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문제 정의
- 한편, 남향의 차양수목은 냉방에너지 절약효과가 낮고 난방에너지 소비를 가중시키므로 중부 및 남부지방 모두 그 식재를 회피해야 한다. 건물에너지 절약에 관한 본 연구는 남부지방 대상의 연구가 전무한 상황에서, 방위별 차양수목 식재의 적부성을 구명하고 중부 및 남부지방을 포괄하는 건물 주변 식재기법을 일반화하고자 하는 의도에서 수행되었다. 다만.
- 공간표면 재료가 열 쾌적성을 좌우한다는 것은 주지의 사실이나, 에너지수지의 인과관계를 계량적으로 분석하여 변수 간 상대적 중요도의 판단기준을 객관화한 조경분야의 응용연구는 거의 없다 도시녹지에 의한 건물 에너지 절약의 경우, 남부지방 대상의 연구가 부재하여 중부지방과의 기후적 차이를 반영한 녹지계획 전략을 마련하는데 한계가 있다. 따라서, 본 연구의 목적은 도시 옥외공간의 표면재료 구성에 따라 열쾌적성에 작용하는 인체 에너지수지를 산정하고 수목차양이 건물에너지 절약에 기여하는 효과를 분석하여 미진한 연구정보를 구축한 후 기존의 관련 연구결과를 추가 고찰하여 열쾌적성과 에너지절약을 위한 도시녹지계획의 전략을 제시하는 것이다.
- 본 연구는 도시 옥외공간의 대표적 구성재료 유형에 따라 열 쾌적성에 작용하는 여름철 인체 에너지수지를 산정하고 남부지방 대구를 대상으로 수목차양이 냉난방에너지 절약에 기여하는 효과를 분석하여 중부지방 춘천의 경우와 비교하였다 이들 주제는 그동안 국내에서 절대 미진했던 연구내용으로서, 조경분야에서 쾌적한 열환경 창출 및 저탄소 녹색성장의 사회적 이슈에 부응하고자 하는 의의에서 관련 녹지계획 전략을 모색 하였다.
- 98을 적용하였다. 본 연구에서는 대상 공간유형별 인체 에너지수지를 계량 분석한 기존 연구가 부재함을 고려하여, 옥외공간의 열쾌적 여부가 큰 관심사인 여름철의 오후 시간대를 대상으로 공간유형별 인체 에너지수지를 계량 비교하고, 이를 근간으로 적정한 옥외 휴식공간의 구성에 필요한 열 쾌적성 결정변수를 검증하는데 초점을 두었다
가설 설정
- 5m이고 수형은 우산형이었다. 수관의 일사투과율은 다양한 낙엽수종의 대표치로서 (McPherson, 1984; McPherson et al., 1993) 생장기간(5~L0월) 동안 15%이고 낙엽 된 겨울철에는 75%인 것으로 가정하였다 주택 및 차양유형별 SPS 시뮬레이션을 통하여 생성된 파일을 MICROPAS에 입력하여 차양효과를 반영한 건물에너지 이용량을 산정하였다.
제안 방법
- 기온은 지상 3m 높이에 자기온습도계 H08-032-斷HOBQ 2000) 을 설치하고 1시간 동안 10분 간격으로 공간유형별로 동시에 측정하였다 기기 간 기온의 실측결과는 실측 전일 동일 환경 조건 하에서 주간 8시간 동안 측정된 자료를 비교하여, 하드스케이프 공간의 설치기기를 기준으로 편차를 산출하여 보정하였다. 표면온도는 표면온도계 HI9063( Hanna fastruments, 2005) 을’ 풍속은 지상 1.
- MICRO- PAS는 열전도와 관련된 건물구조, 냉난방시설과 이용특성 및 기상자료의 입력을 토대로 월별, 시간별 건물에너지 이용량을 산출한다. 기후권역 간 수목차양 효과의 비교 차원에서 기상자료를 제외한 타 변수는 동일하게 처리하였다 즉, 춘천시 주택의 구조적 특성을 반영하여 남향의 1층 및 2층 주택을 선정하고 모델링 관련 변수를 입력하였다(표 1 참조). 그리고 기상청으로부터 2(X)6년에서 2(X)8년까지 365일 매시간의 기온, 일사량, 풍속, 풍향 등을 포함하는 대구시 기상자료를 구입하여, 3개년 대표치의 MICROPAS 호환성 기상파일을 작성하고 이를 모델링에 이용하였다 춘천시의 경우, 필요한 기상자료의 완벽한 확보가 불가하여 그와 근접한 서울시의 3개년 대표치를 대체 활용하였다.
- 도시에서 흔히 나타나는 공간구성 재료의 유형을 반영하여, 수목차양이 부재하는 콘크리트 포장공간(이하 '하드스케이프공간이라고 한다), 수목차양이 부재하는 잔디공간(이하 '잔디 공간이라고 한다), 느티나무 차양의 마사토 포장공간(이하 '수목 차양 공간'이라고 한다) 등 3개 유형으로 구분하고 아래의 수식을 적용하여 휴식활동의 인체 에너지수지를 산정하였다.
- 수목차양^ 의한 냉난방 에너지 절약은 식재위치에 부가하여 기후권역에 따라 상이할 수 있으므로, 기후권역을 고려한 건물 주변 적절한 식재방위를 파악함은 녹지계획 전략의 일환으로서 긴요한 사안이다. 따라서, 국내 연구가 부재한 남부지방 중 대구시를 사례로 수목차양에 의한 건물에너지 절약을 모델링하고, 중부지방 춘천시 대상의 기존 연구결과(조현길과 안태원, 1999a)를 본 연구의도에 맞게 재분석하여 비교하였다. 건물에너지 소비는 컴퓨터 모델링 프로그램으로서 그 결과에 대한 신뢰성이 입증된 MICROPAS (ENERCOMP, Inc.
- 본 연구결과와 관련 기존연구(Heisler, 1989; Akbari et al., 1992; 조현길과 안태원 1999a; 1999b; 2006 ; 2009; 조현길과 野島義照, 2000; Wong et al., 2003)를 바탕으로, 옥외공간의 열 쾌적성 개선과 옥내공간의 에너지절약을 위한 도시녹지계획의 지표를 제시하고 전략을 모색하였다. 즉, 연구의 주요 내용으로서 공간구성 재료에 따른 열쾌적성, 녹지의 차양, 증발산 및 풍속감소에 의한 건물에너지 절약, 기온저감을 위한 녹지의 면적과 체적 등의 지표를 제시하였다.
- 상기한 본 연구결과를 비롯하여 저자가 지난 10여년 동안 연구해 온 관련 결과를 추가적으로 고찰하여, 옥외공간의 열 쾌적성 개선과 옥내공간의 에너지절약을 위한 도시녹지계획의 전략을 제시하였다. 이 전략은 공간구성 재료에 따른 열쾌적성, 녹지의 차양, 증발산 및 풍속감소에 의한 건물에너지 절약, 기온저감을 위한 녹지의 면적과 체적 등 관련 녹지계획의 계량적 판단기준으로서의 지표에 근거하였다.
- 상기한 수식에 필요한 변수인 공간유형별 기온, 표면온도, 풍속, 수평면 총일사, 수관 일사투과율, 수관개방률, 알베도 등은 8월 중순의 맑은 날 오후 1 ~2시에 실측하여 적용하였다. 기온은 지상 3m 높이에 자기온습도계 H08-032-斷HOBQ 2000) 을 설치하고 1시간 동안 10분 간격으로 공간유형별로 동시에 측정하였다 기기 간 기온의 실측결과는 실측 전일 동일 환경 조건 하에서 주간 8시간 동안 측정된 자료를 비교하여, 하드스케이프 공간의 설치기기를 기준으로 편차를 산출하여 보정하였다.
- 5m 높이에서 풍속계 TA45(Airflow Developments Ltd, 2003)를, 그리고 수평면 총일사, 수관 일사투과율 및 알베도는 전천복사계 (pyranometer) LI-200SA(LI-COR 1999) 를 이용하여 공간유형별로 각각 5반복에 걸쳐 측정하였다. 수관개방률은 수관을 사진 촬영하여 0.5cm의 격자를 그린 투명셀로판지를 올려 놓고, 개방 부분의 격자점 분포비를 파악하여 산출하였다. 인체 복사능은 기존 문헌(Brown and Gillespie, 1函5)에 근거하여 0.
- 연구대상 옥외공간의 인체 에너지수지의 차이에 기여한 결정변수는 차양 여부와 지표면 알베도 및 온도이었다. 차양이부재하는 하드스케이프 공간이나 잔디공간은 열쾌적성 측면에서 상당히 불량하였으나.
- 열쾌적성의 주요 결정변수인 수평면 일사와 수관 일사투과율, 지표면 온도 및 알베도 등 4개 변수를 선정하여 수목 차양 공간을 대상으로, 적용 수식의 민감도를 포함한 변수 간 상대적 기여도를 분석하였다. 각 변수의 측정치를 20%씩 상향 조정하여 에너지수지를 산정한 결과.
- , 1985; 1988)를활용하여 계량화하였다 SPS(Shadow Pattern Simulator) 는태양고도의 변화에 따른 월별, 시간별 수목차양에 의한 건물표면 전체의 차양계수(shading coefficient)를 산출하는 MICROPAS 호환성 프로그램이다. 이 프로그램은 태양각 변화와 관련된 계절과 위도 및 경도 건물길이 및 넓이, 수목크기와 식재 위치 등 태양 건물, 수목 관련 다양한 변수의 입력을 필요로 한다. 수목차양 유형은 식재위치의 차이에 초점을 두고 동향 남향, 서향 등 3개 방위를 선정하여.
- , 2003)를 바탕으로, 옥외공간의 열 쾌적성 개선과 옥내공간의 에너지절약을 위한 도시녹지계획의 지표를 제시하고 전략을 모색하였다. 즉, 연구의 주요 내용으로서 공간구성 재료에 따른 열쾌적성, 녹지의 차양, 증발산 및 풍속감소에 의한 건물에너지 절약, 기온저감을 위한 녹지의 면적과 체적 등의 지표를 제시하였다. 여기에서, 지표란 관련 녹지계획에 어떤 변수를 반영해야 하고, 그 효과가 어느 정도인지를 가늠하는 계획전락© 계량적 판단기준을 의미한다.
- 기온은 지상 3m 높이에 자기온습도계 H08-032-斷HOBQ 2000) 을 설치하고 1시간 동안 10분 간격으로 공간유형별로 동시에 측정하였다 기기 간 기온의 실측결과는 실측 전일 동일 환경 조건 하에서 주간 8시간 동안 측정된 자료를 비교하여, 하드스케이프 공간의 설치기기를 기준으로 편차를 산출하여 보정하였다. 표면온도는 표면온도계 HI9063( Hanna fastruments, 2005) 을’ 풍속은 지상 1.5m 높이에서 풍속계 TA45(Airflow Developments Ltd, 2003)를, 그리고 수평면 총일사, 수관 일사투과율 및 알베도는 전천복사계 (pyranometer) LI-200SA(LI-COR 1999) 를 이용하여 공간유형별로 각각 5반복에 걸쳐 측정하였다. 수관개방률은 수관을 사진 촬영하여 0.
대상 데이터
- 기후권역 간 수목차양 효과의 비교 차원에서 기상자료를 제외한 타 변수는 동일하게 처리하였다 즉, 춘천시 주택의 구조적 특성을 반영하여 남향의 1층 및 2층 주택을 선정하고 모델링 관련 변수를 입력하였다(표 1 참조). 그리고 기상청으로부터 2(X)6년에서 2(X)8년까지 365일 매시간의 기온, 일사량, 풍속, 풍향 등을 포함하는 대구시 기상자료를 구입하여, 3개년 대표치의 MICROPAS 호환성 기상파일을 작성하고 이를 모델링에 이용하였다 춘천시의 경우, 필요한 기상자료의 완벽한 확보가 불가하여 그와 근접한 서울시의 3개년 대표치를 대체 활용하였다.
- 이 프로그램은 태양각 변화와 관련된 계절과 위도 및 경도 건물길이 및 넓이, 수목크기와 식재 위치 등 태양 건물, 수목 관련 다양한 변수의 입력을 필요로 한다. 수목차양 유형은 식재위치의 차이에 초점을 두고 동향 남향, 서향 등 3개 방위를 선정하여. 실측 대표치의 하나로서 건물로부터 5m 거리에 식재한 비교적 대형의 낙엽수에 의한 차양 효과를 모델링하였다 즉, 이 수목의 크기는 수고 8m, 수관고 5.
- 수목차양 유형은 식재위치의 차이에 초점을 두고 동향 남향, 서향 등 3개 방위를 선정하여. 실측 대표치의 하나로서 건물로부터 5m 거리에 식재한 비교적 대형의 낙엽수에 의한 차양 효과를 모델링하였다 즉, 이 수목의 크기는 수고 8m, 수관고 5.5m 및 수관폭 7.5m이고 수형은 우산형이었다. 수관의 일사투과율은 다양한 낙엽수종의 대표치로서 (McPherson, 1984; McPherson et al.
데이터처리
- 따라서, 국내 연구가 부재한 남부지방 중 대구시를 사례로 수목차양에 의한 건물에너지 절약을 모델링하고, 중부지방 춘천시 대상의 기존 연구결과(조현길과 안태원, 1999a)를 본 연구의도에 맞게 재분석하여 비교하였다. 건물에너지 소비는 컴퓨터 모델링 프로그램으로서 그 결과에 대한 신뢰성이 입증된 MICROPAS (ENERCOMP, Inc., 1995)를 활용하여 산정하였다. MICRO- PAS는 열전도와 관련된 건물구조, 냉난방시설과 이용특성 및 기상자료의 입력을 토대로 월별, 시간별 건물에너지 이용량을 산출한다.
이론/모형
- 5cm의 격자를 그린 투명셀로판지를 올려 놓고, 개방 부분의 격자점 분포비를 파악하여 산출하였다. 인체 복사능은 기존 문헌(Brown and Gillespie, 1函5)에 근거하여 0.98을 적용하였다. 본 연구에서는 대상 공간유형별 인체 에너지수지를 계량 분석한 기존 연구가 부재함을 고려하여, 옥외공간의 열쾌적 여부가 큰 관심사인 여름철의 오후 시간대를 대상으로 공간유형별 인체 에너지수지를 계량 비교하고, 이를 근간으로 적정한 옥외 휴식공간의 구성에 필요한 열 쾌적성 결정변수를 검증하는데 초점을 두었다
성능/효과
- 여기에서, 지표란 관련 녹지계획에 어떤 변수를 반영해야 하고, 그 효과가 어느 정도인지를 가늠하는 계획전락© 계량적 판단기준을 의미한다. 본 녹지계획 지표 및 전략은 이를 목표로 저자가 지난 약 1。년 동안 연구해 온 결과를 중심으로 시의성을 감안하여 종합 고찰하고, 그동안 미진했던 옥외공간의 인체 에너지수지와 남부지방 수목 차양의 에너지절약을 본 연구를 통해 보강하여 마련하였다. 이러한 녹지계획 전략은 실용성을 감안하여 조경분야의 해당 법제에 반영되길 기대하면서, 기술적인 측면의 연장 선에서 법제적 지표 및 기준의 수립도 검토 제안하였다
- 차양이부재하는 하드스케이프 공간이나 잔디공간은 열쾌적성 측면에서 상당히 불량하였으나. 느티나무 차양과 마사토 포장으로 구성된 공간의 여름철 인체 에너지수지는 DW/m2로서 양호한 열 쾌적성을 나타냈다. 그러므로, 옥외 휴식공간은 증발산이 가능한 자연재 바닥면 및 차양교목으로 구성함이 바람직하다 본 결과는 유사한 옥외공간의 인체 에너지수지를 계량화하여 쾌적한 열환경의 조성전략을 수립한 선행 연구를 찾아보기 어려워 비교 고찰이 불가하였다 향후, 다양한 옥외공간의 계절별인 체 에너지수지를 확대 연구하여 여름철에 국한된 본 에너지 수지 연구를 검증할 필요가 있다'
- 건물 주변 기존의 조경식재는 적합한 식재방위를 고려함이 없이 남향에 더 많은 수목을 식재하는 경향이었다. 본 연구의 중요한 결과는 연간 냉난방에너지 절약을 최대화하기 위해 건물 주변 적지적소에 차양식재를 추진함이 바람직하되, 식재방위의 적합 여부는 중부지방이나 남부지 방 모두 유사하다는 점이다. 다만, 남해안이나 제주도 등 난대지방에도 본 연구결과를 적용할 수 있는지 여부는 추가연구를 통한 검증을 요구한다
- 서향과 동향의 대형 차양수목은 건물유형 및 지방에 따라 냉방 에너지를 1~2%/주 절약하였다’ 수목차양에 의한 건물에너지 절약은 춘천보다 남부의 대구에서 더 많은 것으로 나타났다. 한편, 남향의 차양수목은 냉방에너지 절약효과가 낮고 난방에너지 소비를 가중시키므로 중부 및 남부지방 모두 그 식재를 회피해야 한다.
- 수목차양에 의한 연간 건물에너지 절약이 가장 효과적인 식재 방위는 중부 및 남부지방 모두에서 건물의 서향이었다. 서향과 동향의 대형 차양수목은 건물유형 및 지방에 따라 냉방 에너지를 1~2%/주 절약하였다’ 수목차양에 의한 건물에너지 절약은 춘천보다 남부의 대구에서 더 많은 것으로 나타났다.
- 수목차양이 건물의 냉난방에너지 절약에 미치는 효과는 건물 주변 식재위치와 연구대상 지방에 따라 상이하였다 동향의 수목은 냉방에너지를 춘천에서 1주당 1.0-1.6%, 대구에서 1.7~2.4% 각각 절약하여, 그 절약효과가 남향이나 서향의 수목보다 높았다 남향 수목은 동향 및 서향 수목에 비해 여름철 차양을 통한 냉방에너지 절약효과가 가장 낮은 것으로 나타났다. 한편, 모든 방위의 차양수목은 겨울철 수광을 차단하여 난방에너지 이용을 오히려 가중시키는 역효과를 초래하였다.
- 연구대상 옥외공간의 수평면 일사는 8월 중순의 맑은 날 오후 1~2시에 장애물이 없는 조건 하에서 평균 831W /m2이었고 풍속은 Q3m/s이었다. 공간재료 구성유형별 평균 기온은 하드스케이프 공간 약 33℃, 잔디공간 3VC, 수목차양 공간 的'C이었다.
- 연구대상 옥외공간의 에너지수지 차이에 결정적 역할을 담당한 인자는 태양복사를 비롯하여 지구복사 중의 하늘복사와지표복사이었다 태 양복사는 직달일사, 산란복사, 지표 반사 복사 등의 합으로서, 3개 복사의 합은 하드스케 이프 공간 438W/m2, 잔디공간 397W/m2, 수목차양 공간 42W/nf 이었다. 이 차이에 영향을 미친 주요 변수는 수관 일사투과율과 지표면 알베도이었다 하늘복사와 지표복사의 합은 하드스케이프 공간 917W/m2, 잔디공간 863W/m2, 수목차양 공간 436W/H12이 었다.
- 표면온도가 훨씬 높다. 즉, 콘크리트 및 아스팔트 포장의 표면 온도는 잔디면보다 여름철 오후 각각 7~8℃, 13t 더 높은 것으로 나타났다. 도시에 흔히 식재하는 단풍나무와 플라타너스의 증산량은 8월 단위시간 및 단위엽면적당 각각 75g/m2A 250g/m〃h이고 흉고직경 16cm인 단풍나무 1주의 8월 하루 증산량은 사무실 24평형용 7, 100kca#h 냉방능력을 가진 냉방기 1대를 약 12시간 동안 가동하는 효과에 해당하였다(조현길과 野島義照, 2000).
- 각 변수의 측정치를 20%씩 상향 조정하여 에너지수지를 산정한 결과. 지표면 온도 약 1.9배' 수평면 일사 1.5배, 수관 일사투과율 1.4배 지표면 알베도 1.2배 등의 순으로 에너지수지를 증가시키는 것으로 나타났다. 즉, 지표면 온도가 인체 에너지수지에 매우 민감하게 반응함을 시사하며, 이는 천정면의 차양 정도와 지표면의 재료와도 유관한 것이다.
후속연구
- 느티나무 차양과 마사토 포장으로 구성된 공간의 여름철 인체 에너지수지는 DW/m2로서 양호한 열 쾌적성을 나타냈다. 그러므로, 옥외 휴식공간은 증발산이 가능한 자연재 바닥면 및 차양교목으로 구성함이 바람직하다 본 결과는 유사한 옥외공간의 인체 에너지수지를 계량화하여 쾌적한 열환경의 조성전략을 수립한 선행 연구를 찾아보기 어려워 비교 고찰이 불가하였다 향후, 다양한 옥외공간의 계절별인 체 에너지수지를 확대 연구하여 여름철에 국한된 본 에너지 수지 연구를 검증할 필요가 있다';
- 다만 본 지표 및 전략은 본 연구주제인 열쾌적성 개선 및 건물 에너지 절약에 국한된 것이므로 녹지의 탄소흡수를 포함한 대기 정화 야생동물 서식, 우수투수 및 순환 등 타 환경 생태적 기능도 종합적으로 반영하는 후속 연구가 수행되길 기대한다.
- 본 연구의 중요한 결과는 연간 냉난방에너지 절약을 최대화하기 위해 건물 주변 적지적소에 차양식재를 추진함이 바람직하되, 식재방위의 적합 여부는 중부지방이나 남부지 방 모두 유사하다는 점이다. 다만, 남해안이나 제주도 등 난대지방에도 본 연구결과를 적용할 수 있는지 여부는 추가연구를 통한 검증을 요구한다
- 다만. 대구 이남의 난대지방에도 본 연구결과를 적용할 수 있는지 여부는 추가연구를 통한 검증을 요구한다. 한편, 대구의 수목차양 효과는 기후 권역 간 비교 차원에서 기상자료를 제외하곤 춘천의 건물 구조적 특성을 적용한 결과이다 추후, 남부지방의 건물구조와 에너지 소비를 실사하고 녹지의 차양효과 이외에 증발산 및 풍속감소 기능을 포괄하는 건물에너지 절약에 관한 추가 연구가 필요하다.
- 따라서, 최소조경면적은 이 기준이 요구하는 녹지확보 본연의 효과를 달성할 수 있도록 합리적으로 개정함이 바람직하되, 한 방안으로서 에너지절약 및 저탄소 도시의 조성동향에 부응하여 녹지의 기온저감 기능을 적용할 수 있다. 예를 들어 전기한 바와 같이 여름철 온도를 0.
- 5~1주에 상당) 이상으로 그 기준을 마련하는 것이다. 또한 건축법의 에너지절약 관련 조항에 본 연구의 건물 주변 식재기법과 알베도를 포함하는 냉난방에너지 절약기준을 삽입하는 방안이 요구된다.
- 연구대상 옥외공간의 기온은 이들 변수의 종합적 상호작용의 결과라고 해석할 수 있다. 본 연구결과는 유사한 옥외공간의 인체 에너지수지를 계량화한 선행 사례를 찾아보기 어려워 비교 고찰이 불가하므로, 향후 관련 연구의 죽적을 통해 검증될 필요가 있다
- 친환경건축물 인증제도의 생태환경, 에너지 등 관련 평가항목에 열쾌적성 개선을 위한 녹지지표의 달성 여부와 건물에너지 절약을 위한 방위별 식재기법의 적용 여부를 추가할 필요가 있다.
- 대구 이남의 난대지방에도 본 연구결과를 적용할 수 있는지 여부는 추가연구를 통한 검증을 요구한다. 한편, 대구의 수목차양 효과는 기후 권역 간 비교 차원에서 기상자료를 제외하곤 춘천의 건물 구조적 특성을 적용한 결과이다 추후, 남부지방의 건물구조와 에너지 소비를 실사하고 녹지의 차양효과 이외에 증발산 및 풍속감소 기능을 포괄하는 건물에너지 절약에 관한 추가 연구가 필요하다.
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