정확하고 체계적인 ICT 융복합 스마트자동환기시스템
피드백시스템 알고리즘으로 정확한 환기량 지속 배출
내외부 온도·압력 관계없이 항상 일정한 환기량 유지

 

■ 우리나라 양돈농장의 환기팬은 이것이 필요하다.

연교차 60℃(여름 40℃, 겨울 -20℃), 일교차 20℃(아침 5℃, 낮 25℃)의 높은 온도 차를 나타내는 우리나라에서 양돈산업은 돼지 사양기술의 기본적인 양돈기술뿐만 아니라 높은 연교차와 일교차에 대응하는 돈사 환기관리가 완벽히 갖추어져야 생산성이 높아 순수익이 높은 농장이 될 것이다.
돼지 사양기술은 농장 스스로의 노력과 여러 교육을 통해 선진국 수준에 도달한 것으로 판단된다. 그러나 높은 연교차 및 일교차에 대응하는 돈사 내 환경기술은 여전히 미흡한 상태이다. 농장의 높은 사양기술로 극복하려 하지만 여러 한계에 부딪혀 높은 생산성을 이루지 못하는 것이 현 농장의 현실이 아닌가 생각된다.

 

높은 연교차에 대응하기 위해서는 여름에는 많은 환기량을 배출하고, 겨울에는 매우 미세한 최소 환기량을 구현해야 하며, 외부온도가 낮은 새벽에는 미세한 최소 환기량으로 외부온도가 높은 한낮에는 많은 환기량을 제어하는 환기팬을 절대적으로 필요로 한다. 미세한 최소 환기량이란 겨울철 차가운 외부 공기를 돼지가 필요로 하는 산소요구량만큼만 유입하여 내부온도가 현격히 떨어지지 않게 유지하는 환기량이다.
환기를 위해서는 여러 기술이 필요하다.

첫째, 돼지가 필요로 하는 산소요구량을 측정할 필요가 있다. 산소센서는 매우 복잡하고 비싼 관계로 이산화탄소 센서로 대체한다. 돈방에서 돼지가 호흡을 통해 돈방 내 산소가 이산화탄소로 변화되며, 결국 이산화탄소 농도를 측정하면 산소 농도를 파악할 수 있기 때문이다. 일반적으로 이산화탄소 농도는 약 3,000~4,000ppm을 유지하는 것이 적당하다.

둘째, 최소 환기량을 유지한다는 것은 환기팬을 천천히 회전시키는 것으로 보통 4극 모터의 경우 최고 1,800rpm인, 이론적 회전량의 10% 이하인 100~150rpm으로 제어할 수 있어야 한다. 그러나 최소 rpm으로 환기팬을 가동한다고 하더라도 돈사 내 외부온도차 및 압력차에 의해 환기량은 일정하게 유지될 수 없다.
지붕 환기의 경우 가장 추운 새벽녘에 환기팬이 거꾸로 돌아 급격히 추워지는 경우가 나타나고, 벽체 환기의 경우 환기팬의 날개와 하우징 사이의 틈으로 외부 공기가 유입되어 맴돌이 현상이 발생하여 돈사 대부분이 무환기 지역이 되는 여러 문제점이 발생한다.

이러한 최소 환기의 여러 문제점을 해결하기 위해서는 환기팬을 통해 배출되는 최소 환기량을 측정하고 관리자가 필요로 하는 최소 환기량만을 지속적으로 배출하는 피드백 기능의 특수 구조 환기팬을 필요로 한다. 이것이 소위 메저링 환기팬이다. 실제로 환기팬을 통해 배출되는 환기량을 측정하고 관리자가 요구하는 환기량과 비교하여 환기량이 적을 때는 모터에 인가하는 전압을 적당히 올려 주고, 반대의 경우에는 전압을 내려 주는 알고리즘으로 내외부 온도 및 압력과 관계없이 항상 일정한 환기량을 유지하는 것이 양돈농장에는 필요하며, 이 기능을 가진 것이 메저링 환기팬이다.

자돈사 1방에 1개의 환기팬이 설치되었다면 여름이고 겨울이고 1개의 환기팬으로 환기가 이루어져야 한다. 앞에 언급하였듯이 우리나라의 연교차는 60℃에 달한다. 여름에는 돈사 내 발생한 모든 열을 배출하기 위해 가능한 한 최대 환기량을 늘려야 하며, 거꾸로 겨울에는 오로지 돼지가 필요로 하는 산소요구량만큼만 환기가 이루어지는 최소 환기량만큼 환기가 이루어져야 한다.

일반적으로 양돈농장의 환기팬은 극단적인 두 가지 유형의 팬 사이에 존재한다. 환기팬의 최대 환기량과 공기를 당기는 압력의 관계로, 집에서 사용하는 선풍기와 음식점에서 고기 구울 때 연기 배출을 위해 덕트로 구성되어 식당 밖에 설치한 시로코팬이 양극단의 팬이다. 선풍기는 최대 환기량은 매우 높으나 공기를 당기는 힘은 거의 없다. 선풍기 뒤에 앉아 시원함을 느끼지 못하는 것이 그 이유이다.

반대로 시로코팬은 공기를 당기는 힘은 높으나 환기량은 매우 낮다. 그래서 덕트를 이용하여 국지적인 환기만이 가능한 것이다. 양돈농장의 환기는 높은 연교차와 일교차를 차치하더라도 환기량도 많고 공기를 당기는 힘도 센 환기팬이어야 할 것이다. 당기는 힘이 세야 할 이유는 양돈농장의 환기가 음압식 환기구조이기 때문이다.

수입품을 포함한 대부분의 환기팬은 선풍기와 시로코팬의 양극단에서 선풍기 쪽에 가까운 구조로 제작되어 있다. 그 이유는 여름철 최대 환기가 필요할 때 농장의 음압구조에서 환기량이 급격히 떨어지는 현상 때문이다. 환기팬은 최대로 돌고 있으나 실제 유입되는 양은 많지 않게 측정되는 것이 그 이유이다. 이것은 바람을 일으키는 날개구조 및 재질에 연관되며, 모터 성능에 귀착된다고 하겠다.

 

 

■ 돼지한테 딱 맞는 폐사율 제로 ‘스마트환기팬’

상기 이유로 만들어진 환기팬이 (주)대로(대표이사 목영래)의 ‘스마트환기팬’이다.
높은 연교차 및 일교차에 맞추어 여름에는 양돈농장의 음압식 환기에 맞추어 일정 음압이 농장에 발생하더라도 환기량을 최대로 유지할 수 있는 스테인리스 스틸 날개구조와 이를 제어할 수 있는 특수형의 모터구조로 같은 규격(Φ500)에서 두 배 이상의 최대 환기능력을 유지하도록 제작되었다.

겨울철 최소 환기가 가능하도록 메저링 기능이 갖추어져 1~99%의 환기량이 실현되는 ‘스마트환기팬’을 여러 농가에 보급하고 있으며, 여러 농장의 높은 성적이 환기팬의 위력을 증명하고 있다. ‘스마트환기팬’ 뿐만 아니라 고도의 환기 프로그램을 요구하는 농장의 요구로 환기팬 4대를 연결할 수 있고, 두 방까지 제어가 가능한 중앙 컨트롤러를 개발하여 판매하고 있다.

‘스마트환기팬’은 (주)대로에서 생산하는 스테인리스 스틸 굴뚝을 설치하고, 혹은 기존의 플라스틱 굴뚝에 환기팬을 설치하고 온도/습도센서, 이산화탄소센서를 적당 위치에 설치하여 전원 플러그를 콘센트에 끼우면 자동으로 가동되는 환기팬이다. 목표 온도, 변화폭, 최소 환기량, 최대 환기량, 기타 온도/습도/이산화탄소 경보기능 등으로 구성된 ‘스마트환기팬’ 컨트롤러에 리모컨으로 세팅하는 구조로 ‘스마트환기팬’ 자체로 모든 제어가 가능한 독립구조이다.

중앙 컨트롤러는 돈방에 돼지가 입식되어 출하될 때까지의 주기를 입력하고 출하 때까지 온도를 몇도 낮출지, 출하 때 최소 환기량을 몇 퍼센트 증가할지 등의 이력 제어 프로그램과 야간과 주간 온도 차를 몇도 유지할지, 그리고 부가적인 냉방, 난방 등을 on/off 제어할지 등의 제어 프로그램과 일주일간의 돈사 내외부 온습도, 이산화탄소, 모터 회전량, 실제 환기량, 제어온도 등을 그래프로 표현하여 돈방의 여러 환경 사항을 쉽게 비교 관찰하도록 구성되어 있다.

또한 농장의 환기시스템은 환기팬만이 우수하다 하여 완성되는 것은 아니다. 환기 팬이 정량의 환기를 배출할 때, 이에 맞는 입기량이 되도록 입기구를 조절해야 원활한 환기가 유지된다.

환기량은 30%로 회전하는데 입기구는 70% 열린다거나, 반대로 입기구는 적게 열리고 환기팬이 많이 회전한다면, 농장 내 음압 균형이 깨지고 환기 흐름이 고르지 않아 많은 문제를 야기할 수 있다. 이런 이유로 (주)대로에서는 입기구를 자동으로 조절할 수 있는 자동입기제어시스템을 개발하여 판매 중이다.

입기 덕트는 기존 수동장치에 도르래를 달아 쓸 수도 있고 자동입기덕트 구조로 개발된 제품이며 어디에도 설치할 수 있다. 자동입기제어시스템은 기존의 ‘스마트환기팬’을 제어하는 중앙 컨트롤러에서 환기량과 동일한 시그널을, 자동입기제어 컨트롤러가 받아 12V, 1,500N의 힘을 가진 액추에이터를 가동하여 각각의 도르래로 연결된 입기구를 밀고 당기며 정확한 환기량만큼 입기구를 조절하는 장치이다.