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문제 정의
- 본 시뮬레이션 케이스의 설정은 도시 인공피복 지에서의 건물조성과 도시열환경 변화의 관계를 정량적으로 도출할 것을 목적으로 하였다.
가설 설정
- 표고정보 등을 포함한다. 3.2절에서 설정한 케이스 조합 변수 이외의 기타 조건은 고정값으로 설정하였다. 그 값은 표 3과 같다.
제안 방법
- 조성된 것으로 설정하였다. 건물군 밀도는 건물의 존재유무, 메쉬 내 건물 밀도 증가가 도시기후에 미치는 영향을 비교하기 위해 건폐율을 0%, 10%, 30%로 설정하였다. 또한 도시건물의 고층화 경향을 반영하기 위해 건물층수를 2층, 5층, 20층으로 변화시켰다.
- 건물군 밀도는 건물의 존재유무, 메쉬 내 건물 밀도 증가가 도시기후에 미치는 영향을 비교하기 위해 건폐율을 0%, 10%, 30%로 설정하였다. 또한 도시건물의 고층화 경향을 반영하기 위해 건물층수를 2층, 5층, 20층으로 변화시켰다. 도시의 지리적 구조를 반영하는 표고는 0m, 100m의 두 단계로 설정하였다(그림 2).
- 본 연구에서는 3차원 도시기후 시뮬레이션 시스템인 UCSS를 활용하여 도시기후 시뮬레이션을 실시하였다. 이때 도시 기후 현상의 특징을 결정짓는 유의한 변수인 인공피복, 건물군 정보를 조합하여 각 변수들이 도시 열 특성을 파악하였다.
- 본 장은 UCSS 시뮬레이션 출력결과를 통해 도시기후를 평가하는 단계로 기온, 습도, 풍속의 수치 예측결과와 도시기온을 형성하는 열발생 요소를 건폐율과 건물층고 변화의 관점에서 분석하였다.
- 실시하였다. 이때 도시 기후 현상의 특징을 결정짓는 유의한 변수인 인공피복, 건물군 정보를 조합하여 각 변수들이 도시 열 특성을 파악하였다. 그 결과 도시의 열발생량에 영향을 미치는 주된 변수는 용적률로 나타났으며 표고의 영향은 이상의 변수들에 비해 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
- 이에 본 연구에서는 도시기후 시뮬레이션 시스템 (Lkban Climate Simulation System, 이하 UCSS)을 활용하여 도시에너지-열수지현상을 특징짓는 주요 변수인 건폐율과 용적률을 입력조건으로 시뮬레이션을 실시하고 도시기후의 특성을 정 량적으로 예측 . 평가하고자 한다.
대상 데이터
- 본 연구에서 시뮬레이션 대상지는 북위 35.7도, 동경 139.7도를 중심으로 하였다. 해석 격자의 크기는 1km X 1km, 계산영역 의 높이는 2km로 43개의 부등격자로 분할되었다.
- 시뮬레이션 대상일은 전형적인 여름철 기상 조건을 반영하는 8월 3일을 기준으로 5시부터 다음날 자정까지 43시간동안의 계산을 실시하였고 5시 기준 수면온도, 상대습도, 풍향, 풍속과 같은 초기 조건은 일정한 값으로 표 1과 같이 설정되었다.
- 7도를 중심으로 하였다. 해석 격자의 크기는 1km X 1km, 계산영역 의 높이는 2km로 43개의 부등격자로 분할되었다.
성능/효과
- (1) 도시기후의 변화양상은 용적률과 일영면적의 관계와 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 도시기후 측면에서는 건물 층고의 변화에 따라 2층에서 5층으로 변할 때 최고기온이 2.
- (2) 건물군의 열발생량 측면에 있어 전체 열 발생량은 일정건폐율이 확보되면 층고가 낮을수록 대류현열 발생에 의한 것이, 층고가 높을수록 인공배열에 의한 영향이 큰 것으로 나타났다. 표고가 0~ 100m로 상승할 때 기압의 하강, 온위의 증가가 기온에 반영되어 나타났으나 1℃ 이내의 차를 보여 도시기후 형성의 측면에서 다른 변수들에 비해 큰 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다.
- 건폐율이 증가함에 따라 대류 현열량은 감소하지만 공조기의 인공배열량 증가분이 더해져 전체적으로는 열발생량이 증가하는 경향이 나타난다. 건폐율이 10%에서 30%로 증가함에 따라 전체 열발생량은 36~228W/nf가량 증가하는데 특히 건폐율 30%, 20증 의 경우 인공현열량은 전체 열발생량의 68%를 차지하는 것으로 나타나 건물의 고층화와 건폐율의 증가가 맞물려 인공현열량이 급격히 증가함이 단적으로 드러난다.
- 이때 대류현열은 2층 건물에서 359W/nf으로 최대값이 나타나며 5 층, 20층으로 고층화됨에 따라 각각 274W/E, 152W/E로 되어 층고 증가에 따른 일영면적의 증가와 반비례하는 것으로 나타났다. 건폐율이 높고 건물이 고층화 될수록 인공배열량도 높은 값으로 나타났다. 본 시뮬레이션 결과에서는 건폐율 30%, 20층 건물(용적률 600% 에서 인공현열이 최대 451W/m\ 인공잠열은 64W/M로 나타났다.
- 이때 도시 기후 현상의 특징을 결정짓는 유의한 변수인 인공피복, 건물군 정보를 조합하여 각 변수들이 도시 열 특성을 파악하였다. 그 결과 도시의 열발생량에 영향을 미치는 주된 변수는 용적률로 나타났으며 표고의 영향은 이상의 변수들에 비해 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이상의 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 도시기후 측면에서는 건물 층고의 변화에 따라 2층에서 5층으로 변할 때 최고기온이 2.1 ℃ 증가하고, 2층에서 20층으로 변할 때 절대습도는 최고 2.1g/kg 감소, 풍속은 최고 1.0m/s로 감소함이 확인되었다.
- 건폐율이 높고 건물이 고층화 될수록 인공배열량도 높은 값으로 나타났다. 본 시뮬레이션 결과에서는 건폐율 30%, 20층 건물(용적률 600% 에서 인공현열이 최대 451W/m\ 인공잠열은 64W/M로 나타났다. 즉 전체 열발생량은 층고가 낮을수록 대류현열 발생에 의한 것이, 층고가 높을수록 인공배열에 의한 영향이 큼을 알 수 있다.
- 시뮬레이션 결과 건폐율이 10%에서 30%로 증가하는 경우 2층 건물의 2.5m 평균풍속은 0.3Ws 이하 범위에서 감소하나 건물이 고층화될수록 최고 l.lm/s까지 감소하는 것으로 나타났다.
- 이상의 결과로부터 건물이 조성된 경우 도시기후의 변화양상은 건폐율과 건물 층고의 조합에 따라 다르게 나타나며 건물층고가 2층에서 5층으로 증가하는 경우의 기온변동과, 건물층고가 2층에서 20층으로 변화하는 경우의 습도 및 풍속변동이 두드러지게 나타남이 정량적으로 확인되었다.
- 이상의 결과를 통해 건폐율 증가는 주로 인공배열량을 증가시키는 원인이 되고 이는 전체 열발생량의 증가와 함께 도시기온을 상승시키는 주 원인이 되는 것으로 파악된다.
- 인공피복지에 건물이 조성되지 않은 경우에 비해 건물이 조성된 경우 대체적으로 기온이 상승하는 것으로 나타났다. 건폐율이 각각 10%, 30%로 조성된 경우 기온은 건폐율 10% 에서 일부 케이스를 제외하고 최고기온이 1.
- 절대습도의 경우 인공피복지의 함습량 특성, 건물벽면의 증발량, 인공잠열량 발생에 따라 건폐율이 10%, 30%로 조성된 경우가 건폐율이 조성되지 않은 경우에 비해 주간의 절대습도가 더 높게 나타났다. 그러나 건폐율이 증가함에 따라 절대습도는 0.
- 본 시뮬레이션 결과에서는 건폐율 30%, 20층 건물(용적률 600% 에서 인공현열이 최대 451W/m\ 인공잠열은 64W/M로 나타났다. 즉 전체 열발생량은 층고가 낮을수록 대류현열 발생에 의한 것이, 층고가 높을수록 인공배열에 의한 영향이 큼을 알 수 있다. 열발생량 증가와 함께 4.
- 것으로 나타났다. 표고가 0~ 100m로 상승할 때 기압의 하강, 온위의 증가가 기온에 반영되어 나타났으나 1℃ 이내의 차를 보여 도시기후 형성의 측면에서 다른 변수들에 비해 큰 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다.
후속연구
- 것이 필요하다고 판단된다. 그 결과는 추후 물리적 도시구조에 따른 도시의 정량적인 열환경 특성의 DB로 구축되어 도시기후 현상의 분석 뿐 아니라 건축 . 도시 계 획 시 도시열환경 관점에서 유리하게 적용될 수 있는 계획요소의 적정조합을 제시하는 근거로 사용될 필요가 있을 것이다.
- 이상의 결과로부터 건폐율과 층수 증가가 상호작용하여 건물군의 전체 열발생량을 증가시킴이 도출되었고 도시공간 계획이 도시기후의 관점에서 효과를 거두기 위해서는 적정 건폐율과 층수의 조합을 도출하는 것이 필요한 것으로 판단된다.
- 이상의 결과로부터 도시공간계획이 도시기후의 관점에서 효과를 거두기 위해서는 적정 건폐율과 층수의 정량적인 조합을 도출하는 것이 필요하다고 판단된다. 그 결과는 추후 물리적 도시구조에 따른 도시의 정량적인 열환경 특성의 DB로 구축되어 도시기후 현상의 분석 뿐 아니라 건축 .
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