천연건조(air drying, natural drying)

천연건조(air drying, natural drying)

 

A. 천연건조의 장단점

 

천연건조의 정의
천연건조(air drying, natural drying)란 생재 또는 기타 목제품을 천연건조장에 쌓아 자연의 대기조건에서 말리는 것을 말한다.
천연건조는 예로부터 지금까지 세계 도처에서 널리 사용되고 있다. 그러나 천연건조에서는 항상 천연건조효율(air drying yard)을 고려해야 한다.
※ 천연건조효율 : 건조에 소요되는 노력, 시간, 자본에 있어 최소비용으로 생재를 기건함수율 수준까지 건조하는 과정의 효력을 말한다.

천연건조의 장점
천연건조는 기후, 입지조건, 수종등이 알맞으면 경제성이 매우 크다.
천연건조는 인공건조와 비교할 때 아래와 같은 장점이 있다.

① 특별한 건조장치가 필요없기 때문에 시설비용과 작업비용이 적다. 넓은 부지와 간이한 시설이 필요하나 열기건조시설보다 적은 자본이 요구된다.
② 열에너지가 절약된다. 천연건조와 열기건조를 병용할 경우 천연건조에서 제거된 함수율 1%당 열기건조시에 건조재 보오드 푸트(board foot)당 50-80B.t.u의 열에너지가 절약된다. 열기 건조실의 용량은 수만 보오드 푸트에 달하기 때문에 천연건조의 건조도에 따라 열에너지 절약효과는 크게 달라진다.
③ 작업이 비교적 간단하며 특수한 건조기술이 덜 요구된다.
④ 열기건조의 예비건조로서 효과가 매우크다.
즉 제재직후 고함수율 제재품을 직접 열기건조하며 여러 가지 문제점이 수반한다. 따라서 사전에 예비건조를 실시하면 보다 균일한 최종함수율을 얻을수 있고 건조결함을 예방하며, 열기건조실 능력을 보완하고 건조비용을 절감할 수 있다.
제재직후의 제재품은 초기함수율의 차이가 심할 뿐만 아니라 이들 제재품의 건조속도는 목재의 무게와 열기건조실의 위치에 따라 건조속도가 달라질 수 있어 균일한 최종함수율을 얻기 어렵다.
따라서 열기건조 전에 천연건조를 실시하면 초기함수율의 변이가 적어서 보다 균일한 최종함수율을 얻을 수 있다.
⑤ 천연건조에서도 자유수는 쉽게 건조되므로 섬유포화점까지 또는 함수율 25%까지 천연건조를 실시한 다음 열기건조를 실시하면 한정된 열기건조실의 능력을 보완하여 보다 많은 재목을 건조할 수 있다.

천연건조의 단점
① 천연건조는 건조소요시간이 길다.
② 기건함수율 이하로 건조할 수 없다.(통상 건조도 12~15%)
③ 기후(온도, 습도, 강우량, 광선, 바람)와 입지 등 자연조건의 영향을 많이 받는다.
④ 넓은 장소가 필요하다.

이와 같은 단점에도 불구하고 천연건조는 널리 이용되고 있다.
이는 목재의 수송, 저목 및 사용중에 일어날 수 있는 곰팡이, 변색, 썩음 등의 피해 예방과 또한 목재를 건조하지 않고 옥외용으로 사용할 때 예상되는 수축량을 감소시키기 때문이다.

B. 천연건조의 잔적

 

천연건조장의 종류
실외건조장(air drying yard) : 천연건조에 주로 사용되는 건조장
가열시설이 없는 실내건조장 : 귀중재 건조에 유리하고 전조결함의 예방과 비교적 저함수율까지 건조 할 수 있다.

천연건조장은 입지를 잘 선정하는 것이 선결문제이고 건조성과를 좌우하는 중요한 일이다.
입지조건
① 재목을 쌓을 수 있는 충분한 부지가 있는 곳
② 바람의 접근이 용이하고 햇볕이 잘 드는 곳
③ 배수가 잘 되는 곳
④ 운재의 편리를 우해 목재 가공공장 근처인 곳
⑤ 평지 또는 완만한 경사지 일 것
⑥ 변색 및 부후균 발생의 근원이 되고 공기이동을 방해하는 잡초나 나무 부스러기 등 오물이 없을 것

이밖에도 천연거조장의 입지는 습지를 피하고 약간의 고지가 좋다.
입지의 모양과 방향에 따라서도 약간의 차이가 있다. 즉 정방형의 부지보다 장방형의 부지가 더 좋고, 남북으로 향한 긴 부지보다 동서로 향한 긴 부지가 더욱 좋은 것으로 알려져 있다.
그리고 바람이 입목과 건물 등 유사한 방해물에 의해 차단되지 않고 또한 화재위험이 없어야 한다.

 

잔적전 재제목의 보호
날씨가 고온인 경우 갓 제재된 재목은 곧 균과 해충의 침해를 받을 수 있고 만약 직사광선에 노출되면 할렬과 스프리트가 일어나기 쉽다.
그래서 간이 방부처리를 실시하여 재목을 보호하고 재목을 빨리 쌓아서 병충해를 예방한다.
주요한 약제는 수은제와 염소화 페놀(chlorinated phenols)을 들 있으나 환경적 고려에 따라 변화 될 수 있다.
가장 좋은 예방법은 표면수분을 신속히 건조시키거나 엔드코팅을 실시하는 것이다.
건조할 재목은 수종, 두께와 길이, 변재와 심재, 품질별로 분류하는 것은 건조시간의 조정과 건조손상의 예방 등 건조효율을 제고하고 잔적의 편의를 도모한다.
제목의 분류시는 분류장비(sorting equipment)를 쓰면 관리비가 줄어든다.

잔적의 종류
* 수평적(水平積)과 경사적(傾斜積)
수평적(flat pile)은 잔목을 용하면서 재면이 수평이 되도록 쌓는 방식으로서 평적이라고도 부른다.
경사적(pitched pile)은 잔목을 사용하면서 재면이 약간 경사지게 쌓는 방식으로서 경사는 1/50~1/10 정도로 한다.
경사적의 전면은 하부에서 상부로 1/12 정도의 전면경사(forward pitch)가 되게 쌓는다. 전면 경사는 손으로 쌓을시에 실용적이다.
이들 방식이 가장 보편적으로 사용되고 있고 비교적 균일한 건조가 가능하다.


                    

* 수직적(垂直積)과 앤드 랙킹
수직적(end stacking)은 건조할 판재에 잔목을 끼워가면서 거의 수직방향으로 세워 쌓는 방식이다.
앤드 랙킹(end racking)은 자목을 사용하지 않고 막대기로 받쳐서 판재를 서로 엇갈리게 해서 X형으로 세워 쌓는 방식이다.
이들 잔적은 수평적과 경서적에 비하여 신속한 건조가 가능하여 청변은 줄어드나 상하부간에 함수율차이가 크고 할열 또는 틀어짐의 피해가 잘 나타나는 결점도 있다. 그리고 수평적과 경사적에는 두 사람의 작업원이 필요하나 수직적에는 한사람으로도 할 수 있고 작업시간도 약 1/3로 단축된다.



* 삼각적과 사각적
삼각적(crib pile)은 잔목을 사용하지 않고 목재의 끝부분 재면이 서로 접촉하여 삼각형으로 쌓아 올리는 방식이다.
사각적은 잔목을 사용하지 않고 목재의 끝부분 재면이 서로 직각으로 쌓아 올리는 방식이다. 이들 잔적은 비교적 신속한 건조가 가능하다.

                      

* 계단적(階段積과) 교호적(交互積)
계단적은 잔목을 사용하면서 재장이 긴 재목은 잔적하부에 쌓고 재장이 짧은 재목일수록 상부에 쌓는 방식이다.
교호적(staggered stacking)은 비교적 두꺼운 재목을 쌓을때 잔목을 사용하지 않고 건조할 재목 사이 인접한 재간 공간위에 재목을 쌓는 방식이다.



* 층적(層積)과 실적(實積)
층적과 실적은 잔적내부의 공간 유무에 의해 나누어진 것으로서 층적(open pile)은 재목의 재면이 잔목에 의해 분리되어 공간을 갖도록 쌓는 방식이다.
이와는 달리 실적(solid pile)은 잔목을 사요하지 않고 재목의 모든 재면이 서로 접촉하도록 쌓는 방식으로서 잔적내는 수평공간과 수직공간이 없다. 또한 재목의 폭 방향으로 세워서 재면이 수직이 되도록 하고 서로 접촉하도록 쌓는 것을 에지 스택킹(edge stacking)이라 한다.
층적은 천연건조시에 널리 사용하는 것이며 실적은 건조재의저목 또는 운재중에 사용한다.

* 박스적(box pile)
주로 수평적과 경사적에서 잔적의 전면과 후면이 평면이 되도록 해서 잔적의 외형이 상자모양으로 되게 쌓는 방식이다.
동일한 재장의 재목은 쌓기가 편리하다. 재장이 틀릴 경우 긴 재목은 잔적의 측면에 짧은 재목은 잔적내부에 몇 개를 연결해서 배치한다.
복스적과는 대조적으로 잔적의 전면과 후면의 재목이 돌출하여 평면이 되지 않게 쌓는 방식을 논박스적(non-box pile)이라 부른다.
박스적은 일반적으로 널리 사용되고 있으며 논박스적에 비교하여 균일한 건조가 가능하고 할렬과 틀어짐 등의 건조결함이 적다.
논박스적은 통풍이 균일하지 않고 돌출된 재목은 할렬과 틀어짐이 생기기 쉬우나 적재비용은 적게든다.

* 수적(手積)과 기계적(機械積)
적재수단에 따라 구분되는데 수적(hand-stacked pile)은 사람 또는 잔적기(elevator)을 이용해서 재목을 기초위에 쌓는 것을 말한다.
기계적(machined-stacked pile)은 기계적인 수단에 의해 재목을 기초위에 쌓는 것을 말한다.
후자에서는 포크리프트 트럭(fork lift truck)과 크레인등이 사용된다.

* 기타
이밖에도 철도침목, 굉목, 단척물(短尺物)등을 건조하기 위한 특수한 적재방식이 있다.
침목의 잔적은 큰 각재를 건조할 때 통풍관계와 노천에서 강우후의 배수등을 고려한 특수한 방법이라 하겠다.
또한 별도의 주비된 잔목을 사용하지 않고 건조할 목재 자체를 잔목을 사용하여 재목을 분리하면서 ?릿?방식을 자체잔목잔적(self-stacked pile)이라 부르고, 이 잔적의 너비는 건조할 재목의 길이와 같다.
활엽수재의 디멘존(dimension)과 철도침목은 흔히 이러한 전적을 실시한다.
이상과 같이 잔적의 종류는 다양하나 수평적과 박스적이 대표적인 것이다.


        

 

 

C. 천연건조시 잔적의 시기와 크기

 

잔적시기
잔적시기는 건조속도와 건조결함과 밀접한 관계가 있다.
천연건조는 열기건조보다 건조초기에 습도가 낮아서 참나무와 같은 수종 또는 두꺼운 재목에서 할렬이 잘 나타난다.
전 건조기간을 통해서는 온도가 낮기 때문에 건조초기에 변색되기 쉽다.
청변의 우려가 있는 재목이면 봄에 건조하는 것이 유리하고 할렬이 우려되는 재목이면 가을에 건조하는 것이 유리하다.
일반적으로 활엽수재는 청변의 우려는 적으나 할렬이 잘 된다. 그러나 침엽수재는 비교적 할렬은 적으나 청변이 잘 나타난다.
이와 같은 사정을 고려하면 활엽수재는 저온고습 조건이 적당하며 침엽수재는 고온저습이 좋다. 그러나 연중을 통해 보면 이와 같은 좋은 조건이 지속되는 기후는 많지 않다.
그래서 활엽수재는 저온고습인 계절에 건조를 시작하고 침엽수재는 고온저습한 계절에 건조를 시작하는 것이 바람직하다.
그러나 이것은 하나의 기준에 불과함으로 적당한 계절에 맞추어 건조하는 것은 사실상 곤란한다.
강한 태양광선을 받지 않고 비교적 따뜻하며 건조한 순풍하에서 균일한건조가 가능하나 장마와 혹서 또는 공기가 건조한 강풍이 부는 시기등은 적당치 아니하다.
기후조건은 연중을 통해 변동되고 있으나 신속히 건조되는 기간이나 계절인 활성건조기간에건조하면 좋다. 그리고 매월 유효천연건조일수(effective air drying days)가 얼마인가를 알 필요가 있다. 이는 EADD라고도 부르며 이를 명확히 정의하기는 어려우나, Rietz에 의하면 어떤 달의 천연건조에 알맞은 일수를 의미하고 여름철에 속하는 달일지라도 상대습도와 풍속이 적당치 못하면 30일 이하 일수도 있다.
실제에 있어 유효천연건조일수는 건조작업의 계획을 수립하고 건조시간을 측정하는 대단히 유용하다.
예를 들어 서울지방의 천연건조일수는 아래와 같다.

<표 1> 서울지방의 월별 유효천연건조일수

월별(월)	1....2....3....4....5....6....7....8....9...10...11...12
유효천연건조일수(일)	10..10..15...20..25...30..30...30..30..25...15...10

생재상태의 1인치 참나무를 적당한 천연건조종에서 6월초에 쌓아서 함수율 20%까지 건조하는데 60일이 소요되었는데 만약 11월초에 적재한다면 EADD가 11월 15일, 12월, 1월, 2월은 각각 10일, 3월 15일기 때문에 3월말에 끝날 것이다. 그래서 여름보다 건조 소요일수는 2.5배나 길어지게 된다.

잔적의 크기
잔적의 크기는 주위환경과 건조조건 등 여러 가지 사정에 따라 달라진다.
잔적의 너비는 1.05~4.8m 범위이고 침엽수는 활엽수 잔적의 경우보다 거의 2배에 달한다. 보통 1.8~2.5m 범위인데 너무 넓으면 잔적내부와 하부는 건조가 느려진다.
잔적의 너비가 넓어질 경우에는 잔적중앙에 A형 프르(A-shaped flue)를 만들거나 잔적하부로부터 1/3높이에 사용하는 잔목은 그 위에 사용하는 것보다 두꺼운 것을 사용해서 잔적하부의 통풍을 돕는다.
잔적의 높이는 적재시설과 방법, 수종, 안정성, 비용 등의 인자와 관계가 있다.
전적이 높으면 그 하부의 건조가 느리고 과도한 하중이 기초와 하부에 쌓여진 재목과 잔목에 부하가된다.
따라서 견고한 기초가 필요하고 적재비용이 많이든다. 잔적의 안정성을 고려한 알맞은 높이는 그 너비의 3배정도이다.
일반적으로 잔적의 높이는 수적시에는 4.5m 이하이고 단위잔적 높이(unit package height)는 리프트트럭의 운반능력에 따라 다르나 약 1.2m 이다. 기계적에는 9.0m 까지도 쌓는다.

 

D. 천연건조의 건조결함과 함수율

 

천연건조의 건조결함
천연건조와 열기건조 양자중에 건조결함과 재질에 대한 논의가 종종있다.
천연건조는 열기건조보다 건조조건을 적절히 조절할 수 없으므로 건조결함의 위험이 더 크다.
천연건조의 건조결함은 수축, 병충해의 감염, 화학적 작용등에 있다.
목재의 수축은 표면할렬, 횡단면 할렬, 스프리트, 내부할렬, 틀어짐 등의 원인이 되고, 균의 감염은 청변, 곰팡이, 부후를 일으킨다. 해충의 감염은 충공(pin hole)과 grub hole등을 만들고, 화학반응은 갈변과 잔목표시를 나타낸다.
천연건조장에 너무 장기간 적재해두면 먼지, 재, 톱밥 등 이물질이 재면에 부착하여 풍화된 것처럼 보인다. 재면이 약간 거무스레하게 보이는 정도는 유해하지 않으나, 진한 흑색을 나타낼 때에는 함수율이 20%정도에 도달한 시간을 훨씬 초과한 징조이며, 그동안 반복된 습윤과 기후에 재건조피해를 입게된다.

할렬을 예방하기위해서는 잔적내 지나친 통풍을 억제하는 것이 필요하다.
① 잔적의 폭을 넓힘.
② 잔적간격을 좁일 것(0.6m 정도까지 가능)
③ 재간간격을 좁일 것(2.5cm 정도까지 가능)
④ 가급적 얇은 잔목을 사용하고 잔적전면과 후면에 잔목이 많이 나오도록 할 것
⑤ 각급적 박스적을 할 것
⑥ 잔적지붕을 설치 할 것
⑦ 두께 32mm 이상의 귀중재이면 엔드-코팅을 할 것
⑧ 항할렬 족쇄등을 사용할 것

변색과 부후의 방지를 위해서는 잔적내 통풍을 촉진시키거나 예비방부처리를 실시한다.
① 잔적의 폭을 가급적 좁일 것
② 재간간격과 잔적간격을 넓일 것
③ 잔적지붕을 하고 건조장의 청결을 유지할 것
④ 잔적하부에 통풍이 잘 되도록 할 것(A형 프르 또는 두거운 잔목을 적용)
⑤ 두꺼운 잔목을 사용할 것
⑥ 보조통로의 폭을 넓일 것
⑦ 건조전 예비방부처리 실시 또는 잔적후 실시, 피해 우려시에는 방부제액을 분무한다.
⑧ 가능한 신속한 건조를 실시한다.

틀어짐을 방하기위해서는
① 잔목은 기초의 가로받침목과 직각으로 수직이 되도록 배치할 것
② 잔목간격을 좁일 것 (약 40cm정도)
③ 잔목의 두께를 같이 하고 건조할 판재의 두께도 같게 할 것
④ 잔적지붕을 설치할 것
⑤ 잔적상부에 콘크리트블럭이나 기타 재료로 4kg/cm2 정도 하중을 전후면에 균등하게 부하할 것. 그리고 꺽쇠 크램프(hold-down clamp)롤 틀어짐을 억제한다.

천연건조로 건조 가능한 최종함수율
천연건조로 건조 가능한 최종함수율은 기후 즉 대기의 평형함수율에 따라 광범위하게 변한다.
     고온 저습한 지역 : 6% 함수율까지 건조가능
     저온 다습한 지역 : 24% 함수율까지 건조가능
     온대지역 : 12% ~ 18% 함수율 건조가능
     우리나라 : 12% 함수율까지 건조가능
어떤 지역에서 계절에 따른 기후조건의 변화는 매년 약간 다를 수 있다.
그래서 수년에 걸친 기후조건의 연평균치를 기준으로 하여 건조계획을 수립하나 자세한 계획수립에는 보다 특수한 지식과 건전한 판단이 필요하다.
인공건조의 예비건조로서는 함수율 25%정도까지 천연건조하는 것이 경제적으로 유리한 것으로 알려져 있다.
평균함수율이 25%이면 표층의 함수율은 20% 또는 그 이하가 되는데 이러한 함수율 수준에서는 열기건조의 어려움이 적어진다.

천연건조의 건조속도와 건조일수
일반적으로 대부분의 재목은 처음 1개월 이내는 잘 건조한다. 그러나 나머지 수개월간은 지지부진할 분만 아니라 기상조건에 큰 영향을 받는다.
천연건조의 소요일수는 목재, 기후, 건조장과 적재인자에 따라 다르다.

<표 1> 1인치 재목의 건조일수

수종	함수율 20%까지 천연건조 일수	함수율 20%에서 6% 까지 열기건조 일수	생재에서 함수율 6% 까지 열기건조 일수
화이트오크 레드오크 스왐프오크 자작나무 너도밤나무 단풍나무 화이트에쉬 레드검(심재) 마그노리아 히코리 느릅나무 백합나무 피나무 벚나무 밤나무 호두나무 마호가니 로즈우드 에보니 서든파인 폰데로사파인 슈가파인 미송 가문비나무 낙우송 레드우드 웨스턴 햄록 웨스턴 레드시다	240~300 170~250 360~400 150~200 150~200 150~200 70~110 100~160 60~100 150~200 80~130 40~70 30~60 150~200 85~125 120~170 70~110 - - 40~70 45~90 45~90 40~70 45~90 200~275 60~180 60~120 50~140	6~12 5~10 6~14 5~8 5~8 5~8 4~7 8~12 4~6 4~12 4~6 3~6 3~5 5~7 4~8 5~8 4~7 15~20 20~30 2~4 3~5 3~5 2~4 3~5 4~8 3~7 2~4 4~7	20~30 16~28 20~50 11~15 12~15 11~15 11~15 15~25 10~15 20~40 10~15 6~10 6~10 10~14 8~12 10~14 12~15 24~28 - 3~5 3~6 4~10 4~8 4~7 10~20 10~24 3~5 10~15