Internal Thermal Environment Uniformity Analysis of Mechanically Ventilated Broiler House

강제 환기식 육계사 내부 열환경 균일성 평가

Abstract

Livestock industry in Korea has been growing rapidly and has reached 23 trillion Korean won in 2021. This study focuses on broiler, which is one of the largest sectors in livestock industry. As the effects of climate change get more serious, primary industry such as livestock industry is fragile to climate change since it directly interacts with nature. Therefore, maintaining suitable rearing environment is important. One of the most frequently used ventilation type for controlling the rearing environment of broiler house, tunnel ventilation, causes frequent air velocity fluctuation which makes maintaining the rearing environment important. By measuring the air temperature, relative humidity and air velocity in various points inside the broiler house, the internal thermal environment uniformity was analyzed according to length, width and zone. The experimental house was found to have dead zone with high air temperature, relative humidity and low air velocity near the end of the inlet and at the end of the broiler house. By using heat stress index to analyze quantitatively, zone with highest heat stress index was found to increase by 7.55% compared to the lowest zone. As a result, to maintain uniform rearing environment inside the broiler house, different factors must be measured and analyzed and used to operate the environmental control facilities.

Ⅰ. 서론

2021년 기준 국내 축산업 생산액은 22조 9,600억원으로, 전체 농업 생산액 중 42.2%를 차지하고, 육류 소비 증가와 가격 상승으로 2031년까지 연평균 1.1% 증가할 것으로 전망된다. 그 중 육계 산업은 2조 5,300억원으로, 육계 생산액은 중장기적으로 2021년부터 연평균 2.3%씩 증가하여 2031년에는 3조 1,880억원에 도달할 것으로 전망하고 있다 (Korea rural economic institute, 2022). 육계 산업의 규모가 확대되면서 농가에서는 단위 면적당 사육 마릿수가 증가하였다. 사육 밀도가 증가하면 단위 면적당 육계에서 발생하는 현열⋅잠열 양도 증가하여 내부 온⋅습도가 증가하게 된다. 고온기에 내부 고온다습한 공기를 제때 배출하지 못할 경우 폐사로 이어질 위험이 커지기 때문에 더욱 내부 사육 환경을 관리할 필요가 있다.

1988년 기후변화에 대응하기 위한 국제적 대책을 마련하기 위해 설립된 기구인 IPCC (Intergovernmental Panels on Climate Change)에서 발간한 제 6차 기후변화 평가 보고서에 따르면, 최근 10년 (2011∼2020) 지구의 평균 온도는 산업혁명 이전과 비교하여 1.09 °C 증가하였고, 2014년 이후 지표면 온도가 빠르게 상승하여 지난 5년간 (2016∼2020) 기온은 1850년 이후에 가장 높았다고 발표하였다. 2021년 기상청에서 발표한 우리나라 109년 기후변화 분석 보고서에 의하면 최근 109년 (1912∼2020) 평균 기온을 통계 낸 결과, 연 평균 기온이 10년마다 0.20 °C씩 증가하였고, 최근 10년의 월별 평균 기온은 과거 10년에 비해 최소 0.9 °C (12월)에서 최대 3.0 °C (5월) 증가한 것으로 나타났다.

농업, 임업, 어업 등의 1차 산업은 노지나 단열성이 낮은 시설에서 이루어지므로 기후변화의 직접적인 영향을 받게 된다. 또한, 가축이 기온 상승에 적응하기 위해 미생물 개체 수가 증가하여 매개체 감염 질병이 확산되고, 높은 기온과 수분으로 인해 곰팡이 성장이 가속화되어 가축의 기관 및 조직에 영향을 줄 수 있다 (Gong et al., 2020). 이 중 가금류는 몸 전체가 깃털로 덮여있어 다른 축종에 비해 온도 변화에 취약하여 고온의 환경에 길게 노출될수록 집단 폐사로 이어질 위험도가 높다 (Kwon, 2020). 국내에서는 1973년 이후 여름철 (6∼8월) 평균 기온이 가장 높고 폭염일수가 31.4일에 달았던 2018년에 8,336,200마리의 육계가 폐사되었으며, 2021년 국내에서 집중호우로 인한 토종닭 4,000마리, 폭염으로 인한 3,300마리의 육계 폐사 피해가 발생하였다 (Korea Meteorological Administration (KMA), 2019; KMA, 2022). 기후변화는 미래에 더욱 빨라질 것으로 예상되어, 기후변화에 대응하여 축사 내부 사육 환경을 유지할 수 있는 농업 기술 개발이 시급한 실정이다.

강제환기식 육계사에서 적정 내부 사육 환경을 위해 외부 기온에 따라 크로스 환기와 터널 환기를 한다. 크로스 환기는 계사의 한 쪽 측벽에서, 터널 환기는 입구 반대편에서 환기팬을 통해 계사 내부 공기를 외부로 빼 음압을 형성하면 반대편에서 계사 내부로 공기가 유입된다. 두 환기 방법은 환기 팬의 가동 개수를 기준으로 환기량을 조절하는데, 터널 환기 시 발생하는 내부 유속은 상대적으로 빠르므로 닭의 체감온도와 직결되기 때문에 내부 사육 환경에 영향을 준다. 그러나 실제 육계사 내부 열환경을 조절할 때 대부분 건구 온도만이 기준 인자로 사용되어 (Ha et al., 2020) 육계가 느끼는 열 환경을 제어하기 어려우므로 계사 내부의 습도나 유속을 함께 고려할 필요성이 대두된다.

국외에서 강제환기식 육계사의 내부 열환경을 측정했던 기존의 연구들은 전산유체역학 (CFD, Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 육계사 내부 열환경 모의 검증을 위한 내부 건구 온도 및 풍속 측정 (Curi et al., 2017), 육계사 지점별 내부 온습도, CO₂ 농도 및 유속 측정 및 CFD 모델링 (Bianchi et al., 2015), 축종에 따른 북유럽 축사의 내부 온습도 비교(Seedorf et al., 1998), 등의 연구가 수행되었지만, 기존 연구들은 고온 다습한 국내 기후 특성을 반영하지 못하였고, 측정한 인자들을 바탕으로 정량적인 분석을 하지 못하였다는 한계점이 있다. 국내의 기후 특성을 고려한 연구로는 강제환기식 육계사와 자연환기식 육계사에서 각각 환기 효율성을 분석하기 위해 팬 유속, 내부 온습도 및 암모니아, 분진 농도 등을 측정한 연구 (Lee et al., 2003) 외에는 다양한 내부 열환경 요인을 동시에 측정한 연구가 전무하였다. 하지만, 해당 연구에서는 다양한 지점에서 측정한 결과의 평균을 사용함으로써 육계사 내부에서 구역별로 발생할 수 있는 차이에 대한 분석이 부재하였다. 선행연구에서 부재하였던 육계사 내부 구역별 환경 인자 측정⋅분석을 통한 내부 열 환경 균일성 평가의 필요성이 대두된다. 또한, 세 환경 인자에 대하여 개별로 분석할 경우 실제 육계가 복합적으로 체감하는 열환경의 정도를 알 수 없으므로 Kwon et al. (2019), Ha et al. (2018)이 건물 에너지 시뮬레이션 (BES, Building Energy Simulation)을 이용하여 시설 내부 에너지 흐름을 동적으로 모의하고, 연산 결과를 이용하여 산정된 고온스트레스 지수를 바탕으로 육계가 노출된 열환경의 위험 정도를 평가하였다.

본 연구에서는 국내 강제환기식 육계사를 대상으로 터널 환기 시 계군 높이에서의 구역별 열환경을 분석하였다. 우선, 선행연구의 한계점인 여러 위치에서 측정 부족을 극복하고자 육계사 중앙이나 입⋅배기구뿐 아니라 다양한 지점에서 측정을 수행하여 내부 열환경을 세부적으로 분석하였다. 또한, 현장에서 측정한 온도, 습도, 유속 변수를 분석하여 구역별 경향성을 분석하였다. 이를 바탕으로 고온 스트레스 지수를 산정하고, 이를 구역별로 분석하여 육계의 내부 열환경 균일성을 평가⋅고찰하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 실험 대상 시설

터널 환기 시 육계사 내부 온습도 및 유속을 모니터링하고자 영광군 영광읍 덕호리 소재 (Latitude: 35.277, Longitude: 126.511)의 육계사를 실험 대상 농장을 선정하였다. 해당 농가는 하절기에 터널환기를 통해 내부 환경을 적절하게 관리하는 시설이다. 시설 농장에는 총 4개의 사육 동이 위치하고, 실험을 진행한 한 동의 규모는 폭 18 m, 길이 100 m, 측고 3 m, 동고 6 m이며, 한 달의 사육 기간 동안 34,000수를 사육한다.

해당 육계사는 폭 0.65 m, 높이 0.3 m 규격의 입기 슬롯이 약 0.9 m 간격으로 지면으로부터 2 m 높이에 측벽 당 62개씩 총 124개, 입구 쪽 측벽의 입기구는 2.6 m 높이에 23.50 m x 1.25 m 규격으로 측벽에 하나씩 설치되어 있다. 측면에는 겨울철 크로스 환기 시 활용되는 직경 1.27 m, 최대 유량 42,125 CMH 환기팬 (Euroemme EM50; Munters, Sweden)이 환기팬이 지면으로부터 0.5 m 높이에 4대씩 약 20 m 간격으로 설치되어있다. 후면에는 측벽 환기팬과 동일한 사양의 환기팬이 0.5 m 높이에 2단으로, 상단에는 4대, 하단에는 10대로 총 14대 배치되어 있고, 농가 인근 마을과 논에 시설에서 배출되는 분진과 악취가 확산되는 것을 막기 위해 해당 환기팬으로부터 3∼4 m 앞에 방풍벽이 설치되어 있다

입추 후 약 7일간 30∼35 °C 범위로 환경 온도를 유지하기 위해 (National Institute of Animal Science, RDA, 2016) 시간 당 최대 50,000 kcal의 난방 성능을 가지는 열풍기 4대를 입구쪽 좌우측과 계사의 길이 방향 중간의 측벽 앞 바닥에 배치하였다. 여름철에도 35 °C가 넘지 않는 경우 상시가동하였다. Fig. 1, 2는 대상 농장의 구조와 내부에 설치된 설비들을 나타내었다.

Fig. 1 External and Internal view of the experimental target facility

Fig. 2 Schematic view of experimental target facility

Table 1에 단계에 따른 환기팬 가동 설정 조건의 예시를 나타내었다. 전체가 색칠된 원 (●)은 on/off 없이 상시 작동하고, 절반만 색칠된 원 (◐)은 좌측 on/off 열에 명시된 시간(초)에 따라 켜짐과 꺼짐이 반복된다. 즉, level 1의 경우 1, 2번 팬이 15초 동안 켜져있다 50초를 꺼져있음을 반복한다. 각 단계의 설정 온도는 사육 일령이 높을수록 내부 온도가 낮아지도록 설정하여 적정 사육 환경을 조절한다.

Table 1 Example of setting conditions while operating tunnel ventilation

2. 터널 환기 시 내부 유속 측정

일반적으로 육계사에서 사용되는 환기팬의 용량은 최대 설계 유량을 기준으로 산정하지만, 실제 유량은 덕트나 댐퍼 등 주변 환경의 구조적 특성에 따라 차이가 발생한다. 팬 주위 구조에 따라 팬이 공급하는 에너지에 의해 유동 저항이 증가하면서 흡입구와 배출구의 정압력 차이는 증가하고 유량이 감소한다. 또한, 시설이 노화되면서 팬 벨트를 교환하지 않거나 팬 셔터에 쌓인 먼지를 제거하지 않을 경우, 터널 커튼이 완전히 열리지 않거나 패드에 먼지가 많이 끼어 공기 유입이 어려워지는 등 육계사 내부 정압이 높아지면 팬의 효율이 떨어지게 된다. 현장 실험 결과, 제조 업체가 제공하는 설계 환기량보다 실제 환기량이 약 24.1∼ 26.6% 감소한 것을 확인하였다 (Park et al., 2018). 따라서 팬을 모두 가동하더라도 계사 부피 대비 설계 환기량으로 산정한 전체 평균 유속과 계사 내부에서 실측한 지역별 유속은 차이가 발생할 수 있기 때문에 균일성 평가를 위하여 현장 실측이 필요하다.

계군 높이인 지면으로부터 0.5 m에서 구역을 나누어 위치에 따른 내부 유속을 측정하였다. 각 구역의 명명은 Fig. 3과 같이 정면을 기준으로 길이 방향으로 1∼10, 폭 방향으로 각각 좌측 (L), 중앙 (M)과 우측 (R)으로 분류하였다. Fig, 3에 나타난 점은 각 센서의 위치로, 육계사 내부의 낮은 유속을 측정하기 위해 정확도가 높은 열선 유속계 (Kanomax,. JP/SYSTEM_6243, Kanomax, Japan)를 이용하였다.

Fig. 3 Air velocity measurement location of experimental target facility

성장한 닭이 밀집된 상황에서 열선 유속계를 상시로 설치할 경우 취약한 금속선 부분에 내구성 문제가 발생할 수 있으므로 육계가 없는 조건에서 측정을 진행하였다. 또한, 육계에서 발생하는 열은 환기량이 낮을 때 부력에 의해 열이 위로 상승할 수 있지만, 평균 2 m/s 이상의 유속을 유지하는 터널 환기 시에는 육계의 체온을 낮추고 내부에 쌓인 열을 외부로 배출할 수 있으므로 터널 환기팬을 모두 튼 최대 환기 조건에서 유속을 측정하였다. 따라서, 사육 기간 전인 2020년 8월 18일에 팬을 모두 켠 상태로 유선의 풍속 측정 장치를 이용하여 길이 방향을 따라 2열씩 순차적으로 실험을 진행하였다. 각 지점에 열선 풍속계 프로브를 설치하고 케이블로 허브 유닛과 연결하여 PC를 통해 값을 확인하였다. 유속의 안정성을 고려하여 측정 시간의 처음과 마지막 1분 데이터를 제외하고, 10초 평균값을 약 10분간 측정하여 총 3회 반복을 통해 데이터를 수집하였다.

3. 육계사 내부 온⋅습도 측정

육계사 내부 터널 환기 시 입기구와 배기구에서 내부 사육 환경 인자들의 차이가 발생할 수 있다. 특히 입기구로부터 길이방향으로 공기가 진행되면서 점차 온도 변화가 발생한다. 이 차이를 확인하고자 계군 높이의 다양한 지점에서 내부 온습도를 측정하고 분석하였다.

측정 기간은 병아리 입추인 2020년 9월 25일부터 육계가 출하한 10월 28일까지 데이터를 수집하였다. 온습도 센서(UX100-03, Onset computer corp., USA)의 경우, 지면으로부터 0.5 m 높이에 3열, 20 m 간격으로 총 12개를 설치하여 5분 간격으로 데이터를 측정하였다. 각 육계사에서 수집한 온습도 데이터는 입추부터 출하까지 육계사 내 구역별 온습도 변화를 확인하고, 구역별 분석을 위해 폭 방향과 길이 방향에 따라 평균값을 산정하여 방향에 따른 온습도를 분석하였다. 각 구역은 폭 방향으로 W1∼W3, 길이 방향으로 L1∼L4로 명명하였다 (Fig. 4).

Fig. 4 Sensor location (white dot) and analysis schematic according to direction (Air temperature and Relative humidity measurement)

4. 고온 스트레스 지수

고온 스트레스란, 동물이 항상성을 유지할 수 없는 열부하의 결과로, 기후, 축종, 관리 요인 등의 영향을 받는다. 고온 스트레스 지수 산정 시 대표적으로 이용되는 지수는 온습도 지수 (Temperature Humidity Index, THI)가 있으며 (Table 2), 이는 기후 자료를 이용하여 고온 스트레스가 가축에 미치는 영향을 나타내며 가축의 생산성을 예측하는 데 활용된다.

Table 2 Broiler heat stress index and classification (Tao and Xin, 2003a; 2003b)

육계를 대상으로 고온 스트레스 지수를 산정한 연구는 다수 진행되어 왔다 (NRC, 1971; Deshazer and Beck, 1988; Tao and Xin, 2003a; Chepete et al., 2005; Moraes et al., 2008). 이 중 Tao and Xin (2003)이 개발한 지수는 대상 실험 지역인 아이오와 주립대학교로, 우리나라와 기후 환경이 가장 유사하다. 또한, 실험 육계의 품종도 우리나라에서 사육 비율 50%를 차지하는 ROSS에 해당하며, 사육 일령도 46±3일로, 국내 사육 기간과 거의 유사하였다. 따라서 본 연구에서는 측정한 온습도와 유속을 바탕으로 Tao and Xin (2003a)이 개발한 THI와 THVI 지수를 계산하여 구역별 고온 스트레스 차이를 규명하고자 하였다.

Tao and Xin이 개발한 고온 스트레스 지수는 고온 환경에 노출되었을 때 육계의 항상성에 대한 주요 요인인 건구 온도, 이슬점 온도를 고려한 THI와 공기 유속을 추가로 고려한 THVI (Temperature Humidity Velocity Index) 이다. THI는 현열과 잠열의 가중치 비율을 85:15로 나누어 산정함으로써, 육계가 내부 사육 온⋅습도 및 유속으로부터 받는 열 스트레스 지수를 정량화할 수 있다.

THVI는 THI의 식에 유속의 –0.058 제곱을 곱하여 산정하기 때문에, 유속이 1 m/s 보다 낮을 때 THVI가 THI보다 높다. 또한, THI와 THVI의 임계값을 비교하면 (Table 2) THI 지수의 임계값이 THVI에 비해 낮다. 이때, 각 단계에서 유속은 0.68 m/s (alert), 0.46 m/s (danger), 0.33 m/s (emergency) 로, 온⋅습도의 추가 제어가 어려운 상황에서는 유속 제어를 통해 계군의 고온 스트레스 지수를 낮출 수 있음을 나타낸다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 터널 환기 시 내부 유속 분포

대상 시설에서 계군이 없는 조건에서 최대 환기 시 구역별 내부 유속을 분석하였다. 우선 폭 방향인 L, M, R 구역의 값을 평균하여 길이 방향에 따른 유속 결과를 입구로부터 거리에 따른 그래프로 도시하였다 (Fig. 5). 분석 결과, 구역 3 (입구로 부터 20∼30 m)에서 가장 높은 유속을 보였고, 다음으로 구역 2 (입구로부터 10∼20 m)가 높았으며, 구역 10 (입구로부터 90∼100 m)에 가까워질수록 유속이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 입기구가 위치한 입구로부터 10∼30 m 부근의 유속이 가장 높았고, 배기구로 갈수록 유속이 감소하여 입기구 최고 유속 (입구로부터 20∼30 m) 에 비해 배기구 유속(입구로부터 90∼100 m)은 약 52.40%로 나타났다. 또한, 육계사 입구에서의 유속은 배기구와 유사하게 나타나 터널 환기의 영향이 상대적으로 적다는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 5 Air velocity according to the distance from the entrance

또한, 유속 자료를 9단계로 나누어 구역별 유속을 도시하였다 (Fig. 6). 우측 입기구에서 입기되는 공기의 영향이 적은 것으로 나타났는데, 이는 배기 및 입기 시설 및 해당 시설 주위의 공간 구조 등에 의해 발생하는 차이로 판단된다. 해당 결과를 바탕으로 육계사 내부 환경 조절을 위한 시설을 재점검하여 균일한 유속이 발생할 수 있도록 관리할 필요성이 대두된다.

Fig. 6 Air velocity distribution inside the target facility

2. 터널 환기 시 내부 온습도 분포

육계사 내부 온습도를 분석하기 위해 길이 및 폭 방향에 따라 그래프로 도시하였다 (Fig. 7, 8). 우선, 길이 방향의 경우, L1의 온도가 가장 낮고 (27.48 °C), L4의 온도가 가장 높아(29.01 °C) 두 구역 평균 온도 차는 1.53 °C로 나타났다. 반대로, 습도의 경우 L1의 습도가 가장 높고 (61.29%) L4의 습도가 가장 낮았으며 (47.96%), 평균 습도 차는 13.33%로 나타났다. 즉, 배기구로 갈수록 육계의 영향을 받아 온도와 습도가 증가하였다. 폭 방향으로 분석하였을 때 세 구역의 온습도 차이는 크지 않은 것으로 보이며, 일령 초기에만 W2의 온도가 높고 습도가 낮은 것을 확인하였는데, 이는 열풍기의 설치 방향이 계사 중앙을 향하였기 때문에 중간부터 양쪽으로 따뜻한 공기가 퍼져나가는 형태의 공기 흐름에 의한 영향으로 분석된다.

Fig. 7 Internal air temperature and relative humidity measurements according to length during entire rearing period

Fig. 8 Internal air temperature and relative humidity measurements according to width during entire rearing period

3. 구역별 내부 고온 스트레스 지수 분석

가. Temperature Humidity Index (THI)

육계사 내부 열환경 균일성을 분석하기 위해 측정한 구역별 내부 온습도를 바탕으로 고온 스트레스 지수를 산정하여 구역별 분포를 정량적으로 분석하였다. 우선, 온도와 습도를 이용하여 THI 지수를 산정하였다 (Fig. 9). 우선, 길이 방향에 대해 전체 기간 평균을 분석한 결과, L3 > L4 > L2 > L1 순으로 높게 계산되어 최소값과 최대값이 1.41 차이를 보였다(Table 3). 이를 분석하기 위해 전체 기간의 온습도를 분석하면, 온도의 경우 입기구에서 외부 공기가 유입되어 배기구인 터널팬으로 나갈 때까지 육계로부터 발생하는 열을 수반하여 점차 공기 온도가 상승하는 경향을 보인다. 습도도 동일하게 배기구 방향으로 갈수록 증가하지만, 동일한 습도인 경우 온도가 증가할수록 상대 습도는 낮아지므로 반대 경향을 보였다. 또한, 폭 방향에 대해 분석한 결과 (Table 4), THI의 경우 W3 > W2 > W1로, 0.62의 차이를 보였다. 이를 분석하기 위해 전체 기간의 온습도를 분석하면, 실험 대상 육계사의 우측 구역에서 정체구간이 발생하여 높은 온도와 습도가 발생하는 경향을 보였다.

Fig. 9 THI inside the target broiler house according to zones

Table 3 Air temperature, Relative humidity, THI according to length (average of whole rearing period)

Table 4 Air temperature, Relative humidity, THI according to width (average of whole rearing period)

나. Temperature Humidity Velocity Index (THVI)

온도와 습도를 고려한 THI를 산정한 뒤, 유속이 계군에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기 위해 THVI 지수를 산정하였다. 앞서 실험한 유속 자료를 활용하기 위해 내부 기온이 한국 사양 표준 (가금)에서 제시하는 적정 온도 (Table 5)보다 높았던 기간 중 10월 20일 12시 50분부터 14시 50분 (평균 온도 30.96 °C, 최대 31.54 °C, 최소 30.58 °C)까지 최대 환기를 가정하여 결과를 분석하였다. 유속을 측정한 구역 2, 3의 평균값을 L1으로, 구역 4, 5의 평균값을 L2로, 구역 6, 7의 평균값을 L3로, 구역 8, 9의 평균값을 L4로 계산에 활용하였다. 폭방향은 L, M, R 구역의 값을 각각 W1, W2, W3에 적용하였다.

Table 5 Recommended proper rearing temperature according to age

THVI 분석 결과를 THI와 비교하였다 (Table 6, 7, Fig. 10). 우선, 길이 방향에 대해 유속이 높은 구간인 L1에서 5.15% 저감되어 L2에 비해 L1에서 높았던 THI의 경향성이 뒤바뀌게 되었다. 즉, 유속이 높아 계군에 미치는 스트레스 지수가 낮아진 것이다. 또한, L3와 L4의 경우 유속으로 인한 저감율이 1%대로 미미하였고, 온습도의 영향을 그대로 받아 L3, L4 순으로 높은 지수가 산정되었다. 다음으로, 폭 방향에 대해 분석한 결과, 유속이 높은 W1에서 4.29% 저감되어 기존에 가장 높은 THI 지수를 보였던 것에 반해 THVI 지수는 감소하여 W3와 유사한 값을 보였다. 또한, 유속이 낮은 구간인 W2에서 저감율은 2.85%로, 낮은 유속으로 인해 고온 스트레스 지수 저감이 낮은 것을 확인할 수 있다.

Table 6 Comparison between THI and THVI according to length (average during maximum ventilation)

Table 7 Comparison between THI and THVI according to width (average during maximum ventilation)

Fig. 10 THI and THVI according to length and width during maximum ventilation

또한, THVI 자료를 5단계로 나누어 구역별 THVI를 도시하였다 (Fig. 11). 가장 THI가 낮았던 구간인 구역 L1 – W3 (23.37)에 비해 THI가 가장 높은 구역 L3 – W2 (25.13)에서 7.55% 증가한 것으로 나타났다. 육계사 구역에 따른 온도, 습도 및 유속을 복합적으로 고려함으로써 터널환기 시 육계사 내부 사육 환경을 정량적으로 판단하여 시설 설비를 유지⋅보수하거나 환기 설비들의 설정을 수정하여 내부 사육 환경을 균일하게 유지할 수 있다.

Fig. 11 Heat stress index (THVI) distribution inside the target facility

강제환기식 육계사에서 터널 환기를 시행하는 경우 내부 공기 흐름이 길이방향으로 단순하게 진행되기 때문에 내부 환경 인자 측정을 통해 구역별 균일성 평가가 용이하다. 측정한 온도, 습도 및 유속을 정량적으로 분석하기 위해서 고온 스트레스 지수를 활용하였다. 해당 분석을 통해 주위 구역에 비해 온도가 높거나 유속이 낮을 경우 해당 구역에서 정체가 발생하는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 강제환기식 육계사에서 터널 환기를 시행할 시 온도와 습도, 유속을 측정하여 구역별로 발생할 수 있는 부하를 파악한 뒤, 필요시 부수적인 냉방장치를 활용하여 고온기 육계 고온 스트레스를 낮추어 적정 사육 환경을 형성할 수 있을 것이다.

Ⅳ. 결론

본 연구에서는 국내 하절기 육계사 내부 사육 환경 관리를 위해 사용되는 터널 환기시 구역별 내부 사육 환경을 분석하였다. 육계사의 구역 및 길이, 폭 방향별 경향성을 파악하기 위해 지점을 나누어 온습도를 측정하고, 구역별 유속을 측정하여 최대 환기 시 내부 유속 분포를 분석하였다. 이후, 대표적인 고온스트레스 지수인 THI와 THVI를 이용하여 정량화하였다.

터널 환기 시 유속을 측정한 결과, 입기구 부근의 평균 유속은 약 2.69 m/s, 배기구 부근 평균 유속은 약 1.37 m/s로, 입기구에 비해 풍속이 약 47.60% 저감되었고, 온습도의 경우 입구에서 배기구 쪽으로 갈수록 온도는 감소 (1.53 °C)하였고, 습도가 증가(15.33%)하는 경향을 보였다. 또한, THI와 THVI를 각각 계산하여 온습도와 유속이 미치는 영향을 정량적으로 분석하고자 하였다. THI 분석 결과, 길이 방향으로는 L3 구간이 가장 높게 산정되어 입기구를 지나 배기구로 흐르는 방향에서 정체 구간이 있음을 확인하였고, 폭 방향으로는 W3 구간이 가장 높게 산정되어 우측 입기구 측에 정체 구간이 발생하였다. THVI 분석 결과, 유속이 높은 구간(L1, W1)에서는 THI에 비해 4.29∼5.15% 저감되었지만, 유속이 낮은 구간(L4, W2)에서는 1.37∼2.85% 감소하여 유속이 계군에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. 또한, 구역별 THVI는 가장 낮은 구역 L1 - W3에 비해 L3 – W2에서 7.55% 증가한 것으로 나타났다.

본 연구에서 내부 사육 환경 인자를 측정한 9∼10월은 국내 기후 특성상 온도는 높지만 6∼8월에 비해 습도가 낮다는 한계점이 존재한다. 따라서 고온다습한 하절기 환경에서 연구를 수행할 필요성이 대두된다. 또한, 터널 환기뿐만 아니라 하절기 냉방을 위해 많이 활용되는 쿨링패드 가동 또는 환절기 및 동절기 크로스 환기 시 내부 사육 환경을 분석한다면 국내 양계 시설에서 내부 환경 균일성 형성을 위해 참고할 수 있는 자료로 쓰일 수 있을 것이다.

감사의 글

본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획평가원의 농촌현안 해결 리빙랩 프로젝트의 지원을 받아 연구되었음 (120099-03).