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난방 온실의 지중열 교환 특성에 관한 실험적 연구 (Experimental Study on the Characteristics of Ground Heat Exchange in Heating Greenhouses)

  • 신현호;남상운
    • 생물환경조절학회지
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    • 제25권3호
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    • pp.218-223
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    • 2016
  • 온실의 난방부하 중 지중전열부하는 산정방법이나 적용여부가 제각각이고, 온실의 규모에 따라 각각의 방법에는 큰 차이가 있으므로 보다 정확히 국내에 적용할 수 있는 방법을 정립할 필요가 있다. 본 연구에서는 원예시설의 난방부하 산정방법 정립에 필요한 기초자료를 제공하기 위하여 위치와 규모가 다른 3개의 연동 플라스틱 온실에서 난방기간 동안 지온분포와 토양열류를 실측하였으며, 온실의 지중전열부하 산정방법을 검토하고 난방설계에 필요한 기준자료를 도출하였다. 난방중인 온실의 지온분포를 실측하여 실내기온과 비교한 결과 온실의 중앙 부분에서는 지온이 실내기온 보다 높고, 온실의 끝부분과 모서리 부분에서는 지온이 실내기온 보다 낮은 것으로 나타났다. 그러므로 온실의 중앙 부분에서는 지중열이 공급되고, 온실의 측면 부분에서는 외주부를 통해서 열손실이 발생하며, 온실의 규모에 따라 차이가 있는 것으로 판단된다. 건물의 외주부를 통한 열손실 개념을 도입하고, 온실의 규모를 반영하여 수정한 온실의 지중전열부하 산정방법은 타당성이 있는 것으로 평가된다. 토양열류센서를 이용하여 실측한 지중전열량은 실내외 기온차에 비례하여 직선적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 지중전열량 분석 결과로부터 지중전열의 방향이 바뀌는 기준온도차를 도출하였으며, 국내 온실의 난방설계에서 대규모 온실은 $10^{\circ}C$ 내외, 소규모 온실은 $12.5{\sim}15^{\circ}C$를 적용할 것을 제안하였다. 또한 지중열류 실측 결과로부터 온실의 외주부 단위길이당 열손실계수를 도출하였으며, 대규모 온실은 $7.5{\sim}10W{\cdot}m^{-1}{\cdot}K^{-1}$, 소규모 온실은 $2.5{\sim}5.0W{\cdot}m^{-1}{\cdot}K^{-1}$를 설계기준 자료로 제안하였다.

온실 난방부하 산정방법의 검증 및 틈새환기와 지중전열의 영향 분석 (Validation of Load Calculation Method for Greenhouse Heating Design and Analysis of the Influence of Infiltration Loss and Ground Heat Exchange)

  • 신현호;남상운
    • 원예과학기술지
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    • 제33권5호
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    • pp.647-657
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    • 2015
  • 원예시설의 환경설계 중 난방부하 산정방법에 대한 검증을 위하여, 대규모 플라스틱 온실에서 총난방부하와 틈새환기율, 지중전열량을 계측하여 계산결과와 비교 분석하였고, 지중전열 및 틈새환기가 온실의 난방부하에 미치는 영향을 검토하였다. 실험기간 동안 실내기온은 $13.3{\pm}1.2^{\circ}C$, 실외 기온은 $-9.4{\sim}+7.2^{\circ}C$의 범위를 보였으며, 우리나라의 난방 설계 외기온 범위에서 유효한 것으로 확인하였다. 가스트레이서법으로 측정한 틈새환기율은 평균 $0.245h^{-1}$로 나타났다. 온실의 피복면적에 일정한 환기전열계수값을 사용하는 방법은 온실의 규모에 따라서 문제가 있는 것으로 분석되었다. 따라서 환기전열부하는 온실의 체적과 틈새환기율을 이용하는 방법이 합리적인 것으로 판단된다. 온실 중앙에서 측정한 지중열류는 실내외 기온차에 따라 음으로 약간 증가하는 경향을 보이고, 온실 측면에서 측정한 지중열류는 실내외 기온차에 따라 양으로 크게 증가하는 경향을 보였다. 계측 결과를 바탕으로 온실의 외주부를 통한 열손실 개념을 도입한 새로운 지중전열부하 산정 방법을 개발하였으며, 검증결과 잘 일치하는 것으로 나타났다. 관류열부하는 대체로 실내외 기온차에 비례하는 것으로 나타났으나, 열관류율은 작아지는 경향을 보였다. 따라서 관류열부하 산정시 설계조건에 따라 열관류율의 선택에 주의를 기울여야 할 것으로 판단된다. 실험온실의 열관류율은 평균 $2.73W{\cdot}m^{-2}{\cdot}C^{-1}$로 단일피복의 플라스틱 온실 대비 60%의 열절감율을 보이는 것으로 나타났다. 전체 난방부하 중에서 관류열부하가 84.7~95.4%, 환기전열부하가 4.4~9.5%, 지중전열부하가 -0.2~+6.3%를 차지하는 것으로 나타났다. 관류열부하는 실내외 기온차가 낮은 그룹에서 더 큰 비율을 차지하고, 환기전열 부하는 실내외 기온차가 높은 그룹에서 더 큰 비율을 차지하는 것으로 나타났다. 지중전열부하의 경우 실내외 기온차가 낮은 그룹에서는 부하를 경감시키는 방향으로 작용하고, 실내외 기온차에 따라 부하를 증가시키거나 경감시키는 방향으로 작용하는 것으로 나타났으므로 이 기준 온도차의 선택이 중요한 것으로 판단된다. 지중전열부하에 비하여는 환기전열부하가 더 큰 비중을 차지하므로 에너지 절감을 위해서는 틈새환기율을 줄일 수 있는 대책이 필요한 것으로 판단된다.

정량적 지표평가와 비용·편익 분석을 활용한 도심지 공동구의 타당성 평가기법 연구 (A study on the feasibility evaluation technique of urban utility tunnel by using quantitative indexes evaluation and benefit·cost analysis)

  • 이성원;정지승;나귀태;방명석;이정배
    • 한국터널지하공간학회 논문집
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    • 제21권1호
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    • pp.61-77
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    • 2019
  • 밀집도가 높은 국내 기존 도심지를 대상으로 공동구를 새로이 계획할 경우에는 정량적 평가지표에 의한 타당성 평가시스템과 경제성 평가를 이용한 최적 설계용량 결정 등의 합리적인 의사결정 과정이 필요하다. 그러므로 이전 연구에서는 도심지 유형별 특성을 고려한 의사결정 계층구조를 구성하고 정량적 평가지표 항목에 대한 계층의사분석(AHP)을 통해서 개별 상위지표(3개) 부문과 하위지표(16개) 항목의 중요도 가중치를 제시하였다. 또한 도심지 공동구에 적합한 비용 편익 분석을 위해서 교통사고 감소효과, 차량소음 저감효과, 사회 경제적 손실 등의 3개 항목을 새로이 추가하여 10개의 편익 항목, 8개의 비용 항목을 고려한 경제성 평가방법이 제시되었다. 본 연구는 도로관리, 공공시설, 도시환경 부문의 하위 16개 평가지표의 중요도 가중치를 활용한 정량적 타당성 평가방법을 제시하고 서울시 주간선도로 123개 구간을 대상으로 타당성 평가를 실시하였다. 또한 타당성 평가결과와 경제성 평가결과를 비교하여 문제점을 분석하고 두 평가결과의 조합에 의한 종합평가 방법을 제시하였다. 본 연구에서 제시된 정량적 타당성 평가와 경제성 평가시스템의 로직을 프로그래밍하여 개발할 예정인 설계용량 최적화 프로그램은 도심지 공동구의 계획 및 설계 단계에서 활용되며 궁극적으로 도심지 공동구 활성화에 기여하게 될 것이다.

설계과정을 통해 본 정원박람회 작가정원의 전통재현 특성 (The Characteristics of Traditional Representation in the Artist's Garden of the Garden Exposition seen through the Design Process)

  • 이송민;소현수
    • 한국전통조경학회지
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    • 제38권4호
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    • pp.101-110
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    • 2020
  • 본 연구는 정원박람회에 출품한 작품 중에서 전통을 테마로 설정한 작가정원 14개소의 사례연구로서 문헌 분석과 현장 조사로 진행하였다. 전통재현을 결정하는 설계과정에 주목하고 작품마다 설계목표 수립, 전통재현의 대상 선정, 재현의 방법 결정, 경관구성요소 디자인 단계를 분석하여 다음과 같은 전통재현 특성과 시사점을 도출하였다. 첫째, 다수의 작가정원에서 전통구조물을 재현 대상으로 선정한 양상은 좁은 부지에 적합하고 주제 전달성이 좋다는 장점으로 이해할 수 있다. 이들은 작품명에 마당, 울, 부뚜막, 장독대, 취병과 석가산 등 전통구조물의 명칭을 넣어 설계의도를 직접 전달하였는데, Wall, 한국정원, 수원, 서울 장인처럼 간접적으로 표현한 작품들은 주제 전달성이 상대적으로 약하다. 선비, 여백, 풍류와 같이 재현 대상을 상징적으로 표현한 작품도 있었다. 둘째, 한옥마당을 재현하면서 잔디와 석재로 포장한 정원, 수원화성 성곽과 망루 서북공심돈(西北空心墩)을 분리하고 연계성 없는 용연(龍淵)을 미니어처 형태로 배치한 정원과 낙안읍성을 모티브로 하여 휴게공간에 낮은 장식담장으로 재현한 정원은 전통에 대한 깊이 있는 이해가 필요함을 보여준다. 반면 전통정원의 입지 선택, 주변 환경과 유기적 배치가 중요함을 보여준 한국정원, 한옥 중정이 가진 여백의 미와 선비가 누렸던 느림의 미학, 달밤 뱃놀이라는 풍류 문화를 재현한 작품들은 전통구조물 모사를 넘어 전통에 대한 이해가 정원문화와 정서로 확산된 양상이다. 셋째, 디자인과 관련하여 실제 크기의 전통구조물을 직설적 방법으로 재구성한 작품이 많았다. 취병으로 정원을 구획하고, 담장안에 부뚜막, 굴뚝, 텃밭 등으로 생활공간을 꾸미고, 경복궁, 소쇄원, 서석지를 대표하는 시설들을 유기적으로 배치하였다. 하지만 규모가 큰 수원화성과 낙안읍성을 추상적 방법으로 재현한 작품들로부터 핵심이 되는 디자인 요소의 취사선택, 구조물의 입면 구성, 공간의 스케일감에 대한 중요성을 인식하였다. 해체적 방법을 선택한 정원 중에는 원형 이미지와 멀어진 한옥 마당과 바자울의 사례가 있는 반면에 정육면체를 구성한 프레임만으로 표현한 여백의 정원과 많은 전통구조물로 달빛 스며든 선비의 사랑방을 재구성한 정원은 긍정적 사례이다. 현대적으로 디자인한 경관구성요소들을 전시한 서울 장인 정원, 직지심체정원, 풍류정원은 작가의 의도를 이해할 수 있는 설명이 필요하다.

Blended Learning(BL) 전략을 활용한 실천적 문제 중심 가정과 교수 학습 과정안 개발 - '청소년과 소비생활' 단원을 중심으로 - (Development of Practical Problem-Based Home Economics Teaching.Learning Process Plans by Blended Learning Strategy - Focusing on a Unit 'the Youth and Consumer Life' -)

  • 이진희;채정현
    • 한국가정과교육학회지
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    • 제20권4호
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    • pp.19-42
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    • 2008
  • 본 연구의 목적은 중학교 2학년 기술 가정 교과의 '청소년과 소비생활' 단원을 중심으로 Blended Learning(BL: 혼합형 학습)전략을 활용한 실천적 문제 중심 가정과 수업을 위한 교수 학습 과정안을 개발하고 평가하는데 있다. 이러한 연구목적을 달성하기 위하여 ADDIE 교수설계 모형에 따라 분석(Analysis) 단계, 설계(Design) 및 개발(Development) 단계, 실행(Implement) 단계, 평가(Evaluation) 단계를 수행하였다. 분석 단계에서는 청소년과 소비생활에 관련된 선행연구와 문헌, 제7차 기술 가정 교육과정에서 제시하고 있는 교과 교육의 목표, 기술 가정 10종 교과서의 '소비자 교육' 관련 단원의 내용, 소비자 교육 내용에 대한 요구도 및 지식 정보화 사회에서 요구되는 소비자 교육 내용을 분석하여 청소년 소비자 특성을 파악하고 중학교 2학년 소비자 교육에 적합한 학습 목표와 내용을 추출하였다. 설계 및 개발 단계에서는 분석 결과를 토대로 '청소년과 소비생활' 단원을 실천적 문제 중심으로 재구성하고, BL전략을 활용한 실천적 문제 중심 수업의 구체적인 진행 과정을 설계하였다. 에듀넷을 이용하여 수업에 필요한 온라인 학습 환경으로 "BL전략을 활용한 실천적 문제 중심 가정과 수업( http://community.edunet4u.net/${\sim}$consumer2)" 홈페이지를 개설하였다. 그리고 BL전략을 활용한 실천적 문제 중심 수업을 위한 총 8차시의 교수 학습 과정안을 개발하였으며, 수업에 활용할 수 있는 학생용 학습 활동지 및 교사용 자료를 개발하였다. 실행 단계에서는 개발된 8차시 교수 학습 과정안 중에서 소단위 실천적 문제 '현명한 소비자가 되기 위해 나는 무엇을 준비해야 하는가?'의 1차시 교수 학습 과정안을 학교 수업에 적용하였다. 적용 대상은 충청북도 청주시 소재의 중학교 2학년 두 개 학급과 대전광역시 소재의 중학교 2학년 한 개 학급, 총115명을 대상으로 하였다. 이 수업은 2주 동안 두 차례의 온라인 수업과 세 차례의 오프라인 수업으로 실행하였다. 두 차례의 온라인 수업, 즉 교실에서 행해진 수업의 첫번째에는 이 수업에 대한 전체적인 소개를 하는 예비수업을 하였고 두 번째에는 1차시에 해당하는 본시 수업을 하였다. 컴퓨터로 이루어지는 온라인 학습은 1차시의 본시 수업에 해당하는 내용으로 세 차례(수업 전의 학습 활동지 작성, 수업 후의 행동계획 작성, 실천 후 성찰일기 작성) 진행하였다. 비록 온라인 학습을 세 차례나 하였으나 이 학습이 1차시 본시 수업에 해당하는 내용이고 온라인 학습을 차시로 규정하는 것이 애매하기에 차시의 합계에 포함시키지 않았다. 평가 단계에서는 모든 수업이 끝나고 수업에 참여한 학습자를 대상으로 수업에 대한 전반적인 의견과 수업의 효과, 수업에 대한 제언점 등에 대하여 자유응답식 개방형 질문지로 물어 분석하였다. 본 연구 결과를 교수 학습 과정안 개발과 이 수업에 대한 학생들의 평가 측면으로 살펴보면 다음과 같다. 첫째, 본 교수 학습 과정안은 온라인 학습과 오프라인 교실 수업을 연계하고 다양한 학습 매체와 학습방법을 혼합하는 BL전략을 가정과의 실천적 문제 중심 수업에 도입하여 구체적인 수업 진행 과정을 설계하고, '청소년과 소비생활'단원을 실천적 문제로 재구성하여 개발된 것이 특징이다. 특히, 이 교수 학습 과정안을 개발하는 과정에서 수업 전 온라인 학습, 오프라인 본시수업, 수업 후 온라인 학습으로 진행되는 BL전략의 도입으로 교실 현장에서 실천적 문제 중심 수업으로 수업을 진행하였을 때의 한계점인 시간이나 시수 부족의 문제, 참고할 학습 자료 부족의 문제, 많은 학생 수와 공간부족으로 인한 상호작용 부족의 문제 등을 해결하는데 역점을 두었다. 이 교수 학습 과정안의 내용은 중학교 2학년의 '청소년과 소비생활' 단원명을 '나와 가족과 사회의 구성원으로서 바람직한 소비생활을 위해 나는 무엇을 해야 하는가?'라는 큰 단위의 실천적 문제를 해결하기 위해서 4개의 작은 단위의 실천적 문제, 즉 '현명한 소비자가 되기 위해 나는 무엇을 해야 하는가?' '합리적으로 물품과 서비스를 구매하는 태도를 기르기 위해 나는 무엇을 해야 하는가?' '소비자의 권리와 책임을 알고 소비 문제를 적극적으로 해결하기 위해 나는 무엇을 해야 하는가?' '환경을 생각하는 지속가능한 소비생활을 위해 나는 무엇을 해야 하는가?'로 정한 후에 총 8차시의 분량을 개발하였다. 학습 자료 내용은 학생들이 주로 실생활에서 접하는 소비생활과 직접적으로 관련이 있는 동영상, 신문자료, 인터넷 정보 등을 바탕으로 구성하였다. 둘째, 수업에 참여한 학생들은 BL전략을 활용한 실천적 문제 중심 학습이 다양한 학습매체 사용과 정보 공개 공유가 가능하고, 정보 탐색이 용이하며, 자기 주도적 학습과 협동학습을 할 수 있을 뿐만 아니라 활발한 상호작용이 가능하고, 학습한 내용을 실천하고 반성할 수 있고, 수업에 흥미가 있어 수업의 참여가 촉진되며, 수업 내용을 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 가정과수업에 만족을 주어 그들의 소비생활 태도에 긍정적인 변화를 주는 것으로 평가하였다. 하지만 부족한 수업시간에 비해 학습 자료량이 너무 많고, 수업을 위한 물리적 환경 시설이 미비하며, 에듀넷 회원 가입이 어렵고, 자신들의 정보 소양 능력이 미숙하고, 학습 방법을 이해하지 못한 점을 단점으로 평가하였다. 본 연구의 결과 BL전략을 활용한 실천적 문제 중심 수업이 교실에서만 수행되던 학습의 공간을 온라인의 사이버 학습 공간으로 확장하고, 실천적 문제 중심 수업의 한계점이었던 학습 정보량 부족의 문제와 상호작용 부족의 문제를 보완할 수 있었으며, 다양한 활동으로 학생들의 흥미와 수업 참여도를 증대시킨 점에서 효과가 있는 수업이라는 것이 밝혀졌다. 하지만 앞으로 BL전략을 활용한 실천적 문제 중심 수업이 학교 현장에서 좀 더 잘 수행되기 위해서는 이 수업에 참여한 학생과 교사들이 지적한 문제들, 즉 학생들의 정보 소양 능력 및 토론능력, 교사의 수업에 대한 이해, 학생들의 수업 참여 방안, 물리적 환경 확충 등을 체계적으로 해결하는 방안이 마련되어야 할 것이다.

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비점오염원의 정량화방안에 따른 적정 설계용량결정 (Estimation of Optimal Size of the Treatment Facility for Nonpoint Source Pollution due to Watershed Development)

  • 김진관
    • 한국방재학회 논문집
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    • 제8권6호
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    • pp.149-153
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    • 2008
  • 개발에 따른 수질오염을 최소화하기 위해서는 사업 전 후에 발생하는 오염량을 정량적으로 산정하여 관리할 필요가 있다. 점 오염원(point source)은 발생대상과 규모가 확정적이므로 법률적으로 강화된 기준에 의하여 충분한 대책을 수립할 수 있다. 이에 반해 비점오염원(non-point source)은 점오염원을 제외한 모든 오염원으로 발생기구나 전파경로에 대한 관리가 점오염원의 경우보다는 어렵다. 기존의 비점오염원 관리를 위한 강우량의 규모결정은 단순히 손실우량을 가정하여 이보다 큰 강우량을 이용하였으나 이는 연간 발생횟수나 지속시간에 대한 항은 거의 고려하지 못하는 실정이다. 이를 해결하기 위해서는 적정 설계강우량의 크기를 연간 발생횟수나 지속시간을 고려하여 결정하고 초기손실량, 유출률, 연간강우량, 연간강우횟수에 대한 적절한 민감도 분석(sensitivity analysis)이 동시에 수행 되어야한다. 본 연구에서는 평상시 강우의 발생특성에 대한 해석 기법연구와 해석적 확률기법(analytical probabilistic method)을 도입하고 공학적으로 합리적인 정량적 산정방법 및 최적환경용량 산정기법에 대하여 제시하여 실제 개발사업에서 합리적인 비점오염원 처리시설의 용량 및 효율을 결정할 수 있도록 하여 최적의 유역관리가 가능하도록 제안하였으며, 이를 위한 실증적 적용결과 분석을 위하여 유역자체개발에 의한 택지개발사례를 검토하였다. 앞으로도 개발은 계속 이루어질 수밖에 없으며, 개발에 따른 영향을 최소화하여 지속가능한 개발을 이루어야 한다. 특히 수자원의 이용에서 유역자체 개발과 더불어 수자원자체 개발에서도 점오염원의 관리만으로는 수질관리가 불가능한 것으로 판단되었다. 비점 오염원의 관리 시스템은 지속적으로 개발되고 있으나 정량적인 환경용량 산정 없이 편의적 접근이 시도되는 현실에 비추어 보다 공학적이고 정확한 판단이 필요한 시점이다. 이러한 일련의 기작으로 개발에 의하여 추가 발생되는 비점오염원의 양을 정량적으로 산정하여 자연상태보다 적극적인 대책을 수립하면 개발에 따른 오염원의 최소화뿐만 아니라 자연상태보다 효율적인 유지관리가 가능하다.

방범하드웨어의 침입범죄 저항성능 시험·인증 체계에 관한 모형 연구 (Developing a Model for Crime Prevention Hardware Performance Test and Certification System)

  • 박현호
    • 시큐리티연구
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    • 제36호
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    • pp.255-292
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    • 2013
  • 이 연구는 이미 오랫동안 제도적으로 시스템이 구축되어 가고 있는 외국에 비하여 시작단계에 있는 국내의 건축물 방범 관련 하드웨어 시험인증체계의 발전방향을 탐색하기 위해 시작되었다. 주요 목적은 주요 외국 사례를 심층 비교분석하고 국내의 유관 인증체계를 탐색하여 한국형 방범하드웨어 인증체계 모형을 도출하는 것이다. 연구방법은 방범하드웨어 인증제도에 대한 국내연구가 거의 전무하고 또한 방범하드웨어 인증제도에 관한 연구의 흐름이 이론적인 연구보다는 실무자들의 논의를 통한 법제적 논의나 사례연구가 대부분이라 주로 해외 선진국의 법제 및 사례를 통하여 한국형 방범하드웨어 인증제도 모색을 위한 시사점을 도출하는 탐색적 연구이다. 이를 위해 침입범죄 예방을 위한 해외의 방범하드웨어 인증제도와 국내의 유사 인증제도 사례에 대해 질적 연구방법 중에서도 대표적인 비교사례연구(comparative case study)를 실시하였다. 비교연구는 방법론적으로 명백하고 뚜렷한 개념 정의나 범위가 존재하지는 않지만, 장소 및 시간에 따른 비교가 가장 흔하게 활용되는 방법으로서 특히 이 연구에서는 복수사례설계(multiple case design)를 적용하였고 국가 간 그리고 제도 간 사례비교에서는 가능한 한 많은 체계에서 유사한 사례들을 비교분석하고 체계 간 차이점은 설명변수로 취급되는 최대유사체계설계를 반영하였다. 외국의 선진 방범제품 인증시스템과 국내의 소방/방화제품 인증시스템에 대한 이 비교연구 결과는 국내에서 방범제품 시험인증시스템 모형을 개발 및 구축하는데 여러 면에서 중요한 정보를 제공하고 시사점을 주고 있는데 근거 법규의 마련, 관련 시험 및 인증 표준 및 기준, 방범인증제품의 건축물 방범성능 인증과의 연계성, 공인시험기관을 통한 성능시험과 시험시설심사 또는 품질관리체계 심사 등 인증심사의 범위, 사후관리를 위한 주기적 인증갱신 또는 품질관리 및 검사, 인정 및 인증 체계, 시험원의 성격, 품질인증제품 사용에 대한 인센티브로서의 보험료 경감 또는 조달청 심사 가산점 부여 등이 주요 시사점이자 한국형 인증시스템 모형의 틀과 내용으로 도출되었다.

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축사 악취저감을 위한 바이오필터 충전재의 악취제거 특성 (Characteristics of Bed Media for Reducing Odor from Livestock Facilities)

  • 한원석;장동일;방승훈;이승주
    • 한국축산시설환경학회지
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    • 제9권2호
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    • pp.93-102
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    • 2003
  • 본 연구에서는 충전 재료의 악취흡착 능력을 구명하기 위하여 흡착능력 실험용 칼럼을 설계하고 제작하였으며, 제작되어진 칼럼으로 단일 충전재와 혼합충전재에 대하여 악취흡착 능력 실험을 수행하였다. 그리고 선발된 충전재의 악취제거 미생물균주의 정착성을 구명하기 위한 정착실험을 수행하였으며, 선발된 혼합충전재에 악취제거 미생물균주를 접종하여 악취제거 성능실험을 수행하였다. 그 연구 결과는 다음과 같다. 1. 악취흡착, 제거실험용 실험실용 Biofilter system을 설계, 제작하였으며 충전 칼럼은 설계시의 설정과 같이 내부압력과 기밀성은 문제점이 없는 것으로 나타났다. 2. 단일충전재는 암모니아 180 ppm과 황화수소 20 ppm의 악취가스에 대하여 단위체적당 악취가스 제거량은 각각 왕겨는 0.054 $\ell/\textrm{cm}^3$, 0.016$\ell/\textrm{cm}^3$, 볏짚은 0.01$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.04$\ell/\textrm{cm}^3$, 코코넛은 0.158$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.010$\ell/\textrm{cm}^3$, 펄라이트는 0.014 $\ell/\textrm{cm}^3$, 0.020$\ell/\textrm{cm}^3$, 하이로드볼은 0.004$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.003$\ell/\textrm{cm}^3$, 소나무수피는 0.112$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.015 $\ell/\textrm{cm}^3$,로 나타났으며, 혼합충전재는 암모니아 200 ppm과 황화수소 20 ppm의 악취가스에 대하여 단위체적당 악취가스 제거량은 각각 혼합재료 1은 0.045$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.014$\ell/\textrm{cm}^3$, 혼합재료 2는 0.079$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.016$\ell/\textrm{cm}^3$, 혼합재료 3은 0.123$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.017$\ell/\textrm{cm}^3$, 혼합재료 4는 0.031$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.015 $\ell/\textrm{cm}^3$, 혼합재료 5는 0.055$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.016$\ell/\textrm{cm}^3$, 혼합재료 6은 0.111$\ell/\textrm{cm}^3$, 0.020$\ell/\textrm{cm}^3$,로 나타났다. 3. 단일충전재의 악취흡착 능력은 실험결과 암모니아는 코코넛, 소나무수피, 왕겨에서 흡착 능력이 우수하게 나타났으며, 황화수소는 펄라이트, 왕겨, 소나무수피에서 상대적으로 우수한 것으로 나타났으며, 혼합충전재는 암모니아의 경우 코코넛과 펄라이트의 비율이 7:3인 혼합 재료 3번과 소나무수피와 펄라이트의 비율이 7:3인 혼합 재료 6번에서 다른 혼합 재료에 비하여 우수한 것으로 나타났다. 4. 코코넛과 소나무수피의 경우 암모니아 가스에 대한 흡착 능력은 거의 비슷한 것으로 사료되며, 코코넛의 경우 전량을 수입에 의존하고 있다는 점에서 국내 조달이 용이하며, 구입 비용도 적게 소요되는 소나무수피를 사용하는 것이 경제적이라고 사료된다. 5. 마지막으로 악취제거 미생물균주를 접종한 소나무수피 50%와 펄라이트 30%의 혼합재료를 24시간 동안 장기간 운전 실험을 수행한 결과 암모니아 99.06%, 황화수소 96.61%의 제거 효율을 보였다.

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가축분뇨액비저장조 침전물 퇴적 방지를 위한 2류체 제트노즐식 교반장치 개발에 관한 연구 (Development of a 2-fluid Jet Mixer for Preventing the Sedimentation in Livestock Liquid Manure Storage Tank)

  • 유병기;홍종태;김혁주;권진경;오권영;박병곤
    • 한국축산시설환경학회지
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    • 제18권3호
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    • pp.207-220
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    • 2012
  • 본 연구에서 고형침전물이 누적되어 쌓이는 것을 효과적으로 부유시키고 혼합하여 미세한 공기방울이 액비에 접촉함으로서 발효촉진을 도모하고자 폭기식 2류체 제트노즐 설계조건 구명시험을 실시하여 1차 노즐과 2차 노즐 구경비 설정 및 1차 노즐에서의 액체의 적정 유속을 설정하고, CFD 이용 유동해석에 의한 노즐 분사구 위치를 설정하였다. 이 결과를 토대로 가축분뇨 액비저장조 침전물 교반장치를 제작하여 농가에 많이 보급되고 있는 200 ton 규모의 액비저장조에 설치하여 침전물 교반 성능을 평가한 결과는 다음과 같다. 1. 침전물 교반기의 설계조건 구명을 위해 2류체 노즐을 공시하여 시험한 결과 1차 노즐과 2차 노즐의 구경비를 1:2로 한 상태에서 1차 노즐의 유속을 12.3 m/s 이상으로 하여야 기체 기포의 미세화가 가능한 것으로 판단되었다. 2. 컴퓨터유동해석을 한 결과 노즐의 설치간격을 같게 하는 것이 노즐당 담당부피를 같게 설치하는 것보다 효율적인 것으로 분석되었다. 3. 설계요인 시험과 유동해석을 토대로 4개의 노즐이 일자형 관에 설치된 침전물교반 장치를 제작 200톤 저장조에 설치 가동시험을 실시하였다. 먼저, 전체 평균 TS와 VS가 각각 23.4 g/L, 15.5 g/L인데 반하여, 교반 전 40 cm 이상 높이의 TS 및 VS가 평균 21.1 g/L, 13.3 g/L으로 교반기를 가동하지 않는 경우는 많은 고형물이 바닥에 가라앉아 있음을 알 수 있다. 또한, 가동 후 45분이 경과한 후에는 TS와 VS 모두 전체 평균과 동일한 값을 나타내고 있어 침전물들이 충분히 부유되어 혼합됨을 확인할 수 있다. 액체제트 분사교반 45 분후에 평균 23.5 g/L, 15.5 g/L로, 액체-기체 2류체 노즐 사용시 23.6 g/L, 14.9 g/L로 증가한 것은 교반 전에 바닥에 침전되어 있던 고형물들을 부유시켜 교반 혼합하는 것이 가능한 것으로 판단되었으며, 호기발효를 고려하지 않은 균일도 측면에서는 액체제트를 사용한 것이 보다 균일한 것으로 나타났다. 4. 침전물 교반기의 가동주기를 알아보기 위해 가축분뇨의 교반을 중지하였을 때 2시간 후에도 0.4 m 높이에서 TS 및 VS가 증가하고 있어 교반정지 간격을 2시간으로 주어도 교반기 운영에는 큰 지장이 없을 것으로 판단된다.

축산폐수 처리 및 재활용을 위한 조건성연못의 메탄발효 (Methane Fermentation of Facultative Pond in Pond System for Ecological Treatment and Recycling of Livestock Wastewater)

  • 양홍모
    • 한국환경농학회지
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    • 제19권2호
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    • pp.171-176
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    • 2000
  • 조건성연못의 메탄발효 환경조건은 용존산소가 없고, 혐기성 및 중성 pH가 유지되어야 하며, 온도변화가 적어야 한다. 분석결과 실험 조건성연못의 바닥은 이러한 조건들을 충족시키고 있어 설계인자가 비교적 적절하다고 본다. 조건성연못의 수심이 2.4m일 경우도 강한 바람이 불면 상충의 용존산소가 바닥으로 이동하여 연못바닥의 메탄발효를 일시적으로 저하시키는 현상이 있을 수 있다. 용존산소의 바닥침투를 완화하기 위해 수심을 깊게 설계할 수 있으나 수심이 깊어지면 연못바닥의 수온이 낮아져 메탄발효의 효율이 저하된다. 실험결과 조건성연못의 수심은 2.4m 정도가 적합하다고 본다. 최근에는 용존산소의 연못바닥 침투를 차단하기 위해 연못바닥에 Pit를 설치하는 방법이 연구되고 있으나 시설비용이 추가되는 단점이 있다. 실험 조건성연못의 슬러지층의 온도가 $16^{\circ}C$ 이상에서 메탄발효가 원활히 일어나고 있다. 기존 조건성연못의 메탄발효 연구에 의하면 연못바닥 슬러지충의 온도가 $19^{\circ}C$에서 슬러지 분해량과 침전량이 같아진다고 보고되고 있다. 실험 조건성연못에서는 $19^{\circ}C$보다 $3^{\circ}C$ 낮은 온도에서도 메탄발효가 원활히 일어나고 있다. 실험 조건성연못의 바닥온도 분석결과 메탄발효가 거의 정지되는 $14^{\circ}C$이하가 되는 기간이 약 7 개월이 되어, 매년 어느 정도의 슬러지는 바닥에 쌓이게 된다. 1997년 1월부터 9월까지 9개월 동안 연못바닥에 형성된 슬러지 깊이가 1.3cm였다. 따라서 연간 약 1.7cm가 쌓일 것으로 예측된다. 실험 조건성연못처럼 연못의 수심을 2.4m로 유지하고, 연못바닥에 슬러지 퇴적을 위해 여분의 0.3m 깊이를 두어 15 - 20년에 한번 슬러지를 제거할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다고 사료된다. 메탄발생이 왕성한 기간에 연못상충에서 포집한 가스의 83%가 메탄으로 구성되어 있어 축산폐수를 처리하면서 메탄가스를 회수하여 연료로 사용하는 것이 가능하다. Parker(1979)의 연구에 의하면 슬러지층이 형성되지 않은 연못이 슬러지층이 형성된 연못의 BOD제거수준에 이르는데는 약 1년이 소요된다.$^{24)}$ 메탄박테리아 활동이 슬러지층의 표면에서 훨씬 높기 때문이다. 본 연구는 조건성연못의 초기 메탄발효를 분석한 것으로 조건성연못이 생태적으로 적용하면 초기단계보다 메탄발효의 효율이 증가할 것으로 예측된다.

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