본 연구에서는 장기식생이 가능한 전면 식생형 보강토 옹벽의 식생 환경 적합성을 모니터링하고, 전면벽체 표면온도 측정을 통해 한여름철의 콘크리트 옹벽 전면벽체의 온도 변화를 평가하였다. 이를 위해 장기식생이 가능하도록 식생 포대를 삽입한 특수 블록 벽체를 시공하여 구절초, 맥문동을 포함한 20여 종의 종자 식재 후 2년간 식생 환경을 관찰하였을 뿐만 아니라, 실제 크기의 식생 옹벽을 건설하여 한여름철 식생 및 무식생 옹벽의 전면벽체 표면온도를 비교 분석하였다. 식생 환경 모니터링을 수행한 결과, 장기 식생이 가능한 블록 내에 식재된 대부분의 식물 생장 상태는 양호한 것으로 나타났으며, 식생 포대를 삽입한 블록 벽체가 식물의 성장에 적합한 환경을 제공하는 것으로 나타났다. 또한, 한여름철의 식생 옹벽과 무식생 옹벽의 콘크리트 블록 표면의 온도 변화량을 측정한 결과, 식생 옹벽에 비해 무식생 옹벽의 표면온도가 높게 나타났다. 식생 옹벽의 전면벽체의 경우, 무식생 옹벽의 전면벽체에 비해 표면온도 증가율이 작게 나타난 반면, 냉각율은 더 크게 나타나 장기식생이 가능한 전면 식생형 보강토 옹벽은 식생을 통해 열섬효과를 완화하는데 효과적으로 작용할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 장기식생이 가능한 전면 식생형 보강토 옹벽의 식생 환경 적합성을 모니터링하고, 전면벽체 표면온도 측정을 통해 한여름철의 콘크리트 옹벽 전면벽체의 온도 변화를 평가하였다. 이를 위해 장기식생이 가능하도록 식생 포대를 삽입한 특수 블록 벽체를 시공하여 구절초, 맥문동을 포함한 20여 종의 종자 식재 후 2년간 식생 환경을 관찰하였을 뿐만 아니라, 실제 크기의 식생 옹벽을 건설하여 한여름철 식생 및 무식생 옹벽의 전면벽체 표면온도를 비교 분석하였다. 식생 환경 모니터링을 수행한 결과, 장기 식생이 가능한 블록 내에 식재된 대부분의 식물 생장 상태는 양호한 것으로 나타났으며, 식생 포대를 삽입한 블록 벽체가 식물의 성장에 적합한 환경을 제공하는 것으로 나타났다. 또한, 한여름철의 식생 옹벽과 무식생 옹벽의 콘크리트 블록 표면의 온도 변화량을 측정한 결과, 식생 옹벽에 비해 무식생 옹벽의 표면온도가 높게 나타났다. 식생 옹벽의 전면벽체의 경우, 무식생 옹벽의 전면벽체에 비해 표면온도 증가율이 작게 나타난 반면, 냉각율은 더 크게 나타나 장기식생이 가능한 전면 식생형 보강토 옹벽은 식생을 통해 열섬효과를 완화하는데 효과적으로 작용할 수 있을 것으로 판단된다.
A new type of reinforced earth wall(REW) system is developed with vegetated facing which provides proper environment for long-term vegetation and also applicable to high retaining wall system. Vegetated retaining wall is a green alternative for retaining walls and an effective way to reduce heat isl...
A new type of reinforced earth wall(REW) system is developed with vegetated facing which provides proper environment for long-term vegetation and also applicable to high retaining wall system. Vegetated retaining wall is a green alternative for retaining walls and an effective way to reduce heat island effect than conventional block or concrete systems. Several construction sites using vegetated facing is observed to monitor adaptation state of vegetation and estimate surface temperature of wall facing over two years. It was observed that a number of plants including Siberian chrysanthemum adapt well to the inside of the facing blocks because vegetation bag helps to keep a proper condition for vegetation. According to the results using thermographic camera, average surface temperature of vegetated facing is higher for all ranges of coverage ratio of vegetation. The increment of average surface temperature of vegetated facing is larger than that of non-vegetated facing when the air temperature rises, and vice versa.
A new type of reinforced earth wall(REW) system is developed with vegetated facing which provides proper environment for long-term vegetation and also applicable to high retaining wall system. Vegetated retaining wall is a green alternative for retaining walls and an effective way to reduce heat island effect than conventional block or concrete systems. Several construction sites using vegetated facing is observed to monitor adaptation state of vegetation and estimate surface temperature of wall facing over two years. It was observed that a number of plants including Siberian chrysanthemum adapt well to the inside of the facing blocks because vegetation bag helps to keep a proper condition for vegetation. According to the results using thermographic camera, average surface temperature of vegetated facing is higher for all ranges of coverage ratio of vegetation. The increment of average surface temperature of vegetated facing is larger than that of non-vegetated facing when the air temperature rises, and vice versa.
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문제 정의
본 연구에서는 장기식생이 가능한 보강토 옹벽 전면벽체에 대해 수행한 식생 적응성 모니터링과 한여름철 벽체 표면온도 모니터링을 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
(3) 식생 피복률에 따른 평균 표면온도 차이를 분석하기 위해 동일한 일조량을 받는 옹벽 전면벽체의 평균표면온도를 측정하였다. 식생옹벽의 피복률이 약 100%인 경우의 평균표면온도는 무식생 옹벽의 평균표면온도에 비해 약 20% 정도 감소하는 것으로 나타났다.
Table 1은 본 연구의 대상인 전면 식생형 보강토 옹벽에 사용하는 식생 블록과 무식생 블록의 형상 및 특징과 기존에 사용하는 전면블록의 일반적인 특징을 비교하여 나타내었다.
이를 위해 2년에 걸쳐 식물의 생장 과정과 여름철 전면 벽체의 온도 변화 등에 대한 장기 식생 모니터링을 수행하여 식생 옹벽의 녹화 기능에 대한 효과를 평가하였다. 또한, 열화상 카메라를 이용하여 시간 경과에 따른 온도 변화 및 피복률에 따른 온도 저감 효과를 확인하였으며, 그 결과를 분석하였다.
본 연구에서는 이와 같은 기존 식생 보강토 옹벽의 단점을 개선하여 10m 이상 고성토에 적용할 수 있고 다양한 종류의 식물 적용을 통해 주변 경관과 조화로운 경관 조성이 가능하며, 별도의 관수시설 없이도 항구적인 식물 자생이 가능하도록 고안된 전면 식생형 보강토 옹벽의 현장시공을 통해 식생효과를 평가하였다. 이를 위해 2년에 걸쳐 식물의 생장 과정과 여름철 전면 벽체의 온도 변화 등에 대한 장기 식생 모니터링을 수행하여 식생 옹벽의 녹화 기능에 대한 효과를 평가하였다.
시간 경과에 따른 온도 추이를 확인하기 위해 2013년 8월 20일 오전 10시부터 2시간 간격으로 식생 및 무식생 옹벽의 평균표면온도를 측정하였다. Fig.
식재한 시점인 2011년을 시작으로 1년 중 가장 기온이 높은 6∼9월 사이에 모니터링을 각각 실시하였으며, 관찰 모습은 Fig. 2에 나타내었다.
본 연구에서는 이와 같은 기존 식생 보강토 옹벽의 단점을 개선하여 10m 이상 고성토에 적용할 수 있고 다양한 종류의 식물 적용을 통해 주변 경관과 조화로운 경관 조성이 가능하며, 별도의 관수시설 없이도 항구적인 식물 자생이 가능하도록 고안된 전면 식생형 보강토 옹벽의 현장시공을 통해 식생효과를 평가하였다. 이를 위해 2년에 걸쳐 식물의 생장 과정과 여름철 전면 벽체의 온도 변화 등에 대한 장기 식생 모니터링을 수행하여 식생 옹벽의 녹화 기능에 대한 효과를 평가하였다. 또한, 열화상 카메라를 이용하여 시간 경과에 따른 온도 변화 및 피복률에 따른 온도 저감 효과를 확인하였으며, 그 결과를 분석하였다.
전면 식생형 보강토 옹벽에 식물을 식재하여 한여름철에 식생이 벽체의 온도 저감효과를 갖는지의 여부를 확인하였다. 이를 위해 Fig. 3에 나타낸 것과 같이 경기도 파주에 식생형 보강토 옹벽과 무식생형 보강토 옹벽을 건설하고 콘크 리트 전면 벽체에 대한 표면온도를 측정하였다. 2012년 3월에 눈붉은찔레, 줄사철, 송악 등의 식물을 식재하였으며, 전면 식생의 피복률은 약 50%로 하였다.
6은 동일한 일조량을 받는 식생 옹벽과 무식생 옹벽의 표면온도에 대한 직선 프로파일 분석 결과이다. 일정 시간 동안 나타나는 온도 변화량을 측정하기 위해 관찰 시작 시각인 오전 10시와 대기 온도가 가장 높은 오후 4시의 열화상 촬영 결과를 비교하였다. 식생 옹벽의 경우에는 약 7∼8℃, 무식생 옹벽의 경우에는 약 12∼13℃의 온도 증가량을 나타내어 초기(오전 10시)에 측정한 평균표면온도보다 각각 약 25%, 40% 증가하였으며, 열화상 촬영 각도를 감안하더라도 식생 옹벽의 표면온도 증가량이 콘크리트 벽면에 비해 작게 나타난 것을 확인할 수 있다.
전면 식생형 보강토 옹벽에 식물을 식재하여 한여름철에 식생이 벽체의 온도 저감효과를 갖는지의 여부를 확인하였다. 이를 위해 Fig.
전면 식생형 보강토 옹벽의 식생구조가 식물의 항구적인 자생이 가능한지 여부를 평가하기 위해 다양한 식물을 적용한 일련의 시험시공을 통해 식생 모니터링을 실시하였다. 시험시공에 사용한 식물은 구절초, 맥문동, 상록잔디패랭이와 야생화 26종 혼합 종자를 혼합하여 사용하였으며, 식생 적합성을 평가하기 위해 담장 형식의 구조체를 시공하였다.
대상 데이터
3에 나타낸 것과 같이 경기도 파주에 식생형 보강토 옹벽과 무식생형 보강토 옹벽을 건설하고 콘크 리트 전면 벽체에 대한 표면온도를 측정하였다. 2012년 3월에 눈붉은찔레, 줄사철, 송악 등의 식물을 식재하였으며, 전면 식생의 피복률은 약 50%로 하였다.
본 연구의 대상인 장기식생이 가능한 전면 식생형 보강토 옹벽은 Fig. 1처럼 무식생 블록과 식생 블록을 다양한 형태로 조합 시공하여 주변 경관과 조화를 이룰 수 있으며, 식생 블록의 사용 밀도와 적용 식물의 종류에 따라 전면부 식생 피복률 및 경제성 조절이 가능하도록 개발된 구조물이다. 식재할 식물은 식물의 뿌리가 성장하면서 전면벽체 파손 및 보강재 연결부위 손상이 발생하지 않는 등 구조물의 안정성에 영향을 미치지 않도록 뿌리가 가는 식물을 선정하는 것을 원칙으로 한다.
전면 식생형 보강토 옹벽의 식생구조가 식물의 항구적인 자생이 가능한지 여부를 평가하기 위해 다양한 식물을 적용한 일련의 시험시공을 통해 식생 모니터링을 실시하였다. 시험시공에 사용한 식물은 구절초, 맥문동, 상록잔디패랭이와 야생화 26종 혼합 종자를 혼합하여 사용하였으며, 식생 적합성을 평가하기 위해 담장 형식의 구조체를 시공하였다. 식재한 시점인 2011년을 시작으로 1년 중 가장 기온이 높은 6∼9월 사이에 모니터링을 각각 실시하였으며, 관찰 모습은 Fig.
성능/효과
(1) 장기식생이 가능한 보강토 특수 블록에 대한 식생 적합성을 평가하기 위해 약 2년에 걸친 식생 모니터링을 수행하였으며, 2년이 경과한 시점에서도 구절초 등 비롯한 다양한 식물들이 잘 자라고 있어, 식생 포대를 사용한 특수 보강토 전면 블록이 식생에 적합한 환경을 제공하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
(2) 식생 옹벽과 무식생 옹벽의 표면온도를 측정한 결과, 식생 옹벽의 표면온도가 무식생 옹벽의 표면온도에 비해 약 7℃ 정도 낮게 나타나 식생 옹벽의 온도 저감 효과를 확인하였다. 또한, 시간 경과에 따른 평균 표면온도 차이를 평가하기 위해 열화상 카메라를 사용하여 전면벽체의 표면온도를 측정한 결과, 식생 옹벽의 콘크리트 전면벽체가 무식생의 콘크리트 전면벽체에 비해 낮에 온도가 더 작게 증가하고, 저녁에 온도가 더 크게 감소하는 것으로 나타났다.
2에 나타내었다. 그 결과, 줄사철을 비롯하여 전면벽체 내부에 식재하였던 식물들이 2년간에 걸쳐 고사하지 않고 대부분 생존해 있는 것으로 나타났으며, 2년이 경과된 시점에서는 원래 식재했던 식물뿐만 아니라 다른 식물들도 함께 자라고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이는 벽체 내부에 설치한 식생기반 포대가 식생에 적합한 환경을 제공하는 것으로 판단되며, 전면 식생형 보강토 옹벽의 현장 적용성이 뛰어난 것으로 평가할 수 있다.
해당 옹벽은 오후 2시를 기점으로 일사량이 증가 하는 위치에 시공되어 있으므로, 오후 2시 이전에는 대기온도와 비슷한 온도분포를 나타냈으나, 오후 2시 이후로 표면온도가 급격히 증가하는 현상을 나타내었다. 또한, 대기온도가 감소하는 시점인 오후 4시 이후로는 무식생 블록을 사용한 옹벽에 비해 식생 블록을 사용한 옹벽의 표면온도 감소량이 더 큰 것으로 나타났다. 무식생 블록을 사용한 옹벽의 경우에는 1.
(2) 식생 옹벽과 무식생 옹벽의 표면온도를 측정한 결과, 식생 옹벽의 표면온도가 무식생 옹벽의 표면온도에 비해 약 7℃ 정도 낮게 나타나 식생 옹벽의 온도 저감 효과를 확인하였다. 또한, 시간 경과에 따른 평균 표면온도 차이를 평가하기 위해 열화상 카메라를 사용하여 전면벽체의 표면온도를 측정한 결과, 식생 옹벽의 콘크리트 전면벽체가 무식생의 콘크리트 전면벽체에 비해 낮에 온도가 더 작게 증가하고, 저녁에 온도가 더 크게 감소하는 것으로 나타났다.
식생 옹벽의 경우에는 약 7∼8℃, 무식생 옹벽의 경우에는 약 12∼13℃의 온도 증가량을 나타내어 초기(오전 10시)에 측정한 평균표면온도보다 각각 약 25%, 40% 증가하였으며, 열화상 촬영 각도를 감안하더라도 식생 옹벽의 표면온도 증가량이 콘크리트 벽면에 비해 작게 나타난 것을 확인할 수 있다. 또한, 표면이 아스팔트로 이루어진 교량의 표면온도에 비해 무식생 옹벽의 표면온도 증가량이 더 크게 나타났는데, 일반적으로 콘크리트에 비해 아스팔트의 열전도율이 낮게 나타나는 현상(콘크리트 열전도율 : 약 1.58Kcal/m･hr･℃, 아스팔트 열전도율 : 0.85Kcal/m･hr･℃) 을 보여주는 결과라고 할 수 있다.
식생 옹벽의 경우에는 약 7∼8℃, 무식생 옹벽의 경우에는 약 12∼13℃의 온도 증가량을 나타내어 초기(오전 10시)에 측정한 평균표면온도보다 각각 약 25%, 40% 증가하였으며, 열화상 촬영 각도를 감안하더라도 식생 옹벽의 표면온도 증가량이 콘크리트 벽면에 비해 작게 나타난 것을 확인할 수 있다.
9℃로 상대적으로 낮게 나타났다. 식생블록을 사용하는 경우, 구조적으로 돌출된 벽체표면(B 영역)이 형성되는데, 식생뿐만 아니라 돌출된 부위에 의해 형성된 그늘도 벽체표면의 온도를 저감시키는 역할을 하는 것으로 확인되었다.
(3) 식생 피복률에 따른 평균 표면온도 차이를 분석하기 위해 동일한 일조량을 받는 옹벽 전면벽체의 평균표면온도를 측정하였다. 식생옹벽의 피복률이 약 100%인 경우의 평균표면온도는 무식생 옹벽의 평균표면온도에 비해 약 20% 정도 감소하는 것으로 나타났다.
3℃로 나타났다. 이를 통해 식생 옹벽의 피복률이 증가할수록 전면벽체의 평균표면온도는 점점 감소한다는 것을 확인하였고, 식생 피복률이 약 100%일 경우에는 표면온도가 35.3℃로 나타나 무식생 옹벽과 비교하였을 때, 약 9℃ 정도의 차이가 발생하는 것으로 확인되었다. 이를 통해 피복률이 약 100%인 경우에는 벽체 표면온도가 약 20% 정도 감소하는 것으로 나타났다.
5℃ (Section B)로 나타나 약 4∼5℃ 정도 차이가 발생하는 것을 확인하였다. 이를 통해 전면벽체의 재질은 콘크리트를 동일 하게 사용하였으나, 식생을 적용함으로써 벽체의 표면온도가 감소하는 것을 확인하였다.
이상의 결과로 판단하면, 옹벽 전면부의 식생을 통해 열전도율이 상대적으로 큰 콘크리트의 복사열 면적을 크게 감소시키는 효과를 확인할 수 있었으며, 본 연구에서 개발한 장기 식생블록을 사용한 보강토 옹벽 시스템은 한여름철에 발생하는 도시 열섬현상 저감을 위한 방편으로 매우 효과적으로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
8에 나타내었다. 전반적으로 식생블록을 사용한 옹벽의 표면온도에 비해 무식생 블록을 사용한 옹벽의 표면온도가 더 높게 나타났다. 해당 옹벽은 오후 2시를 기점으로 일사량이 증가 하는 위치에 시공되어 있으므로, 오후 2시 이전에는 대기온도와 비슷한 온도분포를 나타냈으나, 오후 2시 이후로 표면온도가 급격히 증가하는 현상을 나타내었다.
이는 벽체 내부에 설치한 식생기반 포대가 식생에 적합한 환경을 제공하는 것으로 판단되며, 전면 식생형 보강토 옹벽의 현장 적용성이 뛰어난 것으로 평가할 수 있다. 특히, 겨울에도 녹색 경관을 유지할 수 있는 상록성 식물인 구절초는 발아율 및 성장률이 상당히 우수한 것으로 나타났으며, 그 밖에 맥문동, 상록잔디패랭이와 야생화 26종도 발아율과 생존율이 높은 것으로 나타났다.
표면온도 측정 당일의 파주지역 최고 기온은 35℃로 나타났으며, 임의의 영역에 대한 평균 표면온도를 산정한 결과, 식생옹벽의 경우에는 39.1℃(Section A), 무식생 옹벽의 경우에는 43.5℃ (Section B)로 나타나 약 4∼5℃ 정도 차이가 발생하는 것을 확인하였다.
10에 나타내었다. 합리적인 비교를 위해 동일한 일조량을 받는 옹벽 전면에 대한 평균 표면온도를 측정한 결과, 옹벽에 식생을 적용하지 않은 경우의 평균 표면온도는 44.6℃로 나타났고, 식생 피복률이 약 35%, 60%, 100%일 때, 식생 옹벽의 표면 온도는 각각 40℃, 37.3℃, 35.3℃로 나타났다. 이를 통해 식생 옹벽의 피복률이 증가할수록 전면벽체의 평균표면온도는 점점 감소한다는 것을 확인하였고, 식생 피복률이 약 100%일 경우에는 표면온도가 35.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열섬현상의 주요원인은 무엇으로 알려져 있는가?
최근 US Environmental Protection Agency(2010)와 Rosenzweig et al.(2009) 등의 연구에 의하면 도심의 온도는 주변에 비해 3℃ 정도 높다고 보고된 바 있는데, 이는 도심지 내의 많은 에너지 소모량, 다량의 대기 오염물질 및 온실기체의 방출 그리고 열전도율이 큰 콘크리트 재료의 높은 사용 빈도 등이 한여름철 도심지 내에 발생하는 열섬현상의 주요 원인으로 알려져 있다. Honjo et al.
보강토 옹벽은 무엇인가?
본 연구에서 다룬 보강토 옹벽은 대표적인 도시 구조물로서, 다양한 형태와 색을 사용하는 콘크리트 패널(panel) 또는 블록(block)을 전면벽체로 사용하는 콘크리트 구조물이다. Cho et al.
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