KR100353492B1

KR100353492B1 - 균일 공기 분배시스템의 제조방법

Info

Publication number: KR100353492B1
Application number: KR1020000020665A
Authority: KR
Inventors: 용영수; 안종하
Original assignee: 용영수; 안종하
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2002-12-06
Also published as: KR20010096960A

Abstract

본 발명은 공기조화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최적의 버섯 성장 기후 환경을 조성하기 위해 각각의 버섯재배사에 맞는 냉ㆍ난방 부하를 계산하여 적정한 냉ㆍ난방기기, 공기 청정기를 이용하여 신선한 공기를 만들어 성장중인 버섯에 직접 공급할 수 있는 자동화된 공기교반 장치를 갖춘 버섯재배사의 균일 공기 분배시스템의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 유체역학적인 이론인 덕트 내의 압력, 속도, 유량의 관계를 최적화 기법을 도입하여 덕트 치수와 취출구의 면적을 계산하여 시공할 수 있는 공정을 적용하여 불필요한 냉ㆍ난방기 작동으로 인한 에너지 소비의 억제와 최상품으로서의 버섯재배를 위한 기후환경을 조성시켜 농가 소득에 크게 기여함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 다수층으로 버섯을 재배하거나 종균을 배양하기 위한 버섯재배사나 종균배양실에 있어서, 상기 버섯재배사나 종균배양실에 공기를 분배하는 분배시스템의 취출관의 초기풍량/입구압력/초기덕트단면적의 초기값을 입력하는 단계와, 상기 입력된 초기값에 의해 각 구간마다 취출되어야 할 풍량을 가감하여 각 구간마다의 풍량을 산출하는 단계와, 상기 각 구간에서 계산된 풍량과 초기 덕트 단면적으로 각 구간의 풍속을 산출하는 단계와, 상기 풍량과 단면적 그리고 풍속에 의한 레이놀즈 수를 산출하여 층류인가 난류인가를 판단하는 단계와, 상기 풍속과 풍량의 관마찰저항과 국부마찰저항을 구하여 취출풍량을 산출하는 단계와, 상기 초기입구풍량과 상기 취출 풍량의 합이 소정의 오차범위보다 클 경우 초기값으로 다시 입력하고 소정의 오차범위보다 작을 경우 취출구의 크기를 결정하는 단계와, 상기 취출구의 크기를 공칭 치수로 대치하는 단계와, 상기 대치된 공칭 치수를 초기값으로 입력하여 초기입구풍량에서 취출 풍량의 합이 소정의 오차범위보다 작은 경우 그 결과를 출력하는 단계와, 상기 출력된 결과로 상기 취출구를 형성하는 단계로 이루어 지는 것을 특징으로 한다.

Description

균일 공기 분배시스템의 제조방법{A manufacturing method of distribution system for equational air}

일반적으로 재배사에서 대단위의 버섯을 재배하기 위해서는 계절 및 습도나 온도 등의 환경에도 불구하고 최적의 환경조건을 유지하기 위한 공조기가 설치된다.

종래의 재배사의 공조시스템에서는 냉방기와 난방기기가 각각 별도로 설치되어 버섯이 성장할 수 있는 환경조건인 최적의 온도 및 습도 그리고 산소와 공기가 서로 적절히 어울려져야만 가장 효율적으로 버섯을 재배할 수 있다.

여기서 최적의 조건은 온도가 18℃ 내외이며, 습도는 80 ~ 85%, 그리고 탄산가스는 650 ~ 700ppm이 적합한 성장환경이다.

그러나, 현재 버섯재배 기술에서 가장 심각한 문제점으로 지적되는 것은 고가의 냉ㆍ난방 시설을 운전하면서도 재배사내의 기후 조건을 버섯의 죄적 재배조건으로 형성할 수 없다는 것이다. 이러한 결과로 냉ㆍ난방 시설의 초기 설치와 운전에 소요되는 비용에 비해 버섯 출하로 얻어지는 이익은 상대적으로 낮아지고 있다. 버섯재배사에 이용되는 냉ㆍ난방시설은 설치시에 버섯이라는 작물의 생육을 전제로 설비되지 않고 일반적인 냉ㆍ난방 시설 설치에 준하여 설치되기 때문에 초기 시설비용, 운전비용의 상승, 버섯생육 저하 등과 같은 제반 문제에 부딪히고 있다.

또한 자동화된 버섯재배사는 전체에 대한 기후조절에는 한계가 있다. 이는 버섯재배선반과 같은 인위적인 장애물이 복잡하게 설치된 장소에서는 송풍팬에 의한 1차적인 공기조화 시스템으로는 효과적인 공기의 교반이 이루어 질 수 없으므로, 온도, 습도분포가 균일하지 못하다. 또한 버섯의 생육과정에서 발생하는 이산화탄소의 증가로 인해 버섯재배사내에서는 측정 지점마다 이산화탄소의 농도가 다름으로 인해 불균일한 버섯생장을 초래하고 있으며, 이를 해결하기 위해서 농가에서는 노동력을 투입하여 버섯재배선반을 이동시키는 방법으로 이를 극복하려는 노력을 하고 있으나 별다른 효과는 보고있지 못하다. 결국 부적절한 공기조화 시스템의 설치 및 운전으로 인해 식품으로서의 버섯의 질적 저하가 이루어져 농가 소득에 막대한 손실을 초래하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 유체역학적인 이론인 덕트 내의 압력, 속도, 유량의 관계를 최적화 기법을 도입하여 덕트 치수와 취출구의 면적을 계산하여 시공할 수 있는 공정을 적용하여 불필요한 냉ㆍ난방기 작동으로 인한 에너지 소비의 억제와 최상품으로서의 버섯재배를 위한 기후환경을 조성시켜 농가 소득에 크게 기여함에 있다.

도1은 본 발명의 일실시 예에 따른 버섯재배사의 균일 공기 분배 시스템의 취출관치수와 취출구의 면적을 산출하는 방법의 흐름도이고,

도2는 본 발명의 일실시 예의 버섯재배사내의 개략적인 균일 공기 분배시스템의 동작을 도시한 도면이며,

도3은 본 발명의 일실시 예의 버섯재배사의 정면도이고,

도4a는 본 발명의 일실시 예의 버섯재배사의 평면도이며,

도4b는 도3의 취출관의 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 공기청전기 200: 버섯재배병

300: 버섯재배선반 400: 송풍장치

410,420,430: 취출관 A~I: 취출구

이하 본 발명의 일실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 일실시 예에 따른 버섯재배사의 균일 공기 분배 시스템의 취출관치수와 취출구의 면적을 산출하는 방법의 흐름도로서, 풍량, 입구압력, 초기덕트단면적의 초기값을 입력하는 단계(S10)와, 상기 입력된 초기값에 의해 각 구간마다 취출되어야 할 풍량을 가감하여 각 구간마다의 풍량을 산출하는 단계(S15)와, 상기 각 구간에서 계산된 풍량과 초기 덕트 단면적으로 각 구간의 풍속을 산출하는 단계(S20)와, 상기 풍량과 단면적 그리고 풍속에 의한 레이놀즈 수를 산출하여 층류인가 난류인가를 판단하는 단계(S25)와, 상기 풍속과 풍량의 관마찰저항과 국부마찰저항을 구하여 취출풍량을 산출하는 단계(S40)와, 상기 초기입구풍량과 상기 취출 풍량의 합이 0.0001보다 클 경우 초기값으로 다시 입력하고 0.0001보다 작을 경우 취출구의 크기를 결정하는 단계(S45)와, 상기 취출구의 크기를 공칭 치수로 대치하는 단계(S50)와, 상기 대치된 공칭 치수를 초기값으로 입력하여 초기입구풍량에서 취출 풍량의 합이 0.0001보다 작은 경우 그 결과를 출력하는 단계(S55)와, 상기 출력된 결과로 상기 취출구를 형성하는 단계(S60)로 이루어진다.

상기 균일 공기 분배 시스템에 이용되는 유체는 온도 25℃, 습도 60%의 이상기체로 가정하여 공기의 비체적 및 밀도를 선정한다.

상기 덕트의 상류와 하류에서의 에너지 이동에 의한 풍속, 풍량 및 압력의 감소를 계산하기 위하여 베르누이 방정식을 기초하여 풍속과 전압(정압+동압)의 변화를 계산하며, 단계 S10에서의 각 접합부의 풍속 및 전압의 변화는 초기값을 이용하여 이를 베르누이 방정식(Bernoulli Equation)에 가감함으로 접합부에 의한 풍량 변화를 예측한다(S15,S20).

= 입구압력,= 취출압력,,= 속도(유속),= 높이

상기 수학식1은 덕트에서의 베르누이 방정식을 나타낸 것으로서 비중량= 1.20 ㎏/㎡로 지정하였으며,는 덕트를 통한 공기 이송시 소요되는 압력 강하에해당되는 수치이다. 상기 압력 강하는 직선 부분의 마찰저항()과 굽힘, 분지점에서의 저항()의 합이된다(수학식 2).

상기 직선부분의 마찰저항은 아래의 수학식 3에 의하여 정의된다.

= 직선 덕트의 마찰저항(mmAq), λ= 마찰계수, υ= 풍속(㎧)

l = 덕트의 길이(m), d = 덕트의 직경(m), g = 중력가속도

상기 수학식 3에서와 같이 마찰계수(λ)는 덕트내의 유동이 층류(Re<2000)일때는 레이놀즈 수에 의해 결정된다. 상기 레이놀즈 수(Reynolds number)는 원관(圓管)내의 흐름은 일정한 조건 하에서 층류에서 난류로 천이한다. 그 조건이 무차원수에 의해서 주어진다는 것을 발견한 레이놀즈의 공적을 기념하는 뜻에서 무차원량을 레이놀즈 수라고 하며, 상기 난류(Re>2000)일 경우에는 덕트 재질에 따른 관벽의 거칠기(ε)와 덕트의 직경(d), 레이놀즈 수(Re), 덕트의 길이(l)에 의하여 결정되며 다음과 같다(S25).

단계 S30의 굽힘(), 분기점()에서의 마찰저항은 일반적으로 초기값에 의해 단면적의 변화(A1,A2), 속도의 변화(V1,V2) 등을 기준으로 상수를 결정하지만 본 발명에서 요구되는 덕트의 특성상 기존의 초기값을 적용하는데 한계가 있어 다음의 수학식에 적용한다.

그러나 상기와 같은 수학식들에 의해서 전체 덕트를 설계할 때는 변수가 많아지고, 각 식들이 연관성을 가지고 있어 컴퓨터를 이용하여 계산한다. 또한 상기 계산법은 초기 가정값에 대한 계산을 실시 한 후 계산값과의 차로 오차를 판단하는 반복법이 쓰이며(S35), 압력 분포 계산을 위한 비선형 방정식(nonlinear equation)의 해법에는 반분법(bisection method)을 적용한다(S40).

상기 계산되어진 결과값은 덕트의 직경과 취출구의 직경이나 대부분의 결과치수는 실제의 공칭 치수와는 다른 값을 갖기 때문에 공칭 치수를 적용하는 단계가 적용된다(S45,S50).

상술한 바와 같은 방법을 적용한 실시 예를 다음과 같이 설명한다.

먼저 버섯재배사의 크기는 3000×7500×4000㎣(가로×세로×높이)로 총 90㎥이며 4개의 재배선반(300)이 좌/우에 각각 설치되어 있다.

초기 풍량은 0.14㎥/sec(Q(1)), 입구 압력은 15.0mmAq(P), 입구 지름은 0.1m로 초기변수를 대입하고 계산반복 회수는 453번으로 하며, 결과의 산출범위 즉 초기풍량 - 출력풍량은 2.6×으로 하고, 7.5m의 덕트에 20cm 간격으로 취출구를 만들어, 총 148개의 취출구를 만든다. 각각의 취출구에 대한 압력, 속도, 풍량에 관한 함수와 각각의 덕트상에서의 압력, 속도, 풍량에 관한 함수가 총 903개의 비선형 방정식으로 이루어져 있다.

상기 변수를 대입하여 먼저 취출관에 대한 결과를 출력하면 표1과 같고, 각각의 취출관에 대한 취출구의 면적은 표2와 같다.

취출관수	입구지름(m)	공칭치수(m)	취출관의 지름(m)	취출관의 공칭치수(m)	취출관 거리(m)	압력(mmAq)	풍량(㎥/sec)	취출풍량(m)	풍속(m/sec)	취출풍속(m/sec)
1	0.09305	0.1	0.04321	0.035	0.390	11.334214	0.140	0.016123	20.592363	16.752352
2	0.08762	0.075	0.02932	0.035	0.390	12.186725	0.123921	0.040375	20.543692	41.964568
3	0.07189	0.075	0.03216	0.035	0.390	11.518943	0.083514	0.023816	20.583456	24.753678
4	0.06077	0.05	0.04621	0.035	0.390	11.334561	0.059732	0.017228	20.582678	17.920954
5	0.05127	0.05	0.03675	0.035	0.390	11.393864	0.042488	0.002114	20.587432	2.197256
6	0.04367	0.05	0.04632	0.05	0.390	11.859655	0.040373	0.040378	20.564578	24.962358

1	2	3	4	5	6
NO	취출구(mm)	NO	취출구(mm)	NO	취출구(mm)	NO	취출구(mm)	NO	취출구(mm)	NO	취출구(mm)
1	3.53457	1	6.52953	1	5.03471	1	7.04465	1	6.08033	1	5.57457
2	3.52134	2	6.55348	2	5.06789	2	7.05262	2	6.06324	2	5.55134
3	3.56789	3	6.51257	3	5.02345	3	7.03441	3	6.0465	3	5352789
4	3.52345	4	6.52836	4	5.08703	4	7.04867	4	6.03026	4	5.57345
5	3.58703	5	6.52254	5	5.06534	5	7.04731	5	6.02483	5	5.55703
6	3.56534	6	6.58975	6	5.01264	6	7.04678	6	6.03761	6	5.54534
7	3.53245	7	6.56951	7	5.06789	7	7.04265	7	6.06829	7	5.53745
8	3.53706	8	6.53326	8	5.04659	8	7.05562	8	6.02475	8	5.33306
9	3.32543	9	6.56224	9	5.03457	9	7.03541	9	6.08053	9	5.52743
10	3.33471	10	6.54865	10	5.02134	10	7.04967	10	6.06344	10	5.53571
11	3.02534	11	6.03745	11	5.02056	11	7.03745	11	6.02206	11	5.21497
12	2.95482	12	6.12434	12	4.86512	12	7.01213	12	6.05882	12	5.54984
13	2.71574	13	5.88970	13	4.83265	13	6.86678	13	5.81784	13	4.85454
14	2.52368	14	5.59534	14	4.46789	14	6.52634	14	5.82688	14	4.93346
15	2.92547	15	5.58370	15	4.01574	15	6.68370	15	5.62487	15	4.55216
16	2.58756	16	5.56453	16	4.03457	16	6.36453	16	5.48586	16	4.57584
17	2.56512	17	5.53524	17	4.02134	17	6.93524	17	5.16182	17	4.55136
18	2.53265	18	5.53670	18	4.06789	18	6.23670	18	5.03685	18	4.62439
19	2.66245	19	5.52354	19	4.02345	19	6.02354	19	5.06425	19	4.52345
20	2.44659	20	5.53147	20	4.04976	20	6.03147	20	5.44589	20	4.86703
21	2.89623	21	5.98997	21	4.53457	21	6.56678	21	5.54529	21	5.86534
22	3.03412	22	6.04584	22	4.52134	22	6.52334	22	5.53557	22	5.54482
23	3.04678	23	6.08354	23	4.56789	23	6.58470	23	5.52314	23	5.71574
24	3.04312	24	6.07446	24	4.52345	24	6.56753	24	5.56829	24	5.39368
25	3.04789	25	6.02416	25	4.88703	25	6.51526	25	5.52425	25	5.23547
26	3.07632	26	6.05984	26	4.86534	26	6.54765	26	5.53485	26	5.02756
27	3.05976	27	6.01936	27	4.93245	27	6.54765	27	5.54768	27	5.06512
28	3.05905	28	6.08739	28	4.93706	28	6.53045	28	5.53537	28	5.44265
29	3.02154	29	6.08447	29	4.92543	29	6.52213	29	5362364	29	5.31245
30	3.04976	30	6.08975	30	5.03491	30	7.26678	30	5.83567	30	5.04513
31	3.89843	31	6.86551	31	5.32543	31	7.32234	31	5.92344	31	5.61567
32	3.84544	32	6.83226	32	5.03471	32	7.36551	32	6.06869	32	5.87513
33	3.83467	33	6.86324	33	5.32534	33	7.38570	33	6.32425	33	5.73547
34	3.82165	34	6.84465	34	5.35482	34	7.36953	34	6.38083	34	5.87756
35	3.85847	35	6.86578	35	5.31574	35	7.73924	35	6.36364	35	5.855123
36	3.81367	36	6.82634	36	5.32368	36	7.63570	36	6.33435	36	5.82265
37	3.84390	37	6.88370	37	5.38976	37	7.92354	37	6.33066	37	5.87783

상기의 결과를 이용한 버섯재배사로서, 도2는 본 발명의 일실시 예의 버섯재배사내의 개략적인 균일 공기 분배시스템의 동작을 도시한 도면이고, 도3은 본 발명의 일실시 예의 버섯재배사의 정면도이고, 도4a는 본 발명의 일실시 예의 버섯재배사의 평면도이다.

상기 도면을 참조하면, 버섯재배사의 천정 중앙부에 공기를 정화시키는 공기청전기(100)와 그 양측에 버섯재배병(200)을 올릴 수 있는 버섯재반선반(300)이 각각 4개씩 짜여져 구성된다.

상기 버섯재반선반(300)의 밑면에는 각각 공기를 분배하기 위한 배출구가 구비된 배관이 좌우 각각 3개씩(410,420,430) 설치되어 있다.

또한 상기 버섯재배사의 외측에 무균상태의 산소를 공급하도록 구성된 송풍장치(400)와, 상기 송풍장치(400)에서 유입된 공기를 전달하기 위한 송풍관이 좌ㆍ우, 상ㆍ하로 연결되어 있으며, 상기 송풍관을 통하여 각각 6개의 취출관에 연결되어 있다. 이 때 첫번째 취출관은 상기 송풍관의 가까운 곳에 위치한 취출관(415,423,433)과 먼곳에 위치한 취출관(414,422,432)의 직경은 상기 계산 결과에 의하여 각각 다르게 구성되어 진다.

또한 각각의 취출구의 지름(각각의 취출구의 지름을 A,B,C,D,E,F,G,I로 표시한다.)은 상기 표2의 결과와 각각 다르게 형성하여 각각의 취출구에서 나오는 풍량과 풍속이 다르게 구성하여 상기 버섯재배사내에 균일하게 공기가 분포되도록 한다.

그리고 상기 취출관에서 취출구의 방향은 도4b에 도시된 바와 같이 하반구의 180도에서 첫부분과 끝부분의 45도에서 위치하여 전체적으로 균일하게 취출될 수 있도록 형성되어 있다.

미설명부호 412는 상기 취출관을 연결하는 연결부재이며, 414는 상기 취출관의 마무리마개관이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 최적의 기후조건을 이루어 성장버섯에 직접적으로 공기를 투입할 수 있고, 균일한 유량과 버섯성장에 가장 적절한 풍속으로 공기를 투입한다는 성능이 있어 효과적인 버섯의 성장과 함께 버섯의 저장성과 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

다수층으로 버섯을 재배하거나 종균을 배양하기 위한 버섯재배사나 종균배양실에 있어서,

상기 버섯재배사나 종균배양실에 공기를 분배하는 분배시스템의 취출관의 초기풍량/입구압력/초기덕트단면적의 초기값을 입력하는 단계(S10)와, 상기 입력된 초기값에 의해 각 구간마다 취출되어야 할 풍량을 가감하여 각 구간마다의 풍량을 산출하는 단계(S15)와, 상기 각 구간에서 계산된 풍량과 초기 덕트 단면적으로 각 구간의 풍속을 산출하는 단계(S20)와, 상기 풍량과 단면적 그리고 풍속에 의한 레이놀즈 수를 산출하여 층류인가 난류인가를 판단하는 단계(S25)와, 상기 풍속과 풍량의 관마찰저항과 국부마찰저항을 구하여 취출풍량을 산출하는 단계(S40)와, 상기 초기입구풍량과 상기 취출 풍량의 합이 소정의 오차범위보다 클 경우 초기값으로 다시 입력하고 소정의 오차범위보다 작을 경우 취출구의 크기를 결정하는 단계(S45)와, 상기 취출구의 크기를 공칭 치수로 대치하는 단계(S50)와, 상기 대치된 공칭 치수를 초기값으로 입력하여 초기입구풍량에서 취출 풍량의 합이 소정의 오차범위보다 작은 경우 그 결과를 출력하는 단계(S55)와, 상기 출력된 결과로 상기 취출구를 형성하는 단계(S60)로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 균일 공기 분배시스템의 제조방법.
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