들어가는 말

 

근래 들어 각종 규제의 강화에 따라 개축이나 신규 양돈장의 인허가를 득하기가 까다로워지고 있다. 인허가 조건 중 핵심적인 사항으로는 사육거리제한, 4대강 유역권의 환경오염총량제, 환경영향평가, 2차선 포장도로에서 허가부지까지의 진입도록 폭, 분뇨처리 방법 등 넘어야 할 산이 높다.

이러한 문제를 다 해결하였더라도 가장 결정적인 요인은 바로 민원일 것이다. 농장이 들어서는 지역의 주민들 반대가 큰 경우 인허가를 득하는데 큰 걸림돌이 될 수 있다.

소위 말하는 지역민원을 해결하는 방법으로 먼저 지역주민들과 좋은 유대관계를 형성하면서 양돈장이 개축되거나 신축되는 경우 지역 환경에 나쁜 영향을 주지 않는 시설로 만들어진다는 점을 충분히 설득하고 약속을 지켜나가야 한다. 일반적으로 주민들의 경우 양돈장이 들어서면 냄새가 나고 주거하는데 불편함이 발생하는 데서 민원을 야기한다고 볼 수 있다.
따라서 냄새민원을 해결하는 방법 중 가장 핵심이 되는 냄새저감시설 설계 방법의 하나인 중앙집중배기과 에어워셔(공기정화시설) 설계에 대하여 살펴보기로 한다.

 

1. 왜 중앙집중배기(이하 중앙배기) 방식이 필요한가?

 

양돈장 냄새의 주요한 발생 장소로는 돈사의 휀에서 나오는 배기공기와 돈분처리장이 될 것이다. 이러한 이유로 인하여 기존방식의 환기시설이나 돈분처리장의 시설로는 공기 중으로 퍼지는 공기를 통제하기가 어려운 상황이다. 따라서 냄새저감을 위한 가장 중요한 조건은 바로 배기휀과 돈분처리장을 통해 배출되는 공기를 포집하는 시설이 될 것이다.

환기설계에서 배기되는 공기를 포집하는 가장 효과적인 방법이 바로 중앙배기 방식이다. 돈분처리장의 경우 원수집수조와 고액분리기가 설치된 공간이 주요 냄새발생원이 되므로 원수집수조와 고액분리시설 공간을 밀폐시설한 후, 밀폐시설이 돈사의 에어워셔시설과 가까운 경우는 에어워셔시설까지 덕트를 연결하여 처리할 수 있다.

아울러 퇴비장 등 냄새가 나는 시설의 경우는 밀폐시설을 하여 에어워셔시설로 연결하면 냄새에 대하여 정화처리가 가능하다. 만약 이러한 밀폐시설이 에어워셔와 멀리 떨어져 있고 돈사와 가까이 있는 경우는 돈사의 중앙배기공간으로 연결하면 해결될 수도 있다.

 

1) 중앙배기 설계방법

 

돈사의 배기방식은 크게 돈방별 배기와 중앙배기로 나눌 수 있다. 돈방별 배기는 기존에 해왔던 가장 보편적인 방식으로 돈방별로 환기시스템을 설치하여 벽면휀이나 굴뚝휀으로 배기를 하는 방식이다.

반면에 중앙배기방식은 돈방별로 배기는 하되 배기휀은 돈방별로 설치하지 않고 돈사의 끝단에 돈사 전체의 환기량을 처리하는 휀을 한곳에 설치하는 방식이다. 물론 이러한 방식을 위해서는 중앙배기채널이라는 공용배기공간이 필요하며, 돈방별 배기를 위해서는 메저링휀(Measuring Fan)이나 배기밸브가 필요하다.

 

 

메저링휀의 경우는 각 돈방별로 계산된 최소·최대환기량을 처리할 수 있는 사이즈와 수량만큼 설치돼야 한다. 메저링휀은 정해진 규격의 원형구조에 공기의 유속을 측정할 수 있는 메저링 장치가 부착되는데, 이것은 축의 중심부에는 N극과 S극이 있어 메저링 장치가 회전하면서 자석이 신호를 발생시키게 되므로 회전수를 계산하면 유속을 알 수 있도록 고안된 장치로 보면 된다.

메저링휀은 실시간 측정되는 유속을 기준으로 사이즈별 면적을 토대로 실시간 환기량이 계산되면서 돈방에서 실제로 필요한 환기량을 맞추기 위하여 설치된 뎀퍼는 휀의 컨트롤러에서 주어지는 신호에 따라서 열리고 닫히면서 실제환기량을 계산된 환기량에 맞추어 주게 된다. 이렇듯 메저링휀은 설정된 돈방 목표온도에 근거하여 돈방에서 필요한 환기량을 계산한 후 실제 환기량이 이 목표치에 도달하도록 댐퍼(24dcv로 조절되는 뎀퍼모터 내장)가 지속적으로 조절해주는 정교한 배기량조절장치로 보면 된다.

배기밸브방식도 원리는 비슷하지만, 공기의 유속을 측정하는 방법이 메저링휀을 사용하지 않고 공기유속장치를 별도로 사용하는 점과 뎀퍼모터 대신에 일종의 스핀들 드라이브 모터를 사용한다는 점이 다르다.

중앙배기공간의 크기는 각 동의 전체 최대환기량을 기준으로 산정된다. 예를 들면 비육사의 경우 10개 방이 배치되어 있고 한 방의 최대환기량이 20,000㎥/h라면 비육사 전체 최대환기량은 200,000㎥/h(10방×20,000㎥/h)이 된다.

필요한 중앙배기공간의 단면적 산정은 중앙배기공간의 통과 유속을 3m/s로 기준시 37㎡(200,000㎥/h / 3m/s / 3600)의 중앙배기 단면적이 필요하게 된다. 대부분 중앙배기 공간의 위치가 중천장 윗공간을 활용하므로 이 공간을 평 중천장 방식이든 다이아모드형 중천장 방식이든 필요한 면적을 맞춰주면 된다.

중앙배기공간의 통과 유속을 3m/s로 기준하는 이유는 중앙배기공간의 통과유속이 너무 빠르게 되면 돈방의 배기량을 정교하게 조절하는데 어려움이 발생할 수 있기 때문이다. 또한 너무 유속기준을 낮게 잡으면 중앙배기 공간의 단면적이 커지므로 구조적으로 건축공사비가 상승할 수 있기 때문이다.

중앙배기공간의 음압을 만들어 주는 역할은 건물의 끝단에 설치되는 고압용배기휀이 그 역할을 하게 된다. 중앙배기방식에 사용하는 휀은 일반휀으로는 사용이 불가한데 그 이유는 중앙배기 공간의 음압을 최대 100파스칼까지 끌어올릴 수 있어야 하기 때문이다. 고압용배기휀은 0~150파스칼의 음압을 만들 수 있으며, 휀의 가동은 인버터를 이용하여 주파수변조방식으로 휀을 조절한다.
 

2. 입기방식의 선정

 

입기방식은 상대적으로 배기방식에 비해 좀 더 폭 높은 선택을 할 수 있다. 그 이유는 다양한 방식이 개발되고 있고 현재 여러 가지 입기방식이 사용되고 있기 때문이다.

입기방식을 크게 나누면 지상입기방식과 지하채널입기방식으로 나눌 수 있다. 지상입기방식이라 함은 돈방의 바닥높이(FL)보다 높은 곳에서 입기구가 배치되어 돈방내부로 입기되는 방식으로 볼 수 있고, 지하채널입기방식은 입기구의 위치가 돈바의 바닥(FL)보다 낮은 곳에 위치되어 외부 공기가 유입되는 방식이다.

지상입기방식으로는 중천장입기, 덕트입기, 벽면입기 등이 있다. 벽면입기의 방식은 다시 크로스완기와 터널환기방식으로 나눌 수 있다.

 

1) 지하채널입기 설계방법

많은 입기 방법 중 중앙배기방식과 가장 잘 부합되는 방식은 지하채널입기방식이다. 지하채널입기방식이 유일한 해법은 아니지만, 상대적으로 가장 좋은 입기방식 임에는 의심의 여지가 없다. 다만 지하채널입기 설계시 입기구의 정확한 크기와 입기되는 공간의 단열보완 등에 대하여 설계가 이루어지면 된다.

입기구의 크기산정은 해당 돈방의 최대환기량을 기준으로 산정되는데, 지하채널입기구의 단면적은 최대환기량값에 1.5㎠를 곱한 후에 단위를 ㎡로 변환시키기위하여 0.0001를 곱해주면 된다.

예를 들면 비육방의 최대환기량이 20,000㎥/h인 경우 지하채널의 단면적은 3㎥(20,000㎥/h×1.5×0.0001)이 된다. 여기에 사용된 1.5㎠값은 지해채널의 통과유속을 2m/s 이하로 유지하기 위한 면적환산값이며, 만약 지하채널의 공기유속의 1m/s 이하로 할 경우는 1.5㎠ 대신 3㎠을 사용하여야 한다.

 

 

2) 지하채널입기방식의 장단점

 

① 장점
지하채널입기방식의 가장 큰 장점은 외부의 신선한 공기가 돈방의 탁해진 공기와 섞이지 않고 돼지에게 최단거리로 전달되어 진다는 점이다. 이것의 의미는 외부의 신선한 공기를 가장 효율적으로 돼지에게 전달시키는 방법인 만큼 지상입기방식보다 환기량을 평균 30% 정도 줄일 수 있다는 점이다.

환기량을 줄일 수 있다는 것은 휀의 용량을 줄일 수 있다는 의미이며, 아울러 공기정화시설의 용량을 줄일 수 있다는 것이다. 또한 지하채널입기방식은 돈방의 통로바닥면에서 공기가 올라와서 돼지에게 전달된 후 휀을 통해 빠져나가는데, 지하채널에서 휀의 배기구까지 고저차가 최소 4m 이상 발생하므로 겨울철에는 휀을 가동시키지 않더라도 최소환기가 가능할 수 있다는 점이다.

따라서 지하채널입기방식의 운영은 유속을 높이면 안 되는 방식이므로 정교한 환기량 조절이 가능한 휀과 시스템을 사용하여야 환기조절의 완성도를 높일 수 있게 된다.

 

② 단점
지하채널입기는 일반적으로 슬러리 피트의 공간을 활용하므로 피트공간을 공기입기채널공간으로 만드는 옹벽공사가 발생하므로 공사기간의 늘어남과 함께 토목공사비가 약간 증가할 수 있다는 단점이 있다.

그리고 지하채널공간은 외부의 공기라 통과하는 부분이므로 슬러리와 맞닿는 피트공간 외 돈방바닥면과 접하는 벽면에는 반드시 단열처리해야 한다. 이유는 콘크리트는 단열이 거의 안되는 건축재이므로 공기채널이 돈방 바닥이나 천장면과 접해있는 경우 돈방내부로 찬 기운이 전달되어 바닥을 차게 하기 때문이다.

 

3. 공기정화시설(에어워셔)

 

공기정화시설(에어워셔)은 돈사에서 발생되는 공기를 중앙배기공간으로 포집하여 에어워셔장치를 통하여 공기를 정화시킨 후 외부로 배출시키는 장치이다. 에어워셔시설은 돈사건축물 내부로 지을 수도 있으나, 건축면적이 늘어나는 단점이 있으므로 일반적으로 돈사의 끝단 외부에 노출시켜 설치한다.

컴팩트한 구조의 바이오에어워셔(bioairwasher)를 설치시 고압용 배기휀 에어워셔까지 거리는 최소 4m를 주는 완충공간(pressure room) 공간을 주어야 하는데, 그 이유는 휀과의 거리가 너무 가까우면 휀의 부하를 받게 되어 제대로 환기가 안 되는 문제가 발생하기 때문이다.

에어워셔는 일반적으로 돈사의 끝단 외부 에어워셔 거치대를 설치하고 그 위에 에어워셔를 올리는 방식으로 설치하게 된다. 이때 에어워셔는 바닥에 항시 40cm 정도의 수조에 물이 차있는 상태에서 물을 계속 순환시키는 방식으로 운영하므로 물이 증발되거나 배수가 되면 자동으로 물이 공급되는 볼탑방식으로 설치가 되어지며, 수위 부족시 자동으로 물이 보충되어지고 pH가 일정 이상 높아지면 오염된 물을 시스템에서는 자동으로 배출되어지도록 되어 있다.

 

 

마무리

 

중앙배기방식은 돈사의 배기공기를 포집하여 공기를 정화시킬 수 있는 가장 좋은 방법 중의 하나이다. 중앙배기방식의 핵심은 충분한 중앙배기공간의 확보와 밀폐에 달려 있다. 중앙배기공간이 너무 협소하거나 밀폐가 완전치 않은 경우에는 돈사의 환기가 제대로 안되는 문제가 발생할 수 있다.

아울러 지하채널입기의 설계에 있어서도 입기구의 크기를 적게하게 되면 공기의 유속이 빨라지면서 돈방 내에서 온도를 맞출 수가 없게 되고, 또한 신선한 공기를 돼지에게 안정적으로 공급할 수 없는 문제가 발생하므로 입기구의 크기는 설계기준 이하로 작게 만들지 않도록 하여야 하며, 설계경험이 없는 업체의 경우 전문가에게 의뢰하여 설계하는 것이 가장 좋은 방법이다.

지하채널방식에 대해서 가장 많이 받는 질문의 하나는 ‘우리나라 기후에는 지하채널입기방식이 맞지 않다’라는 것이다. 또한, 이를 주장하는 사람이 있는 것으로 알고 있는데, 일견으로는 잘못된 말은 아니다. 왜냐하면 어떠한 입기 방식도 영하의 차가운 기온이나 혹서기의 뜨거운 기온을 알아서 조절해주지는 못하기 때문이다.

특히 지하채널방식은 돈방 내에서 유속을 많이 주면 외부 공기가 전달되지 못하고 바로 배기구로 빠져나가므로 유속을 올린 만큼 역효과를 가져올 수 있다. 이 경우 해결 방법으로는 쿨링패드나 추가적인 냉방기를 설치하여 입기되는 공기의 온도를 낮춘 후 입기되도록 하는 방법과 혹서기에는 지하채널입기를 기본으로 하여 벽면입기를 추가로 설치하여 혹서기에는 벽면입기를 통하여 유속을 주는 방법으로 보완하면 된다.

 

<월간  피그 2018년 4월 호>