도시공간은 온실가스배출의 주원인지로 온실가스 저감을 위해서는 도시적 차원의 대책이 무엇보다 필요하다. 본 연구는 도시공간을 조성하는데 있어서 활용할 수 있는 이산화탄소 배출량 산정 모델을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해, 첫째로 물리적 규모, 이용현황, 활동강도와 관련된 도시공간 계획요소를 이론고찰을 통해 선정하였다. 둘째, 전력, 도시가스, 지역난방, 석유, 상수도 사용량 자료에 기반한 이산화탄소 배출량을 산정하였다. 셋째, 서울시를 사례연구대상지로 선정하고 도시공간 계획요소와 이산화탄소 배출량 간의 관계분석을 통해 도시공간의 이산화탄소 배출량 산정 모델을 개발하였다. 기후변화에 대응하기 위한 다양한 노력들이 도시공간에서 시도되고 있으나, 도시 전체의 탄소배출량과 같은 총량적 관점의 한계가 있었다. 그러나 본 연구의 도시공간 계획요소에 따른 이산화탄소 배출량 산정 모델은 탄소저감을 위한 도시차원에서의 해결방안으로 활용할 수 있는 국지적 범위에서의 보다 구체적인 모델을 제시할 수 있다는 점에서 기존 연구와의 차별된다.
도시공간은 온실가스배출의 주원인지로 온실가스 저감을 위해서는 도시적 차원의 대책이 무엇보다 필요하다. 본 연구는 도시공간을 조성하는데 있어서 활용할 수 있는 이산화탄소 배출량 산정 모델을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해, 첫째로 물리적 규모, 이용현황, 활동강도와 관련된 도시공간 계획요소를 이론고찰을 통해 선정하였다. 둘째, 전력, 도시가스, 지역난방, 석유, 상수도 사용량 자료에 기반한 이산화탄소 배출량을 산정하였다. 셋째, 서울시를 사례연구대상지로 선정하고 도시공간 계획요소와 이산화탄소 배출량 간의 관계분석을 통해 도시공간의 이산화탄소 배출량 산정 모델을 개발하였다. 기후변화에 대응하기 위한 다양한 노력들이 도시공간에서 시도되고 있으나, 도시 전체의 탄소배출량과 같은 총량적 관점의 한계가 있었다. 그러나 본 연구의 도시공간 계획요소에 따른 이산화탄소 배출량 산정 모델은 탄소저감을 위한 도시차원에서의 해결방안으로 활용할 수 있는 국지적 범위에서의 보다 구체적인 모델을 제시할 수 있다는 점에서 기존 연구와의 차별된다.
Urban space is the main contributor of greenhouse gas emissions, a primary cause of global warming. In order to reduce greenhouse gas emissions, planning at a city-level is necessary. The aim of this research is to develop a carbon emission model which can be used to create and manage urban spaces. ...
Urban space is the main contributor of greenhouse gas emissions, a primary cause of global warming. In order to reduce greenhouse gas emissions, planning at a city-level is necessary. The aim of this research is to develop a carbon emission model which can be used to create and manage urban spaces. In order to achieve this aim, the following methodologies were utilized. First, urban planning criteria related to population, landuse, and activity level were selected through theoretical speculation. Second, carbon dioxide emission was calculated based on electricity, gas energy, heating, petroleum, and water usages. Third, Seoul was selected as a case study city, and a carbon emission model was developed through a relational analysis between Seoul's urban planning criteria and carbon emissions. Thus far, various efforts have been made to respond to climate changes in urban spaces, but these have been limited to analyzing contributing factors in terms of their total amounts of carbon emissions in the entire city. However, the carbon emission model of this study is derived from urban planing criteria at a detailed scale. This sets our study apart from other studies by demonstrating a specific model in a local setting which can be utilized for lowering carbon emissions at a city level.
Urban space is the main contributor of greenhouse gas emissions, a primary cause of global warming. In order to reduce greenhouse gas emissions, planning at a city-level is necessary. The aim of this research is to develop a carbon emission model which can be used to create and manage urban spaces. In order to achieve this aim, the following methodologies were utilized. First, urban planning criteria related to population, landuse, and activity level were selected through theoretical speculation. Second, carbon dioxide emission was calculated based on electricity, gas energy, heating, petroleum, and water usages. Third, Seoul was selected as a case study city, and a carbon emission model was developed through a relational analysis between Seoul's urban planning criteria and carbon emissions. Thus far, various efforts have been made to respond to climate changes in urban spaces, but these have been limited to analyzing contributing factors in terms of their total amounts of carbon emissions in the entire city. However, the carbon emission model of this study is derived from urban planing criteria at a detailed scale. This sets our study apart from other studies by demonstrating a specific model in a local setting which can be utilized for lowering carbon emissions at a city level.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 도시공간 내에서 계획 및 설계를 통해 제시되는 개발안들의 탄소저감효과를 예측할 수 있는 모델의 개발을 목적으로 두고 있다. 이를 통해 도출되는 이산화탄소 배출량 산정 모델은 도시부문에서의 탄소저감을 위한 계획 및 설계차원에서의 지침과 도시관리방안으로 활용할 수 있을 것이다.
즉 에너지 사용량에 의한 이산화탄소 발생은 해당 사용지점 뿐만 아니라 생산과정상의 모든 경로를 포함한 전 지구적인 차원에서의 기여도로 인식할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 에너지 사용량에 의한 이산화탄소 배출은 배출장소와 관계없이 기후변화에 기여하는 원인 차원에서 접근하고자 한다.
본 연구에서는 에너지 사용량에 근거한 이산화탄소 배출량을 산정하였다. 우선 에너지원의 경우, 석유, 천연가스, 석탄, 원자력, 태양열, 수력, 지력 등으로 구성된 1차 에너지와 최종적으로 소비되는 전력, 도시가스, 석탄, 석유, 지역난방 등으로 구분할 수 있으며, 넓게는 수원을 이용한 상수공급도 포함할 수 있다.
[9]의 연구는 도시별 에너지원 소비양태를 바탕으로 도시특성과의 관련성을 분석하였다. 이를 통해 도시 유형별 도시, 산업, 교통, 소득 등의 요인에 부합하는 현행 에너지정책을 제시하였다. [13]의 연구에서는 대구시를 대상으로 전력과 도시가스 사용량을 IPCC 가이드라인의 Tier 1에 대입하여 이산화탄소배출량을 산정하는 연구를 수행하였다.
온실가스 배출의 주 원인지역이 도시임을 감안하면, 도시공간을 대상으로 한 온실가스 배출 모형의 개발은 반드시 필요한 연구라고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 도시개발에 의한 온실가스배출 강도를 예측할 수 있는 이산화탄소 배출량 산정 모델을 개발하였다.
가설 설정
도시공간 계획요소들은 2006년 통계자료와 2005년에 재정비하여 구축된 서울시 도시생태현황도[6, 19]를 이용하였다. 2005년에 수정 보완된 서울시 도시생태현황도는 2005년과 2006년의 1년간의 토지이용변화가 크지 않다는 가정 하에 사용하였다. 개발밀도의 인구수 관련 변수는 2006년 행정동별 통계자료의 동별 인구수를 바탕으로 인구밀도를 구한 뒤 이를 500m 격자 자료에 입력하였다.
본 연구에서는 최종 소비처의 에너지공급량을 기준으로 열량비율이 낮은 석탄1)을 제외한 전력, 가스, 석유, 상수도, 지역난방에서의 에너지 사용량을 이용하여 분석하였다. 교통량의 경우, 차량에 주입되는 연료량이 이미 석유 부문(지역에 판매된 휘발유, 경유, LPG(Liquefied Petroleum Gas) 용량 등)에 포함이 되기 때문에 본 연구에서는 교통량에 의한 이산화탄소배출량은 별도로 산정하지 않았다.
제안 방법
개발밀도의 인구수 관련 변수는 2006년 행정동별 통계자료의 동별 인구수를 바탕으로 인구밀도를 구한 뒤 이를 500m 격자 자료에 입력하였다. 건폐율의 경우 도시생태현황도의 조사단위 블록별 건폐율을 입력하였으며, 용적률은 건폐율 자료에 평균층수를 적용하여 계산하여 격자 자료에 입력하였다. 토지이용, 건축물의 층수와 연면적, 지형의 경우, 도시생태현황도 상의 조사단위 블록별로 정보를 입력하였다.
구축된 자료를 이용하여 이산화탄소 배출량을 종속변수로, 도시공간 계획요소를 독립변수로 설정하여 회귀분석을 수행하여 도시공간의 계획요소가 이산화탄소 배출량 결정에 미치는 영향을 분석하고, 이를 토대로 이산화탄소 배출량 산정 모델을 제시하였다(그림 2).
이 같은 연구들을 종합하면, 대부분의 관련연구에서는 이산화탄소 배출량과 관련된 요소로 에너지 사용량을 사용하고 있으며, 에너지 사용량 감축이 직접적으로 이산화탄소 배출량 감소로 이어진다는 논리 하에 연구를 진행하고 있다. 따라서 본 연구에서도 에너지 사용량을 이용하여 산출한 이산화탄소 배출량과 도시개발요소와의 관계분석을 통해 모델을 설정하였다.
본 연구는 이산화탄소 배출량 산정, 도시공간 계획요소 자료 구축, 회귀분석을 통한 모델 도출의 세 단계를 거쳐 수행되었다. 구축되는 분석용 DB는 이산화탄소 배출량과 도시공간 계획요소이며, 이산화탄소 배출량은 1년간의 에너지 사용량에 근거하여 산정하였다.
본 연구에서는 선행연구를 종합하여 도시공간 계획요소를 인구규모, 토지이용, 건축물, 지형 및 피복, 교통의 5가지로 분류하고 (표 1)의 변수를 선정하였다.
우선 에너지원의 경우, 석유, 천연가스, 석탄, 원자력, 태양열, 수력, 지력 등으로 구성된 1차 에너지와 최종적으로 소비되는 전력, 도시가스, 석탄, 석유, 지역난방 등으로 구분할 수 있으며, 넓게는 수원을 이용한 상수공급도 포함할 수 있다. 본 연구에서는 최종 소비처의 에너지공급량을 기준으로 열량비율이 낮은 석탄1)을 제외한 전력, 가스, 석유, 상수도, 지역난방에서의 에너지 사용량을 이용하여 분석하였다. 교통량의 경우, 차량에 주입되는 연료량이 이미 석유 부문(지역에 판매된 휘발유, 경유, LPG(Liquefied Petroleum Gas) 용량 등)에 포함이 되기 때문에 본 연구에서는 교통량에 의한 이산화탄소배출량은 별도로 산정하지 않았다.
상수도 이용의 경우, 취수, 송수 등의 과정에서 에너지 소비가 발생하게 된다. 상수는 이산화탄소 배출계수가 0.587kg CO2/㎥를 적용하여 이산화탄소 배출량을 산출하였다. 석유는 IPCC에서 제시한 석유환산톤 및 이산화탄소 배출계수를 유종별로 적용하여 계산하였다.
587kg CO2/㎥를 적용하여 이산화탄소 배출량을 산출하였다. 석유는 IPCC에서 제시한 석유환산톤 및 이산화탄소 배출계수를 유종별로 적용하여 계산하였다.
이렇게 구해진 전력, 도시가스, 지역난방, 상수도, 석유 이용에 따른 이산화탄소 배출량을 합산하여 전체 이산화탄소 배출량을 산출하였다(그림 14).
이산화탄소 배출량은 에너지 사용량 자료를 이용하여 각 격자별로 산정하였다. 전력의 경우, 한국전력에서 매년 공시하는 사용된 에너지원에 대한 이산화탄소 배출량을 이용하였다.
건폐율의 경우 도시생태현황도의 조사단위 블록별 건폐율을 입력하였으며, 용적률은 건폐율 자료에 평균층수를 적용하여 계산하여 격자 자료에 입력하였다. 토지이용, 건축물의 층수와 연면적, 지형의 경우, 도시생태현황도 상의 조사단위 블록별로 정보를 입력하였다. 교통량은 자동차 등록대수와 2006년 수도권 가구통행실태조사[11]의 통행량 자료를 입력하였다.
대상 데이터
개발밀도의 인구수 관련 변수는 2006년 행정동별 통계자료의 동별 인구수를 바탕으로 인구밀도를 구한 뒤 이를 500m 격자 자료에 입력하였다.
토지이용, 건축물의 층수와 연면적, 지형의 경우, 도시생태현황도 상의 조사단위 블록별로 정보를 입력하였다. 교통량은 자동차 등록대수와 2006년 수도권 가구통행실태조사[11]의 통행량 자료를 입력하였다. 자동차 등록대수는 자치구별 자료를 사용하였고 통행량 자료는 구별로 하루 동안 발생되는 전체 통행량 자료를 입력하였다(그림 3-그림 13).
본 연구는 이산화탄소 배출량 산정, 도시공간 계획요소 자료 구축, 회귀분석을 통한 모델 도출의 세 단계를 거쳐 수행되었다. 구축되는 분석용 DB는 이산화탄소 배출량과 도시공간 계획요소이며, 이산화탄소 배출량은 1년간의 에너지 사용량에 근거하여 산정하였다. 도시공간 계획요소는 도시규모, 토지이용, 건축물, 지형 및 피복, 교통으로 구분된 지표를 격자로 구축하였다.
도시공간 계획요소들은 2006년 통계자료와 2005년에 재정비하여 구축된 서울시 도시생태현황도[6, 19]를 이용하였다. 2005년에 수정 보완된 서울시 도시생태현황도는 2005년과 2006년의 1년간의 토지이용변화가 크지 않다는 가정 하에 사용하였다.
사례연구 대상지는 서울시로 선정하였다. 서울시는 국내에서 가장 높은 개발밀도를 지닌 도시로서 다양한 도시 활동과 도시유형을 지니기 때문에 본 연구의 목적에 가장 부합되는 대상지로 판단된다.
에너지 사용량의 경우 서울시 기후·에너지지도[10]에서 구축된 자료(2006년 기준)를 이용하여 500m 격자자료에 입력하였다.
교통량은 자동차 등록대수와 2006년 수도권 가구통행실태조사[11]의 통행량 자료를 입력하였다. 자동차 등록대수는 자치구별 자료를 사용하였고 통행량 자료는 구별로 하루 동안 발생되는 전체 통행량 자료를 입력하였다(그림 3-그림 13).
이산화탄소 배출량은 에너지 사용량 자료를 이용하여 각 격자별로 산정하였다. 전력의 경우, 한국전력에서 매년 공시하는 사용된 에너지원에 대한 이산화탄소 배출량을 이용하였다. 분석대상기간인 2006년의 전력사용량(MWh)에 대한 이산화탄소 배출량은 0.
데이터처리
각 격자별 자료를 표준화 값으로 변환한 후 회귀분석을 수행하였다. 회귀분석은 다중공선성을 고려하여 단계별로 독립변수를 추가하는 Step-wise 방식을 사용하였다.
423톤이다. 도시가스 사용량에 대한 이산화탄소 배출량은 사용량에 도시가스(LNG)의 석유환산기준 순발열량(9550kcal)과 IPCC 탄소배출계수(0.637)를 이용하여 계산하였다. 지역난방의 경우 열원을 제공받는 곳의 생산설비에 따라 이산화탄소 배출량이 다르기 때문에 각각의 생산설비별로 배출계수를 다르게 적용하였다.
이론/모형
에너지 소비량의 이산화탄소 배출량 변환에는 IPCC의 석유환산톤(TOE: Ton of Oil Equivalent)과 탄소배출계수(CEF: Carbon Emission Factor)를 이용하였다[13]. 그러나 에너지 생산시설별로 공정에 따라 효율이 다르기 때문에 가급적 에너지 생산자의 배출계수가 존재할 경우 이를 우선적으로 이용하였다.
각 격자별 자료를 표준화 값으로 변환한 후 회귀분석을 수행하였다. 회귀분석은 다중공선성을 고려하여 단계별로 독립변수를 추가하는 Step-wise 방식을 사용하였다.
성능/효과
도시공간 계획요소를 살펴보면 총 자동차등록대수, 상업ㆍ업무지역 면적, 용적률, 건폐율, 연면적, 주거지역 면적, 교통시설지역 면적, 인구밀도가 이산화탄소 배출량에 유의미한 영향을 주는 것으로 나타났다. 회귀식에 의하면 건폐율, 주거지역 면적, 인구밀도가 음의 영향력을 보이고 있는데 이는 서울시 전체를 대상으로 분석하는 과정에서 상업업무지역과 주거지역이 함께 분석에 이용되면서 상대적으로 상업업무지역에 비해 이산화탄소 배출량에 대한 기여도가 낮게 분석된 것으로 판단된다.
또한 다중공선성을 나타내는 전체적인 공차계수와 VIF계수를 확인한 결과, 설명변수의 허용치 중 가장 작은 값이 0.1이하인 경우 또는 VIF값이 10을 넘는 경우는 없는 것으로 나타났다(표 4). 따라서 다중공선성의 문제는 없는 것으로 판단하고 모형을 해석하였다.
먼저 다중공선성 분석결과, 연면적의 분산팽창계수(VIF)가 10이상인 것으로 나타났다(표 2).
본 연구를 통해 구축된 이산화탄소 배출량 산정모델에 의하면, 주거지역에서보다 상업·업무지역에서의 이산화탄소 배출이 높게 나타났다.
이와 관련하여 자동차 등록대수, 상업·업무지역 면적, 용적률, 연면적과 같은 상업·업무지역에서 일반적으로 높게 나타나는 변수들이 양의 값으로 나타났다.
이와 관련하여 자동차 등록대수, 상업·업무지역 면적, 용적률, 연면적과 같은 상업·업무지역에서 일반적으로 높게 나타나는 변수들이 양의 값으로 나타났다. 이와는 반대로, 주거지역 면적, 인구밀도, 건폐율과 같은 주거지역의 특성을 반영하는 변수들은 음의 영향력을 보이는 것으로 나타났다.
회귀분석을 통해 최종적으로 도출된 식은 약35%의 설명을 보이고 있으며 분산분석 결과 유의확률이 .000으로서 유의미 한 모형임을 나타낸다(표 3).
후속연구
본 연구는 일부 에너지로 분석 대상을 한정하였다는 점, 자료수집의 한계로 특정기간의 자료를 이용하여 모델을 구축하였다는 점, 대상지를 특정 지역인 서울시로 한정한 점 등의 한계로 연구의 완벽성을 기하지는 못했다. 그러나 자료구축의 한계를 극복하여 이와 같은 연구방법론을 각 도시마다 적용할 수 있다면, 더욱 일반화된 모형으로 확장하는 것도 가능할 것이다.
또한 고밀화된 서울시를 사례로 한 분석 결과는 향후 유사한 형태로 개발될 도시공간에 대한 적용가능성을 높일 수 있으며, 국지적 공간에 대한 도시공간 계획요소에 중점을 둔 본 연구의 특성은 향후 도시공간 조성시 이산화탄소 배출량 저감을 위한 대책마련에도 활용할 수 있을 것이다.
본 연구는 일부 에너지로 분석 대상을 한정하였다는 점, 자료수집의 한계로 특정기간의 자료를 이용하여 모델을 구축하였다는 점, 대상지를 특정 지역인 서울시로 한정한 점 등의 한계로 연구의 완벽성을 기하지는 못했다. 그러나 자료구축의 한계를 극복하여 이와 같은 연구방법론을 각 도시마다 적용할 수 있다면, 더욱 일반화된 모형으로 확장하는 것도 가능할 것이다.
따라서 본 연구에서는 도시공간 내에서 계획 및 설계를 통해 제시되는 개발안들의 탄소저감효과를 예측할 수 있는 모델의 개발을 목적으로 두고 있다. 이를 통해 도출되는 이산화탄소 배출량 산정 모델은 도시부문에서의 탄소저감을 위한 계획 및 설계차원에서의 지침과 도시관리방안으로 활용할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기후변화의 주원인은 무엇으로 알려져 있나요?
기후변화의 주원인은 화석연료 사용에 의한 온실가스 배출로 알려져 있다. 기후변화에 대응하기 위한 방안으로 전 세계 각국에서는 친환경 신재생에너지의 공급 확대, 청정개발체제(CDM: Clean Development Mechanism)를 통한 온실가스 감축 유도, 이산화탄소 흡수원인 산림의 보존과 확대 등 다양한 대책을 마련하여 추진하고 있다.
기후변화에 대응하기 위해 전 세계 각국은 어떤 노력을 하고 있나요?
기후변화의 주원인은 화석연료 사용에 의한 온실가스 배출로 알려져 있다. 기후변화에 대응하기 위한 방안으로 전 세계 각국에서는 친환경 신재생에너지의 공급 확대, 청정개발체제(CDM: Clean Development Mechanism)를 통한 온실가스 감축 유도, 이산화탄소 흡수원인 산림의 보존과 확대 등 다양한 대책을 마련하여 추진하고 있다. 또한 이 같은 대책을 효과적으로 수립하기 위해서는 온실가스 배출량에 대한 파악이 선행되어야 한다.
에너지 사용량에 근거한 이산화탄소 배출량을 알기위해 어떤 변환 계수를 사용했나요?
에너지 소비량의 이산화탄소 배출량 변환에는 IPCC의 석유환산톤(TOE: Ton of Oil Equivalent)과 탄소배출계수(CEF: Carbon Emission Factor)를 이용하였다[13]. 그러나 에너지 생산시설별로 공정에 따라 효율이 다르기 때문에 가급적 에너지 생산자의 배출계수가 존재할 경우 이를 우선적으로 이용하였다.
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