자연환기의 원리항에서 기술한 바와 같이 자연환기방식에서 환기(배기)는 주로 (90%정도) 축사의 배기구를 스쳐 지나가는 바람에 의하여 일어난다. 그러므로 배기구는 바람에 가장 잘 노출되는 곳, 즉 축사의 가장 높은 속(양면물매형에서 용마루부분)에 설치되면 입기구는 양면벽에 설치하고 입기구의 면적은 최소한(환기를 가장 적게 할 때) 배기구의 면적과 같아야 하고 환기를 위한 개구부(Opening Size)의 면적은 다음 계산식으로 계산한다.
| A= | 4.7Q |
| V |
※ A = 개구부 (임기구, 배기구)의 면적(평방인치)
Q = 환기율(cfm : 1분간의 환기해야 할 양(입방피드))
V = 풍속(mph, 시간당 마일)
| A= | 4.7Q | = 4.7(사사오입시 5) 평방인치 |
| V |
(1두당 배기구 및 벽 각각의 입기구 면적)
<표 2-5>는 표하단 주기의 조건시에 자연환기형 축사의 동계와 하계에 축사별환기용 개구부의 추천개방폭이다.
이 추천폭은 폐쇄형 축사의 바닥면적과 가축을 기준을 산출하였다.
<표 2-5> 자연환기형 축사의 축사별 환기용 개구부의 추천폭
| 축사별 | 동 계 용 배기구·입기구 폭 |
하 계 및 개 방 폭 | ||
| 양면물매형지붕 | 한쪽물매형 | |||
| 뒷벽 | 앞벽 | |||
| 돈 사 | 0.5인치 | 14인치 | 7인치 | 21인치 |
| 비육돈사 | 2.0 | 9 | 5 | 15 |
| 유 우 사 | 1.0 | 6 | 4 | 12 |
| 면 양 사 | 0.75 | 6 | 4 | 12 |
〔그림2-23〕용마루 배기구폭을 조절할 수 있는 일부 응용설비 방식
용마루 배기구에 모자를 씌우지 않았을 경우 지붕틀(트러스)이 상할 우려가 있으므로 〔그림2-24〕와 같이 트러스 보호 덮개를 씌워준다. 많은 농가의 경우 눈이 용마루 배기구를 통하여 축사내로 들어가는 것에 대하여 우려를 하여왔다.(미국에서). 그러나 개방식 용마루 배기구는 배기구에 모자(작은 지붕)를 씌었을 때보다도 오히려 눈이 축사내로 적게 들어간다.
〔그림2-24〕수직 눈막이 판자에 의한 눈의 유입 조절과 트러스 보호덮개에 의한 노출 트러스의 보호
그래도 눈이 축사내로 날려 들어가는 것이 문제가 되면 〔그림2-24〕와 같이 용마루 배기구를 따라 눈막이 판자(배기구 양쪽)를 세워주면 눈이 날아 들어가는 것은 줄일 수 있고 환기효과도 약간 개선된다.
〔그림2-25〕와 같이 바람과 눈이 용마루 배기구와 평행으로 날릴 때는 눈이 더 많이 들어가는 현상이 일어나기도 하는데 그 까닭은 아랫 방향으로 눈이 떨어지는 때는 기압이 낮은 때이기 때문이다.
〔그림2-25〕눈과 비 유입 방지용 판
벽상단 환기공간(동계 입기구)은 지붕틀(트러스)이나 서까래와 벽상단간의 공간을 이용, 용이하게 설치할 수 있다. 벽상단고 지붕틀(또는 서까래)사이의 공간은 <표 2-5>의 입기구 요구폭을 확보하는데 넉넉한 공간이 된다. 단 건물폭이 매우 넓어질 때는 (40∼50피트 이상)공간이 부족한 경우도 생긴다.
다음의 자료들은 자연환기형 축사에서 환기효율을 높이는데 도움을 주는 것들이다.
<표 2-6> 가축별 축사폭에 따른 벽높이 추천 치수(자연환기축사)
| 건물폭벽 가축별 |
건물폭별벽높이 | |||||
| 40ft이하 | 50ft | 60ft | 70ft | 80ft | 100ft | |
| 육 우 | 12ft | 14 | 14 | 16 | 16 | 16 |
| 젖 소 | 8 | 8 | 10 | 10 | 12 | 12 |
자연환기방식 축사는 축사자체를 자연환경(장소, 기후...)D를 최대로 응용(이용, 방지)할 구 있도록 설계하고 설치하지만 기상상태의 변화가 클 때에는 인위적인 관리를 하여 가축이 기상(기온, 눈, 비 등)의 급변을 피할 수 있도록 하여야 한다. 관리대상 기상인자(요소)는 기온, 강우, 강설, 바람, 기습 등이며 주 관리대상 기상요소는 변화하는 기온이다. 우리나라의 기후는 4계절이 완연히 구분되고 일중 또는 일간 변화도 매우 큰 지역으로 기온의 연교차는 50℃이상이고 일간교차와 일교차도 10℃를 넘는 때가 자주 나타난다. 자연환기체계 축사에서 기온을 기준으로 할 때 관리의 구분은 적기온 관리, 고온 기 관리, 저온기 관리 그리고 환절기(일간, 일교차 급변 )관리로 대별된다. 고온기관리는 축사 내 온도의 상승은 최소가 되게 하고 체감온도가 가장 낮아질 수 있도록(습도상승억제. 통풍속도 최대유지 등_하여야 하고, 저온기 관리는 축사 내가 아늑하도록(기온하강역제. 기동최소하, 채광량 최대)하여야 하며 적온기에는 적온상태가 장기간 잘 유지되도록 하여야 한다.
환절기나 기상의 급변시에는 축사 내 환경상채(기온, 기습, 기동 등)가 급변하지 않도록 환기관리를 하여야 한다. 자연환기형 축사에서 환기조절용 설비는 배개구, 입기구, 창 등이며 이들 설비는 기상의 변화에 따라 적적한 관리와 조작을 하여야 한다. 용마루 배기구와 벽상단 입기구<〔그림2-26〕 (A)(B)참조>는 연중 개방하여 두도록 하는 방식(하한용량 입·배기구)과 조절할 수 있도록 하는 방식(개방폭의 조절)이 있다. 창은〔그림 2-26〕과 같은 들창식, 회전창식 및 커튼방식이 있고 〔그림2-26〕의(D)는 환절기에는 통풍공간이 되게 하고 (완전개방), 동절기에는 입기구로 이용토록 한 방식이다. 이 방식에서는 문 하단 창틀에 바람막이 굽돌림을 하여 찬 작풍이 축사 내로 들어가지 않도록 하여야 한다. 축사 내에 좋은 환경을 유지하고 조절(조작)의 효율을 높이기 위하여서는 맨 먼저 입배기구의 시설용량(입기구쪽, 배기구쪽)이 적정하게 설치되어야 하고 조작이 용이토록 하여야 한다.
(A)트러스사이를 이용한 동계 입기구
(B)윗(상)도리 밑에 설치한 동계 입기구
(C)벽상단에 들창을 설치하고 벽을 통하여 밑에서 위로 공기가 들어 가게 한 입기구(자연화기 초기 우사에서 사용)
(D)회전창과 회전창을 이용한 동계 조절형 입기구
〔그림2-26〕동계용 입기구와 창
환기는 배기구·입기구·창의 상호 연계조작으로 이루어지며 조작(개폐)하는 방법은 초기에는 인력에 의존하지만 차츰 자동으로 문을 개폐(창·입배기문)하는 장치를 이용하게 되었고 여러 종류의 자동화장치가 상품화되기도 한다. 자동기기들의 대개는 머리 위로 문을 들어 올리도록 작동하며 전자파에 의한 온도감지에 의거 자동으로 개폐조작을 하는 방법도 쓰여지고 있다. 문 개폐 자동조절 장치는 비닐(플라스틱)커튼과 나비문(Butterfly door or Pivotdoor〔그림2-37〕)D회전창에 잘 적용되고 있다. 이들(나비문 : 비닐커튼)은 경첩이 문꼭대기 〔그림2-26〕의(C)나 밑에 있는 문에 비하여 소요되는 힘이 매우 적어 적은 용량의 모터로도 작동이 훌륭하게 이루어진다.
그림2-27〕자연환기방식 축사의 창
비닐커튼(벽창문)은 목재나 철제문에 비하여 매우 가볍기 때문에 자동조절이 용이하며 또한 나비문이나 비닐커튼은 문 위나 아래에 경첩이 달린 문보다 작동거리가 짧기 때문에 작동시간도 짧아진다. 비닐커튼을 위에서 아래로 끌어내리는 방식과 〔그림2-28〕(a)아래에서위로 끌어올리는 방법들〔그림2-28〕(b)중에서 선택 이용된다.
〔그림2-28〕자연환기형 축사의 벽커튼
자동조절 시스템은 온도감지기, 모터, 폴리케이블도 구성된다. 나비문(회전창)고정핀(못)은 문의 무게 중심에 가장 근접토록 설치하였을 때 여eke는데 힘이 가장 적게 소요되며 닫쳐야 하는 방향 쪽에 약간의 무게가 더 쏠리게 하면 여닫이 끈을 늦추어 주면 자동으로 닫힌다. 케이블의 연결에 있어 개별 케이블은 문이 수평으로 열린 위치에 있을 때(최대통풍폭으로 열린 위치)문의 바깥쪽 팔위치에 연결한다. (〔그림2-29〕참조)
〔그림2-29〕나비문을 조절(개폐)케이블에 의거 수평위치로 여리게 한 상태
그리고 창문에 열결 된 케이블을 문이 꼭대기까지 올라가도록 당긴 다음 폴리를 통과하여 주 케이블에 연속시킨 다음 조절장치에 연결한다. 조절장치는 〔그림 2-29〕와 같이 건물의 중심부에 설치하여야 한다. 그 까닭은 건물의 중심위치는 힘이 균형을 이루는 장소(양쪽에서 당기는 힘)로 조작 에너지가 가장 적게 소요된다. 만일 어느 한쪽으로 치우치면 콘트롤러를 받치는 힘이 그 만큼 더 들고 문을 한쪽씩 따로 열어야 한다. 자동조절 장치를 사용할 때는 정전 등 비상시의 대미를 완벽하게 하여야 한다. 그래서 축전지를 사용하는 것을 권장하며 축전지는 전기에 의해서 자동충전 되는 석이 가장 이상적이다.
수동조작은 광폭범위 기온조절(축사 내 유지 온도폭)을 의미하며(자동은 미세조작_비용이 매우 적게 드는 방법이다. 실제로 우리나라는 하절기 고온대비를 위하여 (고온피해)유우사는 개방이 최대로 되어야 하며 동계에 건물 전면이 개방되어도 사내가 얼지 않도록 유지되게 할 수 있다. 그러나 돼지나 닭같이 기온의 영향에 민감한 가축에서는 미세변화 (온도)에 대한 자동조절이 경제적 계산으로 보아 효과가 높다.
단 전면 개방식 축사로도 북향벽 사안의 입구는 영하기온인 때라도(-6.6℃이상)최소 입기구 폭을 유지(개방)하여야 한다. 후리스톨 우사에서 보면 집 전체의 환기나 통풍도 매우 중요하지만 우상의 통풍과 환기도 매우 중요하다. 필자의 경험으로는 여름철에 후리스톨 우상앞면이 막힌 경우 소가 우상을 기피하였다.(통로에 눕는 소가 생김) 반대로 겨울에는 우상 앞에 바람막이가 있는 곳을 소들이 선호하였다.
〔그림2-30〕한쪽 물매형 지붕축사의 계절별 환기도
이와 같이 하면 전면 하단 입기구로부터 초속 3∼4.5m(10∼15피트)속도로 찬 공기(신선한 공기)가 축사 내로 들어가고 들어 온 찬공기는 실내의 따뜻한 공기와 섞이면서 뒷벽 방향으로 이동한다. 찬공기와 따뜻한 공기가 섞여 이동되는 과정에서 위로 올라가며 위로 올라간 공기는 지붕물매를 차고 높은 쪽(앞쪽)으로 이동하여 배기구로 나간다. 최저온 조작을 하면 이와 같은 순서로 환기가 이루어진다. 겨울이라도 외기온이 20℉(-6.6℃)이상되면 환기체계를 바꾸어 환기량을 늘려야 한다. 조작순서는 기온이 20℉(-6.6℃)이하인 때에서 이상인 때로 되면(기온상승)앞의 상태(20℉이하상태)에서 뒷벽(얕은벽 :북쪽벽) 상단의 입기구문(Baffle)만 열어두면 된다. (〔그림2-30〕의 (b)참조) 반대로 20℉이상의 기온으로 내려가면 동계입기구(뒤벽상단설치)만 닫아주면 된다.(앞의 반대조작) 여름에는 〔그림2-30〕의 (c)와 같이 전면커튼과 뒷면창을 최대폭으로 열어주고 전면의 입기구와 배기구도 열어둔다. 이렇게 하여 통풍공간을 최대로 하면 사내를 통과하는 공기의 양도 많아지고 속도도 최대로 유지되어 좋은 환경이 지속된다. 우리나라의 경우 고온기의 주풍향은 서남간이므로 개방형 축사는 전면이 꼭 남쪽을 향하도록 설치하여야 한다. 조절형 전면개방 한쪽물매형 방식 축사는 양돈(특히 비육사)에서 권장되며 미국에서는 표준설계표로 제작되어 보급되고 있다.
육성우사에서는 우군간 분리책은 바람을 막아줄 수 있는 자재로 하면 외풍의 영향을 더 줄여줄 수 있다. 여름에는 겨울과는 반대로 축사 내에 공기이동이 안 되는 곳이나 열이 축적되는 곳이 생기는 경우가 문제다. 이런 현상은 지형적 영향(축사설치 장소), 축사방향, 주의상황, 내부시설물의 배치 등에 의하여 일어난다. 이와 같은 현상을 방지하려면 장소선정, 부지정리 방위설정 등의 기준을 충실하게 지켜야하며 축사와 축사간의 동간거리<자연환기형에서 50피트(15m)>도 지켜져야 한다. 개방자연환기방식 축사의 경우 주변에 그늘나무가 통풍, 채광, 등에 매우 나쁜 영향을 주는 위치도 있으므로 유의하여야 한다. 개방형 자연환기방식 축사는 축사만으로 환경조절을 할 수 이도록 설계되므로 설계이외의 별도시설을 할 때(사일로 창고, 조경)는 이들 시설물이 축사 내 환경에 미치는 영향도 잘 검토 배치하여야 한다.