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도시 재개발이 도시 지역 상세 대기 흐름에 미치는 영향
The Effects of an Urban Renewal Plan on Detailed Air Flows in an Urban Area 원문보기

한국지리정보학회지 = Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, v.12 no.2, 2009년, pp.69 - 81  

이주현 (부경대학교 환경대기과학과) ,  최재원 (부경대학교 환경대기과학과) ,  김재진 (부경대학교 환경대기과학과) ,  서용철 (부경대학교 위성정보과학과)

초록
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본 연구에서는 전산유체역학 모델을 이용하여 도시 재정비에 따른 신축 건물이 주변 대기 흐름에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위하여 지리정보시스템 자료로부터 추출한 건물 자료를 전산유체역학 모델의 입력 자료로 사용하였고 4가지 풍향 (서풍, 남풍, 동풍, 북풍)에 대한 수치 시뮬레이션을 수행하였다. 도시 재정비가 이루어지기 전에는 저층 건물이 밀집되었기 때문에 건물에 의한 마찰 효과가 증가하면서 건물 사이 공간의 풍속이 현저하게 감소하였다. 도시 재정비 계획에 따라 고층 건축물이 신축되고 밀집된 건물이 정비되면서 보행자 고도에서는 건물에 의한 마찰 효과가 감소하였다. 그리고 질량연속방정식을 만족시키기 위한 channeling 효과가 부분적으로 나타나면서 도시 재정비 지역의 풍속이 증가하였다. 상층에서는 고층 건물이 신축되면서 건물 사이에서 일어나는 channeling 효과에 의해 부분적으로 풍속이 증가하였다. 그러나 도시 재정비 지역의 풍하지역에서는 건물에 의해 형성되는 재순환 영역 (recirculation region)과 마찰 효과에 의해 넓은 지역에서 풍속이 현저하게 감소하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Using a computational fluid dynamics (CFD) model, the effects of building complexes constructed under an urban renewal plan on air flows in an urban area were investigated. For this, the geographic information system (GIS) data were used as the input data of the CFD model and four experiments were n...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 문화전당이 갖는 상징성과 정체성을 유지하고 문화전당에서 주변 경관 요소를 조망할 때 인간 규모를 고려한 건축물의 적정 높이를 고려하는 것을 문화전당 주변 경관 관리를 위한 기본 방향으로 설정하고 있다. 본 연구에서는 건축물 적정 높이와 조망권을 고려해 수립한 문화전당 주변 지역 경관 관리 사업 전ᆞ후의 건물 자료를 이용하여 건물이 주변 흐름에 미치는 영향을 조사하고자 한다.
  • 본 연구에서는 도시 재개발에 따른 건축물의 증ᆞ개축이 도시 지역 내부의 상세 바람 환경에 미치는 영향을 조사하고자 한다. 이를 위해서 CFD 모델과 광주광역시 (구)전남도청일원의 도시 재정비 사업 전ᆞ후의 GIS 기반건물 자료를 이용하여 풍향 변화에 따른 주변 지역 바람 환경을 조사ᆞ분석하였다.
  • 본 연구에서는 지리정보시스템 자료와 전산 유체역학 모델을 이용하여 도시 재정비에 따른 건물 건축이 도시 내 대기 흐름에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 지리정보시스템 자료로부터 건물 자료를 추출하여 전산유체역학 모델 입력 자료로 사용하였고 4가지 풍향 (서풍, 남풍, 동풍, 북풍)에 대한 수치 시뮬레이션을 수행하였다.
  • 현재 광주광역시는 이하 문화전당을 포함하는 (구)전남도청 일원 지역 개발 사업을 광주 아시아문화중심도시 조성사업 중 핵심 사업으로 추진하고 있다. 이를 통해 문화전당을 새롭게 조성하고 주변 경관을 사전 관리함으로써 구도심 재생에 기여하고자 한다. 문화전당이 갖는 상징성과 정체성을 유지하고 문화전당에서 주변 경관 요소를 조망할 때 인간 규모를 고려한 건축물의 적정 높이를 고려하는 것을 문화전당 주변 경관 관리를 위한 기본 방향으로 설정하고 있다.

가설 설정

  • 본 연구에서 사용한 전산유체역학 (Computational Fluid Dynamics, CFD) 모델은 김재진 (2007)이 사용한 모델과 동일하다. 이 CFD 모델은 RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) 방정식 계에 기초한 모델로서 3차원, 비정수, 비압축 대기 흐름 계를 가정하며 코리올리 효과를 배제한다. 난류 모수화를 위하여 Renormalization Group 이론에 기초한 k-ℇ 난류 종결 방법을 사용한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
도시 협곡은 무엇인가? 도시 지역 흐름과 확산 특성에 대한 체계적이고 이론적인 접근을 위하여 비교적 단순화된 지형 (예, 도시 협곡이나 단일 장애물)에 대한 연구가 주로 수행 되어져 왔다. 도시 협곡은 도로 양옆으로 길게 세워져 있는 건물 사이의 공간을 말한다. DePaul과 Sheih (1986)는 시카고 지역의 도시 협곡에서 야외 관측을 통해 도시 협곡 내에소용돌이가 형성될 수 있음을 보였고 잘 발달된 소용돌이가 형성될 수 있는 주변 바람의임계 속도를 관측하였다.
기존의 기상 모델이나 대기 확산 모델이 미세 규모의 대기 흐름에 매우 중요한 외력으로 작용하는 건물을 고려하기 어려운 이유는? 이중에서 수치 연구 방법은 상대적으로 적은 비용을 필요로 하고 실험 결과의 반복성 (repeatability)이 뛰어나며 미래의 대기 상태예측이 가능하다는 점에서 많은 이점이 있는방법이다. 기존의 기상 모델이나 대기 확산 모델은 모델 좌표계와 분해능의 한계 때문에 미세 규모의 대기 흐름에 매우 중요한 외력으로 작용하는 건물을 고려하기 어렵다. 따라서 건물이 밀집되어 있는 도심 지역 대기 흐름과 확산 문제를 다루기 위해서 개개 건물 영향을 효과적으로 수치 모사할 수 있는 전산 유체 역학 (Computational Fluid Dynamics, CFD) 모델을 사용해 왔다.
전산유체역학 모델을 이용하여 도시 재정비에 따른 신축 건물이 주변 대기 흐름에 미치는 영향을 조사하였을 때 그 결과는? 이를 위하여 지리정보시스템 자료로부터 추출한 건물 자료를 전산유체역학 모델의 입력 자료로 사용하였고 4가지 풍향 (서풍, 남풍, 동풍, 북풍)에 대한 수치 시뮬레이션을 수행하였다. 도시 재정비가 이루어지기 전에는 저층 건물이 밀집되었기 때문에 건물에 의한 마찰 효과가 증가하면서 건물 사이 공간의 풍속이 현저하게 감소하였다. 도시 재정비 계획에 따라 고층 건축물이 신축되고 밀집된 건물이 정비되면서 보행자 고도에서는 건물에 의한 마찰 효과가 감소하였다. 그리고 질량연속방정식을 만족시키기 위한 channeling 효과가 부분적으로 나타나면서 도시 재정비 지역의 풍속이 증가하였다. 상층에서는 고층 건물이 신축되면서 건물 사이에서 일어나는 channeling 효과에 의해 부분적으로 풍속이 증가하였다. 그러나 도시 재정비 지역의 풍하지역에서는 건물에 의해 형성되는 재순환 영역 (recirculation region)과 마찰 효과에 의해 넓은 지역에서 풍속이 현저하게 감소하였다.
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참고문헌 (18)

  1. 김재진. 2007. 장애물 외관비가 주변 흐름에 미치는 영향. 대기 17(4):381-391. 

  2. 김재진, 백종진. 2005. CFD 모형을 이용한 도시지역 흐름 및 스칼라 분산 연구. 한국기상학회지 41(5):821-837. 

  3. 이동현, 백태경. 2009. 저층고밀형 주택지 정비수법에 관한 연구. 한국지리정보학회지 12(1):44-45. 

  4. Baik, J.-J. and J.-J. Kim. 1999. A numerical study of flow and pollutant dispersion characteristics in urban street canyons. Journal of Applied Meteorology 38(9):1576-1589. 

  5. Baik, J.-J., R.-S. Park, H.-Y. Chun and J.-J. Kim. 2000. A laboratory model of urban street-canyon flows. Journal of Applied Meteorology 39(11):1592-1600. 

  6. Baik, J.-J. and J.-J. Kim. 2002. On the escape of pollutants from urban street canyons. Atmospheric Environment 36(3):527-536. 

  7. Baik, J.-J., S.-B. Park and J.-J. Kim. 2009. Urban flow and dispersion simulation using a CFD model coupled to a mesoscale model. Journal of Applied Meteorology and Climatology (in press). 

  8. DePaul, F.T. and C.M. Sheih. 1986. Measurements of wind velocities in a street canyon. Atmospheric Environment 20(3):455-459. 

  9. Kim, J.-J. and J.-J. Baik. 1999. A numerical study of thermal effects on flow and pollutant dispersion in urban street canyons. Journal of Applied Meteorology 38(9):1249-1261. 

  10. Kim, J.-J., and J.-J. Baik. 2001. Urban street-canyon flows with bottom heating. Atmospheric Environment 35(20):3395-3404. 

  11. Kim, J.-J., J.-J. Baik and H.-Y. Chun. 2001. Two-dimensional numerical modeling of flow and dispersion in the presence of hill and buildings. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 89(10):947-966. 

  12. Kim, J.-J., and J.-J. Baik. 2005. Physical experiments to investigate urban street-canyon flow. Advances in Atmospheric Sciences 22(2):230-237. 

  13. Lee, I. Y. and H. M. Park. 1994. Parameterization of the pollutant transport and dispersion in urban street canyons. Atmospheric Environment 28(14):2343-2349. 

  14. Meroney, R.N., M. Pavageau, S. Rafailidis and M. Schatzmann. 1996. Study of line source characteristics for 2-D physical modelling of pollutant dispersion in street canyon. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 62(1):37-56. 

  15. Nakamura, Y. and T.R. Oke. 1988. Wind, temperature, and stability conditions in an east-west oriented urban canyon. Atmospheric Environment 22(12):2691-2700. 

  16. Rotach, M.W.. 1995. Profiles of turbulence statistics in and above an urban street canyon. Atmospheric Environment 29(13):1473-1486. 

  17. Sini, J.-F., S. Anquetin and P.G. Mestayer. 1996. Pollutant dispersion and thermal effects in urban street canyons. Atmospheric Environment 30(15):2659-2677. 

  18. Uehara, K., S. Murakami, S. Oikawa and S. Wakamatsu. 2000. Wind tunnel experiments on how thermal stratification affects flow in and above urban street canyons. Atmospheric Environment 34(10):1553-1562. 

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