DEM을 활용한 수직밀폐형 퇴비화장치의 구조영향인자 별 혼합특성 분석

오병욱 ( Byung-wook Oh ),서일환 ( Il-hwan Seo ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-

전산유체역학을 활용한 양돈장 내 작업환경 개선을 위한 구조 분석

오병욱 ( Byung-wook Oh ),양헌용 ( Heon-yong Yang ),정지훈 ( Ji-hun Jung ),서일환 ( Ilhwan Seo ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

축산업의 성장과 함께 축산농가의 밀집화, 기업화가 이루어지고 있다. 이에 따라 축사 내부에서 작업하는 작업자의 안전성과 복지에 대한 중요성이 증가하고 있으며, 작업 시 유해가스로 인해 발생하는 안전사고의 위험성이 증가하고 있다. 축산시설 중 양돈장에서는 암모니아, 황화수소 등 유해가스들이 존재하고 내부에서 작업하는 작업자들이 이러한 유해가스에 단기간, 장기간 노출될 경우 급성 중독, 만성 중독 등 건강상의 문제가 발생한다. 때문에 양돈장 내에서 작업 시 작업환경과 사육환경을 동시에 개선하기 위해서는 유해가스의 효율적인 저감과 적정한 사육환경의 유지가 필요하다. 본 연구에서는 전남 영광군에 소재한 12,000 두 규모의 농장을 대상으로 현장실험을 통해 돈사 내부에서 작업자가 특정 작업 시에 발생하는 암모니아 농도를 측정하였다. 현장 측정 자료와 전산유체역학(CFD)을 활용하여 돈방 내부의 환기구조를 입기구와 배기구의 위치를 조합하여 내부 가스의 농도 변화를 시간에 따라 추정하는 추적가스농도 감쇠법(TGD)를 사용하여 환기효율성 평가를 하였다. 분석된 40가지의 환기구조의 조합 중 환기효율성이 높은 구조를 선택하여 기존의 환기구조 및 개선 구조 3가지와 환기량을 조합하여 12가지의 케이스로 분류하였다. 개발된 모델의 돈사 바닥부에서의 암모니아 발생을 모델링하였다. 개발된 모델을 통하여 각 케이스 별 암모니아의 저감 정도를 분석하였다. 각 케이스 별로 돈군 높이에서 온도분포와 변화를 정량적으로 분석하여 사육환경에 영향을 최소화하는 구조를 제시하고자 하였다. 현장에서 측정된 데이터 및 개발된 모델은 돈사 내부에서 고농도의 암모니아가 발생하는 특정 작업 시 개선된 환기 구조를 통하여 효율적으로 암모니아를 저감시킬 수 있다. 또한 작업자의 안전을 위한 작업환경 개선의 기초자료로 활용 될 수 있으며, 돈사 내부에서 유해가스로 인해 발생하는 안전사고의 발생율을 저감 시킬 수 있다. 작업환경 개선과 동시에 적정한 사육환경을 유지할 수 있는 알고리즘의 빅데이터 마련에 활용 될 수 있다.

입자해석 시뮬레이션 기법을 사용한 밀폐형 퇴비화 장치 교반해석

오병욱 ( Byung-wook Oh ),서일환 ( Il-hwan Seo ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

가축분뇨는 고품질의 자원으로 활용될 수 있지만, 적절한 관리 및 처리가 이루어지지 않을 경우 환경적 문제를 야기할 수 있다. 가축분뇨는 미래의 지속가능한 축산산업을 위하여 필수적으로 해결해야 할 문제 중 하나이다. 전체 가축분뇨 발생량 중 대부분이 퇴비화되고 있으며, 돈분은 발생량이 가장 많을 뿐 아니라, 축산냄새의 문제가 있다. 기존에 사용되는 퇴비화 장치인 퇴적송풍식, 연속교반식 등과는 다르게, 밀폐형 퇴비화장치는 필요한 설치면적이 적고, 악취의 효율적인 처리가 가능하여 최근 사용이 증가하고 있다. 밀폐형 퇴비화장치를 통해 고품질의 퇴비를 생산하기 위해서는 내부의 균일한 혼합과 함께 적절한 운영방안의 마련이 필요하다. 하지만 내부의 혼합과정과 최적활용조건에 대한 기초데이터 확보는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 현장실험과 입자해석 시뮬레이션을 통해 밀폐형 퇴비화 장치의 입자 특성별 교반 영향인자들을 선정 및 평가하여 시뮬레이션 기술 개발 및 최적운영방안을 제시하고자 한다. 실제 60톤 규모의 퇴비화장치를 시뮬레이션하기 위하여 약 100리터 규모로 축소된 모델을 제작하였으며, 적정 회전속도 및 환경조건을 분석하였다. 제작된 모델을 통해 실시간 현장모니터링을 통해 기초 환경데이터를 확보하고 영향인자 선정을 수행하였다. 밀폐형 퇴비장치의 시뮬레이션의 기술 개발 및 모델을 설계하였으며, 현장챔버 실험을 통해 검증을 수행하였다. 블레이드 개수, 길이, 각도 등 교반 영향인자들을 조합하여 최적 운영방안을 마련하였다.

현장실험을 통한 바이오커튼 공극계수 및 압력변화 곡선 산정

오병욱 ( Byung-wook Oh ),서일환 ( Il-hwan Seo ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

국내 가축 사육두수는 지속적으로 증가하고 있으며, 축산시설의 형태도 대형화, 밀집화 되고 있다. 이는 축산시설에서 발생하는 축산냄새의 강도 및 빈도의 증가를 야기 하였다. 최근 귀농인구 증가와 쾌적한 농촌생활 요구, 신도시 개발에 따른 축산시설과 주거지역 간 거리 감소 등으로 인해 축산냄새로 인한 민원이 급증하고 있다. 많은 농가들은 축산냄새로 인한 민원을 저감 하기 위하여 다양한 축산냄새 저감시설을 설치·이용하고 있다. 다양한 저감 방법 중 바이오커튼은 설치가 용이하고 유지비용이 저렴하여 많은 농가에서 사용하고 있다. 하지만 많은 농가들은 다양한 재질의 차단막과 여러 가지 두께를 선택적으로 사용하고 있으며 바이오 커튼에 대한 성능실험과 관련된 기초연구가 부족한 실정이다. 하지만 차광막의 두께에 따라 축산냄새의 투과율과 저감 효과가 달라지고 내부 유속변화, 환기팬 부하, 배출 경향 등이 크게 달라진다. 돈사의 환기팬의 가동여부, 측정 위치, 돈사 내부 환경에 따라 성능에 큰 차이를 가지며, 농가 환경이나 커튼 규모, 두께 등이 다양하기 때문에 관련된 연구를 수행하기 어렵다. 이를 시뮬레이션 기법을 활용하여 다양한 구조와 환경변화 조건에서 방대한량의 정량적·정성적 데이터를 확보할 수 있으며, 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화할 수 있다. 이를 위해서 시뮬레이션 및 실험에 적용할 수 있는 다양한 조건에서 바이오커튼의 공극계수가 필요하다. 본 연구는 현장 챔버 실험을 통해 다양한 두께와 유속조건에서 압력변화를 분석하고, 바이오커튼의 공극계수를 산정하였다. 5가지 두께의 바이오커튼을 대상으로 수행하였으며, 다양한 유속조건에서 압력변화곡선을 작성하여 바이오커튼의 공극계수를 산정하였다.

전산유체역학을 활용한 돈사 내 작업 및 사육환경 개선을 위한 환기운영방안 마련

오병욱 ( Byung-wook Oh ),이성원 ( Seong-won Lee ),김효철 ( Hyo-cher Kim ),서일환 ( Il-hwan Seo ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

국내 축산업의 지속적인 성장으로 인해 축사는 대형화, 밀집화 되고 있다. 밀폐된 공간의 특성상 작업자와 가축에 대한 유해가스와 미세먼지 노출의 위험성은 증가하고 있으며, 유해가스 및 미세먼지가 신체 내부로 유입될 경우 호흡기질환, 알러지, 급성·만성중독 등 심각한 문제를 야기할 수 있다. 때문에 시설내부에 대한 유해가스 및 유기분진의 적절한 관리방안이 필요하다. 환기시스템을 이용한 관리방안은 가스 및 분진을 직접적으로 배출시키며, 기존에 설치되어있는 환기구조를 활용한다는 경제적인 장점이 있다. 현장 모니터링은 현장의 문제점을 파악하는데 중요하나, 환기구조 분석을 위한 데이터를 확보하기에는 한계점들이 존재하기 때문에 전산유체역학(CFD)를 활용한 보완이 필요하다. 본 연구의 목적은 전산유체역학을 활용하여 양돈장 내 작업 및 사육환경 개선을 위한 환기 운영관리방안을 마련하는 것이다. 실험은 전라남도 영광군에 소재한 15,000 두 규모의 상업용 양돈장에서 이루어졌으며, 작업자가 특정한 작업 시 노출되는 유해가스 농도를 측정하여 현장의 문제점을 파악하고 CFD 모델 설계 및 검증에 필요한 데이터를 확보하였다. 개발 CFD(Computational fluid dynamics) 모델을 통해 다양한 환기구조를 조합하여 작업자가 호흡하는 높이(1.5m)에서 환기 효율성을 분석하고, 분석결과를 바탕으로 환기효율성이 높은 구조를 유해가스 저감을 위한 개선 구조로 선정하였다. 선정된 구조들을 바탕으로 환기구조와 환기량을 고려하여 12가지 구종의 암모니아 저감율을 분석하였다. 환기효율성이 높아지면, 돈군에서 급격한 온도 변화로 사육환경에 문제가 발생할 수 있기 때문에 돼지높이(0.5m)에서 열 환경 분석도 함께 수행하였다. 12케이스의 작업자 높이에서 암모니아 저감율을 분석 결과, 환기 시간이 증가함에 따라 암모니아의 저감율도 함께 증가하였지만, 돈군의 높이에서 온도가 낮아지는 구간이 증가하였다. 돈군의 적정한 사육환경을 유지하고, 효율적인 암모니아 저감을 위한 적절한 환기시간을 분석하였다. 환기구조와 환기량을 고려했을 때, 최대 환기량을 가동하거나 특정 환기구조를 사용하였을 때 높은 암모니아 저감율을 보였지만, 돈군의 높이에서 급격한 온도변화가 발생하였다. 효율적인 암모니아 저감율과 돈군의 급격한 온도변화가 적은 환기운영방안을 제시하였으며, 이는 사육 및 작업환경 개선 뿐 아니라 정밀제어를 위한 알고리즘 구축의 기초데이터로 활용할 수 있다.

점 용접의 용접전극특성 향상을 위한 기초연구(Ⅰ) : (점 용접 전극의 초저온 열처리에 의한 수명향상에 관한 연구)

오병욱 ( Byung-wook Oh ),강순동 ( Soon-dong Kang ),서광석 ( Kwang-seok Seo ) 한국고등직업교육학회 2000 한국고등직업교육학회논문집 Vol.1 No.4

Spot welding is a kind of resistance welding that uses Joule heat. Spot welding of thin plate metal is one of the important welding method that is widely used on industrial fields. Spot welding qualities are decided by welding materials, welding system, electrode, welding condition that is greatly four parameters. At present, representive problem of the spot welding is at the life deterioration of welding consumption and the quality deterioration from spatter products.

전국단위 권역별 농업지역 대기질 모니터링 및 특성 분석

오병욱 ( Byung-wook Oh ),서일환 ( Il-hwan Seo ),키뷔카안토니킨투 ( Anthony Kintu Kibwika ),김진호 ( Jin-ho Kim ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

온실가스와 탄소배출 저감 및 미세먼지 등 농업에서 대기질에 대한 관심은 증대되고 있으며, 특히 암모니아는 국내 배출량의 약 79% 정도가 농업부문에서 발생되고 있다. 특히 농업은 타 산업과는 다르게 비료시비 등 특정시기에 암모니아 농도가 증가하거나, 경운, 수확 시 미세먼지의 농도가 증가하는 등 시·공간적인 배출특성의 연중 변동이 심하기 때문에 장기적인 연속모니터링이 필요하다. 2021년 기준 전국에 약 600여 개의 대기오염측정망이 운영되고 있으나 농업지역의 대기질을 대상으로 하는 측정망은 매우 드물다. 또한 기존에 운영되고 있는 측정망 조사항목에 암모니아는 포함되어있지 않다. 따라서 광범위한 농업지역에서 발생하는 대기오염물질의 발생량을 모니터링하고 정량적인 데이터를 확보하기 위해서 농업지역 대기질 모니터링 측정망 구축이 필요하다. 본 연구에서는 우리나라 농업권역을 경기·강원권, 충청권, 호남권, 영남권으로 분류하여 4개의 논지역과 4개의 밭지역을 선정하여 농업지역 대기질 측정망을 구축하였다. 농업지역의 대표성을 확보하기 위해 논지역과 밭지역을 분류할 수 있는 대상지역 선정기준을 마련하고 작물 균일성, 영향건물, 설치용이성 등 세부 측정지점을 선정할 수 있는 기준들을 마련하여 선정하였다. 측정 항목은 PM-10, PM-2.5, NOx, SOx, NH3이며 측정장비는 환경부 인증 장비를 설치하였다. 또한 데이터 품질향상 및 신뢰도 확보를 위해 정기적인 검·보정과 영상데이터 확보 등 시·공간적인 데이터를 확보하였다. 측정은 실시간으로 수행되었으며, 측정간격은 1시간, 5분으로 수행하였다. 측정된 데이터를 바탕으로 농업지역의 대기질 특성을 분석하고, 권역별, 영농형태 및 영농활동별, 도시지역 대기질과 비교분석을 수행하였다. 본 연구의 결과를 통해 농업지역 대기질을 평가할 수 있는 정량적 데이터를 확보하고, 미세먼지 및 암모니아 발생특성을 구명하고자 한다.

거버넌스 기반의 지역단위 양분관리 전략수립

서일환 ( Il-hwan Seo ),오병욱 ( Byung-wook Oh ),양승현 ( Seung-hyun Yang ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

우리나라는 제한된 국토를 효율적으로 활용하기 위하여 집약적 농축업을 수행하고 있다. 생산성의 향상을 위하여 2016년을 기준으로 농약과 비료는 각각 11.8, 268 kg/ha를 사용하여 다른 OECD 국가들과 비교 시 매우 높은 수준이며, 가축의 사육밀도도 높은 편이다. 특히 양분의 투입량(Input)과 산출량(Output)의 차이를 통하여 산정하는 질소 양분수지의 경우, OECD 국가 중 1위이다. 가축분뇨 퇴액비, 유기질 및 무기질 비료를 포함하여, 과잉 투입되는 양분으로 인한 환경오염문제를 해결하기 위하여 양분관리제도의 도입이 필요하다. 양분관리를 위해서는 가축분뇨의 발생, 처리, 자원화, 에너지화와 농경지에 대한 적정한 비료의 살포, 수질, 대기, 토양에 대한 환경문제 등 포함하는 범위가 넓기 때문에 특정한 해답을 찾는 것이 매우 어려우며, 지역에 따른 주요 축종, 작목, 토지이용방식, 수질 관리방안이 고려되어야 한다. 따라서 양분관리에 관련된 이해당사자들의 의견을 효과적으로 수렴하고, 지역의 특성에 맞는 상향식(bottom-up) 사업도출을 위하여 지역 거버넌스를 구성하는 것이 중요하다. 지역중심의 양분관리를 위하여 우선 시행하여야 하는 것은 실시간으로 데이터를 확보할 수 있는 체계를 구축하고, 사육두수가 지속해서 증가하지 않도록 관리하는 것이다. 이와 동시에 경축순환을 기초로 가축분뇨의 수거 및 이송, 자원화 및 살포 등을 이끌어 갈 수 있는 신규 시장을 창출할 수 있는 지원제도의 도입이 필요하다. 좋은 제도와 방향을 제시하더라도 사업시행의 주체가 되는 농민들의 참여가 없으면 곤란하기 때문에 농업환경에 대한 중요성에 대한 교육·홍보 활동과 노동력 및 부가적인 수익을 창출할 수 있는 환경을 조성하여야 한다. 양분관리는 지역에 따라서 주요 축종, 토양환경, 주요 작물, 지역사회의 특성이 모두 달라 고정된 틀에서 수행하는 것이 곤란하기 때문에, 지역 중심의 거버넌스를 기반으로 지역에 따른 특성을 고려한 현실적인 대안을 도출할 수 있도록 거버넌스의 구축 및 운영에 대한 방법을 제시하고, 지속적인 관리와 피드백, 장기적인 정책개선을 통하여 양분관리의 목표를 달성할 수 있도록 유도하는 것이 중요하다.

농업지역 대기질 모니터링을 위한 대상지역 및 측정소 설계

서일환 ( Il-hwan Seo ),오병욱 ( Byung-wook Oh ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

온실가스와 탄소배출 저감 및 미세먼지 등 농업에서의 대기질에 대한 관심이 증대되고 있으며, 특히 암모니아는 국내 배출량의 약 80% 정도가 농업부문에서 발생되고 있다. 암모니아는 2차생성 미세먼지의 전구물질로서 미세먼지 및 암모니아에 대한 적정한 현장에서의 관리목표를 수립하고, 사업에 대한 영향을 검토하기 위하여 기본적인 농촌지역의 농업대기질에 대한 기초데이터를 확보하는 것이 중요하다. 특히 농업은 타 산업과는 다르게 작목에 따라서 비료를 시비하는 특정시기에 암모니아의 농도가 증가하거나, 농작업을 위한 경운, 수확 시 미세먼지의 농도가 증가하는 등 작업 및 영농방식에 따라 시공간적인 배출특성의 연중변동이 심하기 때문에 장기적인 연속모니터링을 수행하여야 한다. 이에 본 연구에서는 농업대기질 측정을 위하여 미세먼지(PM-10, PM-2.5), NH3, NOx, SOx를 실시간으로 모니터링하기 위하여, 대표적인 작목과 대상지역을 지역별 분배와 작목별 분배를 바탕으로 배분하여 적정한 설치 지역 및 측정소 설치위치를 결정하였다. 또한 농업 대기질에 대한 연속적인 데이터의 확보를 위하여 측정 프로토콜을 정립하였으며, 공인된 모니터링 장비를 바탕으로 암모니아, 미세먼지 등 대기질을 측정하기 위한 측정소를 설계하였다. 측정장비는 데이터 품질향상을 위하여 주기적으로 검정 및 센서교체를 수행하며, 현장조사를 기반으로 영농활동과 함께 대기질에 영향을 미칠 수 있는 환경적 특이사항을 기록하여 장기적으로 기초데이터를 수집할 수 있는 기반을 마련하였다. 지속적으로 수집되는 농업대기질 빅데이터는 시기별, 작목별, 영농활동별 배출특성을 연구하기 위하여 사용될 수 있으며, 향후 농업대기질 측정망 구축을 위한 가이드라인을 마련하기 위하여 활용될 수 있다.

육계사 내 작업자의 미세먼지 노출량 현장모니터링

서효재 ( Seo Hyo-jae ),오병욱 ( Oh Byung-wook ),김효철 ( Kim Hyo-cher ),신소정 ( Sin So-jung ),서일환 ( Seo Il-hwan ) 한국농공학회 2020 한국농공학회논문집 Vol.62 No.5

As domestic meat consumption increases, the broiler production industry has been larger and denser. The concentration of particulate matter (PM) and harmful gases generated is also increasing inside livestock house. However, the current research status of PM exposed to farm workers and the health effects are in the early stage. To understand PM concentration affecting workers in the broiler house, field monitoring was conducted according to its size distributions. Concentrations of PM₁₀, PM_2.5, and TD (Total Dust) were monitored using personal air samplers with teflon filter during working and moving periods considering the ventilation systems of 6 broiler houses. The purpose of this study is to monitor the PM concentration in the experimental broiler houses operated by forced ventilation system generally used in Korea and to evaluate the regional concentrations through airflow pattern. The PM concentrations were increased from inlet to outlet vents resulting in 1,872 of TD, 1,385 of PM10, and 209 ㎍/㎥ of PM_2.5, respectively. The TD and PM₁₀ concentrations were increased when the workers and broilers were moving. Among them, the particle size that occupied the largest amount of PM was 13.75 ㎛. These results suggest that personal protection equipments are important to reduce the health effect from PM inhalation.