알루미늄메쉬커튼과 2류체 포그시스템을 적용한 개방형축사의 에너지 절감시스템에 관한 연구

Energy Saving System of the Open Cow-house with Aluminum Mesh Curtain and Two-stage Subdivided Fog System

Abstract

The control on temperature and humidity on the cow-house is essential to assure production efficiency and the control on disease of cows. Fog system and screen fence are typical methods to drop the temperature inside of cow-house during the summer season. This study focused on the change in temperature and humidity under the condition of application of those methods. The results indicate that the installation of atomizer and insulation curtain cause decrease in temperature and increase in humidity. However, Using both of methods at the same time doesn't make any additional meaningful effects on temperature and humidity.

1. 서론

개방형 축사의 환경요인은 온도, 습도, 광, 공기 조성 등이다. 가축은 주변온도가 변해도 체내에서 발생하는 열량과 체외로 방출하는 열량을 조절하여 일정한 온도를 유지하는 항온성을 지니고 있다. 습도가 상승하면 고온조건에서는 더위의 영향을 증가시키고 저온 조건에서는 추위의 영향을 증가시킨다. 건조한 환경에서는 공기중의 먼지로 인하여 청결 문제가 심각해지고 저온 다습한 환경에서는 결로 현상이 발생하게 된다. 온도환경은 가축의 생리기능에 중요한 영향을 미치므로 여름에는 온도를 낮추어야하고, 겨울에는 온도를 높여야 한다. 따라서 가축은 일정한 체온유지를 위해서 에너지가 많이 소모되므로 사료를 많이 먹어야 할 뿐아니라 스트레스를 받게 됨으로 가축의 생산성에 영향이 있다. 따라서 여름철의 축사내부의 온도 상승을 막기위해 가림막을 하거나 증발냉각장치를 하여 온도를 낮추는 방법을 사용하곤 한다. 따라서 본 연구에서는 부산대학교 부속 농장에 설치된 축사에 가림막과 공기 분사노즐을 설치하여 여름철의 외부와의 온도 및 습도 변화에 대한 고찰을 하였다.

2. 이론적 고찰

개방형 축사에서의 보온커튼의 문제점은 두꺼운 다겹커튼의 경우 초기에 보온력은 충분하나 커튼을 권취할 때나 상시 사용할 때 습도관리가 힘들다. 이로 인해 가축에 유해한 세균 및 곰팡이가 발생할 수 있으며 습도 조절을 위해 환기를 해야 하는 목적으로 오히려 난방비가 이중으로 드는 문제 발생한다. 또한 주간에 적정 일사량을 조절하여 생육환경을 조성해야하나 보온을 위해 차광이 되어 생육에 오히려 방해가 되고 있다. 축사내의 노즐은 액체 입자의 세분화를 위해 인젝터 타입의 고압압축공기가 필요함. 또한 장비가 고가이면서 구조가 복잡하여 막힘 현상을 포함하는 고장에 따른 유지보수가 까다롭고, 액체를 1회 분쇄하여 포그를 형성하는 구성이므로 다량의 물을 세분화하기에 한계가 있음. 또한 기존의 이류체 포그 생성기의 경우 연속적인 물과 동일한 방향에서 평행하게 인입이 되어 긴 채널에 따른 공기의 압손실이 발생하고 있는 실정이다. 육우의 육성 및 비육단계에 해당하는 육유의 생산적온은 5-25℃정도이며, 주변온도가 33℃일때의 사료섭취량꽈 발생열량은 10℃일 때보다 감소하고 시간이 경과함에 따라 온도영향에 대한 적응성이 향상되지만 적절하게 온도조절이 필요하다. 동물과 주변 환경간의 잠열교환은 체표면의 수분증발, 발한 및 호흡을 통한 수분증발에 의하여 일어난다. 포그시스템은 물의 증발잠열을 이용하여 온도를 강하시키고 알루미늄 메쉬커튼은 대류 전도 복사열을 차단함으로써 여름철 개방형 축사의 온도를 낮추는 역할을 한다.

3. 실험재료 및 실험 방법

3.1 실험재료

본 연구에 사용한 실험 재료인 보온커튼과 이류체 분사노즐에 대한 것은 Fig. 1∼3과 같다.

Fig. 1 햇빛 및 열차단에 사용된 보온커튼의 재료

Fig. 2 축사에 설치된 보온커튼

Fig. 3. 2류체 포그시스템노즐의 단면도

Fig. 4 노즐의 분사 현황

3.2 실험방법

본 연구에서는 개방형 축사는 부산대학교 부속농장의 우사 A, B동을 사용하였으며, A는 실험군, B는 대조군으로 사용하였다. 측정방법은 여름철 한낮의 가장 더운 시간대에 측정하였으며, 바깥온도, A동 온도, B동 온도 그리고 A동 습도 B동 습도를 Table 1과 같이 기록하여 비교하였다.

Table 1. 실험 측정기준

4. 실험결과 및 고찰

Table 2와 Table 3에 20 ‘08월 27일부터 9월 20일 까지의 실험 우사 A, B동의 온도 및 상대습도를 Table 1의 방식에 의거하여 기록하였다. 우선적으로 실험기간 동안 포그시스템 노즐 및 보온 커튼을 미설치했을 시, 실험군 A동의 평균온도 및 상대습도는 각각 28.4℃, 64.8%이고, 대조군 B동의 경우는 각각 28.2℃, 64.2%를 보였다. A동과 B동에서의 온도 및 습도 차이는 각각 1℃ 및 1% 이내의 범위로 매우 미미하였다. 이에 따라, 실험군 및 대조군으로써 A동과 B동의 선정은 적절함을 알 수 있었다.

Table 2. 실험 기간 간 조건 별 온도 (℃)

Table 3. 실험 기간 간 조건 별 상대습도(%)

4.1 실험조건에 따른 온도변화

A동의 경우 분사노즐만을 설치했을 시의 평균 온도는 27.9℃, 보온커튼 만을 설치했을 시에는 27.8℃를 나타냈다. 노즐과 커튼을 모두 설치하였을 때는 27.7℃를 나타냈다.

B동의 경우 노즐만을 설치했을 시의 평균온도는 28.1℃, 커튼만을 설치했을 시에는 27.8℃를 나타냈다. 두 설비 모두 설치하였을 경우에는 27.8℃를 보였다.

노즐만을 설치하였을 경우 미설치 시에 비해 A동의 경우 0.5℃의 온도 하강을, B동의 경우 0.1℃의 온도 하강을 보였다

보온 커튼만을 설치하였을 경우 미설치 시에 비해 A동의 경우 0.6℃의 온도 하강을, B동의 경우 0.4℃의 온도하강을 보였다.

노즐과 커튼을 모두 설치하였을 경우 미설치 시에 비해 A동의 경우 0.7℃ 가량의 온도 하강을, B동의 경우 0.4℃의 온도 하강을 보였다.

설비를 설치하였을 경우 미설치 시보다 온도가 다소 감소하는 효과를 보였지만, 한 설비를 단독으로 설치하였을 경우와 두 설비를 복합적으로 사용하였을 경우의 온도 차이는 거의 발생하지 않았다.

다만 평균치가 아닌 날짜별 데이터를 보면 9월 14일의 경우 오히려 복합 설비를 설치하였을 경우가 온도가 더 높은 등 가설에 위배되는 데이터가 출력되기도 하였다.

4.2 실험조건에 따른 습도변화

A동의 경우 노즐만 설치했을 시의 평균습도는 66.2%, 커튼만을 설치했을 시에는 65.6%를 나타냈다. 노즐과 커튼 모두를 설치하였을 경우에는 65.6%를 나타냈다.

B동의 경우 노즐만 설치했을 시의 평균습도는 64.6%, 커튼만을 설치했을 시에는 64.6%를 보였다. 두 설비 모두 설치하였을 경우에는 64.0%를 보였다.

노즐만 설치하였을 경우 미설치 시에 비해 A동의 경우 1.4%의 상대습도 상승을, B동의 경우 0.4%의 상대습도 상승을 보였다.

커튼만 설치하였을 경우 미설치 시에 비해 A동의 경우 0.8%의 상대습도 상승을, B동의 경우 0.4%의 상대습도 상승을 보였다.

노즐과 커튼을 모두 설치하였을 경우 미설치 시에 비해 A동의 경우 0.8%의 상대습도 상승을, B동의 경우 0.2%의 상대습도 하강을 보였다.

실험 결과, 한 설비를 단독으로 사용하였을 경우에 미설치 시 보다 상대습도가 증가하는 효과를 보았지만, 두 설비를 복합적으로 사용했을 경우 B동의 경우 오히려 상대습도가 0.2% 감소하는 결과를 보였다.

4.1 항목에서 다룬 온도의 경우와 마찬가지로 일부 날짜에서는 설비 설치 시 오히려 습도가 감소하여 가설과 위배되는 경우도 확인할 수 있었다.

Fig. 5 설비 미설치 시 축사의 온, 습도

Fig. 6 커튼 단독 설치 시 축사의 온, 습도

Fig. 7. 노즐 단독 설치 시 축사의 온, 습도

Fig. 8. 복합 설치 시 축사의 온, 습도

5. 결론

본 실험에서는 개방형 축사에 알루미눔메쉬 보온커튼과 2류체 포그시스템을 설치하여 온도와 습도에 대한 변화를 관찰하였다. 실험의 결과는 다음과 같다.

1. 노즐과 보온커튼을 설치하였을 경우 약간의 온도 하강 효과를 볼 수 있었다. 다만, 두 설비 중 하나를 단독으로 사용하였을 경우와 두 설비를 복합적으로 사용하였을 경우 간의 결과차이는 발생하지 하지 않았다.

2. 노즐과 보온커튼을 설치하였을 경우 약간의 상대습도 증가 효과를 볼 수 있었다. 하지만, 온도의 경우와 마찬가지로, 단독 설비를 사용했을 경우와 복합 설비를 사용했을 경우 간의 유의미한 결과의 차이는 발생하지 않았다.