한국의 경제 발전에 따라 양돈 사업의 규모가 커지고 대단지화 되면서, 생산성 향상과 높은 품질을 충족시키기 위해 축사시설의 체계적인 관리가 요구되고 있다. 그러나 효율성을 위해 밀집된 구조에서는 종종 여름철에 공기의 질이 나빠지고 온도가 높아지는 등의 문제를 일으킬 수 있다. 돼지는 저산소 및 고온에 매우 취약하기 때문에 생산성을 높이기 위한 환기 유지는 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 전산유체역학(CFD, computational fluid dynamics)을 이용하여 환기 시스템의 문제점 및 개선 사항을 분석하는 방법을 제안하였다. 유한체적법(FVM, finite volume method) 기반의 fluent 프로그램이 사용되었고 난류 모델로 RNG standard k-ε 모델을 사용하였다. 환기 시스템의 효율적인 설계를 위해 실제 단층의 단순 구조 양돈사와 다층의 대형 양돈사를 대상으로 다종물질이송(multispecies transport) 해석기법을 이용하여 환기 효율 및 성능을 분석하였으며, 개선된 시스템의 유동순환이 원활하게 이루어짐을 확인하였다.

The Air-shiter is a new product possible ventilation at the same time cooling or heating with combined refrigerator and heat recovery ventilator. And a key device of this system is the air shifter. The air shifter device is to convert the outdoor air, room air, supply air and exhaust air flow. Therefore, an experimental study has been carried out to investigate the operating performance for this system. The results, it is possible to ventilate at the same time of heating by outside air above 30℃ in summer. and of heating by outside air within 3℃ in winter. The indoor discharge temperature is over 40℃, and the coefficient of performance is 3.4 in winter.

In this study, the ventilation of duct is simulated by CFD and thermal changes on the seat surface are measured experimentally. These models are the improved duct and the existing one installed at the real seat in order to test the thermal change 1 minute later. The seat with the existing duct has the temperatures of 26℃ and 25℃ on lumber and femoral parts respectively. However, the seat with the improved duct has the temperature of 1℃ lower than the seat with the existing duct. This result contributes to develop the improved duct. Hereafter, the methods used in this study are expected to be useful at checking the flow resistance loss of the ventilation seat duct and assessing the flow channel design

측고, 연동수, 측창의 유무 및 천창의 위치에 따른 다연동 온실의 환기성능을 평가하기 위하여 다양한 유형의 연동 플라스틱 온실을 대상으로 실제 농가의 재배현장에서 환경계측 실험을 수행하였다. 실험 대상 온실은 모두 토마토를 수경재배하고 있는 농가였으며, 열수지 방법으로 환기율을 비교 분석하였다. 측고가 4m인 온실은 측고가 2m인 온실에 비하여 22% 정도의 환기율이 증가하는 것으로 나타났다. 9연동 온실은 5연동 온실에 비하여 17% 정도의 환기율이 감소하는 것으로 나타났다. 9연동 온실에서 측창이 없는 경우에는 측창을 설치한 경우 보다 환기율이 1/3 정도로 낮게 나타났다. 전체적으로 다연동 온실의 환기성능은 측고가 높을수록 좋고, 연동수가 많을수록 떨어지며, 측창이 없으면 현저하게 저하하는 것으로 나타났다. 또한, 측고가 높고 천창을 용마루에 설치한 경우의 환기성능이 가장 우수한 것으로 나타났다. 따라서 다연동 온실의 자연환기 성능을 극대화하기 위해서는 온실의 측고는 높이고, 지붕 환기창의 위치는 곡부가 아니라 용마루에 설치하며, 측창을 반드시 설치하고, 연동수는 10연동 내외로 제한하는 등의 구조개선이 필요하다.

온실의 환기설계 기준 설정 및 단동 플라스틱 온실의 원형 천창 설치 가이드라인 제정을 위한 기초자료를 제공할 목적으로 천창이 설치된 토마토 재배 단동 온실에서 환기실험을 통하여 자연환기 성능을 분석하고, 열평형 모델을 이용하여 온실 재배 토마토의 증발 추정하였다. 직경 60cm의 원형 천창을 지붕의 중앙에 8m 간격으로 설치한 단동온실의 자연환기 성능을 실험한 결과 환기회수는 분당 0.02~0.32회(평균 0.17회 min-1)의 범위를 보여 상당히 낮은 것으로 나타났다. 그러나 상업용 온실의 권장환기율과 비교하면 6m 간격으로 설치할 경우에는 봄이나 가을철에 필요한 환기량을 충족할 수 있을 것으로 판단되며, 여름철 권장환기를 위해서는 2m 정도의 간격으로 설치한 해야만 가능할 것으로 판단되므로 광투과를 저해하지 않으면서 지붕의 개구면적을 확대할 수 있는 방안을 찾아야 할 것으로 생각된다. 실험에 사용한 단동 온실은 인접 동 간격이 1.2m에 불과한 밀집된 단지 내에 위치하고 있어서 측창 주변의 외부 풍속이 최대 0.9m·s-1(평균 0.4m·s-1에 불과하고 풍력에 의한 환기효과를 기대하기가 어려웠다. 환기량과 풍속 및 실내외 온도차와의 관계를 비교 분석해 본 결과 중력환기가 우세함을 확인 할 수 있었다. 본 환기실험 자료를 온실의 환기설계를 위한 열평형모델에 적용하여 증발산계수를 추정해 본 결과 0.39~0.85의 범위(평균 0.62)를 보였고, 다른 연구자들이 제시하는 일반적인 온실의 설계 권장 값과 유사한 경향을 나타냈다. 따라서 토마토 재배 단동 플라스틱 온실의 환기설계에서 증발산계수는 0.6 정도를 사용하면 적당할 것으로 판단된다.

온실에서 환기는 온실내외의 공기를 교환하여 온실내부의 환경을 조절하는 수단으로 활용되고 있으나 조절 목표는 한계가 있기 때문에 보조수단의 역할을 한다. 주년재배용 대규모 온실 설계시 해결해야 할 문제중의 하나가 여름철의 고온장해이며 이는 온실의 자연환기 성능과 밀접한 관계를 가지고 있다. 본 강좌에서는 온실의 자연환기에 관한 기본적인 내용을 요약하여 정리하고, 온실구조가 자연환기 성능에 미치는 영향을 파악하기 위하여 수치해석으로 온실의 필요환기량, 측창과 천창의 면적비와 온실 폭이 자연환기 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 온실의 자연환기 성능을 향상시키기 위해서는 주어진 조건하에서 가능한 한 측창과 천창의 면적을 동일하게 설계해야 하고 주년재배용 대규모 온실에서는 폭이 대략 50m이상이 되면 자연환기성능을 기대하기 어렵기 때문에 유의해야 할 것으로 판단된다.