[논문]건물배치에 따른 풍환경 변화

이선영; 김상진

건물배치에 따른 풍환경 변화
Consequential Change of Wind Environment in Building Arrangements 원문보기

生態環境建築 = Journal of the Korea Institute of Ecological Architecture and Environment, v.12 no.2, 2012년, pp.117 - 124

이선영 (경남과학기술대학교 건축공학과) , 김상진 (경남과학기술대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to investigate the change of wind environment for different building arrangement. In this study, we analyze outdoor wind environment on different building arrangement that take same floor area ratio using the CFD (Computational Fluid Dynamics) method. We do not consider the effect of temperature. Building arrangements of low density, different hight and a lot of green area will change the effect of wind environment. The eight different arrangements of buildings are studied in this paper. In these calculations, we know the different arrangement of buildings change outdoor wind environments. Especially, reducing the number of building and crossing the different height of buildings have a good kind of wind environment at the same floor ratio. We know that these arrangement of buildings to reduce the heat island phenomena on city plan.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

다만 아직 어느 정도가 가장 유리할 것인지에 대한 데이터를 축적하기에는 계산 case가 부족한 관계로 이에 대한 연구는 다음으로 미루고자 한다. 또한 아파트 단지 등의 대규모 건축물 군에서의 온열환경의 변화에 대한 연구도 같이 진행할 예정이다.
특히 이러한 건물 배치가 풍환경에 어느 정도로 영향을 미치는가를 파악하는 기초연구가 되고자 한다. 또한 본 연구는 기존의 판상형 아파트 단지와 같은 한 변이 긴 직방형 형태가 아닌 정방형 타워형태의 건축물을 중심으로 건물배치가 풍환경에 미치는 영향을 조사하기로 한다.
본 논에서는 각종 평균풍속과 최대풍속 등을 제시하여 건축물의 배치 등에 따른 풍환경의 변화를 재조명 해 보았다.
본 연구에서는 법으로 지정하고 있는 용적률을 만족시킨다는 전제하에서 수치해석의 결과물을 토대로 풍환경의 영향을 평가하기로 한다. 특히 용적률을 일정하게 지정한 상황에서 건물의 층수를 변화시키거나 높이를 변화시킴과 동시에 건물의 배치형태를 고려한 결과들이 풍환경에 미치는 영향에 대하여 고찰하기로 한다.
즉 case 1의 16동의 45m 높이의 건물이 8동의 90m의 건물로 변해버린 것이라고 가정한 것이다. 즉, 용적률을 일정하게 한 상태에서 고층화가 미치는 영향을 파악하기 위한 배치를 하였다. case 5의 경우는 case 4와 같은 배치에서 바람의 방향이 바뀌었을 때를 생각한다.
본 연구에서는 법으로 지정하고 있는 용적률을 만족시킨다는 전제하에서 수치해석의 결과물을 토대로 풍환경의 영향을 평가하기로 한다. 특히 용적률을 일정하게 지정한 상황에서 건물의 층수를 변화시키거나 높이를 변화시킴과 동시에 건물의 배치형태를 고려한 결과들이 풍환경에 미치는 영향에 대하여 고찰하기로 한다. 특히 이러한 건물 배치가 풍환경에 어느 정도로 영향을 미치는가를 파악하는 기초연구가 되고자 한다.
특히 용적률을 일정하게 지정한 상황에서 건물의 층수를 변화시키거나 높이를 변화시킴과 동시에 건물의 배치형태를 고려한 결과들이 풍환경에 미치는 영향에 대하여 고찰하기로 한다. 특히 이러한 건물 배치가 풍환경에 어느 정도로 영향을 미치는가를 파악하는 기초연구가 되고자 한다. 또한 본 연구는 기존의 판상형 아파트 단지와 같은 한 변이 긴 직방형 형태가 아닌 정방형 타워형태의 건축물을 중심으로 건물배치가 풍환경에 미치는 영향을 조사하기로 한다.

가설 설정

case 4는 case 1에 비하여 같은 용적률에서 건물의 수를 줄이고 높이를 2배로 한 경우이다. 즉 case 1의 16동의 45m 높이의 건물이 8동의 90m의 건물로 변해버린 것이라고 가정한 것이다. 즉, 용적률을 일정하게 한 상태에서 고층화가 미치는 영향을 파악하기 위한 배치를 하였다.

제안 방법

각 동이 남향 `一`자 형태로 배치되던 종래의 판상형에서 벗어나 초고층 탑상형의 단지 설계가 붐을 이루면서 그 동안 주상복합아파트에만 적용해 오던 설계기법이 일반 아파트로 급속히 확산되는 추세여서 본문에서는 16동의 탑상형 건축물을 가상하여 선정 하고 이를 지그재그형 등으로 그 배치에 따른 영향을 알아보았다. 특히 본문에서는 235m×235m의 일반 거주 지역에서 16동 탑상형 일반 주택 아파트를 기준으로 하여 연구대상으로 가상하였다.
계산 면적은 350m×235m 크기로 고정하였고(대지는 235m×235m), 이들에서 이루어지는 풍속을 잘 표현하기 위해, 특히 계산상 후류의 영향을 고려하여 풍하 측의 면적을 115m 확대하여 계산하였다.
본 연구에서는 이를 기준으로 8가지의 배치를 고려한 계산을 행하였다. case 1은 16동으로 이루어진 15층 높이의 탑상형 건물들의 형태이다.
입구조건은본 계산을 행하기 이전에 350m×235m 크기에 높이 5m의 건물을 배치한 계산(이 계산에 사용된 초기 및 입구 풍속 조건은 그림 2에 표시)을 실시하여 이때 발생한 출구의값을 본 계산의 입구조건으로 이용하였다.

대상 데이터

8개 계산 case는 모두 다면체 메쉬(Polyhedral Mesh)로 모형을 만들었다. 각 계산에는 약 130,000개의 mesh가 사용되었다. 계산 면적은 350m×235m 크기로 고정하였고(대지는 235m×235m), 이들에서 이루어지는 풍속을 잘 표현하기 위해, 특히 계산상 후류의 영향을 고려하여 풍하 측의 면적을 115m 확대하여 계산하였다.
본 연구에서는 서울지역 기준으로 연구대상을 규정중의 제3종 일반 거주지역으로 확정 하였다. 서울시는 전세안정대책의 일환으로 2009년에 주택재개발 기준용적률을 상향 조정하기로 결정했다.
특히 본문에서는 235m×235m의 일반 거주 지역에서 16동 탑상형 일반 주택 아파트를 기준으로 하여 연구대상으로 가상하였다.

이론/모형

차분법은 풍상차분(upwind scheme)으로 계산하였다. 건물의 벽면 등은 Generalized Logarithmic Law를 이용하였고, 계산 영역의 측면 경계조건은 Symmetry Plane으로, 상공면은 Free Slip으로 처리하였다.
난류모델은 표준 k-ε 모델을 이용하였으며, 알고리즘(algorithm)은 SIMPLE법을 사용하였다.
본문에서는 STAR-CCM+를 이용하여 계산하였다.
난류모델은 표준 k-ε 모델을 이용하였으며, 알고리즘(algorithm)은 SIMPLE법을 사용하였다. 차분법은 풍상차분(upwind scheme)으로 계산하였다. 건물의 벽면 등은 Generalized Logarithmic Law를 이용하였고, 계산 영역의 측면 경계조건은 Symmetry Plane으로, 상공면은 Free Slip으로 처리하였다.

성능/효과

건물높이가 일정한 case 1의 경우에 비하여 건물 높이가 서로 다른 case 7의 경우 건물사이의 전반적인 풍환경이 개선된 것으로 나타났다. 이것은 그림 14에서 알 수 있듯이 case 7에서는 풍상측(왼쪽)의 건물의 수직류가 활발히 작용하는 것이 원인인 것으로 분석된다.
현재 많은 지자체에서 건물에 고도제한을 일률적으로 적용하고 있다. 그러나 본 논문에서의 결과로부터 이러한 일률적인 고도제한으로 인한 중저층 건축물이 풍환경 면에서는 고층건축물에 비하여 좋지 않음을 알 수 있었다.
먼저 용적률과 건물수가 같다면 지표면의 건폐율을 줄인 고층의 형태가 풍환경에는 유리한 것으로 나타났다. 즉, 고밀도 중저층의 공동주택에 비하여 저밀도 고층으로 갈수록 풍환경에는 유리하다는 것이다.
기준용적률은 서울시 도시주거환경정비기본계획 상에 각 재개발구역별로 정해져 있는 기본용적률을 의미한다. 주요 주택재개발구역의 기준용적률은 170%, 190%, 210% 정도로 정해져 있는데 대책에 따라 기준 용적률이 상향되면서 250%까지 높아지게 되었다. 본 연구에서는 용적률은 250%로 규정되어 있으며 이 용적률을 본 연구에 이용된 각 case들의 기준으로 하였다.
그림 11, 12에 각각 case 1, case 4∼case 6의 높이별 평균풍속 분포와 최대풍속값을 나타낸다. 평균풍속 분포는 높이가 높아짐에 따라 모든 case에서 증가하는 것으로 나타났다. 10m 이하의 저층부에서는 case 4의 경우가 case 5와 case 6에 비하여 낮게 나타났으나, 고층부로 갈수록 case 4의 풍속 증가가 크게 나타났다.
풍환경 조성과 활용에 관한 국내 연구 실태를 보면, 도시계획 단계에 바람길을 비롯한 기후요소의 고려가 도시 환경문제의 개선에 중요한 역할을 할 수 있다고 인식하고 있는 것으로 나타났다. 서울시의 경우 도시계획 기법에 적용하기 위해 바람길도 연구 중에 있는 단계여서 실제 계획에는 아직까지는 적용 되고 있지 못한 실정이다^{1)-4), 7)}.

후속연구

다만 아직 어느 정도가 가장 유리할 것인지에 대한 데이터를 축적하기에는 계산 case가 부족한 관계로 이에 대한 연구는 다음으로 미루고자 한다. 또한 아파트 단지 등의 대규모 건축물 군에서의 온열환경의 변화에 대한 연구도 같이 진행할 예정이다.
이러한 결과는 앞으로 대형 공동주택의 건설시에 일정한 규칙을 가지는 지그재그형 배치를 취함으로 인하여 단지내의 풍환경을 개선하는 것이 바람직할 것이라는 결론을 나타내는 것으로 향후 계획시에 상당히 효과를 가져올 것으로 기대한다.
이와 같은 결과는 현재의 고밀도 중저층의 공동주택에 비하여 저밀도 고층으로 갈수록 바람길에는 유리하다는 결론에 도달할 수 있는 중요한 결과이다. 향후 도시의 재개발이 있을 경우, 같은 용적률로 제한을 한다면, 건물 수를 줄이고 고층으로 건설하는 것이 외부 풍환경에 유리 하다는 것을 입증한 결과이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	용적률과 건물수가 같은 경우 풍환경에 더 유리한 것은 무엇인가?	먼저 용적률과 건물수가 같다면 지표면의 건폐율을 줄인 고층의 형태가 풍환경에는 유리한 것으로 나타났다. 즉, 고밀도 중저층의 공동주택에 비하여 저밀도 고층으로 갈수록 풍환경에는 유리하다는 것이다.
	본 고에서 밝힌 고도제한이 풍환경에 미치는 영향은 어떠한가?	현재 많은 지자체에서 건물에 고도제한을 일률적으로 적용하고 있다. 그러나 본 논문에서의 결과로부터 이러한 일률적인 고도제한으로 인한 중저층 건축물이 풍환경 면에서는 고층건축물에 비하여 좋지 않음을 알 수 있었다.
	같은 형태의 건물 배치 시 풍환경의 변화에 유리한 배치는 무엇인가요?	또한 같은 형태의 건물이라면 정방형 배치보다는 불균일한 지그재그형 배치가 풍환경에는 유리하다. 특히 같은 높이의 건물군 보다는 불균일한 높이의 건물군이 풍환경에는 유리한 것으로 나타났다.

참고문헌 (7)

이호, 오병철, 김형진, 김상진, 2009. 건축재개발에 따른 바람길과 열환경의 변화, 대한건축학회 학술발표대회 논문집 계획계 제29권 제1호(통권 제53집)
이수미, 송두삼, 2010, CFD를 활용한 주거 단지 설계 시 풍환경 예측 및 평가방법에 대한 고찰, 대한건축학회 제6회 우수졸업논문전 수상논문 개요집 제6권 제1호(통권6호)
손경수, 정응호, 2009, 바람환경을 고려한 공동주택의 배치유형에 관한 연구, Journal of Korean Housing Association
이장범, 2010, 일영특성을 고려한 아파트 주동 배치의 다양한 계획 방안, 대한건축학회 논문집 계획계 제25권 제2호(통권244호)
Barlag, A.,-B., 1993, Planungsrelevante Klimaanalyss einer Industirestadt in Tallage, Essen
Heimann, 1985, Ein Dreischichten-Modell zur Berechnung mesoskaliger Wind-undimmissionsfelder ueber komplexen Gelaende. Dissertation an der Fakultaet Fuer Physik. Universitaet Muenchen
김상진, 2011.11, 용적률이 일정할 경우 건물 주위의 풍환경, 한국생태환경건축학회 추계학술발표대회, 175-178.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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