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문제 정의
- 본 연구에서 와 같이 실험구 6개를 건물 4층 옥상에 설치하여 식재 패턴 및 옥상환경에 따른 실험구 내부 온도를 측정하고자 하였다.
- 본 연구에서는 기존의 연구에서 언급된 옥상녹화의 도시환경 개선효과에 대한 가시적인 근거를 마련하고자 건물 축소 모형에 대한 유형별 옥상녹화를 실시하여 내부 온도차를 비교하는 모의실험을 실시하였다.
- 본 연구의 목적은 옥상녹화의 여러 가지 기능 및 효과 중 도시 환경 개선효과와 경제적 효과 등의 확인을 위하여 옥상녹화 조건에 따른 건물내부 온도저감효과를 분석하는데 있으며, 특히 저관리형 옥상녹화를 통한 기온저감 효과에 있어서 기존 연구들에서 고려되지 않았던 지역의 지표식물을 추가한 모의실험을 통하여 실험구 내부의 온도변화를 측정하였다.
제안 방법
- N1은 국내 옥상녹화 연구에서 가장 많이 사용된 식물인 잔디를 사용하여 녹화하였고, N2는 다른 옥상녹화 모형과 비교할 수 있는 비교군으로서 옥상에 아무런 장치를 하지 않았으며, N3는 옥상녹화를 실시하였을 경우 관목과 교목을 대신하여 플랜트(화분)로 식재를 하였다. N4는 옥상에 쇄석을 깔아 투수율과 공극률의 차이로 인한 온도 변화를 측정하고자 하였으며, N5는 주변에서 흔히 구할 수 있는 잔디 및 지표식물(들풀) 등의 혼합초를 사용하여 녹화하였고 마지막 N6은 알베도의 차이에 따른 온도 변화를 알아보기 위해 현재 옥상에 가장 많이 사용되고 있는 방수용 페인트의 색과 같은 녹색 페인트를 사용하여 옥상을 도색하였다.
- 그리고 최초 6개의 실험구를 설치하여 실험 데이터를 측정하였으나 N6(녹색페인트 도색) 실험구의 데이터는 실험모형의 재료로 사용된 샌드위치판넬의 특성과 페인트 색의 잘못된 선택으로 인한 데이터의 오차발생으로 분석 결과에서 제외하였다. 또 본 연구에서는 옥상환경에 따른 기온저감을 분석하기 위한 실험으로 각 실험구의 내부온도변화를 비교분석하였다.
- 모형은 실제 건물과 유사한 재료(콘크리트, 벽돌)를 이용하여 제작하여야 하나 경제성 및 이동성에 있어서 제한적이기 때문에 50 mm 샌드위치판넬을 이용하여 제작하였으며 6개의 동일한 재료·규격의 모형으로 모형 내부온도를 비교하였다.
- 본 모의실험은 2007년 7월~10월 약 4개월 동안 계명대학교 환경대학(오산관)건물 4층 옥상에 실험구을 설치하고, 실험구 옥상에 식물을 식재를 하였으며 월요일에서 금요일까지 하루 4번씩 주5회 실험구 내부의 온도를 측정하였다.
- 본 실험에서의 옥상녹화 변수는 에서 보는 것과 같이 잔디 식재, 옥상녹화 미실시, 플랜트(화분) 녹화, 쇄석깔기, 혼합초 식재, 녹색 페인트 도색의 여섯가지로 설정하였으며, 옥상녹화를 실시한 실험구의 토양깊이(15 cm) 및 기타 환경요인은 동일하게 적용하였다.
- 본 연구에서는 건물 축소 모형을 이용하여 옥상녹화 유형별 건축물 내부 온도차를 비교하는 모의실험을 실시하였으나 옥상녹화 모의실험의 실험모형 제작 시 모형의 규격 및 재질 설정의 어려움 등으로 인해 식생의 피복율과 토양의 종류에 따른 실질적인 건축물 온도저감효과분석이 부족하였다.
대상 데이터
- 본 실험의 결과에 사용된 데이터는 2007년 7월 2일부터 10월 19일까지 약 4개월 동안 월요일에서 금요일까지 주5회 측정한 온도데이터 중에서 장마 및 태풍 등 기상악화로 인한 오차(변수) 데이터를 제외한 45일간의 실험 데이터를 가지고 분석하였다.
- 본 연구의 옥상녹화 모의실험을 위하여 1 m×1 m×1 m 규격의 건물모형 6개를 제작하였다.
데이터처리
- 본 연구에서 측정된 데이터의 분석에 앞서 측정 데이터간의 상관성 및 신뢰수준을 알아보기 위해 spss17.0 통계분석 프로그램을 이용하여 상관성 분석 및 신뢰도 분석을 실시하였다. 전체 측정 데이터간의 신뢰도분석결과 Cronbach α가 0.
성능/효과
- 38℃ 낮게 측정되었다. 그리고 옥상에 식물을 식재한 실험구의 온도를 비교하였을 경우 혼합초를 식재한 실험구의 평균온도가 28.4℃로 가장 낮게 측정되었으며, 플랜트(화분)로 식재했던 실험구의 온도가 28.7℃로 가장 높게 측정되었다. 또 대기 기온 변화에 따른 온도 변화률은 혼합초를 식재한 실험구가 가장 작았으며, 플랜트(화분)로 식재했던 실험구가 가장 많은 영향을 받는 것으로 분석되었다.
- 옥상녹화 유형에 따른 일일 평균온도실험구에 식물을 식재하지 않은 N2과 쇄석을 깔았던 N4실험구의 온도를 비교하였을 경우 N2실험구의 온도가 N4실험구보다 높게 측정되었다. 그리고 옥상에 유형별로 식물을 식재한 실험구의 온도를 비교하였을 경우 혼합초를 식재한 N5실험구의 온도(28.4℃)가 가장 낮게 측정되었으며, 플랜트(화분)로 식재했던 N3실험구의 온도(30.1℃)가 가장 높게 측정되었다<;그림 6>.
- 또 대기 기온 변화에 따른 온도 변화률은 혼합초를 식재한 실험구가 가장 작았으며, 플랜트(화분)로 식재했던 실험구가 가장 많은 영향을 받는 것으로 분석되었다. 따라서 옥상녹화시 혼합초등의 지피식물을 이용한 녹화방법이 기온저감에 가장 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다.
- 7℃로 가장 높게 측정되었다. 또 대기 기온 변화에 따른 온도 변화률은 혼합초를 식재한 실험구가 가장 작았으며, 플랜트(화분)로 식재했던 실험구가 가장 많은 영향을 받는 것으로 분석되었다. 따라서 옥상녹화시 혼합초등의 지피식물을 이용한 녹화방법이 기온저감에 가장 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다.
- 또 옥상녹화 유형에 따른 시간별 최고, 최저, 평균기온분포와 전체 평균온도 변화율을 분석한 결과에서 옥상에 식물을 식재한 N1, N3, N5실험구의 온도 변화율이 18.5℃ 로 측정되어 옥상에 식물을 식재하지 않은 N2, N4실험 구의 온도 변화율 20.8℃보다 낮은 것을 확인할 수 있었다. <그림 4><그림 5>.
- 온도 데이터를 월 별로 나누어 분석한 결과, 모든 실험 구에서 8월의 평균온도가 가장 높게 측정되었으며 7월, 9월, 10월 순으로 온도가 측정되었다. 또한 옥상에 식물을 식재한 N1, N3, N5실험구의 평균온도가 식생이 없는 N2, N4 실험구의 평균온도보다 낮게 측정되었다. 그리고 7월의 경우, 옥상에 식물을 식재한 실험구(N1, N3, N5)와 식생이 없는 실험구(N2, N4)의 평균온도 차이가 1.
- 본 실험의 결과에서 옥상녹화를 실시한 유형의 실험구의 평균온도가 옥상녹화를 실시하지 않은 실험구의 평균 온도보다 1.38℃ 낮게 측정되었다. 그리고 옥상에 식물을 식재한 실험구의 온도를 비교하였을 경우 혼합초를 식재한 실험구의 평균온도가 28.
- 본 연구에서 옥상녹화 환경에 따른 기온 저감 효과를 분석한 결과 옥상녹화시 건물 내부 기온저감에 가장 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다.
- 본 연구의 결과를 통해서 옥상녹화는 미기후완화, 온도 저감과 함께 열유량을 낮추어주는 단열재의 역할을 함으로써 건물내부의 온도까지 낮추어줄 수 있으며 이것은 단위 건물의 에너지 소비감소로 이어질 수 있을 것으로 판단되며, 여름철 건물 내부 온도를 1~2℃가량 저감할 수 있을 것으로 분석되었다.
- 실험결과 옥상녹화를 실시한 실험구 내부의 온도저감효과를 확인할 수 있었으며, 옥상에 유형별로 식물을 식재한 실험구의 온도를 비교하였을 경우 혼합초를 식재한 실험구의 온도가 가장 낮게 측정되었으며, 플랜트(화분)로 식재했던 실험구의 온도가 가장 높게 측정되었다.
- 실험결과 온도가 가장 높게 측정된 N2실험구의 최고 평균온도가 31.9℃이었으며, 최저 평균온도는 27.9℃로 나타났다. 반면 온도가 가장 낮게 측정된 N5실험구의 최고 평균온도는 30.
- 옥상녹화 유형에 따른 시간대별 온도변화를 분석한 결과 10시의 경우 혼합초를 식재한 N5실험구의 평균온도가 26.1℃로 가장 낮에 측정되었으며, 옥상에 식물을 식재 하지 않은 N2, N4실험구의 평균온도가 27.9℃로 가장 높게 측정되었다. 12시에도 N5실험구의 평균온도가 26.
- 옥상녹화 유형에 따른 월별 온도변화를 분석한 결과 각 실험구들의 평균온도가 가장 높게 측정된 8월의 온도를 비교하였을때 잔디를 실재한 N5실험구의 평균온도가 30.3℃로 가장 낮았으며, N2실험구의 온도가 32.0℃로 가장 높게 나타났다. 또 7월~10월 중 최저온도는 N5실험구에서 17.
- 옥상녹화 유형에 따른 일일 평균온도실험구에 식물을 식재하지 않은 N2과 쇄석을 깔았던 N4실험구의 온도를 비교하였을 경우 N2실험구의 온도가 N4실험구보다 높게 측정되었다. 그리고 옥상에 유형별로 식물을 식재한 실험구의 온도를 비교하였을 경우 혼합초를 식재한 N5실험구의 온도(28.
- 온도 데이터를 월 별로 나누어 분석한 결과, 모든 실험 구에서 8월의 평균온도가 가장 높게 측정되었으며 7월, 9월, 10월 순으로 온도가 측정되었다. 또한 옥상에 식물을 식재한 N1, N3, N5실험구의 평균온도가 식생이 없는 N2, N4 실험구의 평균온도보다 낮게 측정되었다.
- 이처럼 연구결과를 통해 건축물에서 옥상녹화에 의한 기온저감 효과를 가져올 수 있었으며, 옥상녹화시 혼합초등의 지피식물을 이용한 녹화방법이 기온저감에 가장 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 옥상녹화시 지피식물을 이용한 녹화를 장려한다면 옥상녹화로 인한 건물내 온도저감효과를 증대시킬 수 있을 것으로 생각된다.
- 전체 데이터중 각 실험구들의 평균온도가 가장 높게 나타난 8월의 온도를 외부 대기온도와 비교하여 분석하였을때 옥상녹화를 실시한 실험구 중에서 N5실험구의 온도가 가장 낮으며 온도 변화가 가장 적은 것으로 분석되며 N3실험구가 외부 온도에 가장 민감하게 반응하는 것으로 분석되었다<;그림 9>.
- 전체 측정 데이터간의 신뢰도분석결과 Cronbach α가 0.982로 신뢰도가 있다고 판단되고, Pearson의 상관분석에서 각 항목 간에 p<0.01에서 유의한 상관이 있음을 알 수 있었으며, 옥상녹화를 실시한 실험구들의 신뢰수준을 분석한 결과 Cronbach α가 0.971로 신뢰도가 있다고 판단되고, Pearson의 상관분석에서 각 항목 간에 p<0.01에서 유의한 상관이 있음을 알 수 있었다.
- 평균 온도가 가장 높게 측정되었던 옥상녹화를 미실시한 N2실험구와 N5실험구의 일일 평균 온도를 비교한 결과 1.6℃의 온도 차이를 보였으며, 옥상에 식물을 식재한 실험구와 식물을 식재하지 않은 실험구의 평균 온도차이가 1.4℃로 측정되었다.
후속연구
- 이처럼 연구결과를 통해 건축물에서 옥상녹화에 의한 기온저감 효과를 가져올 수 있었으며, 옥상녹화시 혼합초등의 지피식물을 이용한 녹화방법이 기온저감에 가장 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 옥상녹화시 지피식물을 이용한 녹화를 장려한다면 옥상녹화로 인한 건물내 온도저감효과를 증대시킬 수 있을 것으로 생각된다.
- 또 본 연구에서는 여름철동안의 건축물 기온저감 효과에 대해서만 실험하였지만, 향후 연구에서는 겨울철 등 다른 계절에서의 옥상녹화의 효과에 관한 연구가 추가적으로 이루어져야 할 것이며, 옥상녹화 실험시 국내 옥상녹화 표준모델의 제시를 바탕으로 건물축소 모형에서의 옥상녹화 비교실험이 아닌 동일한 실제 건물을 이용한 옥상녹화 실험이 필요하다 사료된다.
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