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전산유체역학을 이용한 표준 오리사 설계안에 대한 환기효율성 분석
Analysis on Ventilation Efficiency of Standard Duck House using Computational Fluid Dynamics 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.57 no.5, 2015년, pp.51 - 60  

여욱현 (Department of Rural Systems Engineering, Research Institute for Agriculture and Life Sciences, College of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University) ,  조예슬 (Department of Rural Systems Engineering, Research Institute for Agriculture and Life Sciences, College of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University) ,  권경석 (Department of Rural Systems Engineering, Research Institute for Agriculture and Life Sciences, College of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University) ,  하태환 (Department of Rural Systems Engineering, Research Institute for Agriculture and Life Sciences, College of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University) ,  박세준 (Department of Rural Systems Engineering, Research Institute for Agriculture and Life Sciences, College of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University) ,  김락우 (Department of Rural Systems Engineering, Research Institute for Agriculture and Life Sciences, College of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University) ,  이상연 (Department) ,  이승노 ,  이인복 ,  서일환

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In Korea, 69.4 % of duck farms had utilized conventional plastic greenhouses. In this facilities, there are difficulties in controlling indoor environments for raising duck. High rearing density in duct farms also made the environmental control difficult resulting in getting more stressed making the...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 CFD 모델링 기법을 효율적으로 활용하여 축산과학원에서 제시하고자하는 오리사 설계안에 대한 문제점을 예측하고, 보완이 필요한 사항을 확인할 수 있었다. 이와 같이 설계 기준 제시에 앞서 구조에 따라 예상되는 공기유동, 열환경, 환기율 등에 대한 분석은 시공 및 유지 관리 단계에서 뿐만 아니라 에너지 투입 비용 또한 절감시킬 수 있어 농가 소득향상에 도움이 될 것으로 예상된다.
  • 본 연구에서는 표준 오리사 설계도 작성을 위한 기초 연구로써, 전산유체역학을 이용하여 표준 오리사 설계 시 발생 가능한 공기유동학적 문제점을 미리 예측하고 축산과학원에서 제시한 표준 오리사 환기구조의 적합성 여부를 분석하고자 하였다.

가설 설정

  • 또한 공기는 비압축성 이상기체로 가정하였고 오리사 내부에는 공기와 추적가스 이외의 가스는 존재하지 않으며 가스나 입자들 간의 물리·화학적 반응에 의한 응집체 형성은 존재하지 않는다고 가정하였다.
  • 벽체온도는 Choi et al. (2008)를 참고하여 벽면에 우레탄 발포 처리를 하지 않은 경우 하절기동안 50 °C까지 상승한다고 가정하여, 이를 모델 설계에 적용하였다.
  • 질량교체환기량은 환기에 대한 효과를 정량화하기 위한 일반적인 방법으로 공기의 유·출입구 면적과 유속을 통하여 쉽게 환기율을 산정할 수 있는 장점이 있다. 질량 보존 법칙에 따라 유입된 공기와 유출된 공기의 양은 동일하며 이를 통해 시설 내부의 공기가 교체된다는 가정을 전제로 환기구에 형성된격자에 대한 풍속 값, 공기 밀도 값, 유입구 면적, 배출구 면적, 시설체적 등을 바탕으로 환기율을 산정한다. 유입구, 유출구에서 작용하는 풍향에 따라 시설 내부로 유입되는 공기량이 결정되며 보다 정확한 질량 유량산정을 위하여 입기구와 직교하는 축 방향 속도를 기준으로 계산한다.
  • 추적가스 감쇠법을 통하여 시설내부 전체와 지역적 환기율을 계산하기 위하여 추적가스로 사용된 이산화탄소 농도가 초기에 2,000 ppm으로 가득 차있고 대기 중의 이산화탄소 400 ppm이 시설 내부로 유입된다고 가정하였다. 추적가스 감쇠법을 이용하여 환기량을 산정할 경우 추적가스의 농도가 수렴되는 구간에 대한 기준 선정을 위하여 이산화탄소의 초기농도인 2000 ppm과 대기 중 농도 400 ppm의 차의 2 % 값인 432 ppm 이내의 값에 도달하였을 때 각 지점에서의 환기가 완전히 이루어진다고 가정하였다.
  • 추적가스 감쇠법을 통하여 시설내부 전체와 지역적 환기율을 계산하기 위하여 추적가스로 사용된 이산화탄소 농도가 초기에 2,000 ppm으로 가득 차있고 대기 중의 이산화탄소 400 ppm이 시설 내부로 유입된다고 가정하였다. 추적가스 감쇠법을 이용하여 환기량을 산정할 경우 추적가스의 농도가 수렴되는 구간에 대한 기준 선정을 위하여 이산화탄소의 초기농도인 2000 ppm과 대기 중 농도 400 ppm의 차의 2 % 값인 432 ppm 이내의 값에 도달하였을 때 각 지점에서의 환기가 완전히 이루어진다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
개량 간이 오리사의 장단점은 무엇인가? 4 %는 플라스틱 온실 등을 개량한 간이오리사 형태의 사육 시설을 이용하고 있다 (RDA, 2011). 개량 간이 오리사의 경우, 초기 설치비용이 적은 이점이 있으나 태풍 또는 폭설 등의 기상재해에 구조적인 취약점을 가지고 있다. 또한 하절기 폭염과 집중호우 시 시설 내부에 적절한 온도 및 습도를 유지시키기 위한 냉방 및 제습이 요구되며, 동절기에는 침기와 피복재의 단열성 문제로 추가적인 난방 에너지 투입이 필요하다.
2013년 기준 국내 오리 산업 규모는 어느 정도인가? 8 %로 높은 비중을 차지하고 있다 (MAFRA, 2014). 그 중 국내 오리 산업 규모는 돼지, 한우, 우유, 닭, 계란에 이어 6위인 1조 450억원에 달한다 (MIFAFF, 2012). 국내 오리 산업규모는 축산업의 전문화, 대형화에 따라 성장하고 있는 반면 사육시설은 매우 열악하여, 오리 사육농가의 69.
오리 사육에서 내부의 적정 환경 조절을 위한 주요 메카니즘은 환기인데, 이는 어떻게 사육에 영향을 미치는가? 내부의 적정 환경 조절을 위한 주요 메카니즘은 환기이다. 환기를 통하여 시설 내부의 유해가스 제거 및 온도와 습도를 적정하게 조절할 수 있으며, 적절한 환기량을 충족시키지 못하면 시설 내에 먼지와 유해가스 등의 오염물질의 농도가 높아지며, 이는 곧 가축의 면역력 저하 및 질병발생을 야기할 수 있다 (Song et al., 2012).
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참고문헌 (18)

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  4. Bjerg, B., G. Cascone, I.B. Lee, T. Bartzanas, T. Norton, S.W. Hong, I.H. Seo, T. Banhazi, P. Liberati, A. Marucci, and G. Zhang, 2013b, Modelling of ammonia emissions from naturally ventilated livestock buildings. Part 3: CFD modelling Biosystems Engineering 116: 259-275. 

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  10. Hwangbo, J., E.C Hong, B.S. Lee, H.D. Bae, S.J. Lee, S.B. Cho, H.K. Kim, J.H. Kim, B.S. Park and J.I. Song, 2006. Effect of ventilating system on the performance of broiler chicks in an environmental controlled cage house. The Korean Society of Poultry Sciences 33(1): 57-63 (in Korean). 

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  17. Song, S.H., I.B. Lee, K.S. Kwon, T.H. Ha, J.P. Bitog, S.W. Hong, I.H. Seo, O.K. Moon, Y.J. Kim, and E.J. Choi, 2012. Analysis of the disease spread in a livestock building using tracer gas experiment, Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers 54: 37-45 (in Korean). 

  18. Wu, W., G. Zhang, E. Bjerg, and P.V. Nielsen, 2012. An assessment of a partial pit ventilation system to reduce emission under slatted floor-Part 2: Feasibility of CFD prediction using RANS turbulence models. Computer and Electronics in Agriculture 83: 134-142. 

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