한우에게 급여하는 사료 내 에너지원의 종류에 따라 반추위 미생물의 아미노산 조성에 차이가 있는지를 조사하고자 본 연구를 수행하였다. 국내 한우 비육우 사육에 주로 이용되는 에너지원 사료인 옥수수(T1), 생미강(T2), 소맥(T3) 그리고 소맥피(T4)로 반추위 환경과 유사한 연속식 배양기를 이용하여 72시간까지 배양을 진행하였다. 배양이 진행되는 동안 6시간 간격으로 배양액의 발효 성상을 확인하였으며 pH, NH3-N이 일정하게 유지되는 것을 확인하였으며, 배양 종료 시점인 72시간대에 미생물체 단백질 합성량(MPS), 미생물의 아미노산 조성 및 미생물 균총 변화를 분석하였다. 배양액의 pH는 모든 처리구에서 배양 기간동안 5.5~7.0을 유지하였다. Total VFA 농도는 T1이 23.13 mM으로 가장 낮았고, T4가 29.93 mM으로 가장 높았다(p<0.05). A (acetate) :P (propionate) 비율은 T1이 1.48로 가장 낮았으며, T4가 2.81로 가장 높게 나타났다 (p<0.05). Butyrate는 T1이 2.37 mM으로 가장 낮았으며, T2, T3 그리고 T4는 4.37~4.58 mM으로 차이가 없었다(p<0.05). MPS는 T2 (332.5 mg/L)와 T3 (320.2 mg/L)가 높았고 T1 (137.5 mg/L)와 T4 (154.2 mg/L)로 낮게 나타났다(p<0.05). DGGE band 분석결과 모든 처리구는 57.5 % 이하의 유사도가 나타났다. 미생물의 총 아미노산 함량은 T1 (31.59 %)과 T3 (31.33 %)가 가장 높았으며, T2 (20.09 %)가 가장 낮았다 (p<0.05). 이는 급여된 사료 내 총 아미노산 함량과 반대되는 결과로 나타났다. 따라서, 본 연구에서 한우 급여 에너지원 사료에 따른 반추위 내 미생물 발효 특성과 미생물체 단백질 합성량이 미생물 군집에 영향을 미치며 이에 따라 미생물의 총 아미노산 함량에 영향을 미친다는 것을 확인하였다.

수소는 다양한 신재생에너지 중 환경친화적인 에너지로 각광받고 있지만 농업에 적용된 사례는 드물다. 본 연구는 수소 연료전지 삼중 열병합 시스템을 온실에 적용하여 에너지를 절 약하고 온실가스를 줄이고자 한다. 이 시스템은 배출된 열을 회수하면서 수소로부터 난방, 냉각 및 전기를 생산할 수 있다. 수소 연료 전지 삼중 열 병합 시스템을 온실에 적용하기 위해 서는 온실의 냉난방 부하 분석이 필요하다. 이를 위해서는 온 실의 형태, 냉난방 시스템, 작물 등을 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 건물 에너지 시뮬레이션(BES)을 활용하여 냉 난방 부하를 추정하고자 한다. 전주지역의 토마토를 재배하 는 반밀폐형 온실을 대상으로 2012년부터 2021년까지의 기 상데이터를 수집하여 분석했다. 온실 설계도를 참고하여 피 복재와 골조를 모델화하여 작물 에너지와 토양 에너지 교환을 실시했다. 건물 에너지 시뮬레이션의 유효성을 검증하기 위 해 작물의 유무에 의한 분석, 정적 에너지 및 동적 에너지 분석 을 실시했다. 또한 월별 최대 냉난방 부하 분석에 의해 평균 최 대 난방 용량 449,578kJ·h-1, 냉방 용량 431,187kJ·h-1이 산정 되었다.

The crisis of climate change aroused international needs to reduce the greenhouse gas emission in energy sector. Government of South Korea formulated an agenda of carbon neutrality through announcing 2050 Net-Zero Carbon Scenario A and B in October 2021. As the power supply from renewable energy increases, it becomes a core element to take into account the daily intermittency of renewable energy in analyzing the upcoming energy plans. However, the existing yearly Load Duration Curve is insufficient for applying day and night power change in daily scale into energy mix analysis, since it derives the energy mix for whole year on the basis of classifying annual base load and peak load. Therefore, a new energy mix simulation model based on the daily power load and supply simulation is needed for the future energy analysis. In this study we developed a new model which simulates the average power supply and demand daily (over a 24 hour period) for each season. The model calculates the excess and shortage power during day and night by integrating each energy’s daily power pattern. The 2050 Net-Zero Carbon Scenario A was used for the model verification, during which the same amounts of power production from each energy source were applied: nuclear, renewable, carbon-free gas turbine, fuel cell and byproduct gas. Total power demand pattern and renewable energy production pattern were drawn from the data of 2017 power production, and Pumped-storage Hydroelectricity and Energy Storage System were used as day-to-night conversion. Detailed assumptions for each energy were based on the Basis of Calculation for Net-Zero Carbon Scenario from Government. The model was verified with three cases which were divided depending on the method of hydrogen production and whether the Curtailment and Conversion Loss (CCL) of renewable energy were considered or not. Case 1 assumed production of hydrogen occurred for 24 hours while not considering CCL, had 0% relative error in comparison of total annual power production, and case 2, considering CCL, had a 1.741% relative error. Case 3 assumed production of hydrogen occurred only during daytime with excess power and CCL consideration, yielded 0.493% relative error in total amount of hydrogen production, confirming that the model sufficiently describes the Government’s Scenario A with the input of total power production. This model is expected to be used for analyzing further energy mix with different ratios of each energy source, with special focus on nuclear and renewable energy sources.

To obtain the gamma-ray energy spectrum of artificial radionuclides which is difficult to obtain practically, virtual gamma-ray energy spectrum simulator program was developed. It can be applied for the predetermined measurement condition for which the database was developed through computational simulation and actual measurement of background radiation. For gamma spectrometry training for KHNP HPGe detectors using this program, the database for KNPG HPGe detectors was developed. First, the geometry of the detector in the simulation was adjusted to resemble the real structure by comparing the actually measured net counts rate at the main gamma peak with the value simulated by MCNP6. The Certified Reference material (CRM) of 137Cs and 60Co were used for verification. The comparison was made with respect to the situation where CRM was attached to the top and side of the detection part of the considered detector. The geometry structures of detectors were simulated by reflecting the design drawing of the products, and the simulation was performed for several thicknesses of the Ge/Li dead layer in consideration of the change in the thickness over time. As the results, the simulation geometry was tuned so that the results for 137Cs showed a difference within 10% for all detectors. At this time, in some detectors, the result for 60Co shows a 10% higher error, which is estimated to be due to the random summing. It was not considered in tuning the simulation geometry, but it was found that improvements were needed to reflect the coincidence summing when construction the virtual spectrum in the future. The determined simulation geometry was applied to generate theoretical gamma-ray energy spectra of representative artificial radionuclides. In order to create a virtual spectrum similar to the real one, the background spectrum was measured for each detector without a source, and the simulation results were calculated in the form of having the same energy channel as the background spectrum. The background spectrum and theoretical spectra of artificial radionuclides for each detector were databased so that virtual spectra could be generated under desired conditions. The virtual spectrum was generated by adding a background spectrum and a spectrum obtained by multiplying the spectrum of the desired nuclide by the concentration of the nuclide. The validity of generated virtual spectra was verified using the pre-developed gamma spectrometry program. As a results of gamma spectrometry of virtual spectra, the virtual spectra was verified by showing a difference within 20% from the radioactivity value input when generating the virtual spectra.

겨울철에 열손실을 줄이기 위해 많은 온실에서 보온커튼을 사용하고 있다. 그러나 적절한 보온커튼을 선택할 때 판단 자료로 활용할 수 있는 명확한 기준이 없는 실정이며 이를 위해서는 보온재의 보온 특성에 대한 정량적인 값이 필요하다. 본 연구에서는 BES를 사용하여 보온커튼의 관류열전달계수를 산정하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 일중 및 이중 PE필름 피복에 대한 관류열전달계수의 실험값을 사용하여 시뮬레이션 결과를 검증하였다. 검증된 모델을 사용하여 문헌에서 제시된 각종 열적 특성을 가진 보온커튼에 대한 관류열전달계수를 산정하고 비교분석하였다. 개발된 시뮬레이션 모델은 다양한 보온커튼의 관류열전달계수를 산정하는데 활용될 수 있을 것이며, 제시된 관류열전달계수는 보온커튼의 성능을 정량적으로 비교하는데 유용하게 활용 될 수 있을 것으로 판단된다.

This study investigated the effect of the grinding media of a ball mill under various conditions on the raw material of copper powder during the milling process with a simulation of the discrete element method. Using the simulation of the three-dimensional motion of the grinding media in the stirred ball mill, we researched the grinding mechanism to calculate the force, kinetic energy, and medium velocity of the grinding media. The grinding behavior of the copper powder was investigated by scanning electron microscopy. We found that the particle size increased with an increasing rotation speed and milling time, and the particle morphology of the copper powder became more of a plate type. Nevertheless, the particle morphology slightly depended on the different grinding media of the ball mill. Moreover, the simulation results showed that rotation speed and ball size increased with the force and energy.

본 연구는 4연동 벤로형 유리온실의 냉·난방 부하를 고려한 PV 시스템의 적정 패널 설치 면적을 도출하기 위하여 BES 기법을 이용하여 온실 및 PV 시스템의 에너지 모델을 설계하였으며 동적 에너지 시뮬레이션을 수행하였다. 대상 작물은 파프리카로 선정하였으며 작물의 적정생육온도를 고려하여 냉·난방장치 및 환기장치의 가동조건을 설정하였다. 2012년부터 2016년까지 총 5년 동안의 기간별 냉·난방부하 및 최대 냉·난방 부하를 환 기팬의 환기량 조건 별로 분석을 실시하였다. 온실의 냉 ·난방 부하 산정과 함께 PV 시스템의 설치 각도에 따른 전력 생산량을 분석하였으며 신재생에너지 공급의무비율을 적용하여 최적 PV 시스템 설계 방안을 도출하였다. 환기팬의 환기량 60AE·hr-1 조건에서 대상 온실의 기간 평균 냉방 부하로 인한 전력 소모량은 174,310kWh, 기간 평균 난방 부하로 인한 전력 소모량은 458,903kWh 로 총 633,213kWh의 전력 소모량이 산정되었다. PV 시스템은 설치 각도를 30o로 설정하는 조건에서 가장 높은 전력 생산량이 나타났으며 월별 최적 각도를 적용하는 조건에서는 고정형 PV 시스템보다 약 5.7% 많은 전력 을 생산하는 것으론 산정 되었다. 최종적으로 대상 온실에 적합한 PV 시스템 패널 면적을 도출한 결과, 고정형 PV 시스템은 521m2의 패널이 필요한 것으로 산정되었고, 가변형 PV 시스템의 경우 494m2의 패널이 필요한 것으로 산정되었다. 본 연구를 통하여 4연동 벤로형 유리온실의 냉·난방 부하를 고려한 PV 시스템의 필요 패널 설치 면적을 도출할 수 있었으며 PV 시스템의 온실 적용 가능성 및 경 제성 평가의 기초 자료로 활용 가능할 것으로 판단된다. 한편, 본 연구에서는 작물 특성 데이터를 확보하지 못하여 작물의 에너지 교환을 고려하지 않았다. 보다 정확한 결과를 도출하기 위해서는 현장 실험 데이터에 기반을 둔 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Mesoscale simulation은 원자의 그룹을 묶어서 하나의 단위로서 계산을 수행하는 전산모사 기술로 ns~μs의 시간 및 nm~μm의 크기까지 모사가 가능하다. 이러한, mesoscale simulation에는 (1) 입자 자체의 움직임을 계산하여 시스템을 모 사하는 particle-based mesoscale, (2) 입자의 움직임이 아닌 chemical potential filed나 density field 등의 변화를 계산하여 시 스템을 모사하는 field theory 등의 방법 등이 있는데, 두 방법 모두 고분자의 거시적 특성을 살펴보기 위한 강력한 전산모사 기술로서, 에너지-환경 분야용 고분자 분리막의 다양한 응용분야에서 활용되고 있다. 기존에는 주로 블록 공중합체 분야에서 연구결과들이 보고되었으나, 최근 들어 실제 고분자 분리막의 제조 조건 등을 모사한 연구 결과와 같이 좀 더 응용 분야에 가까운 다양한 에너지-환경용 고분자 분리막 관련 연구가 진행되고 있다. 이온 교환막의 경우에는 이온 전달 채널 형성을 분 석 및 예측하기 위한 다양한 mesoscale simulation 결과들이 발표되고 있고, 최근에는 CNT, graphene 등의 나노 첨가물 소재 에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 본 총설에서는 mesoscale simulation 관련 연구에 대한 동향을 정리하고, 어떤 분야에 서 유용하게 활용 가능한지 제시하며, 에너지-환경 분야에 종사하는 분리막 연구자들이 mesoscale simulation 기술에 좀 더 쉽게 다가갈 수 있는 기회를 제공하고자 한다.

본 연구에서는 BES 기법을 활용하여 온실을 대상으로 실시간 에너지교환 시뮬레이션 모델 개발 및 검증을 수행하고 냉·난방부하 산정 및 경향성을 분석하였다. 우선 BES 기법과 현장실험을 기반으로 온실의 실시간 에너지 교환 모델을 개발하였다. 광흡수율, 엽면적지수, 잎 특성 길이 등 대상작물인 애플망고의 특성 값들과 온실 내부 이산화탄소 농도, 광량, 온도 등 실시간 입력 자료를 고려하여 작물 및 토양의 에너지교환을 구현하였다. 모델의 검증은 온실 내부 기온으로 수행하였으며 실측 내부 기온과 연산된 내부 기온 간의 결정계수, 일치도로 평가 하였다. 내부 기온 비교는 결정계수 0.89, 일치도 0.93으로 높은 유사성을 확인하였으며 모델의 유의성을 판단하였다. 개발한 모델과 2005년부터 2014년까지의 기상자료, 대상작물의 생육단계별 적정생육온도를 이용하여 대상온실의 냉·난방부하 산정하였다. 연도별 냉·난방부하산정 및 경향성을 파악하였으며 최대 냉·난방부하 산정을 통하여 대상온실의 냉·난방장치 용량설계의 기초자료를 확보하였다. 최근 10년 치 기상자료를 통하여 평균 최대 난방부하 525,473 kJ·hr-1, 평균 최대냉방부하 630,870 kJ·hr-1가 산정되었으며 대상 온실에 지열, 온배수, 태양열 등 신재생에너지를 활용할 경우 유용하게 활용될 것으로 판단된다. 본 연구를 통하여 온실 내 각 구성요소 간의 실시간 에너지교환을 모의할 수 있었으며 추후 온배수 활용을 위한 저류조, 히트펌프, 축열조 등의 설비를 구현함에 따라 전반적인 냉·난방 시스템의 구현 가능성을 확인하였다. 또한 동적 해석방법을 통하여 재배작물, 생육단계 및 토양을 고려하였으며 온실 에너지교환 모델에 다양한 형태로 적용 가능할 것으로 판단된다.

본 논문에서는 온실작물 생육에 적절한 미기상환경을 제공하기 위한 최적의 조건을 찾아내기 위하여 TRNSYS 프로그램을 이용하여 온실의 구조 및 환경인자와 에너지공급기술들에 대하여 시뮬레이션을 실시한 연구논문들을 분석하였다. 본 연구의 목적은 온실에너지 관리를 위해 사용되고 있는 여러 가지 에너지시스 템과 기술들에 관하여 검토하고 이들에 대해 TRNSYS 시뮬레이션을 통해 실시한 효율분석에 관하여 검토하는 것이다. 사용가능한 에너지자원과 다양한 외부기상조건에 따른 에너지절감기술들의 성능을 분석하기 위한 여러 가지 시뮬레이션 모델들에 대해서도 검토하였다. 사용자가 정의하는 인자들을 사용하여 하이브리드 농업시설을 시뮬레이션 할 수 있는 TRNSYS 프로그램의 주요 구조들을 찾아내었다. 문헌검토에서 얻어진 결과를 토대로 TRNSYS 프로그램을 이용하여 온실의 에너지관리를 위한 시뮬레이션 모델을 개발하는데 필요한 몇 가지 중요한 결론들을 도출하였다. TRNSYS 프로그램은 앞으로 온실의 에너지 시뮬레이션을 수행하는데 크게 활용될 것으로 기대된다.

본 연구는 도심의 열환경 개선 및 건물에너지저감 효과가 입증된 벽면녹화 중 기존 건물에 적용 가능한 패널형 벽면녹화 식재기반 유형에 따른 건물에너지 저감 성능을 분석하고자 하였다. 식재기반 유형은 총 4가지 유형으로 하였으며, Case A는 벽면녹화가 미적용된 유형으로 콘크리트 + 단열재로 구성하였다. Case B는 식재층 + 무기다공성블 록 + 콘크리트 + 단열재로 구성하였으며, Case C는 식재층 + 코코피트블록 + 콘크리트 + 단열재로 구성하였다. Case D는 식재층 + 마사토블록 + 콘크리트 + 단열재로 구성하였다. 분석항목으로는 열전도율, 열관류율, 건물에너지시 뮬레이션을 실시하였다. 식재기반 유형별 열전도율은 Case C(0.053W/mK) > Case B(0.1W/mK) > Case D(0.17W/mK)의 순이었다. 에너지시뮬레이션 결과 중 단위면적당 냉방피크부하저감은 미적용인 Case A 대비 Case C(1.19%) > Case B(1.14%) > Case D(1.01%)이며, 난방피크부하저감은 Case A 대비 Case C(2.38%) > Case B(1.82%) > case D(1.50%)로 산정되었다. 연간 냉·난방부하저감은 미적용 Case A대비 벽면녹화 유형에서 0.92~1.28% 저감률을 나타내었다. 연간 냉난방에너지사용량은 3.04~3.22%의 저감률을 보였으며, 1차에너지사용량은 Case A대비 나머지 유형에서 평균 5,844 kWh/yr의 저감량을 보였다. 연간 이산화탄소발생량은 벽면녹화 미적용 Case A대비 평균 996㎏ 저감량을 보였다. 식재위치별 에너지성능평가 결과 동향 > 서향 > 남향 > 북향 순이었다. 벽면녹화비율에 따른 에너지성능평가 결과 녹화 비율이 높아짐에 따라 양호한 결과를 나타내었으며, 20~80%의 비율보 다 100% 녹화시 약 2배의 저감률을 보였다.

Most of steam power plants in Korea are using the method of heating the feed water whenever the ambient temperature around the power plant area below 5°C to prevent freezing water flowing in the pipe in winter time. But this kind of heat supplying system is not useful to save energy. If we take the method that the temperature of the each pipe is controled by direct measure of temperature by attaching sensor on the outside surface of the feed water tubes, then we can expect that a plenty of energy can be saved. In this study, the computer simulation is used to compare the energy consumption loads of both systems. Energy saving rate is calculated for the location of Incheon area in winter season. Four convection heat transfer coefficients for the ambient air and three initial flowing water temperature inside the tube were used. The result shows that the temperature control system using sensor represents more than 95% of energy saving rate in Incheon area. Even in the severe January weather condition, the energy saving rate is almost 75% in two days basis and even 83% in one day basis.

Recently, self-propagating high-temperature synthesis (SHS), related to metallic and ceramic powder inter- actions, has attracted huge interest from more and more researchers, because it can provide an attractive, energy-efficient approach to the synthesis of simple and complex materials. The adiabatic temperature Tad and apparent activation energy analysis of different thermit systems plays an important role in thermodynamic studies on combustion synthesis. After establishing and verifying a mathematic calculation program for predicting adiabatic temperatures, based on the thermo- dynamic theory of combustion synthesis systems, the adiabatic temperatures of the NiO/Al aluminothermic system dur- ing self-propagating high-temperature synthesis were investigated. The effect of a diluting agent additive fraction on combustion velocity was studied. According to the simulation and experimental results, the apparent activation energy was estimated using the Arrhenius diagram of ln(v/Tad)~1/Tad based on the combustion equation given by Merzhanov et al. When the temperature exceeds the boiling point of aluminum (2,790 K), the apparent activation energy of the NiO/ Al aluminothermic system is 64 ± 14 kJ/mol. In contrast, below 2,790 K, the apparent activation energy is 189 ± 15 kJ/ mol. The process of combustion contributed to the mass-transference of aluminum reactant of the burning compacts. The reliability of the simulation results was experimentally verified.

Environmental problems such as global warming become social issues today. It is reported that increasing energy consumption has affected on these environmental issues. Buildings deploys 40 percent of the raw materials in the world while at the same time they emit over 35 percent of the total CO2, so that it utilize over 50 percent of the whole energy in the world. At this point, energy saving though effective building control may eventually bring social, environmental and economical effects. Thus, this study will explore the difference between measured temperature and monitored temperature for operating air control system in the building, to which BEMS is applied. Also, it will suggest a method to accurately predict the load of air-conditioning, and will examine the different amounts of the load according to the temperature as well as the reduced amount of the load through changes of operation standard temperature.

회전 불밀에 있어서 볼의 운동을 비선형 spring과 비선형 deshpot로 구성된 Kelvin모델을 사용한 DEM(Distinct Element Method;개별요소법)에 의하여 2차원으로 해석하였다. 모델에 있어서 점성계수는 볼과 밀벽사이의 반발실험 데이타로 부터 결정하였다. 각볼의 동적인 운동은 비선형 점탄성과 Newton의 운동법칙를 기초로하여 모사되었다. 밀이 회전하는 동안 볼의 궤적과 동적인 운동은 실제 실험에 의한 밀내에서의 볼의 운동고 잘 일치하였다. 본 연구에서 제안된 모델 시뮬레이션은 회전 볼밀내의 실제의 3차원인 볼의 운동에 대한 해석에 중요한 단서가 될 수 있었다. 볼의 운동고 운동에너지는 회전 볼밀의 속도와 볼의 충진율에 의해 크게 영향을 받았다.

The energy balance in a satellite needs to be designed properly for the satellite to safely operate and carry out successive missions on an orbit. In this study, an analysis program was developed using the MATLABⓇ graphic user interface (GUI) for nanosatellites. This program was used in a simulation to confirm the generated power, consumed power, and battery power in the satellites on the orbit, and its performance was verified with applying different satellite operational modes and units. For data transmission, STKⓇ-MATLABⓇ connectivity was used to send the generated power from STKⓇ to MATLABⓇ automatically. Moreover, this program is general-purpose; therefore, it can be applied to nanosatellites that have missions or shapes that are different from those of the satellites in this study. This power simulation tool could be used not only to calculate the suitable power budget when developing the power systems, but also to analyze the remaining energy balance in the satellites.