하절기 자돈 고온 스트레스 평가를 위한 THI 지수 모의

하태환 ( Ha Taehwan ),권경석 ( Kwon Kyeong-seok ),이인복 ( Lee In-bok ),김락우 ( Kim Rack-woo ),여욱현 ( Yeo Uk-hyeon ),이상연 ( Lee Sangyeon ),최희철 ( Choi Hee-chul ),김종복 ( Kim Jong-bok ),이준엽 ( Lee Jun-yeob ),전중환 ( Jeon 한국농공학회 2018 한국농공학회논문집 Vol.60 No.4

Thermal stress of pigs causes decreased feed consumption and weight gain rate, immunosuppression, reproductive disorders, and increased mortality. The concept of the temperature-humidity index (THI) has been widely used to evaluate the degree of thermal stress of pigs. However, use of this concept is strongly restricted for animals living in the enclosed facilities. In this study, Building Energy Simulation (BES) technique was used to realize the energy flow among outside weather conditions, building materials, and animals. Especially, mechanisms of sensible and latent heat generation from pigs according to surrounding air temperature and their weight were designed to accurately evaluate the THI values inside the pig house. The THI values computed by the BES model were compared to those calculated by method of the report (NIAS, 2016), the model of this study predicted the start date of heat stress about 9∼76 days earlier compared to the NIAS model. Results of the BES model also showed higher frequencies of the THI above the THI threshold for pigs, indicating that conventional model has a possibility of underestimating the degree of heat stress of pigs.

광릉수목원 지역의 풍환경 예측을 위한 고해상도 복잡지형 CFD 모델 설계

하태환 ( Taehwan Ha ),이인복 ( Inbok Lee ),여욱현 ( Ukhyeon Yeo ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

국내 국토의 약 65%가 산지로 이루어져 있으며 산불, 산사태 등과 같은 산림 재배 발생 시 산악기상에 기초한 분석을 통하여 그 피해를 최소화할 수 있다. 하지만 현재 기상 자료의 대부분은 평지에서 관측되고 있으며 이를 보완하기 위해 국립산림과학원에서는 추가적으로 산악지역에 산악기상관측소를 설립하고 있다. 하지만 기상관측표준화법에 산악지역의 기상관측소 설치에 관한기준이 제시되어 있지 않으며 국제기상기구 (WMO)에서도 명확한 기준을 제시하고 있지는 않다. 단지, 나무나 건물과 같은 장애물로부터 장애물의 평균 높이로부터 10배 이상 이격할 것을 제안하고 있다. 따라서 적절한 산악기상관측소 설치를 위한 기초 데이터 확보를 위해 40m 높이의 기상관측 플럭스 타워가 설치되어 있는 광릉수목원 지역을 대상으로 고해상도 복잡지형 CFD 모델을 설계 및 검증하고자 하였다. 전산유체역학 모델의 지표면은 국토지리정보원에서 제공하는 수치지도를 이용하여 설계하였으며 산림청에서 제공하는 임상도를 이용하여 지역별 수종 분포를 고려하여 분할 설계하였다. 산림의 공기저항은 선행연구에서 산정된 공극 계수를 모델 내 다공성 물질로 구현하여 사용자 정의함수로 적용하였다. 설계된 전산유체역학 모델의 검증은 총 5가지 난류 모델(standard k-ε, RNG k-ε, realizable k-ε, standard k-ω, SST k-ω)을 대상으로 활엽수림과 침엽수림을 선정하였으며, 풍속 및 풍향에 대한 현장 실측값과 전산유체역학 모델 결과값의 상관계수와 결정계수를 통하여 수행하였다. 그 결과, standard k-ε 난류 모델이 대상 영역에 있어서 공기 흐름을 잘 모의하는 것으로 나타났다. 또한 산림 캐노피 내에서의 기류를 보다 정확히 모의하기 위하여 현장실험을 진행하여 대상 수종의 공극저항계수를 도출하였다.

축산냄새 확산 예측을 위한 축산냄새 확산 현장 실험 및 CFD 모델 개발

하태환 ( Taehwan Ha ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

축산업의 발전과 함께 가축 사육두수가 증가하고 있으며, 2017년 기준으로 양돈산업의 사육규모는 약 1,051만두에 달하는 실정이다. 이와 함께 축산 분뇨의 발생량 또한 함께 증가하고 있으며 2015년 기준 약 6,326만 ㎥의 가축분뇨가 발생하였으며, 이 중에서 약 53.0%인 3,352만 ㎥의 분뇨가 양돈산업에서 발생하였다. 축산냄새는 감각적이고 주관적인 오염물질로서 축산시설의 밀집화, 귀농인구의 증가, 신도시 개발에 따른 축산시설과 주거지간 이격거리 감소 등의 여러 복합적인 원인으로 인하여 축산냄새에 대한 지역주민의 민원이 급증하고 있는 실정이다. 실제로, 악취 민원은 해마다 증가하고 있으며 2001년 기준으로 2,760건이던 악취 민원이 2015년 기준으로 15,573건으로 약 560% 증가하였으며, 전체 악취 민원 중에서 약 35%의 민원이 축산업 관련 업종에서 발생하였다고 보고되고 있다. 이처럼 축산냄새 관련 문제가 최근 심각하게 대두됨에 따라 정부 규제는 정차 강화될 수밖에 없으며 이에 따른 축산놈가의 부담이 가중될 것으로 예상되기 때문에 양돈장에서 발생하는 축산냄새가 주변 주거시설에 미치는 영향을 정량적으로 평가해야 할 필요성이 있다. 이를 위해서 본 연구에서는 현장실험의 제한사항을 극복하고 악취 확산에 대한 체계적인 자료의 확보 및 분석을 위하여 공기유동 해석에 근거한 3차원 CFD 시뮬레이션 모델을 활용하고자 하였다. 개발된 CFD 모델을 이용한 축산냄새 확산 예측 결과의 신뢰도를 확보하기 위해서 현장 실험을 통해서 돈사에서 발생한 축산 냄새의 주변 확산 경향을 측정하였다. 현장에서의 축산 냄새 확산은 실험 대상 돈사에서부터 풍하측으로 거리에 따른 공기 중 암모니아 농도 측정 및 거리에 따라서 포집된 공기 시료의 관능평가를 통해 측정하였다. 돈사에서 발생한 축산 냄새의 대기 중 확산을 측정함과 동시에 실험이 진행되는 동안의 기상환경을 분석하기 위하여 휴대용 기상대를 측정하여 현지 풍속, 풍향, 기온 등을 측정하였으며, 대기안정도를 측정하기 위하여 휴대용 온습도센서를 이용하여 지면에서부터 5 m 간격으로 고도별 온도변화를 측정하여 온도경사를 분석하였다. 3차원 CFD 모델의 지표면은 국토지리정보원에서 제공하는 수치지도를 이용하여 산악지역의 경사를 반영하여 설계하였다. 실험 대상 돈사를 중심으로 직경 4 km 지역을 관심지역으로 하여 3차원 수치지도를 이용한 3차원 지형모델을 설계하였으며 유동의 안정화를 위하여 관심지역 외부 4 km 영역을 버퍼영역으로 설계하여 점진적으로 고도가 낮아지도록 설계하였다. 설계된 3차원 CFD 모델의 검증은 다양한 난류 모델(standard k-∈, RNG k-∈, realizable k-∈, standard k-w, SST k-w)과 격자 크기에 대해서 수행하였다. 검증된 3차원 축산냄새 확산 CFD 모델을 활용하여 산악지역에 위치한 돈사에서 발생한 축산냄새의 확상을 정량적으로 분석할 수 있을 것으로 기대되며, 돈사 운영조건 (환기량, 환기 형태 등) 및 돈사 구조적 특징과 축산냄새의 확산 간의 상관관계를 도출할 수 있을 것으로 기대된다.

공기 중 바이러스 포집 장비의 효율성 평가 및 운용방안 제시

하태환 ( Taehwan Ha ),이인복 ( In-bok Lee ),홍세운 ( Sewoon Hong ),서일환 ( Ilhwan Seo ),권경석 ( Kyeong-seok Kwon ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

축산 산업에서 구제역, 고병원성 조류독감, 돼지생식기호흡기증후군과 같은 전염병에 의한 경제적 손실은 심각한 실정이다. 2010년 11월에 발병한 구제역의 경우 그 경제적 피해가 약 3조원에 달하며 이는 연간 축산 산업 생산액의 23%에 달하는 수치이다. 최근 축산 산업의 거대화 및 집중화 등으로 인하여 질병 감염의 위험성은 증가하고 있는 실정으로 질병의 전파를 분석하기 위해서는 직접 접촉뿐만 아니라 공기 중 전파와 같이 간접적인 요인들도 고려해야 한다. 축산질병의 공기 중 전파의 가능성은 1900년대 초에 제시되었으나 현장 실험을 통한 공기 중 질병의 전파에 대한 연구는 현재도 어려운 실정이다. 게다가 현장에서의 공기 중 바이러스를 검출하기 위한 적정 실험법도 정립되어 있지 않다. 따라서 이번 연구에서는 공기 중 바이러스를 검출하는 장비들의 효율성을 평가하고자 한다. Air-sampler, Bio-sampler, Compact-Cascade-Impactor(CCI), Microflow 및 Passive sampler에 대해서 돼지생식기호흡기증후군(PRRS) 바이러스를 대상으로 검출 성능을 비교하는 실험을 진행하였다. 실험을 통해 얻어진 시료는 RT-PCR 분석법으로 바이러스 농도를 분석하였으며 분석을 통해서 얻어진 Agarose Gel 이미지를 밝기 강도에 따라서 다섯 등급으로 분류하여 각 장비의 바이러스 검출 효율성을 분석하였다. 모든 실험 케이스에서 Air-sampler와 Bio-sampler가 다른 장비들에 비하여 보다 효과적인 것으로 확인되었다.

산악지역 풍환경 예측 오픈소스 CFD 모델 개발 및 기상관측타워의 적정 설치방법 제안

하태환 ( Taehwan Ha ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

산악지역에서의 정확한 기상정보 관측, 산불이나 산사태와 같은 산악재해의 예측 및 오염물질의 확산을 예측하기 위해서는 기상환경 관측소의 설치가 중요하다. 하지만 국내 기상관측소 설치 기준은 평지에 대한 설치방법만을 제시하고 있을 뿐, 산악지역에 대한 설치방법은 제시하고 있지 않다. 기상관측시스템의 적정 높이 및 기상관측시스템이 설치되는 개벌지의 적정 크기를 결정하기 위해서는 주변 수목의 종류, 수고, 개벌지의 크기 등 다양한 환경조건에서의 개벌지 내 풍환경을 분석해야 한다. 따라서 본 연구에서는 Opensource CFD 패키지를 이용하여 산악지형에서의 풍환경을 예측하기 위한 고해상도 3차원 CFD 모델을 개발하여 산악지역 내 기상관측타워의 적정 설치방법을 제안하고자 한다. 3차원 CFD 모델은 국토지리정보원에서 제공하는 수치지도를 이용하여 개발되었다. 그리고 대상지역에 분포하고 있는 수목의 공기역학적 저항성을 구현하기 위해서 산림청에서 제공하는 임상도를 이용하여 대상지역 내에 분포하고 있는 수목의 종류에 따른 지역을 구분하였다. 수목의 캐노피가 분포하고 있는 영역을 다공성 매체로 설계하여 공기역학적 저항성을 구현하였으며 수목의 저항계수는 현장실험을 통해 도출하였다. 3차원 오픈소스 CFD 모델을 검증하기 위해서 다양한 격자 크기와 난류 모델에 대해서 시뮬레이션을 진행하였으며 현장에서 관측된 풍환경 데이터와의 비교를 통해서 3차원 CFD 모델을 검증하였다. 모델 검증 결과 6.25 m 크기로 3차원 모델을 설계하고 Standard k-ε 난류 모델을 사용하였을 때 산악지역의 풍환경을 적절하게 모의함을 확인하였다. 검증된 CFD 모델을 이용하여 수목의 종류, 수목의 높이, 수목의 공기역학적 저항성, 개벌지의 크기 등 다양한 환경조건에 대해서 개벌지 내 풍환경을 분석하고 산악지역 내 기상관측소 설치를 위한 적정 방법을 제시하였다.

CFD 시뮬레이션을 이용한 광릉수목원 지역의 토지이용도에 따른 이산화탄소 플럭스 및 이의 흐름 모의

하태환 ( Taehwan Ha ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

우리나라는 연중 사계절의 변화에 따라 기상 변화가 뚜렷하며 국토 면적의 약 64%가 산지로 구성되어 있다. 이처럼 수많은 산지가 혼재된 국내 환경에서 격자의 크기가 수 km에 이르는 종관 규모의 기상장을 이용한 산간·농림 지역의 미기상 모의 및 예측에는 한계를 수반하고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 Scaling 기법을 이용한 산간·농림 지역의 미기상 예측의 한계를 극복하기 위하여 복잡한 지형에서의 기상 환경 예측에 강점을 지니고 있는 CFD 시뮬레이션 기법을 이용하여 산간·농림 지역에서의 플럭스 모의 및 예측을 수행하였다. 연구를 위하여 활엽수림, 침엽수림 및 농경지 등 다양한 토지이용도가 혼재되어 있으며 기상 관측타워가 2개소 설치되어 있는 광릉수목원을 대상지역으로 선정하였다. 선정된 대상지역의 미기상 분석을 위하여 정부에서 제공하는 수치지형도의 고도 정보를 기반으로 SketchUp, Rhinoceros, Gambit 등의 다양한 전처리 프로그램을 이용하여 3차원 지형 모델을 설계하였다. 이렇게 설계된 3차원 지형 모델에서 토지이용도에 따른 이산화탄소 플럭스의 개별적인 적용을 위하여 위성 영상 및 GIS 정보를 이용하여 지형 모델을 분할하였다. Scan line corrector(SLC)의 기계적 결함으로 인하여 현재 SLC-off모드 상태로 데이터를 제공하고 있는 Landsat 7 ETM+ 위성자료를 대체하여 Landsat 8 OLI 위성자료를 이용하였다. 획득한 위성영상을 이용하여 토지이용도를 분류하기 위하여 감독분류 기법을 사용하여 위성영상을 통해서 확실하게 구분이 가능한 지점을 훈련지역으로 설정한 뒤 모수적 분류법을 이용하여 토지이용도를 작성하였다. 이렇게 감독분류 기법으로 1차 분류한 뒤 오분류된 지역에 대해서는 정부에서 제공하는 토지이용현황도를 이용하여 재분류하였다. 이후 토지이용도에 따라 분류된 3차원 지형 모델의 권역별로 개별적인 이산화탄소 플럭스 모의를 위하여 이전 연구자들에 의해서 개발되어 있는 토지이용도면 플럭스 발생 예측모델을 확보하고 본 연구에서 사용한 CFD 모델에 적용이 가능하도록 C언어 기반으로 User define function (UDF) 모델을 개발하였다. 개발된 모델들과 기상장을 3차원 CFD 시뮬레이션 모델과 연동하여 비정상상태의 실시간 시뮬레이션을 해석하여 대상지역의 미기상 및 플럭스발생에 대해서 정량적인 모의를 실시하였다. 이 후 도시농림기상센터의 광릉 활엽수림 기상관측 타워 및 침엽수림 타워의 풍속, 풍향, 탄소 배출량 등의 관측 데이터를 이용하여 개발한 미기상 모델의 정확도를 향상시키고 검증을 실시하였다. 최종적으로 검증된 미기상 모델을 활용하여 이상화탄소 플럭스를 모의하고 토지이용도 권역별 이산화탄소 플럭스의 가중치를 평가할 수 있을 것으로 기대된다.

풍동실험을 통한 서양측백나무와 농업용방풍망의 공기역학계수 평가

하태환 ( Taehwan Ha ),김종복 ( Jong-bok Kim ),권경석 ( Kyeong-seok Kwon ),양가영 ( Ka-young Yang ),장동화 ( Dong-hwa Jang ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-

강제환기식 육계사 국내표준 모델의 냉난방부하 분석

하태환 ( Taehwan Ha ),권경석 ( Kyeong-seok Kwon ),김종복 ( Jong-bok Kim ),장동화 ( Dong-hwo Jang ),김병현 ( Byeong-hyeon Kim ),판반뎃 ( Vandet Pann ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

축사 건축물의 에너지부하 발생량에 대한 예측 및 평가 기술은 축사 설계 및 건축 단계에서의 경제성 및 축사 운영 시 에너지 이용 효율성 제고를 위해 매우 중요하다. 하지만 국내 표준 축사모델에 대한 에너지부하는 분석된 바 없으며 없으며 대부분 농장주 및 건축사의 경험과 노하우에 의존하여 지어지고 있는 실정이다. 본 논문에서는 한국 축사표준설계도에 고시된 육계 사육시설을 대상으로 건물에너지시뮬레이션 기법을 이용하여 에너지부하를 분석하였다. 지역, 기상, 건물규격, 배치방향, 벽체의 단열특성 조건에 따라 육계 사육 시설 내부의 에너지흐름을 계산하여, 냉난방 에너지부하를 산출하였다. 이 과정에서 외부 기상조건 및 시설 내부 온도, 습도 조건에 대응하여 닭의 현열, 잠열 발생량 및 환기 요구량이 실시간으로 계산되도록 모델을 설계하였다. 모델 검증 결과 현장 실측 온도와 BES 수치 해석 모델을 통해 모의된 온도의 차이는 평균 0.4 ℃, 관측치와 모의치 간의 MAPE는 2.6% 수준으로 평가되었다. 건물의 배치 방향의 경우 기간난방부하 측면에서는 남동~북서 혹은 북동~남서 방향으로 배치할 때 평균 2.54% 저감 효과가 있으며, 기간냉방부하 측면에서는 남~북 방향으로 배치하는 것이 평균 9.7% 가량 유리한 것으로 분석되었다. 계사 건축계획 수립 시 각 에너지부하 규모에 따른 전기, 유류 비용 등을 복합적으로 고려하여 에너지 이용 측면에서 유리한 배치 전략을 수립하는 것이 필요하다. 또한 벽체 및 지붕의 단열 성능에 따른 기간난방부하를 비교해보면 지붕의 단열 성능을 변경시키는 경우 벽체의 단열 성능을 변경하는 것보다 약 1.15배 유리한 것으로 도출되었다.

Deep Q-Network 기반 복호 후 전달 릴레이 시스템 최적 SNR 임계값 설계

하태환(Taehwan Ha),김재홍(Jaehong Kim),정진곤(Jingon Joung) 대한전자공학회 2023 대한전자공학회 학술대회 Vol.2023 No.6

Recently, a relay association system has been studied in cooperative communication to enhance communication performance. It can significantly improve the bit-error-rate performance by adaptively choosing the signal-to-noise ratio (SNR) threshold of the relay nodes based on their channel conditions. In this paper, we propose an optimal SNR threshold design for relay association in cooperative communication systems using a DQN (deep Q-network) algorithm. From numerical results, it is verified that the proposed method obtains the optimal SNR threshold similar to the existing heuristic method.

악취저감제 살포에 따른 양돈분뇨 내 오염물질 저감 효과

장유나(YuNa Jang),하태환(Taehwan Ha),조광곤(Gwanggon Jo),서시영(Siyoung Seo),우샘이(Saem Ee Woo),한덕우(Deug-Woo HAN),황옥화(Okhwa Hwang),정민웅(Minwoong Jung) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11