강제 환기식 육계사 다중 입기 슬롯에서의 입기류 도달거리 분석

권경석,하태환,이인복,홍세운,서일환,Kwon, Kyeong-Seok,Ha, Tae-Hwan,Lee, In-Bok,Hong, Se-Woon,Seo, Il-Hwan,Jessie, P. Bitog 한국농공학회 2012 한국농공학회논문집 Vol.54 No.2

In the winter season, when the ventilation system is operating, the fresh cold air from the slot-type openings of broiler house which directly reached the animal zone can cause various problems such as thermal stress, decreasing of feed and water consumption, occurrence of respiratory disease, and etc. Therefore it is very important to control the trajectory of aero-flow from the slot openings to induce an efficient thermal heat change. Jet-drop distance model was proposed to predict and control the jet-trajectory. However their study was restricted due to the small scaled model and difficulties of measuring the Jet-drop distance. In this study, CFD was applied to analyze qualitatively and quantitatively the jet-drop distance in a real broiler house. The various variables were considered such as installed slot-angle, designed ventilation rate, and the outdoor ambient temperature. From the present study, two linear-regression models using the Jet-drop factor and corrected Archimedes number, and their R-squared values 0.744 and 0.736, respectively, were used. From this study, the applicability of CFD on the analysis of Jet-drop distance model was confirmed.

전산유체역학 기법을 이용한 돈사 내 습식 공기 정화기의 적정 위치 설계

권경석,이인복,황현섭,홍세운,서일환,최지선,송상현,문운경,Kwon, Kyeong-Seok,Lee, In-Bok,Hwang, Hyun-Seob,Bitog, Jessie.P.,Hong, Se-Woon,Seo, Il-Hwan,Choi, Ji-Sun,Song, Sang-Hyeon,Moon, Oun-Kyung 한국농공학회 2010 한국농공학회논문집 Vol.52 No.3

In South Korea, as the living standard has been getting higher, meat consumption is steadily increasing. To meet the country's demand, livestock houses become larger and wider with increased raising density. In larger livestock houses, pollutants such as flake of pig skin, excrement, odor, various dusts and noxious gas like ammonia are excessively accumulated inside the facility. These will cause weak immunity for the pigs, diminution of productivity and degeneration of working condition. These problems can be solved through the ventilation performance of the facility. In the winter time, ventilation must be controlled to minimum to maintain a suitable thermal condition. However, this affects the other internal environmental condition because of the minimum ventilation. The installation of "wet air cleaner" especially in the winter time can be an alternative solution. For efficient application of this machine, there is a need to understand the existing ventilation condition and analyze the interaction of existing ventilation system with the wet air cleaner considering its appropriate location. In this study, the existing ventilation system as well as the internal environmental condition negatively inside the facility with the wet air cleaner has been studied using CFD technology. The CFD simulation model was validated from the study conducted by Seo et al. (2008). Results show that the elimination rate of ammonia was 39.4 % and stability could be improved to 35.1 % (Comparing case 5 to 1 where wet air cleaner machine was not used). It can therefore be concluded that case 5 shows the optimum location of a wet air cleaner in the livestock house.

비육돈사 작업 종사자의 호흡기 관련 공기 중 분진 농도 측정 및 분석

권경석,이인복,황현섭,하태환,하정수,박세준,조예슬,Kwon, Kyeong-Seok,Lee, In-Bok,Hwang, Hyun-Seob,Ha, Tae-Hwan,Ha, Jung-Soo,Park, Se-Jun,Jo, Ye-Seul 한국농공학회 2013 한국농공학회논문집 Vol.55 No.5

In swine house, dust generation comes from various sources and is known to be harmful both for the animals and the farmers because the dust contains biological and gaseous matters. When farmers are constantly exposed to the dusts, they can suffer chronic or acute respiratory symptoms and have high probability of manifesting various diseases. To address this problem, understanding of the mechanism of dust generation is very important. In this paper, the dust concentration of inhalable, respirable, TSP and $PM_{10}$ were monitored and analyzed according to the pig-activity level, ventilation quantity and feeding method in fattening pig house. From the measured results, in case of the concentration of TSP, an inverse-linear relation with ventilation rate ($R^2=0.88$) and linear relation with the installation height of feed supply pipe ($R^2=0.73$) were determined. However in case of the concentration of $PM_{10}$, no particular relationship with the variables was observed. Using the concentration of inhalable and respirable dust based on the pig-activity level, multi-variate regression analysis was conducted and results have shown that the movement of pigs can contribute to the dust generation (p<0.05, $R^2=0.71$, 0.61). The relationship determined between dust generation and environmental variables investigated in this study is very significant and useful in conducting dust-reduction researches.

강제환기식 계사의 공기 중 분진 농도 측정 및 바닥재로부터의 분진 발생량 분석

권경석,조예슬,이인복,하태환,홍세운,Kwon, Kyeong Seok,Jo, Ye Seul,Lee, In Bok,Ha, Tae Hwan,Hong, Se Woon 한국농공학회 2014 한국농공학회논문집 Vol.56 No.6

Confined and mechanically ventilated broiler house has been recently come into wide use to increase productivity and control rearing conditions. However, high dust concentration inside facility can threaten respiratory welfare of farmers and broilers. In Korea, there is no regulation in terms of air quality control inside agricultural facilities and sufficient data is not available. To cope with these, periodic monitoring of inhalable and respirable dust concentration were conducted according to season, broiler's activity and specific events such as shipment work for broilers in mechanically ventilated broiler house. Chamber experiment was also designed to analyze mechanism of dust generation from ground beds according to water contents and surrounding wind environment. Results showed that significant increase of inhalable (p=0.002) and respirable (p=0.03) dust were observed when activity of broilers was high according to entrance of the workers. Even shipment work for matured broilers, high level of dust were observed; inhalable dust was exceeded the threshold limit over maximum 303 % and respirable dust was over maximum 1,550 %, implying that acute respiratory symptoms could be manifested for the workers. From the chamber experiment, critical water contents for interrupting of dust generation were measured; about 45 % for inhalable dust and about 50 % for respirable dust. These results can be a trigger for designing plan of dust control however it still needs consideration of various environmental conditions, hygiene problems, etc.

전산유체역학을 이용한 강제환기식 육계사의 입기류 도달거리 분석

권경석 ( Kyeong-seok Kwon ),이인복 ( In-bok Lee ),홍세운 ( Se-woon Hong ),서일환 ( Il-hwan Seo ),하태환 ( Tae-hwan Ha ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

국내 대다수 육계사의 동절기 환기 시스템은 측벽에 설치된 배기 팬 및 다수의 입기 슬롯을 이용한 크로스 환기운영 방식을 채택하고 있다. 그러나 상대적으로 밀도가 높은 차가운 외기가 계군으로 그대로 도달할 경우 계군의 열적스트레스를 유발하여 각종 호흡기성 질병의 원인뿐만 아니라 닭의 쏠림, 성장 저하, 면역력 저하, 폐사율 증대 등 경제적 손실을 야기한다. 따라서 차가운 외기가 계군 내로 도달하는 것을 방지하고 최대한 내부 상단에 존재하는 따뜻한 공기층과 열교환이 이루어지도록 입기류를 유도하는 것이 중요하다. 이에 Zhang 등 (1996, 1999)은 실험실 규모의 축산시설 모형을 대상으로 공간으로 유입되는 기류의 궤적 조절에 대한 기초 연구를 위하여 아르키메데스 수 등을 이용한 입기류 도달거리(Jet-drop distance) 모델을 제시한 바 있다. 이들에 따르면 입기류는 공기 자체가 보유하고 있는 열적에너지, 내부 온도, 유입 각도, 입기구 인근 압력 차, 입기구의 수리학적 형상 등 다양한 요인의 영향을 받는다고 보고하였고 실험을 통하여 아르키메데스 수, Jet-drop factor, 수정 아르키메데스 수 등 다양한 변인과 도달거리간의 상관관계를 도출하였다. 그러나 도달거리 산정에 있어서 이의 정성·정량적 평가가 어려우며 측정 및 판단에 연구자의 주관성이 관여되고, 내부 복잡한 공기 유동 변화에 따른 데이터의 안정성 문제 등을 거론한 바 있다. 또한 실험 모형의 입기슬롯이 1개, 3개에만 국한되는 등 실제 육계사 환기 운영 연구 적용에는 부족하다. 이에 본 연구에서는 전산유체역학기술을 이용하여 Lee 등 (2007)에 의하여 검증된 크로스 강제 환기 방식의 육계사 모형을 대상으로 다중 입기 슬롯으로부터의 입기류 도달거리를 측정하고 이에 대한 특성을 파악하고자 하였다. 다양한 환경 조건에 따른 도달거리 산정을 위하여 슬롯의 설치각도, 외기조건, 6가지 환기량을 변수로 설정하여 총 108가지의 실험 조건을 구성하여 비정상상태에 대하여 계군 평균 높이에서의 온도 변화를 모니터링 하였다. 입기류 도달거리의 산정은 먼저 정성적인 유동장 및 온도장 분석을 통하여 free-jet 조건에 부합되는 결과를 추출하고 계군 높이에서의 온도 데이터를 토대로 정성적 결과와 함께 각 환경 조건에 따른 입기류 도달거리 값을 결정하였다. 도달거리 산정에 있어 실제 실험에서 발생할 수 있는 free-jet조건에 위배되는 경우, 온도 최저구간이 1개 이상 발견되는 경우 등에 대하여 전산유체역학을 이용한 분석의 당위성을 확보할 수 있었으며 추출된 도달거리 데이터를 토대로 입기류 도달거리와 Jet-drop factor 및 수정 아르키메데스 수와의 선형회귀 분석을 수행하였다. Jet-drop factor를 이용한 회귀 모델 A의 경우 단순회귀분석법을 통하여 각각의 회귀 계수를 산정하였고 표본 자료를 통한 결정계수는 0.744수준이었다(P<0.055). 모델 B의 경우 결정계수는 0.737 수준으로(P<0.005) 모델 A와 비교하여 큰 차이를 보이지는 않았다. 본 연구를 통하여 해당 이론과 전산유체역학 시뮬레이션의 접목에 대한 활용 가능성에 대한 검토를 수행하였으며 향후 현장 검증 실험 등을 통하여 시뮬레이션 모델의 정확도 향상, 새로운 변수 도출 및 예측 모델 등의 후속 연구가 필요하다. 향후 다양한 환기 조건에 따른 입기류 도달거리선형 모델 및 데이터베이스 구축을 통하여 동절기 환기 시스템의 탄력적인 운영 및 열환경 조성에 기여할 수 있을 것이라 판단된다.

제3발표장 : 생물생산시설 및 환경공학 분야 ; 양돈시설 작업 종사자의 호흡기 관련 복지 증진을 위한 공기 중 에어로졸의 측정 및 분석

권경석 ( Kyeong Seok Kwon ),이인복 ( In Bok Lee ),황현섭 ( Hyun Seob Hwang ),홍세운 ( Se Woon Hong ),서일환 ( Il Hwan Seo ),하태환 ( Ta Hwan Ha ),하정수 ( Jung Su Ha ),박하아린 ( Ha Arin Park ) 한국농업기계학회 2013 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.18 No.1

윈치커튼식 계사의 시기 및 작업자 출입에 따른 분진 발생 농도 측정 연구

조예슬,권경석,이인복,하태환,박세준,김락우,여욱현,이상연,이승노,Jo, Ye-seul,Kwon, Kyeong-seok,Lee, In-bok,Ha, Tae-hwan,Park, Se-jun,Kim, Rack-woo,Yeo, Uk-hyeon,Lee, Sang-yeon,Lee, Seung-no 한국농공학회 2015 한국농공학회논문집 Vol.57 No.6

Improvement in domestic poultry production has a positive effect on the export competitiveness of the poultry industry. However, overproduction and enlargement of facilities to assure a supply increase a stocking density which make a poor environment in the broiler house. In particular, an intensive rearing environment is vulnerable to dust control that causes respiratory diseases, such as asthma, bronchitis, etc., to farmers and broilers. However, monitoring data and research for environment control are not adequate, and there are no air quality regulations in broiler houses in Korea. In this study, TSP, PM10, inhalable dust and respirable dust concentration were monitored according to season, age of broiler and broiler's activities. Air quality assessment was also performed in accordance with the threshold limit value by Donham et al. (2000). The TSP concentrations were 77.5 %, 219.7 % higher and PM10 concentrations were 121.2 %, 303.8 % higher when change of season and winter respectively than summer. There were significantly different concentrations according to season and age of broiler. Inhalable and respirable dust concentration were also clearly different according to the season and age of broiler. A high dust concentration was observed, specifically exceeding the threshold limit by 119 % in the winter. In the case of the broiler's motion was activity according to worker's access into the broiler house, concentration level was 769.6 % higher than broiler's motion was stable and exceeded the threshold limit. These results suggest that the worker should put on protective equipment to protect there's respiratory health in the broiler house.

축사 환기 기류를 이용한 소형 풍력 발전용 시스템의 개발 및 평가

홍세운 ( Se Woon Hong ),이인복 ( In Bok Lee ),황현섭 ( Hyun Seob Hwang ),권경석 ( Kyeong Seok Kwon ),하태환 ( Tae Hwan Ha ) 한국농업기계학회 2013 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.18 No.1

축사 배기팬을 이용한 소형 풍력 발전 시스템의 개발 및 평가

홍세운 ( Se-woon Hong ),이인복 ( In-bok Lee ),서일환 ( Il-hwan Seo ),권경석 ( Kyeong-seok Kwon ),하태환 ( Tae-hwan Ha ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

풍력 에너지는 저탄소, 친환경적인 이미지의 신재생 에너지로서 각광받고 있으며, 풍력 에너지를 축산 시설의 배기구에서 인공적으로 조성된 연중 지속적이고 고속인 한기 기류에 접목함으로써 풍력 에너지의 활용 방안을 제시하고, 더불어 최근 에너지 비용 상승으로 힘든 축산 농가에도 경제적인 도움을 줄 수 있다. 이에 따라 본 연구의 목적은 풍력에너지를 활용하여 축산 농가의 사육비를 절감할 수 있는 축산 농가 보급형 소규모 풍력 발전 시스템을 개발하는데 있다. 환기팬 후면의 복합한 기류의 프로파일을 얻기 위하여 tuft flow visualization 실험을 진행하고 이미지 분석을 통하여 기류의 방향 측정하였다. 이는 전산유체역학 시뮬레이션의 경계조건으로 활용되어 환기팬을 직접 모의하지 않고도 동일한 기류를 모의할 수 있는 편의를 제공한다. 분석된 기류를 기반으로 익요소운동량이론(BEMT)으로 블레이드의 형상을 설계하였다. 일반적으로 BEMT는 균일한 풍속 분포에 대한 설계방법을 제공하지만, 본 연구의 불균일한 기류 분포에 맞춰 BEMT의 설계 방법을 수정하여 도입하였다. 128개의 NACA 계열 익형을 대상으로 모두 설계를 진행한 후 최적화 과정을 통하여 최적의 성능을 보인 NACA63(2)-615 익형을 선정하였으며, 이에 대한 설계안을 선택하여 실제 제작에 적합하도록 보완하였다. 풍력 터빈용 블레이드는 컴퓨터가공을 이용하여 목재와 에폭시 수지로 각각 제작하였다. 발전기는 영구자석을 사용한 동기식 3상 교류발전기를 제작하였으며, 많은 실험을 거쳐 성능을 보완하였다. 전력 변환부와 전력 출력부는 풍력 터빈과 발전기가 최적의 출력을 낼 수 있도록 시행착오를 거쳐 제작되었으며, 타워부는 시스템의 구조적 안정성, 경제성, 심미성 등을 고려하여 디자인되었다. 이 외에도 디스플레이, 냉각팬 등의 악세사리를 구성하여 제품의 완성도를 높이고자 하였다. 풍력 발전 시스템을 제작하여 현장에 설치하고 성능을 측정한 결과, 풍력 발전 시스템은 안정적으로 300W의 전기를 생산하여 환기팬이 외부로 배출하는 약 1 kW 미만의 에너지 중 약 30% 정도를 다시 회수하여 가용 에너지로 변환하는 것으로 나타났다. 실제 발전기에서 전송되는 전기는 330W 정도로 나타났지만, 약 10% 정도가 전력 변환 과정에서 손실된 것으로 판단되었다. 또한 이러한 과정에서 기존의 환기 시스템의 부하를 측정한 결과 환기팬의 구동과 소요 전력에는 변화가 없었으며 환기량만 약 1.5 % 정도 감소하는 결과를 보여, 기존 환기팬으로의 부하는 거의 없는 것으로 판단되었다. 최종 풍력 발전 시스템의 활용 방안에 대하여 다각도로 모의하고 그 경제성을 분석하였으며, 풍력 발전 시스템에서 생산된 전기 에너지를 조명 장치와 연계하였을 때 가장 좋은 경제성을 보였다. 풍력 발전 시스템의 초기 투자비와 운영비를 고려하였을 때, 약 5년 만에 모든 비용을 회수하고 매년 약 800,000원 정도의 이익을 발생시킬 수 있는 높은 경제성을 보였으며, 가장 적절한 방안이라고 판단되었다.

추적가스 실험을 통한 축사 내 질병 확산 분석

송상현,이인복,권경석,하태환,홍세운,서일환,문운경,김연주,최은진,Song, Sang-Hyeon,Lee, In-Bok,Kwon, Kyeong-Seok,Ha, Tae-Hwan,Bitog, Jessie P.,Hong, Se-Woon,Seo, Il-Hwan,Moon, Oun-Kyeong,Kim, Yeon-Joo,Choi, Eun-Jin 한국농공학회 2012 한국농공학회논문집 Vol.54 No.3

Recently, the livestock industry in Korea was heavily affected by the outbreak of official livestock diseases such as foot and mouse disease, high pathogenic avian influenza, swine influenza, and so on. It has been established that these diseases are being spread through direct contact, droplet and airborne transmission. Among these transmissions, airborne transmission is very complex in conducting field investigation due to the invisibility of the pathogens and unstable weather conditions. In this study, the airborne transmission was thoroughly investigated inside a pig house by conducting tracer gas ($CO_2$) experiment because experiment with real pathogen is limited and dangerous. This is possible as it can be assumed that the flow is similar pattern very fine particles and gas. In the experiment, the ventilation structure as well as the location of gas emission were varied. The $CO_2$ detection sensors were installed at 0.5 and 1.3 m height from the floor surface. The tracer gas level was measured every second. Results revealed that the direction of spread can be determined by the response time. Response time refers to the time to reach 150 ppm from the gas emission source at each measuring points. The location of the main flow as well as the gas emission was also found to be very important factor causing the spread.