での主音源は送風機であるか, 空調機械室と室内までのダクト長さや管内流速によっては, ダンパ,分岐ダクトをはじめとする他のエレメントからの気流発生青もすべて音源として扱わなければならない｡そこで本システムでは,表1に示すように全ダクトエレメントの減音特件,気流発生書特性を計算するとともに,直管ダクトにつし､ては外部にある騒音源からの侵入音による音圧上昇や透過による減音についても計算を行なっている3)･4)｡田

浦書設計方法

本システムでは原設計の消音性能が不十分な場合と過剰な場合のいずれに対しても対応が可能である｡ここでは原設計

が消音に対し不十分な場合の対東について述べる｡これは与

えられた室内騒音許容値を満足するための騒音対策方法を決表l ダクト騒音予測での計算項目 _{本システムでは,ダクト系を構} 成するすべてのダクトエレメントの減書.気流発生書特性を計算するとともに, 直管ダクトについては外部騒音からの侵入音の影響や透過による減音についても計算を行なっている｡ No, _{ダクトエレメント名} 音響特性計算項目減書 _{1気う充発生書} 透過書と侵入音 l 空調 _機 ○ 2 _送 _風 _機 _(⊃ 3 _絵 _気 _チャンバ _⊂) 4 エル _ポ,ベン _ド _⊂) _⊂) 5 _ダンハ _⊂) 6 _分 _岐ダクト ⊂) ○ 7 _直 _管 _ダ _ク _ト _⊂) _C〉 _○ 8 吹出 _口,吸込口 _⊂) _○ 9 他のエレメ _ント _○ _(⊃ 18 室 _内 _室 _{内音} _場計算 * 日立プラント建設株式会社研究所 ** 日立プラント建設株式会社

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408 日立評論 VO+.66 _{No.6(ほ侶4-6)} 志する重要な部分であり,特に吹出口あるいは吸込口での騒音低減の目標パワーレベルの設定と対策音源の割出しを正しく行なうことが必要である｡次にこれらの手順を示す｡

3.1吹出ロ(吹込口)の目標パワーレベルの設定

ホール内にはパワーレベル,距離減衰効果の異なる数多くの音源が点在しており,それからの到達音圧レベルが重畳され安富点の普圧レベルを形成している｡そこで本システムで

は,ホール内の全音源を(1)室内騒音許容値を上回り,受音点

の音庄レベルに大きく影響している音源群,(2)許容値は下回

っているがdB合成したときに影響している音源群,(3)受音点

書庄レベルに影響しない音源群に分類し,下式で吹出口(吸込口)の目標パワーレベルを設定する方法を考案した5)｡ Plγエ′∼-=PⅣん一Ⅳ凡……‥……‥……･… SPん>ⅣCノの場合〃凡=5PムーⅣC/＋10loglOSl･(51＋52) SPエ∫≦ⅣCノの場合 Ⅳ凡=1010glO52… ここに PⅣ上′∠ Plγん Sf)ム〃C′ パワーレベル

･(1)

･(2)

･‥‥‥…(3)

:特定昔i偵吉の目標パワーレベル :･現二状のパワーレベル :特定者i噴からの到達音庄レーベル :検索周波数での許容音庄レベル Sl _{:ⅣCJを上回っている音源数} ＼

⊂}￣句

ダクトエレメント

｢這

対策エレメント注:略語説明 PW+(PowerJevel) NC(Noise Criterjo[) 10 NO NO 対策エレメントの選択対策エレメントの選択 S2:ⅣCノと同等か,下回っているか貴書∴!大の書庄レベルに寄与している音源数 3.2 ダクト系音源の割出しと消音対策日立プラント建設株式会社がこれまで消音設計を行なってきた秦野市文化会館をはじめとするホ【ル空調設備の実証結果から,吹出口あるいは吸込口から放射される空調騒音の主要因を次の3タイプに分類した｡

(1)吹出口(吸込口)器具自体からの;て流発生音

(2)ダクト内部の特定エレメントの気流発生音

(3)ダクト系各所で累積された騒音

そこでこれらの点に着眼し,図2にホす消音対一策設計法を開発した｡ここでは消音対策を2段階に分けて進める｡第1段階では,伝搬件状計算結果の中で卓越した音源に対する対策をする｡すなわち,許容値を最も上回っている周波数を,伝搬性状計算結果のデータファイルの中から摘出し,対策検討のための具体的対策方法を決定する｡第2段階では,吹出口(吸込【りから送風機側に向かって川貞番に対策エレメントを選択し,対策方法を決定する｡これらの処理を中心にして複雑な空調ダクト系に対する騒音制御のためのダクト設計や消音器設計を可能にした｡ d 設計システムCADDUSの開発図3にCADDUSのソフトウェア構成を示す｡ソフトウェアデータ入 _力プログ _ラム検索周波数の設定卓越したスペクトルか YES 特定エレメントの消音対策対策エレメント以降の伝封劉生状計算目標PWL は満足か YES コ土日圧レベル NO

l

･ lヽ■NC曲線周波数許容NC値は満足か NO 検索周波数,ダクトルートの設定末端エレメントからの消音対策対策エレメント以降の伝矧生状計算目標PWL は満足か YES 許容NCイ直は満足か YES YES NO 出力制御プログ _ラム図2 消音対策設計の手順消音対策設計は2段階に分けて進めている｡第l段階が,伝搬性状計算結果の中で卓越した音源に対する対策であり,第2段階が吹出口(吸込ロ)から送風機側に向かって対策を進めてゆく方法である｡

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空調ダクト系消音設計システム"CADDUS” ₄₀₉ CADDUS START データインプットデー･タチェ _ックインプット情報ダクト系騒音予測騒音予測情報透過害･侵入書予測 Beranek法 YES 外部騒音予測は必要か NO 室内畜場予測方法はイメージ法室内書場情報清音対策は必要か NO YES 消書対策 YES 過消音対策対策情報過講書対策は必要か NO 出力制御プリ _ンタ出力 END プロットテープ X-Yプロッタ作図対策情報図3 _{CADDUSのソフトウェア構成} _{室内騒音予測値が許容値を満足} Lていない場合には講書対策を,逆に満足Lている場合は過剰な消音設備を摘出できるように構成Lた｡開発に当たっては複雑なダクト系を人力するため,特にインプットデータのチェック機能を強化するとともに,近い将来, 対話形システムに拡張することを考慮し柔軟性のあるソフトウェアにまとめた｡CADDUSの機能構成は図4に示すとおりである｡血

_{清水市新庁舎議事堂空調設備への適用}

国5に議事堂の全景を示す｡収容人員は141人である｡室内馬蚤書許容値はNC-30であり,吹出口器具はアネモ形,ノズル形を併用している｡原設計と消音設計(改良設計)時のダクト内の騒音伝搬性状予測結果の比較を図6に示す｡横軸は送風機から吹出Hまでのエレメントのつながりを示している｡本ダクト系では原設計で目標PWL27dBに近い値が得られたが, 気流吉村策のため更に2個の吸音エルボを加えることにより目標値以下になることが分かった｡図7にこの対策を行なった後の床面から高さ1.5mの平面内での室内騒音分布曲線を示す｡騒音レベルに大差はないが給気ダクト系の分岐点の下側と運気ダクト系の吸込口付近の騒音が高いことが分かる｡騒音レベルの最大値は38.5dB(A)であり,NC曲線による評価結果でも許容値を満足できる予測結果を得た｡完成後の騒音測定結果からも設計どおりNC-30を満足していることが実証できた｡計算対象の空調方式セントラル空調方式各階空調方式パッケージ空調方式ファンコイル空調方式ダクト系騒音予測結果 1.全エレメントの音響特性 2伝力削生状室内畜場予測結果 1.騒音レベル 2ノ(ンドレベル 3.音源寄与度消音設計用目標パワーレベル計算結果消書対策結果 1.ダクト寸法 2.消音器構造 3.消音器配置過消音対策結果 1.不用消音器リスト 2.室内騒音予測結果出力情報ダクト系騒音伝搬性状図 NC曲線評価図等騒音分布図注:略語説明

CADDUS(Noise Co=trOIComputer _Aided _Design _System _for Aけ-Cond山0ning Duct _System)

図4 _{CADDUSの機能} _{cADDUSではダクト内部と室内での騒音予測だ} けでなく,室内等量書許容値を満足するためのダクト寸法の見直L,消音器設計, 消音器の配置を自動的に算出L出力することができる｡図5 清水市新庁舎議事堂の全景 _{議員,傍聴者など合わせて141人を} 収容することができる｡室内騒音許容値はNC-30であり,ホール天井内ダクトの気)売書対策を重点的に行なった｡図8に実測値と消音設計予測値の比較結果を示す｡期待どおり両者は63Hz∼2kHzで±5dB以内で一致しており,OA (オールパス)値では±3dB以内で一致している｡ CADDUSはこのほか,新橋演舞場,常陽第百文芸ホールなどの建設に適用し,同様な実証結果を得た｡ l司

結

言従来の騒音予測計算機能だけでなく,消音設計までを一貫して行なえる新しい空調ダクト系消音設計システムCADDUS を開発し,次に述べるような効果を得た｡

(1)騒音制御のためのダクト設計,消音器設計,消音器レイ

アウト設計が可能になった｡且且

(4)

410 日立評論 VO+,66 _No.6(1984-6) 90 80 ★_★ 注:◇(原設計) (皿ヱ+≧m ミてユーPソ､柵煉 0 2 ダクト内の等量書伝搬性状図(500Hz) 暮-★

SAAAB SABAD SADAF SAFAG

部品番号 ₁ ₃ ₄ ₅ ₆ ₇ ₈ ₉ _10111214 1 2 3 4 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 原設計

ロロ国昭♂喝口『□『口□

▽♂田口

▽□

▽□『□『□囚￠

改良設計

喝

(m) 20 18 16 14 12 10 一一

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気還ロ 0 9 0 8 0 7 37.5

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----￠-一一-_+₁ 1 1 1 トく:コ給気 38.5

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37,5 37.5 37.0 37.5

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37.5 37.0 4 6 8 _{10121416(m)柑} 注:○(吹出口),⊂二ニコ(吸込口),---(給気ダクト系),========ご(通気ダクト系) 図了議事堂内の等島重苦分布曲線静電プロッタによる消音対策後の室内騒音分布曲線〔高さ:床面からl.5m.単位:dB(A)〕の作図結果を示す｡

(2)バンドレベルで±5dB以内,OA値で±3dB以内の高い

精度で消音設計が可能になった｡

(3)清水市新庁舎議事堂,新橋演舞場,常陽第百文芸ホール

の建設に適用し,いずれも施主の要求を満足した｡ CADDUSは現在,郡山市民文化センター(大ホール2,000人, 小ホール800人),勝田市文化会館(大ホール1,400人,小ホール400人)の建設に適用中である｡今後は本ソフトウェアを対話形のシステムに発展させてゆく予定である｡終わりに,本システムの適用に当たり御協力をいただいた株式会社日本設計事務所,株式会社佐藤武夫設計事務所,三菱地所株式会社,鹿島建設株式会社の関係各位に対し深謝の意を表わす次第である｡ 12 ハリ O O 6 5 A-(聖)ユ｢て上世軸+八てト1へヘ七 30 20 10

＼

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●k予測値実測値

-○- _{-●一議事堂前部} ｢△-｢▲一議事堂後部ダクトエレメントシンボル直管ダクト『工ルポ,ベンド [コチャンバ企吐出口,吸込口 (フ送風機 ⊂『分岐巨] _{ノイズレスユニット}

♂

ダンパ甲侵入音瀦吸音材 S _{サイズ変更} × _撤 _去 AB _{吸音材コード変更} 図6 ダクト内の馬毒害伝搬性状予測結果 x-Y プロッタによる作図結果を示 Lた｡消音設計計算の結果, 本ダクト系にはダクト末端部分に2個の8及音エルボが必要であることが分･かった｡ NC-70 NC-60 NC-50 NC-40 許容値 NC-30 NC-20 63 125 250 5(泊 1,000 2,000 4,000 オクターブバンド中心周波数(Hz) 図8 清水市新庁舎議事堂での騒音予測値と実測値の比重交完成後, 琶重苦ラ則定を行なった｡実測値と予測値を対比した結果,期待どおり両者は63Hz∼ 2kHzで±5dB以内で一致L,許容値NC-30を満足していることが分かった｡参考文献

1)S.G.F.Bendien,et al.:Calculating the Sound Production of an Air･Conditioning Duct System by Computer,The

Heating _{Vent.Eng.(1975-11)}

2)M.M.David:The Development _of an AnalyticalTechnique

and Data for the AcousticalAnalysis ofan Air-Conditioning

DuctSystem,TbelOICAContributedPapers,Cl-5.2(1980)

3)平田,外:空調用給排気ダクト系の騒音予測計算プログラム

の開発,日立評論,61,2,131∼136(昭54-2)

4)M.Takahashi,et al.:Noise LevelPrediction Method for Air-Conditioning Duct System,Inter･Noise81Proceedings,

497-502(1981)

5)高橋,外:空調ダクト設備のための動的消音設計システム,