WO2023229113A1 - 축사시설의 환기 시스템 및 환기 제어 방법 - Google Patents

축사시설의 환기 시스템 및 환기 제어 방법 Download PDF

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WO2023229113A1
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indoor
livestock
facility
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이인복
이상연
박세준
김준규
최영배
조정화
정효혁
강솔뫼
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서울대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to ventilation control technology for livestock facilities, and more specifically, to a ventilation system and ventilation control method for livestock facilities for controlling the air environment of livestock facilities through internal air recirculation.
  • the domestic pig farming industry is an important industry with the largest livestock industry production amounting to 7.4 trillion won annually. Recently, as mass production is required, pigs are raised densely and facilities are being enlarged. However, this causes problems such as livestock odor, spread of livestock infectious diseases, poor breeding environment, and increased energy load.
  • Pig farms during winter and season changes manage ventilation by minimizing ventilation to save on additional heating costs. This increases the concentration of ammonia, hydrogen sulfide, and complex odors inside the facility, creating a poor breeding environment, leading to the death of pigs and poor breeding performance. . In the summer, maximum ventilation is mainly performed due to the high temperature environment, but it is difficult to manage the overall internal temperature in large-scale pig farming facilities, resulting in uneven temperature distribution.
  • the present invention was created in consideration of the above situation, and the purpose of the present invention is to provide a ventilation system and a control method that can maintain an appropriate environment inside a pig farming facility.
  • the ventilation system for the livestock facility includes a first fan installed in the livestock facility to exhaust air inside the livestock facility, a second fan installed in the livestock facility to introduce air into the livestock facility, and , a third fan installed in the air mixing module that mixes the internal air and external air discharged from the livestock facility and delivers it to the livestock facility, and discharges a portion of the internal air discharged from the livestock facility to the outside, and the first fan It includes a control device that controls the operation of the fan and the second fan to adjust the ventilation amount of the livestock facility and controls the operation of the third fan to adjust the amount of external air, which is the inflow amount of external air.
  • the ventilation control method of the livestock facility is a method of controlling ventilation of the livestock facility performed by a control device of the ventilation system of the livestock facility, wherein the internal temperature of the livestock facility (T indoor ) is set to the maximum temperature (T high ).
  • FIG. 1 is a diagram showing the schematic configuration of a ventilation system for a livestock facility according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the temperature state of the livestock facility according to the present invention.
  • Figure 3 is a flowchart showing the ventilation control process under high temperature stress in a livestock facility according to the present invention.
  • Figure 4 is a flow chart showing the ventilation control process in the optimal state of the livestock facility according to the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the ventilation control process under low temperature stress in a livestock facility according to the present invention.
  • the ventilation system for livestock facilities is an air recirculation ventilation system that takes into account energy, internal environment, and external environment. It cleans and reuses the air discharged from the pig farming facility, discharges some of the air, and dilutes the fresh air from the outside. It is operated.
  • the ventilation amount of the livestock facility is controlled according to the temperature inside and outside the facility and rearing conditions, and the mixing ratio that dilutes the outside air is also considered.
  • breeding conditions are mainly comprised of temperature, humidity, and gas environment. Temperature is affected by the calorific value of the internal pig and additional heating devices, and the internal environment may vary depending on moisture and gas generated from manure. Considering all of these complex environments, the ventilation volume and outside air mixing ratio of the ventilation system are determined.
  • Figure 1 shows a schematic configuration of a ventilation system for a livestock facility according to the present invention.
  • the ventilation system of the livestock facility includes a first fan 102 and a second fan 104 that perform ventilation of the pig pen facility 100, and internal air discharged from the pig pen facility 100.
  • An air mixing module 20 that mixes the air with the outside air, a third fan 22, and a first fan 102 to exhaust a portion of the internal air of the pig pen facility 100 entering the air mixing module 20 to the outside. It includes a control device 30 that controls the operation of the third fan 22, etc.
  • a pig pen facility 100 is assumed as a livestock facility, but it can be any facility for raising livestock other than a pig barn.
  • the first fan 102 exhausts the internal air of the pig pen facility 100, and the internal air discharged through the first fan 102 is purified through the air cleaning device 10 and enters the air mixing module 20. .
  • the air mixing module 20 receives the internal air of the pig pen facility 100 discharged through the first fan 102, discharges part of it through the third fan 22, and maintains a static pressure of 0. 3 Ensure that external air equal to the amount of air discharged through the fan (22) is introduced.
  • Air mixed with the internal air and external air of the pig pen facility 100 is introduced into the pig pen facility 100 through the second fan 104.
  • the control device 30 controls the ventilation amount of the pig pen facility 100 and the amount of outdoor air flowing into the air mixing module 20.
  • the control device 30 outputs a first control signal (V 1 ) to the first fan 102, a second control signal (V 2 ) to the second fan 104, and a third fan 22.
  • the operation of each fan (102, 104, and 22) can be controlled by outputting the third control signal (V 3 ).
  • the first control signal (V 1 ) and the second control signal (V 2 ) are signals that control the ventilation amount of the pig pen facility and are controlled by the first fan 102 and the second fan ( 104) is a value that can be set to operate, and the two values can be set considering the amount of loss due to the ventilation duct and the fan pressure loss.
  • the third control signal (V 3 ) is a signal that controls the amount of air discharged to the outside, and is a value that sets the third fan (22) to operate the air volume to discharge part of the air contained in the air mixing module (20). am.
  • V 1 and V 2 are set to the same ventilation amount, and as the values change, the ventilation amount increases or decreases, and as V 3 changes, the outside air amount increases or decreases. .
  • control device 30 not only controls the operation of each fan 102, 104, and 22, but also controls the operation of equipment such as the solar pump 40, chimney fan 50, and radiator 60 installed in the pig pen facility 40. You can control it.
  • control device 30 controls the operation of the first fan 102 to the third fan 22 and the operation of each facility 40, 50, and 60 to optimize the internal environment of the pig farming facility 100. This will be described later.
  • FIG. 2 shows the temperature state of the livestock facility according to the present invention.
  • the temperature environment of the livestock facility includes a high-temperature stress state, an optimal state, and a low-temperature stress state, and any one of these states can be maintained and then transition to another state.
  • a high-temperature stress state refers to a state in which the internal temperature of the pig pen (T indoor ) is higher than the preset maximum temperature (T high ), and the optimal state is a state in which the internal temperature of the pig pen (T indoor ) is higher than the preset minimum temperature (T low ).
  • This refers to a state that is lower than the set maximum temperature (T high )
  • the low-temperature stress state refers to a state where the internal temperature of the pig house (T indoor ) is lower than the preset minimum temperature (T low ).
  • the control device 30 of the ventilation system of the livestock facility determines the internal environmental condition (high temperature, optimal, low temperature) of the livestock facility based on the internal and external conditions of the livestock facility, and accordingly determines the ventilation amount and It regulates the amount of external energy.
  • control device 30 determines whether the environmental condition of the livestock facility is high temperature, low temperature, or optimal, and determines the internal temperature, humidity, carbon dioxide, and ammonia concentration of the livestock facility, which indicates the internal state of the livestock facility in each state.
  • Figure 3 is a flowchart showing the ventilation control process in a high-temperature stress state according to the present invention
  • Figure 4 is a flowchart showing the ventilation control process in an optimal state
  • Figure 5 is a flowchart showing the ventilation control process in a low-temperature stress state.
  • Each step shown in FIGS. 3 to 5 is performed by the control device 30 of the ventilation system of the livestock facility according to the present invention.
  • the parameters indicating the internal state of the pig pen include the internal temperature of the pig pen (T indoor ), the humidity inside the pig pen (RH indoor ), the carbon dioxide inside the pig pen (C indoor ), and the ammonia inside the pig pen (A indoor ).
  • Parameters representing the external state include the outside temperature of the pig house (T outdoor ) and the outside humidity of the pig house (RH outdoor ), and the control parameters of the control device 30 are V 1 that controls the ventilation amount (exhaust) of the first fan 102.
  • V 2 for controlling the ventilation amount (intake) of the second fan 104
  • V 3 for controlling the ventilation amount (external mixing) for the third fan 22.
  • the maximum temperature (T high ) is 31°C
  • the minimum temperature (T low ) is 28°C
  • the appropriate humidity (RH proper ) is 75%
  • the appropriate carbon dioxide concentration (C proper ) is The appropriate ammonia concentration (A proper ) was set at 2500ppm and 20ppm, but it may be set differently for each pig farm.
  • the control device 30 receives temperature values, humidity values, and gas concentrations from thermometers, hygrometers, and gas sensors (not shown) installed in the pig farming facility, respectively, and controls ventilation of the pig farming facility according to a control algorithm (environmental model).
  • the control device 30 checks the outdoor conditions when the inside temperature (T indoor ) of the pig pen is higher than the maximum temperature (T high ) (S10) and when the inside temperature (T indoor ) of the pig pen is higher than the outside temperature (T outdoor ) of the pig pen (S12) ), Since the temperature inside the pig pen is high and the outside air is cooler than the outside air, the operation of the first fan 102 to the third fan 22 is controlled to increase the amount of ventilation and outside air (S16).
  • control device (30) checks the outdoor air conditions and the temperature inside the pig house (T indoor ) is lower than the temperature outside the pig house (T outdoor ), the inside of the pig house is at a high temperature and the inside is cooler than the outside air, so the ventilation amount is increased and the outside air amount is increased. Reduce (S14).
  • control device 30 While controlling the amount of ventilation and outdoor air in step S14 or step S16, the control device 30 notifies the pig pen manager of the detection of high temperature stress and operates the chimney fan 50 of the pig pen (S18).
  • the control device 30 checks whether the internal temperature of the pig pen (T indoor ) is higher than the maximum temperature (T high ) (S20), and if the internal temperature of the pig pen (T indoor ) is higher than the maximum temperature (T high ), it proceeds to step (S12). Go back and repeat the above-mentioned steps, and if the inside temperature of the pig pen (T indoor ) is lower than the maximum temperature (T high ), the pig pen manager is notified of high temperature stress termination (S22) and the current status is maintained (S24).
  • the control device 30 checks the humidity conditions (S32). If the humidity inside the pig house (RH indoor ) is higher than the appropriate humidity (RH proper ), check the outdoor air conditions (S34). If the temperature inside the pig house (T indoor ) is lower than the outside temperature of the pig house (T outdoor ), the ventilation amount is increased and the outside air condition is Reduce (S42).
  • the control device 30 checks the outdoor conditions (S34) and, if the inside temperature (T indoor ) of the pig house is higher than the outside temperature (T outdoor ) of the pig house, the control device 30 checks the outside conditions again (S36) and determines that the inside humidity (RH indoor ) of the pig house is higher. If the humidity outside the pig house (RH outdoor ) is higher, the amount of ventilation and outdoor air is increased (S38). If the humidity inside the pig pen (RH indoor ) is lower than the humidity outside the pig pen (RH outdoor ), the control device 30 increases the ventilation amount and reduces the outdoor air amount (S42).
  • control device 30 checks the humidity conditions and, if the internal humidity (RH indoor ) of the pig house is lower than the appropriate humidity (RH proper ) (S32), the control device 30 checks the gas conditions (S46) and determines that the carbon dioxide (C indoor ) inside the pig house is lower than the appropriate humidity (RH proper). If it is higher than the appropriate carbon dioxide concentration (C proper ), the amount of outdoor air is increased (S48).
  • the control device 30 checks the gas conditions again (S52) and determines that the ammonia (A indoor ) inside the pig house is lower than the appropriate ammonia concentration (A proper ). If it is higher, the amount of outdoor air is increased (S48) and the current state is maintained (S50), and if the ammonia inside the pig house (A indoor ) is lower than the appropriate ammonia concentration (A proper ), the current state is maintained (S54).
  • the control device 30 checks the outdoor conditions (S60) and if the temperature inside the pig pen (T indoor ) is higher than the outside temperature (T outdoor ) of the pig pen, Reduce the amount of outdoor air (S62). If the temperature inside the pig house (T indoor ) is lower than the temperature outside the pig house (T outdoor ), the amount of ventilation and outdoor air is increased (S68).
  • the control device 30 After reducing the amount of outdoor air (S62), the control device 30 checks the temperature conditions (S64) and operates the solar pump 40 when the temperature inside the pig pen (T indoor ) is lower than the minimum temperature (T low ) ( S70).
  • the control device 30 After operating the solar pump (S70), the control device 30 checks the temperature conditions (S72) and stops the operation of the solar pump 40 if the temperature inside the pig pen (T indoor ) is higher than the minimum temperature (T low ). and notify of termination of low temperature stress (S76). If the internal temperature of the pig pen (T indoor ) is lower than the minimum temperature (T low ), the control device 30 detects low temperature stress and additionally operates the radiator (S78).
  • control device 30 checks the temperature conditions (S64) and, if the internal temperature of the pig pen (T indoor ) is higher than the minimum temperature (T low ), it checks the humidity conditions and gas conditions.
  • the control device 30 checks the humidity conditions (S66) and increases the amount of ventilation and outdoor air if the internal humidity (RH indoor ) of the pig house is higher than the appropriate humidity (RH proper ) (S68), and increases the amount of ventilation and outdoor air (S68). If it is lower than the humidity (RH proper ), the gas conditions are checked (S80), and if the carbon dioxide (C indoor ) inside the pig pen is higher than the appropriate carbon dioxide concentration (C proper ), the ventilation amount and outdoor air amount are increased (S68).
  • the control device 30 checks the gas conditions again (S82) and determines that the ammonia (A indoor ) inside the pig pen is lower than the appropriate ammonia concentration (A proper ). If it is higher, ventilation and outdoor air are increased (S68). If the ammonia inside the pig pen (A indoor ) is lower than the appropriate ammonia concentration (A proper ), the control device 30 maintains the current state (S84).
  • Air cleaning device 20 Air mixing module

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Abstract

본 발명은 축사시설의 환기 제어 기술에 관한 것으로서, 상세하게는 내부 공기 재순환을 통해 축사시설의 공기환경을 조절하기 위한 축사시설의 환기 시스템 및 환기 제어 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 축사시설의 환기 시스템은 축사시설에 설치되어 상기 축사시설의 내부 공기를 배출시키는 제1 팬과, 상기 축사시설에 설치되어 상기 축사시설로 공기를 유입시키는 제2 팬과, 상기 축사시설에서 배출된 내부 공기와 외부 공기를 혼합하여 상기 축사시설로 전달하는 공기혼합모듈에 설치되어 상기 축사시설에서 배출된 내부 공기의 일부를 외부로 배출시키는 제3 팬과, 상기 제1 팬 및 제2 팬의 동작을 제어하여 상기 축사시설의 환기량을 조절하고 상기 제3 팬의 동작을 제어하여 외부공기의 유입량인 외기량을 조절하는 제어장치를 포함한다.

Description

축사시설의 환기 시스템 및 환기 제어 방법
본 발명은 축사시설의 환기 제어 기술에 관한 것으로서, 상세하게는 내부 공기 재순환을 통해 축사시설의 공기환경을 조절하기 위한 축사시설의 환기 시스템 및 환기 제어 방법에 관한 것이다.
국내 양돈산업은 축산업 생산액 중에서 최대규모로 연간 7조 4천억원에 달하는 중요한 산업이다. 최근 대량생산이 요구됨에 따라 돼지를 밀집하여 사육하며 시설의 대형화가 이루어지고 있으나, 그로 인해 축산 악취, 가축 전염병 전파, 열악한 사육환경, 에너지 부하 증가 등의 문제점이 발생한다.
동절기와 환절기의 양돈농가는 추가적인 난방비를 절감하기 위해 환기를 최소화하여 관리하고 있는데, 이는 시설 내부의 암모니아, 황화수소와 복합 악취 농도를 높여 열악한 사육환경을 조성함으로써 돼지의 폐사 및 사육성적 저하로 이어지고 있다. 하절기에는 높은 온도환경으로 인하여 최대환기를 주로 수행하지만 대형화된 양돈 시설에서 내부 온도를 전체적으로 관리하기가 어려워 균일하지 못한 온도분포가 조성된다.
본 발명은 상기와 같은 상황을 감안하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 양돈 시설 내부의 적정 환경을 유지할 수 있는 환기 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 축사시설의 환기 시스템은 축사시설에 설치되어 상기 축사시설의 내부 공기를 배출시키는 제1 팬과, 상기 축사시설에 설치되어 상기 축사시설로 공기를 유입시키는 제2 팬과, 상기 축사시설에서 배출된 내부 공기와 외부 공기를 혼합하여 상기 축사시설로 전달하는 공기혼합모듈에 설치되어 상기 축사시설에서 배출된 내부 공기의 일부를 외부로 배출시키는 제3 팬과, 상기 제1 팬 및 제2 팬의 동작을 제어하여 상기 축사시설의 환기량을 조절하고 상기 제3 팬의 동작을 제어하여 외부공기의 유입량인 외기량을 조절하는 제어장치를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 축사시설의 환기 제어 방법은 축사시설의 환기 시스템의 제어장치에 의해 수행되는 축사시설의 환기 제어 방법으로서, 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최대 온도(Thigh)보다 높으면 고온 스트레스 상태에 근거해 축사시설의 환기량 및 외기량을 조절하는 단계와, 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최대 온도(Thigh)보다 낮고 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 높으면 최적 상태에 근거해 축사시설의 환기량 및 외기량을 조절하는 단계와, 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 낮으면 저온 스트레스 상태에 근거해 축사시설의 환기량 및 외기량을 조절하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 축사시설의 환기 제어 방법은 공기재순환 방식으로 축사시설의 복합환경을 모두 고려하여 환기량 및 외부공기 혼합 비율을 결정함으로써 축사시설의 내부 온도 환경을 적정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 축사시설의 환기 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 축사시설의 온도 상태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 축사시설의 고온 스트레스 상태에서 환기 제어 과정을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 축사시설의 최적 상태에서 환기 제어 과정을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 축사시설의 저온 스트레스 상태에서 환기 제어 과정을 나타낸 순서도.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 축사시설의 환기 시스템 및 환기 제어 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 축사시설의 환기 시스템은 에너지, 내부 환경 및 외부 환경을 모두 고려한 공기재순환 방식의 환기시스템으로서, 양돈시설에서 배출되는 공기를 세정하고 재사용하며 일부 공기는 배출하고 외부의 신선한 공기를 희석하여 운영된다. 이를 위해 축사시설의 환기량의 제어는 시설 내외부 온도 및 사육 조건에 따라 이루어지며 외부 공기를 희석하는 혼합 비율도 함께 고려된다.
특히, 사육 조건은 온도, 습도, 가스 환경이 주를 이루며, 온도는 내부 돼지의 발열량 및 추가 난방장치에 영향을 받으며, 분뇨에서 발생하는 수분 및 가스에 따라 내부 환경이 달라질 수 있다. 이러한 복합환경을 모두 고려하여 환기 시스템의 환기량 및 외부공기 혼합 비율이 결정된다.
도 1은 본 발명에 따른 축사시설의 환기 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 축사시설의 환기 시스템은 돈사시설(100)의 환기를 수행하는 제1 팬(102) 및 제2 팬(104), 돈사시설(100)에서 배출한 내부 공기와 외부 공기를 혼합하는 공기혼합모듈(20), 공기혼합모듈(20)로 들어온 돈사시설(100)의 내부 공기의 일부를 외부로 배출시키는 제3 팬(22), 제1 팬(102) 내지 제3 팬(22)의 동작을 제어하는 제어장치(30) 등을 포함한다.
본 발명의 실시예에서는 축사시설로서 돈사시설(100)을 상정하고 있으나 돈사 외에 가축을 사육하는 모든 시설이 될 수 있다.
제1 팬(102)은 돈사시설(100)의 내부 공기를 배출시키고, 제1 팬(102)을 통해 배출된 내부 공기는 공기세정장치(10)를 통해 정화되어 공기혼합모듈(20)로 들어간다.
공기혼합모듈(20)은 제1 팬(102)을 통해 배출된 돈사시설(100)의 내부 공기를 수용하고 그 일부를 제3 팬(22)을 통해 배출시키고, 정압 0이 유지될 수 있도록 제3 팬(22)을 통해 배출된 공기량과 동일한 외부공기가 유입되도록 한다.
돈사시설(100)의 내부 공기와 외부 공기가 혼합된 공기는 제2 팬(104)을 통해 돈사시설(100) 내부로 유입된다.
제어장치(30)는 돈사시설(100)의 환기량 및 공기혼합모듈(20)로 유입되는 외기량을 조절한다. 제어장치(30)는 제1 팬(102)으로 제1 제어신호(V1)를 출력하고, 제2 팬(104)으로 제2 제어신호(V2)를 출력하고, 제3 팬(22)으로 제3 제어신호(V3)를 출력하여 각 팬(102, 104, 22)의 동작을 제어할 수 있다.
제1 제어신호(V1) 및 제2 제어신호(V2)는 돈사시설의 환기량을 제어하는 신호로서 돈사시설의 전체 필요 환기량을 유지하기 위한 풍량을 제1 팬(102) 및 제2 팬(104)이 가동할 수 있도록 설정해주는 값이며 두 값은 환기 덕트에 따른 손실량과 팬 압력손실을 고려하여 설정될 수 있다.
제3 제어신호(V3)는 외부로 배출시키는 공기량을 제어하는 신호로서 제3 팬(22)이 공기혼합모듈(20)에 수용된 공기의 일부를 배출하기 위한 풍량을 가동할 수 있도록 설정해주는 값이다.
예를 들어, 예를 들면, 돈사시설(100)을 기준으로 제1 팬(102)을 통해 공기량 100이 나간다면, 제2 팬(104)을 통해 공기량 100이 들어와야 한다. 그러면 공기혼합모듈(20)에서는 제1 팬(102)으로부터 공기량 100이 밀려들어오고 있고,　제2 팬(104)으로 공기량 100이 빨려나간다. 여기서 제3 팬(22)을 통해 공기량 10을 배출시킨다고 하면, 물질균형(mass balance)에 따라 공기량 10이 들어와야 정압 0이 유지된다. 이와 같이 돈사시설(100) 내부에서 100이라는 환기량을 유지하는 동안 공기혼합모듈(20)의 제3 팬(22)을 통해 공기량 10이 배출되는 경우 외부공기 혼합비율은 10%가 된다.
이처럼 본 발명의 환기 제어 알고리즘상에서 V1, V2는 동일한 환기량으로 설정되고 그 값들의 변화에 따라 환기량의 증가 또는 감소가 발생하며, V3의 변화에 따라 외기량의 증가 또는 감소가 발생하게 된다.
또한 제어장치(30)는 각 팬(102, 104, 22)의 동작 제어뿐만 아니라 돈사시설(40)에 설치된 태양열 펌프(40), 굴뚝휀(50), 라디에이터(60) 등과 같은 설비의 동작을 제어할 수 있다.
제어장치(30)가 돈사시설(100)의 내부 환경을 최적화시키기 위해 제1 팬(102) 내지 제3 팬(22)의 동작 및 각 설비(40, 50, 60)의 동작을 제어하는 구체적인 내용에 대해서는 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 축사시설의 온도 상태를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 축사시설의 온도 환경은 고온 스트레스 상태, 최적 상태 및 저온 스트레스 상태를 포함하며, 이중 어느 상태를 유지하다가 다른 상태로 천이할 수 있다.
고온 스트레스 상태는 돈사 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최대 온도(Thigh)보다 높은 상태를 말하고, 최적 상태는 돈사 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 높고 기 설정한 최대 온도(Thigh)보다 낮은 상태를 말하고, 저온 스트레스 상태는 돈사 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 낮은 상태를 말한다.
본 발명에 따른 축사시설의 환기 시스템의 제어장치(30)는 축사시설의 내부 상태 및 외부 상태에 근거해 축사시설의 내부 환경 상태(고온, 최적, 저온)를 파악하고 그에 따라 축사시설의 환기량 및 외기량을 조절하게 된다.
제어장치(30)는 상술한 바와 같이 축사시설의 환경 상태가 고온인지 저온인지 아니면 최적인지를 파악하고 각 상태에서 축사시설의 내부 상태를 나타내는 축사시설의 내부 온도, 습도, 이산화탄소 및 암모니아 농도와 축사시설의 외부 상태를 나타내는 축사시설의 외부 온도 및 습도에 근거하여 제1 팬(102), 제2 팬(104) 및 제3 팬(22)의 동작과 각 설비(40, 50, 60)의 동작을 제어한다.
도 3은 본 발명에 따른 고온 스트레스 상태에서의 환기 제어 과정을 나타낸 순서도이고, 도 4는 최적 상태에서의 환기 제어 과정을 나타낸 순서도이도, 도 5는 저온 스트레스 상태에서의 환기 제어 과정을 나타낸 순서도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 각 단계는 본 발명에 따른 축사시설의 환기 시스템의 제어장치(30)에 의해 수행된다.
도 3을 참조하면, 먼저 돈사 내부 상태를 나타내는 파라미터는 돈사 내부 온도(Tindoor), 돈사 내부 습도(RHindoor), 돈사 내부 이산화탄소(Cindoor) 및 돈사 내부 암모니아(Aindoor)를 포함하고, 돈사 외부 상태를 나타내는 파라미터는 돈사 외부 온도(Toutdoor) 및 돈사 외부 습도(RHoutdoor)를 포함하고, 제어장치(30)의 제어 파라미터는 제1 팬(102)의 환기량(배기)를 조절하는 V1, 제2 팬(104)의 환기량(입기)를 조절하는 V2, 제3 팬(22)의 환기량(외부혼합)을 조절하는 V3를 포함한다.
본 발명의 실시예에서는 돈사 내부의 운영 기준으로서 최대 온도(Thigh)는 31℃, 최소 온도(Tlow)는 28℃, 적정 습도(RHproper)는 75%, 적정 이산화탄소 농도(Cproper)는 2500ppm, 적정 암모니아 농도(Aproper)는 20ppm으로 설정하였는데, 돈사 농가마다 다르게 설정할 수 있을 것이다.
제어장치(30)는 돈사시설에 설치된 온도계, 습도계 및 가스센서(미도시)로부터 각각 온도값, 습도값 및 가스농도를 입력 받아 제어 알고리즘(환경 모델)에 따라 돈사시설의 환기를 제어한다.
고온 스트레스 상태
제어장치(30)는 돈사 내부 온도(Tindoor)가 최대 온도(Thigh)보다 높으면(S10), 외기조건을 확인하여 돈사 내부 온도(Tindoor)가 돈사 외부 온도(Toutdoor)보다 높으면(S12), 돈사 내부가 고온 상태이면서 외기가 내기보다 시원한 상태이므로 제1 팬(102) 내지 제3 팬(22)의 동작을 제어하여 환기량 및 외기를 증가시킨다(S16).
반면 제어장치(30가 외기조건을 확인한 결과 돈사 내부 온도(Tindoor)가 돈사 외부 온도(Toutdoor)보다 낮으면, 돈사 내부가 고온 상태이면서 내기가 외기보다 시원한 상태이므로 환기량을 증가시키고 외기량을 감소시킨다(S14).
단계(S14) 또는 단계(S16)에서 환기량 및 외기량을 조절하면서, 제어장치(30)는 고온 스트레스 감지를 돈사 관리자에게 통지하고 돈사의 굴뚝휀(50)을 가동시킨다(S18).
이후 제어장치(30)는 돈사 내부 온도(Tindoor)가 최대 온도(Thigh)보다 높은지 확인하여(S20), 돈사 내부 온도(Tindoor)가 최대 온도(Thigh)보다 높으면 단계(S12)로 돌아가 상술한 단계들을 반복하고, 돈사 내부 온도(Tindoor)가 최대 온도(Thigh)보다 낮으면 고온 스트레스 해지를 돈사 관리자에게 통지하고(S22) 현재 상태를 유지한다(S24).
최적 상태
제어 장치(30)는 돈사 내부 온도(Tindoor)가 최대 온도(Thigh)보다 낮고 돈사 내부 온도(Tindoor)가 최소 온도(Tlow)보다 높으면(S30), 습도조건을 확인하여(S32) 돈사 내부 습도(RHindoor)가 적정 습도(RHproper)보다 높으면, 외기조건을 확인하여(S34) 돈사 내부 온도(Tindoor)가 돈사 외부 온도(Toutdoor)보다 낮으면, 환기량을 증가시키고 외기량을 감소시킨다(S42).
반면 제어 장치(30)는 외기조건을 확인하여(S34) 돈사 내부 온도(Tindoor)가 돈사 외부 온도(Toutdoor)보다 높으면, 다시 외기조건을 확인하여(S36) 돈사 내부 습도(RHindoor)가 돈사 외부 습도(RHoutdoor)보다 높은 경우, 환기량 및 외기량을 증가시킨다(S38). 만약 돈사 내부 습도(RHindoor)가 돈사 외부 습도(RHoutdoor)보다 낮은 경우, 제어 장치(30)는 환기량을 증가시키고 외기량을 감소시킨다(S42).
한편, 제어 장치(30)는 습도조건을 확인한 결과 돈사 내부 습도(RHindoor)가 적정 습도(RHproper)보다 낮으면(S32), 가스조건을 확인하여(S46) 돈사 내부 이산화탄소(Cindoor)가 적정 이산화탄소 농도(Cproper)보다 높으면, 외기량을 증가시킨다(S48).
그러나 돈사 내부 이산화탄소(Cindoor)가 적정 이산화탄소 농도(Cproper)보다 낮으면, 제어 장치(30)는 다시 가스조건을 확인하여(S52) 돈사 내부 암모니아(Aindoor)가 적정 암모니아 농도(Aproper)보다 높은 경우 외기량을 증가시킨 후(S48) 현재 상태를 유지하며(S50), 돈사 내부 암모니아(Aindoor)가 적정 암모니아 농도(Aproper)보다 낮은 경우에는 현재 상태를 유지한다(S54).
저온 스트레스 상태
제어 장치(30)는 돈사 내부 온도(Tindoor)가 최소 온도(Tlow)보다 낮으면, 외기조건을 확인하여(S60) 돈사 내부 온도(Tindoor)가 돈사 외부 온도(Toutdoor)보다 높으면, 외기량을 감소시킨다(S62). 만약 돈사 내부 온도(Tindoor)가 돈사 외부 온도(Toutdoor)보다 낮으면 환기량 및 외기량을 증가시킨다(S68).
제어 장치(30)는 외기량을 감소시킨 후(S62), 온도조건을 확인하여(S64) 돈사 내부 온도(Tindoor)가 최소 온도(Tlow)보다 낮으면 태양열 펌프(40)를 가동시킨다(S70).
태양열 펌프를 가동시킨 후(S70), 제어 장치(30)는 온도조건을 확인하여(S72), 돈사 내부 온도(Tindoor)가 최소 온도(Tlow)보다 높으면 태양열 펌프(40)의 동작을 중단시키고 저온 스트레스 해지를 통지한다(S76). 만약 돈사 내부 온도(Tindoor)가 최소 온도(Tlow)보다 낮으면 제어 장치(30)는 저온 스트레스를 감지하고 라지레이터를 추가 가동시킨다(S78).
반면, 제어 장치(30)는 온도조건을 확인하여(S64) 돈사 내부 온도(Tindoor)가 최소 온도(Tlow)보다 높으면, 습도조건 및 가스조건을 확인한다.
제어 장치(30)는 습도조건을 확인하여(S66) 돈사 내부 습도(RHindoor)가 적정 습도(RHproper)보다 높으면 환기량 및 외기량을 증가시키고(S68),돈사 내부 습도(RHindoor)가 적정 습도(RHproper)보다 낮으면, 가스조건을 확인하여(S80) 돈사 내부 이산화탄소(Cindoor)가 적정 이산화탄소 농도(Cproper)보다 높으면 환기량 및 외기량을 증가시킨다(S68).
만약 돈사 내부 이산화탄소(Cindoor)가 적정 이산화탄소 농도(Cproper)보다 낮으면, 제어 장치(30)는 다시 가스조건을 확인하여(S82) 돈사 내부 암모니아(Aindoor)가 적정 암모니아 농도(Aproper)보다 높으면, 환기량 및 외기를 증가시킨다(S68). 만약 돈사 내부 암모니아(Aindoor)가 적정 암모니아 농도(Aproper)보다 낮으면 제어 장치(30)는 현재 상태를 유지한다(S84).
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다.
따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
[부호의 설명]
10: 공기세정장치 20: 공기혼합모듈
22: 제3 팬 30: 제어장치
40: 태양열 펌프 50: 굴뚝휀
60: 라디에이터 100: 돈사시설
102: 제1 팬 104: 제2 팬

Claims (13)

  1. 축사시설에 설치되어 상기 축사시설의 내부 공기를 배출시키는 제1 팬과,
    상기 축사시설에 설치되어 상기 축사시설로 공기를 유입시키는 제2 팬과,
    상기 축사시설에서 배출된 내부 공기와 외부 공기를 혼합하여 상기 축사시설로 전달하는 공기혼합모듈에 설치되어 상기 축사시설에서 배출된 내부 공기의 일부를 외부로 배출시키는 제3 팬과,
    상기 제1 팬 및 제2 팬의 동작을 제어하여 상기 축사시설의 환기량을 조절하고 상기 제3 팬의 동작을 제어하여 외부공기의 유입량인 외기량을 조절하는 제어장치를 포함하는 축사시설의 환기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기혼합모듈은 상기 축사시설에서 배출된 내부 공기의 일부가 외부로 배출될 때 배출량과 동일한 외부공기가 유입되어 정압이 0으로 유지되는 것을 특징으로 하는 축사시설의 환기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 팬을 통해 배출되어 상기 공기혼합모듈로 유입되는 상기 축사시설의 내부 공기를 세정하는 공기세정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축사시설의 환기 시스템 .
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최대 온도(Thigh)보다 높으면 외기조건을 확인하여 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 축사시설 외부 온도(Toutdoor)보다 높으면 환기량 및 외기량을 증가시키고, 축사시설 외부 온도(Toutdoor)보다는 낮으면 환기량을 증가시키고 외기량을 감소시키는 것을 특징으로 축사시설의 환기 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어장치는 고온 스트레스 감지를 통지하고 축사시설의 굴뚝휀을 가동시키는 것을 특징으로 하는 축사시설의 환기 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최대 온도(Thigh)보다 낮고 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 높으면 습도조건을 확인하여 축사시설 내부 습도(RHindoor)가 기 설정한 적정 습도(RHproper)보다 높으면, 외기조건을 확인하여 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 축사시설 외부 온도(Toutdoor)보다 낮으면 환기량을 증가시키고 외기량을 감소시키고, 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 축사시설 외부 온도(Toutdoor)보다 높으면 다시 외기조건을 확인하여 축사시설 내부 습도(RHindoor)가 기 설정한 축사시설 외부 습도(RHoutdoor)보다 높으면 환기량 및 외기량을 증가시키고, 축사시설 내부 습도(RHindoor)가 기 설정한 축사시설 외부 습도(RHoutdoor)보다 낮으면 환기량을 증가시키고 외기량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 축사시설의 환기 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어장치는 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최대 온도(Thigh)보다 낮고 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 높으면 습도조건을 확인하여 축사시설 내부 습도(RHindoor)가 기 설정한 적정 습도(RHproper)보다 낮으면, 가스조건을 확인하여 축사시설 내부 이산화탄소(Cindoor)가 기 설정한 적정 이산화탄소 농도(Cproper)보다 높으면 외기량을 증가시키고, 축사시설 내부 이산화탄소(Cindoor)가 기 설정한 적정 이산화탄소 농도(Cproper)보다 낮으면 다시 가스조건을 확인하여 축사시설 내부 암모니아(Aindoor)가 기 설정한 적정 암모니아 농도(Aproper)보다 높으면 외기량을 증가시키고, 축사시설 내부 암모니아(Aindoor)가 기 설정한 적정 암모니아 농도(Aproper)보다 낮으면 현재 상태가 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 축사시설의 환기 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 낮으면 외기조건을 확인하여 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 축사시설 외부 온도(Toutdoor)보다 높으면 외기량을 감소시키고, 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 축사시설 외부 온도(Toutdoor)보다 낮으면 환기량 및 외기량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 축사시설의 환기 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어장치는 외기량을 감소시킨 후에 온도조건을 확인하여 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 낮으면 태양열 펌프를 가동시키는 것을 특징으로 하는 축사시설의 환기 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 태양열 펌프를 가동시킨 후 온도조건을 확인하여 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 높으면 상기 태양열 펌프의 동작을 중단시키고 저온 스트레스 해지를 통지하고, 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 낮으면 저온 스트레스 감지를 통지하고 라디에이터를 가동시키는 것을 특징으로 하는 축사시설의 환기 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어장치는 외기량을 감소시킨 후에 온도조건을 확인하여 축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 높으면 습도조건을 확인하여, 축사시설 내부 습도(RHindoor)가 기 설정한 적정 습도(RHproper)보다 높으면 환기량 및 외기량을 증가시키고, 축사시설 내부 습도(RHindoor)가 기 설정한 적정 습도(RHproper)보다 낮으면, 가스조건을 확인하여 축사시설 내부 이산화탄소(Cindoor)가 기 설정한 적정 이산화탄소 농도(Cproper)보다 높으면 환기량 및 외기량을 증가시키고, 축사시설 내부 이산화탄소(Cindoor)가 기 설정한 적정 이산화탄소 농도(Cproper)보다 낮으면 다시 가스조건을 확인하여 축사시설 내부 암모니아(Aindoor)가 기 설정한 적정 암모니아 농도(Aproper)보다 높으면 환기량 및 외기량을 증가시키고, 축사시설 내부 암모니아(Aindoor)가 기 설정한 적정 암모니아 농도(Aproper)보다 낮으면 현재 상태가 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 축사시설의 환기 시스템.
  12. 축사시설의 환기 시스템의 제어장치에 의해 수행되는 축사시설의 환기 제어 방법에 있어서,
    축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최대 온도(Thigh)보다 높으면 고온 스트레스 상태에 근거해 축사시설의 환기량 및 외기량을 조절하는 단계와,
    축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최대 온도(Thigh)보다 낮고 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 높으면 최적 상태에 근거해 축사시설의 환기량 및 외기량을 조절하는 단계와,
    축사시설 내부 온도(Tindoor)가 기 설정한 최소 온도(Tlow)보다 낮으면 저온 스트레스 상태에 근거해 축사시설의 환기량 및 외기량을 조절하는 단계를 포함하는 축사시설의 환기 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 축사시설의 환기량 및 외기량을 조절하는 단계는 각각 축사시설의 내부 상태를 나타내는 축사시설의 내부 온도, 습도, 이산화탄소 및 암모니아 농도와 축사시설의 외부 상태를 나타내는 축사시설의 외부 온도 및 습도에 근거하여 축사시설의 내부 공기를 배출시키는 제1 팬, 축사시설로 공기를 유입시키는 제2 팬 및 축사시설에서 배출된 내부 공기의 일부를 외부로 배출시키는 제3 팬의 각각의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 축사시설의 환기 제어 방법.
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