스마트축사 내 빗물 활용을 통한 하이브리드 급수 시스템 설계 및 효용성 분석

• 영문명: Design and feasibility analysis of a hybrid watering system utilizing rainwater in smart livestock
• 발행기관: 한국스마트미디어학회
• 저자명: 신현태(Hyuntae Shin) 정현창(Hyeongchang Jung) 송기웅(Ki-woong Song) 이명훈(Myunghoon Lee)
• 간행물 정보: 『스마트미디어저널』제14권 제8호, 29~34쪽, 전체 6쪽
• 주제분류: 공학 > 컴퓨터학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.08.29

국문 초록

본 연구는 스마트축사 환경에서 빗물과 지하수를 혼합하여 사용하는 하이브리드 급수 시스템을 설계하고 그 효용성을 분석하는 것을 목표로 한다. 기존 축산업에서는 주로 지하수를 급수원으로 활용해왔으나, 지속적인 지하수 사용은 수자원의 고갈과 경제적 부담을 초래할 수 있다. 이에 본 연구에서는 계절별 강우량과 소의 음수량 변동성을 고려하여 빗물을 효과적으로 활용할 수 있는 시스템을 제안하였다. 본 연구에서 제안하는 하이브리드 급수 시스템은 축사의 천장을 활용하여 빗물을 집수하고, 1차 및 2차 필터를 통해 이물질을 제거한 후 저장 탱크에 보관하며, 저장된 빗물의 수질 유지를 위해 기포 발생 장치와 팬 기반 물 흐름 조성 시스템을 도입하여 박테리아 및 조류(녹조) 발생을 방지하고자 하였다. 또한, 지하수와 빗물을 혼합하여 사용할 수 있도록 설계하였으며, 자동 혼합 밸브 및 유량 센서를 통해 최적의 비율로 급수함으로써 수자원 절감과 경제적 효율성을 높이고자 하였다. 연구 결과, 여름철에는 빗물만으로 전체 필요 음수량의 34.7%를 충당할 수 있었으며, 봄과 가을철에는 각각 27.1% 및 22.2%의 빗물 활용이 가능하였다. 반면, 겨울철에는 강우량이 적어 빗물만으로는 10.0%만 충족할 수 있어 하이브리드 급수 시스템을 통해 부족한 부분을 보완하는 것이 필수적임을 확인하였다. 본 연구의 기여점은 스마트축사 환경에서 빗물과 지하수를 혼합하여 사용하는 급수 시스템을 구체적으로 설계하고, 계절별 급수 전략을 최적화함으로써 축산업의 지속가능성과 경제적 효율성을 증대할 수 있음을 실증적으로 분석한 것이다. 향후 연구에서는 다양한 기후 조건에서의 실용성 검토와 장기적인 운영 비용 분석이 필요하며, 스마트 농업 정책과 연계한 실증 연구를 통해 농가의 운영비 절감 및 지속 가능한 축산업 발전에 기여할 것으로 기대된다.

영문 초록

This study aims to design a hybrid water supply system that uses a mixture of rainwater and groundwater in a smart livestock environment and analyze its effectiveness. The existing livestock industry has mainly utilized groundwater as a water supply source, but continuous use of groundwater can lead to water resource depletion and economic burden. Therefore, this study proposes a system that can effectively utilize rainwater by considering the variability of seasonal rainfall and the amount of drinking water for cattle. The hybrid water supply system proposed in this study utilizes the ceiling of the barn to collect rainwater, removes foreign substances through primary and secondary filters, and stores it in a storage tank, and introduces a bubble generator and a fan-based water flow composition system to maintain the quality of the stored rainwater to prevent the occurrence of bacteria and algae (green algae). In addition, the system was designed to use a mixture of groundwater and rainwater, and watering is done in an optimal ratio through automatic mixing valves and flow sensors to save water resources and increase economic efficiency. The results of the study showed that rainwater alone could meet 34.7% of the total potable water needs during the summer months, and 27.1% and 22.2% of rainwater could be utilized during the spring and fall seasons, respectively. On the other hand, in winter, due to low rainfall, only 10.0% of the water needs could be met by rainwater alone, confirming that it is essential to compensate for the shortfall with a hybrid water supply system. The contribution of this study is the empirical analysis of the specific design of a watering system using a mixture of rainwater and groundwater in a smart livestock environment, and the optimization of seasonal watering strategies to increase the sustainability and economic efficiency of livestock farming. Future research needs to examine the practicality under various climatic conditions and analyze long-term operating costs, and empirical studies in conjunction with smart agricultural policies are expected to contribute to reducing farmers' operating costs and developing sustainable livestock farming.

목차

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 관련 연구

Ⅲ. 하이브리드 급수 시스템 설계

Ⅳ. 테스트베드 적용 및 효용성 분석

Ⅴ. 결론

키워드

스마트축사 급수시스템 하이브리드 수자원 절감 효용성 분석 Smart livestock Watering systems Hybrid Water savings Utility analysis