양돈장 분진환경 평가 및 전산유체역학 기법을 이용한 분진 저감 방안 평가 = Study on Evaluation of Aerial dust environment in Livestock house and Computation of Dust reduction ability using CFD technology

국문 초록 (Abstract)

축산시설 내부에서 발생하는 분진은 각종 세균, 진균, 바이러스, 곰팡이 등과 같은 생물학상 물질을 함유하여 작업자의 호흡기 건강뿐만 아니라 가축 생산성을 위협하는 요소이다. 축산시설 작업자의 경우 타 작업장의 작업자보다 높은 농도의 분진 환경에 장기간 노출됨에 따라 기침, 천식, 천식 유사 질환, 폐렴, 알러지 반응 등과 같은 만성 혹은 급성 호흡기계 질환의 발현 확률이 상대적으로 높다고 보고된 바 있다. 가축 또한 생산성 저하, 질병 발생 빈도 증가에 따른 폐사율 증가로 인하여 농가 경제를 위협하는 요소로 작용할 수 있다. 따라서 축산시설 작업자의 가축의 호흡기 관련 복지 증진을 위하여 실내 공기 질을 평가하고 분진 발생 요인을 이해하고 효과적인 분진 저감대책을 강구하는 것이 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 강제환기식 돈사를 대상으로 정기적인 분진 모니터링을 실시하고 각 환경 인자들과 분진 발생간의 상관관계 규명을 실시하였다. 또한 전산유체역학 기법을 이용하여 실험 대상 시설에 대한 시뮬레이션 모델을 설계하고 내부 기류와 분진확산 양상에 대한 모의를 실시하였다. 효과적인 분진 저감 방안 도출을 위하여 파이프 배기 시스템을 고안하고 사료 공급시기 시 분진 저감 효과를 규명하고자 하였다. 실시간 분진 측정 및 동물군행태 분석을 통하여 상대적인 돼지 활동도를 산정하였으며 이를 통하여 동물군의 활동성이 증가됨에 따라 흡입성 분진의 농도가 유의하게 증가함을 확인하였다. 또한 작업자의 출입에 따라 동물군전체의 활동성이 격렬해지는 시기 및 사료 공급 시기의 경우 흡입성, 호흡성 분진 모두 작업자의 폐기능을 고려한 분진의 상시감시기준을 쉽게 초과하는 것으로 관측되어 작업자의 호흡기 건강에 유해한 분진 환경이 조성됨을 확인할 수 있었다. 다양한 환경 인자와 분진 농도 간 상관관계 분석결과, 흡입성 분진의 경우 95% 신뢰수준에 대하여 동물군 마리 수, 동물군 활동성, 환기량이 분진농도에 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났으며 (조정 R²=0.70), 반면, 호흡성 분진의 경우 환기량, 동물군의 활동성에 대한 영향성이 미미한 것으로 나타났으며 열적 관련 변수가 분진 농도에 기여하는 것으로 관측되었다 (조정 R²=0.60). 전산유체역학 기법을 이용하여 대상 시설에 대한 기류, 분진 확산 모의를 실시하고 파이프 배기 시스템 적용 및 기존 배기 시스템과의 조합 운전에 따른 분진 저감 효과를 산출한 결과, 적정 열환경 수준이 유지되는 조건 하에 설계 환기량의 150%를 기존의 지붕 덕트 배기 시스템과 파이프 배기 시스템이 1:2로 분담하여 적용할 때 흡입성 분진은 23%, 호흡성 분진은 18.5% 감소되는 것으로 모의되었으며 동일 환기량 적용 시 파이프 배기 시스템만을 운영할 경우 흡입성 분진 21.3%, 호흡성 분진 15.6%의 저감 효과가 산출되었다.