[논문]냉난방도일을 이용한 우리나라 주요도시의 도시승온화현상 특성분석

김해동; 박명희; 송경숙

doi:10.5322/jes.2004.13.3.189

문제 정의

공항관측소가 인접한 우리나라 주요 3개 대도시를 대상으로 도시승온화현상이 냉난방도일의 변화에 미치는 효과를 분석하여 보았다. 우선, 3개 도시와 그에 인접한 공항지역에서 관측되는 난방필요일수의 시간변화를 Fig.
본 연구에서는, 우리나라 주요도시를 대상으로 하여 도시화에 따른 냉난방도일의 변화특성을 통하여 우리나라 주요 대도시의 도시승온화 특성을 분석하고 외국의 사례와 비교하여 보고자 한다. 이 연구의 결과는 도시화에 따른 장기적 국가에너지 수급계획 및 도시열오염 문제에 대처하기 위한 기초적 자료를 제공할 수 있다는 점에서 중요성을 찾을 수 있을 것이다.

제안 방법

이는 냉방도일이라는 지표를 이용한다. 냉방도일은 일평균기온이 냉방도일의 기준온도인 24°C 이상인 날에 대해서 기준온도와 일평균온도간의 차이를 1년 간에 걸쳐 합하여 구한다. 난방보다는 냉방에 필요한 에너지량이 많기 때문에 도시열섬은 실질적으로 도시 거주자에게 불리한 것이다.
우리나라 주요도시를 대상으로 하여 도시화에 따른 도시승온화 특성을 알아보기 위하여 대도시(서울, 대구, 부산)와 그에 인접한 교외의 공항(김포공항, 대구공항, 김해공항)에서 관측된 기상자료를 이용하여 냉난방도일의 현황과 장기적 시간 변화 특성을 조사하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
쾌적한 작업과 일상생활이 가능한 실내온도는 연령, 성별, 작업내용 등에 따라서 차이가 있지만, 18±3°C~22士2°C로 알려져 있다. 이런 사실에 기초하여 겨울철 쾌적한 실내온도의 하한을 14-15 °C로 정의하여, 이 보다 기온이 낮아질 경우에 난방을 하여 실내온도를 14~ 15°C로 유지하고자 한다. 일년을 통하여 이를 유지하기 위한 총 적산온도가 난방도일이다.

대상 데이터

그리고 냉난방도일을 계산함에 있어서 필요한 임계온도와 기준온도는 일본을 포함한 선진국에서 일반적으로 이용하고 있는 값을 사용하였다. 즉, 냉방도일의 임계온도와 기준온도를 24°C로 간주하였다.
냉난방도일의 장기적 변화를 조사하기 위하여 3개 대도시와 인접한 3개 공항(김포, 김해, 대구)을 합하여 총 6개 지점의 지상관측지점에서 측정된 일평균기온자료를 이용하였다. 자료분석에 이용된 기간은 관측소 설치기간에 따라서 지점별로 차이가 있다.
도시화에 따른 우리나라 주요 도시의 도시승온화가 냉난방도일에 미치는 특성을 조사하기 위하여 공항이 위치한 3개 대도시(서울, 부산, 대구)를 분석대상으로 선정하였다. 공항은 도시에 인접하면서도 개발이 유보되어 교외지역으로서의 기상특성을 잘 나타낼 수 있기 때문에 대도시의 도시화로 인한 냉난방도일의 변화특성을 파악하기에 유리하다.
자료분석에 이용된 기간은 관측소 설치기간에 따라서 지점별로 차이가 있다. 즉, 대도시와 김포공항은 43년간(1961~2003)을 대상으로 하였고 김해와 대구공항은 그 보다 짧은 27년간(1977~2003)과 25년간(1975~1999)의 자료를 이용하였다. 그리고 분석기간 중에서도 김해와 대구 공항에는 관측자료가 부재한 기간이 있었는데, 그것은 분석대상에서 제외하였다.

성능/효과

3(a), (b)에 3개 대도시와 그에 인접한 공항지역의 난방일수 시간변화를 각각 나타내었다. 3개 대도시의 연중 난방필요일수는 대략 180~200일(서울), 160~180일(대구), 150~ 170일(부산) 정도로 평가되었다. 반면에, 이들 도시에 인접한 공항지역에서는 190~210일(김포), 170~ 190일(대구), 160~180일(김해)로 평가되었다.
증가하였음을 알 수 있다. 그 결과로, 1980년대 중반 이전에 김해-부산 간에 250도 내외, 김포-서울과 대구공항-대구간에는 150도를 넘지 않던 것이 1980년대 중반 이후에는 그 차이가 거의 2배로 증가하였음을 볼 수 있다. 이러한 사실은 15% 내외에 머문 미국의 사례에 비하여 현저히 높은 것이다.
따라서 교외지역에 위치한 공항지역의 난방필요일수가 인근에 위치한 대도시지역에 비하여 약 10일 정도 많았다. 그리고 3개 대도시와 부산에 인접한 김해공항에서는 난방필요일수가 점진적으로 감소하는 것으로 평가되었고, 김포와 대구공항에서는 난방필요일수에 대한 시간변화가 거의 감지되지 않았다. 김해공항의 난방일수 시간변화가 대도시에서와 같이 감소경향을 뚜렷하게 보인 것은, 김해공항이 위치한 김해시의 급속한 도시화에 기인하는 것으로 추정된다.
넷째, 3개 대도시의 연중 냉방필요일수는 대략 35 ~75일(서울), 30~85일(대구), 20~70일(부산) 정도로 평가되었다. 반면에, 이들 도시에 인접한 공항지역에서는 15~70일(김포), 30~70일(대구), 25~70일(김해)로 평가되었다.
다섯째, 대도시와 인접한 공항지역의 냉방도일 값은 대구(100~300°C), 서울(50~200°C), 부산(50~180°C)의 순서로 높았다. 공항지역에서는 대구공항(80 ~250°C), 김포공항(50~ 180°C), 김해공항(40~150°C)의 순서를 보였으며, 대체로 공항에 인근한 대도시보다 약간 낮은 분포를 보였다.
둘째, 난방도일 값은 서울(1, 500 ~ 2, 300°C), 대구 (1, 200-1, 800°C), 부산(900~l, 400°C)의 순서로 높았다. 그리고 1970년대 이래로 점진적인 감소경향을 나타내고 있다.
셋째, 대도시와 공항지역간의 난방도일 격차는 점진적으로 증가하였음을 알 수 있다. 그 결과로, 1980년대 중반 이전에 김해-부산 간에 250도 내외, 김포-서울과 대구공항-대구간에는 150도를 넘지 않던 것이 1980년대 중반 이후에는 그 차이가 거의 2배로 증가하였음을 볼 수 있다.
여섯째, 대도시와 공항지역간의 냉방도일의 격차는 1980년대 중반 이후 현저히 증가하였음을 볼 수 있었다. 1980년대 중반 이전에 20도를 넘지 않던 양 지역간의 격차가 1980년대 중반 이후에는 60~70도에 달하여, 그 차이가 거의 2배로 증가하였는데, 이는 미국의 여러 도시를 대상으로 조사된 결과16劉인, 30년간에 약 6~48% 증가에 비하여 현저히 높은 것이다.
일곱째, 부산-김해간에는 1990년대 이후로, 김해지역의 냉방도일의 값이 부산보다 오히려 많이 높아지는 경향을 볼 수 있었다. 이러한 원인은 난방 도일의 변화경향과 마찬가지로, 김해지역의 급격한 도시화 효과가 반영된 결과로 보인다.
첫째, 3개 대도시의 연중 난방필요일수는 대략 180~200일(서울), 160~180일(대구), 150~170일(부산) 정도로 나타났다. 반면에, 이들 도시에 인접한 공항지역에서는 190~210일(김포), 170~190일(대구), 160~180일(김해)이었다.

후속연구

외국의 사례와 비교하여 보고자 한다. 이 연구의 결과는 도시화에 따른 장기적 국가에너지 수급계획 및 도시열오염 문제에 대처하기 위한 기초적 자료를 제공할 수 있다는 점에서 중요성을 찾을 수 있을 것이다.
이 연구의 결과는, 우리나라 주요 대도시의 도시기후환경의 평가뿐만 아니라, 도시화에 따른 장기적 국가에너지 수급계획 및 도시열오염 문제에 대처하기 위한 기초적 亦료를 제공할 수 있다는 점에서 중요성을 찾을 수 있을 것이다.

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