[논문]경량모듈형 옥상녹화시스템의 온도저감 및 열수지 평가

김세창; 박봉주

doi:10.7235/hort.2013.13001

경량모듈형 옥상녹화시스템의 온도저감 및 열수지 평가
Assessment of Temperature Reduction and Heat Budget of Extensive Modular Green Roof System 원문보기

원예과학기술지 = Korean journal of horticultural science & technology, v.31 no.4, 2013년, pp.503 - 511

초록
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본 연구는 돌나물과 한국잔디를 식재한 경량 모듈형 옥상녹화시스템의 온도저감과 열수지를 평가하였다. 식물생육은 초고와 피복율을 측정하였으며, 2012년 8월 2일부터 3일까지 48시간 동안 콘크리트와 옥상녹화 표면, 토양 속, 모듈 하부의 온도와 순복사, 증발산량을 측정하였다. 기온이 $34.6^{\circ}C$로 가장 높았던 8월 3일 15:00시의 표면온도는 콘크리트가 $57.5^{\circ}C$로 가장 높았으며, 그 다음으로 돌나물 $40.1^{\circ}C$, 한국잔디 $38.3^{\circ}C$의 순으로 옥상녹화 조성 시 큰 폭으로 온도가 저감되는 것으로 나타났다. 토양 속과 모듈 하부도 옥상녹화에 의한 온도저감 효과가 나타났으며, 한국잔디가 돌나물보다 온도저감 효과가 큰 것으로 나타났다. 콘크리트 표면과 비교하여 옥상녹화 최고 온도는 약 2시간 정도 지연되는 것으로 나타났다. 표면의 온도저감에는 식물종, 기온, 토양수분이 영향을 미치고, 모듈 하부의 온도저감에는 식물종, 기온, 토양수분, 표면온도가 유의하게 영향을 미친 것으로 나타났다. 열수지 분석결과, 현열은 콘크리트 표면이 가장 높았으며, 옥상녹화 시 감소하는 경향을 보였으며 잠열은 한국잔디가 돌나물보다 높았다. 따라서 온열환경 개선을 위해서는 한국잔디가 돌나물보다 옥상녹화 적용에 더 효과적임을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to evaluate temperature reduction and heat budget of extensive modular green roof planted with Sedum sarmentosum and Zoysia japonica. Plant height and green coverage were measured as plant growth. Temperature, net radiation and evapotranspiration of concrete surface, green roof surface, in-soil and bottom were measured from August 2 to August 3, 2012 (48 hours). On 3 P.M., August 3, 2012, when air temperature was the highest ($34.6^{\circ}C$), concrete surface temperature was highest ($57.5^{\circ}C$), followed by surface temperature of Sedum sarmentosum ($40.1^{\circ}C$) and Zoysia japonica ($38.3^{\circ}C$), which proved temperature reduction effect of green roof. Temperature reduction effect of green roof was also shown inside green roof soil, and bottom of green roof. It was found that Zoysia japonica was more effective in temperature reduction than Sedum sarmentosum. Compared with the case of concrete surface, the highest temperature of green roof surface was observed approximately 2 hours delayed. Plant species, temperature and soil moisture were found to have impact on surface temperature reduction. Plant species, air temperature, soil moisture and green roof surface temperature were found to have impact on temperature reduction in green roof bottom. As results of heat budget analysis, sensible heat was highest on concrete surface and was found to be reduced by green roof. Latent heat flux of Zoysia japonica was higher than that of Sedum sarmentosum, which implied that Zoysia japonica was more effective to improve thermal environment for green roof than Sedum sarmentosum.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

, 2005, 2011) 열수지를 통한 온도저감 효과를 시도한 사례는 거의 없다. 본 연구는 돌나물과 한국잔디를 식재한 경량 모듈형 옥상녹화시스템을 이용하여 식물재료에 따른 온열환경과 열수지를 평가하여 건축물 옥상의 온열환경 개선을 위한 기초자료를 제공하고자 수행하였다.

제안 방법

Table 5. Results of bivariate correlation analysis to test the effects of air temperature, volumetric water content and green roof surface temperature on cooling at the green roof surface and bottom by plant species.
실험기간 중 옥상의 기상환경은 옥상 중앙 부근에 설치한 자동기상관측장비(automatic weather system, AWS) 를 이용하여 측정하였다. 높이 3m의 관측용 폴대 최상부에 풍향･풍속계를 설치하였으며, 옥상면에서 2m 높이에는 일사계를 1.5m 높이에는 통풍식 온습도계를 각각 설치하여 측정하였다. 강우량은 옥상면에 우량계를 설치하여 측정하였다(Fig.
32mm, Doo Kwang MFG, Korea)를 이용하여 측정하였다. 또한 열의 흐름을 파악하기 위하여 열류계(HFT3, Campbell Scientific, USA)를 옥상녹화와 대조구 표면, 모듈 하부에 부착하여 측정하였다. 옥상녹화 식재 토양의 수분함량은 토양수분측정기(10HS, Decagon Devices, USA)를 토심 5cm에 삽입 고정하여 측정하였다.
옥상녹화 식재 토양의 수분함량은 토양수분측정기(10HS, Decagon Devices, USA)를 토심 5cm에 삽입 고정하여 측정하였다. 모든 측정은 2012년 8월 2일부터 3일까지 동일지점을 48시간 동안 연속하여 측정하였다. 실험기간 중 옥상의 기상환경은 옥상 중앙 부근에 설치한 자동기상관측장비(automatic weather system, AWS) 를 이용하여 측정하였다.
시비는 5월 20일에 복합비료(12N-5P-9K, Dongbu Farm Hannong, Korea)를 5g･m^-2 실시하였다. 식물재료가 온열 환경에 미치는 영향을 분석하기 위하여 온도저감 및 열수지 측정이 종료된 직후인 8월 5일에 피복율과 엽면적을 조사하였다. 피복율은 1.
모든 측정은 2012년 8월 2일부터 3일까지 동일지점을 48시간 동안 연속하여 측정하였다. 실험기간 중 옥상의 기상환경은 옥상 중앙 부근에 설치한 자동기상관측장비(automatic weather system, AWS) 를 이용하여 측정하였다. 높이 3m의 관측용 폴대 최상부에 풍향･풍속계를 설치하였으며, 옥상면에서 2m 높이에는 일사계를 1.
또한 열의 흐름을 파악하기 위하여 열류계(HFT3, Campbell Scientific, USA)를 옥상녹화와 대조구 표면, 모듈 하부에 부착하여 측정하였다. 옥상녹화 식재 토양의 수분함량은 토양수분측정기(10HS, Decagon Devices, USA)를 토심 5cm에 삽입 고정하여 측정하였다. 모든 측정은 2012년 8월 2일부터 3일까지 동일지점을 48시간 동안 연속하여 측정하였다.
옥상녹화와 대조구 표면, 토양 속, 옥상녹화 모듈 하부의 온도는 T형 열전대(Ø 0.32mm, Doo Kwang MFG, Korea)를 이용하여 측정하였다.
온열환경 측정을 위한 실험구는 생육조사를 위해 조성한 돌나물과 한국잔디가 식재된 경량 모듈형 옥상녹화 상자를 이용하여 1,500 × 1,500mm의 크기로 하였으며, 동일한 넓이의 콘크리트 면적을 대조구로 하였다(Fig. 2).
저관리･경량형 옥상녹화시스템 식재 식물에 따른 열수지를 정량화하기 위하여 순복사계(CNR4, Kipp & Zonen, The Netherland)를 대조구와 옥상녹화 실험구 중앙의 지표면으로부터 50cm 위에 고정시켜 측정하였다(Figs. 2 and 3).
)와 식(2) 에 의하여 산출하였으며, 증발산량(E)는 옥상녹화 실험구의 중량변화로부터 측정한 실측치를 이용하였다. 중량변화는 돌나물과 한국잔디가 식재된 경량 모듈형 옥상녹화용 상자 하나씩을 이용하였으며, 충분한 양의 물을 관수한 다음 중력수가 빠져나간 24시간 후 전자저울(EC-30D, CAS, Korea)을 이용하여 연속 측정하였다. 데이터는 데이터로거(DT80, dataTaker, UK)를 이용하여 1분 간격으로 저장하였으며, 30분 동안의 평균값을 이용하여 분석하였다.
피복율은 1.2m 높이에서 디지털카메라를 이용하여 촬영한 다음 Adobe Photoshop 프로그램(Adobe System incorporated, USA)을 이용하여 녹화된 면적과 비녹화 면적의 색을 구분하여 백분율로 산출하였으며(Sendo et al., 2010), 엽면적은 반복당 10 × 10cm 면적으로 샘플링하여 엽면적계(Li-3000A, Li-Cor, USA)를 이용하여 측정하였다.

대상 데이터

2012년 4월 27일 충청북도 청주시에 위치한 충북대학교 부속농장 2층 옥상에 500(W) × 500(D) × 100(H)mm 크기의 경량 모듈형 옥상녹화용 상자(EcoTop EP-16, Eco & Bio, Korea)에 펄라이트(Paraso, Kyungdong One., Korea):피트모스(BP-F, Berger, Canada):원예용상토(Wonjomix, Nongkyung Agroindustrial, Korea)를 7:2:1(v:v:v)로 혼합하여 식재층을 조성하였다(Fig. 1).
돌나물은 충북대학교 교내에서 채취한 재래종을 사용하였으며, 한국잔디는 시중에서 판매하는 180(L) × 180(W) × 20(T)mm 규격의 중엽형 한국잔디 뗏장을 구입하여 식재하였다.
1). 식물재료는 저관리･경량형 옥상녹화 조성 시 많이 이용되고 있는 돌나물(Sedum sarmentosum)과 한국잔디(Zoysia japonica)를 선정하였다(Getter and Rowe, 2009; Huh et al., 2003; Ju et al., 2012). 돌나물은 충북대학교 교내에서 채취한 재래종을 사용하였으며, 한국잔디는 시중에서 판매하는 180(L) × 180(W) × 20(T)mm 규격의 중엽형 한국잔디 뗏장을 구입하여 식재하였다.

데이터처리

3). 각 계측기의 측정데이터는 데이터로거(DT80, dataTaker, UK)를 이용하여 1분마다 측정하였으며, 30분간의 평균값을 이용하여 분석하였다.
중량변화는 돌나물과 한국잔디가 식재된 경량 모듈형 옥상녹화용 상자 하나씩을 이용하였으며, 충분한 양의 물을 관수한 다음 중력수가 빠져나간 24시간 후 전자저울(EC-30D, CAS, Korea)을 이용하여 연속 측정하였다. 데이터는 데이터로거(DT80, dataTaker, UK)를 이용하여 1분 간격으로 저장하였으며, 30분 동안의 평균값을 이용하여 분석하였다. 통계분석은 SAS 프로그램(SAS 9.
데이터는 데이터로거(DT80, dataTaker, UK)를 이용하여 1분 간격으로 저장하였으며, 30분 동안의 평균값을 이용하여 분석하였다. 통계분석은 SAS 프로그램(SAS 9.2, SAS Institute Inc., USA)을 이용하여 독립표본 T검정과 이변량 상관분석, 회귀분석을 실시하였다.

이론/모형

돌나물은 충북대학교 교내에서 채취한 재래종을 사용하였으며, 한국잔디는 시중에서 판매하는 180(L) × 180(W) × 20(T)mm 규격의 중엽형 한국잔디 뗏장을 구입하여 식재하였다. 돌나물은 Kim and Lee(2008)의 방법에 따라 상부의 3마디를 4cm 길이로 잘라 상자당 100개체씩 9반복으로 삽식하였다. 한국잔디는 상자당 뗏장을 4개씩 9반복으로 식재하였다.

성능/효과

기온과 콘크리트, 옥상녹화 표면은 15:00시에 가장 높은 온도를 보였으나, 옥상녹화 토양 속과 모듈 하부의 최고 온도는 지연되는 현상을 보였다. 토양 속은 돌나물이 1시간 30분, 한국잔디가 2시간 지연되었으며, 모듈 하부는 돌나물과 한국잔디는 각각 2시간과 2시간 30분이 지연되는 것으로 나타났다.
독립표본 T 검정 결과, 식물종은 표면 온도저감과 모듈 하부 온도저감에 통계적으로 유의한 영향이 없는 것으로 나타났다. 돌나물과 한국잔디 각각의 표면 온도저감에 기온과 토양수분이 미치는 영향을 이변량 상관분석을 실시한 결과, 돌나물의 표면 온도저감에는 기온과 토양수분이 유의한 영향을 미쳤지만, 한국잔디의 표면 온도저감에는 기온 만 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다(p < 0.
돌나물과 한국잔디 각각의 표면 온도저감에 기온과 토양수분이 미치는 영향을 이변량 상관분석을 실시한 결과, 돌나물의 표면 온도저감에는 기온과 토양수분이 유의한 영향을 미쳤지만, 한국잔디의 표면 온도저감에는 기온 만 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다(p < 0.05).
돌나물과 한국잔디의 모듈 하부 온도저감에 기온, 토양수분, 표면온도가 미치는 영향을 역시 이변량 상관분석을 실시한 결과, 돌나물의 모듈 하부 온도저감에는 기온, 토양수분, 표면온도 모두가 5% 유의수준에서 통계적으로 유의한 영향을 미치지만, 한국잔디의 모듈 하부 온도저감에는 기온과 표면온도 만 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 돌나물과 한국잔디 모두 기온이나 표면온도가 올라갈 수록 모듈하부의 온도저감 효과는 커지는 경향을 보였으며, 돌나물의 경우 토양수분이 높을 수록 모듈 하부 온도저감 효과가 떨어지는 경향을 보였다(Table 5).
05). 돌나물과 한국잔디는 기온이 올라갈 수록 온도저감 효과가 증가하였다. 돌나물의 경우 토양수분이 높아질수록 온도저감 효과는 떨어지는 경향을 보였다.
돌나물과 한국잔디의 모듈 하부 온도저감에 기온, 토양수분, 표면온도가 미치는 영향을 역시 이변량 상관분석을 실시한 결과, 돌나물의 모듈 하부 온도저감에는 기온, 토양수분, 표면온도 모두가 5% 유의수준에서 통계적으로 유의한 영향을 미치지만, 한국잔디의 모듈 하부 온도저감에는 기온과 표면온도 만 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 돌나물과 한국잔디 모두 기온이나 표면온도가 올라갈 수록 모듈하부의 온도저감 효과는 커지는 경향을 보였으며, 돌나물의 경우 토양수분이 높을 수록 모듈 하부 온도저감 효과가 떨어지는 경향을 보였다(Table 5).
2%의 구성비율을 나타냈다. 돌나물은 현열 35.1%, 잠열 62.2%, 지중열전도량 2.7%의 구성비율을 나타냈으며, 한국잔디는 현열 13.6%, 잠열 85.5%, 지중열전도량 0.9%의 구성비율을 보여 돌나물보다 한국잔디 식재 시 잠열의 비율이 증가하고 현열, 지중열전도량은 감소하는 것으로 나타났다. Jones and Suckling(1983)은 지피식물을 활용한 옥상녹화 시 순복사량의 약 96.
5%가 잠열의 형태로 소비된다고 보고하여 본 연구의 결과와 유사한 경향을 보였다. 따라서 돌나물보다 한국잔디를 옥상녹화에 적용하는 것이 온도저감 및 열섬현상 완화에 더 효과적일 것으로 판단된다. 옥상녹화에 의한 열수지 측정에는 순복사, 식재층에 의한 현열과 잠열의 흐름, 토양층에 의한 열전도 해석이 필요하며(Tabares-Velasco et al.
3℃의 순으로 나타났다. 옥상녹화 조성 시 콘크리트와 온도 차는 17.4℃-19.2℃ 이었으며, 한국잔디가 돌나물보다 1.8℃ 기온을 더 저감시키는 것으로 나타났다. 모듈 하부의 온도는 돌나물 36.
0℃)의 순으로 나타났다. 전체적으로 표면에서 하부로 내려갈수록 온도 변화폭이 적었으며, 돌나물보다는 한국잔디의 변화폭이 적었다(Table 4). 이와 같은 온도변화의 감소는 건축물 옥상에 옥상녹화를 조성할 경우, 건축물 내 안정된 열환경을 조성함으로써 냉･난방에너지의 이용을 줄여 비용절감 효과를 가져올 수 있다(Celik et al.
돌나물과 한국잔디를 식재한 경량 모듈형 옥상녹화시스템의 09:00-18:00시의 낮 동안 열수지 분석 결과는 Table 6과 같다. 총 잠열량(lE)은 한국잔디(8월 2일 3,986.1W･m^-2, 8월 3일 4,226.2W･m^-2)가 돌나물(8월 2일 3,227.8W･m^-2, 8월 3일 3,252.5W･m^-2)보다 높은 것으로 나타났다. 총 현열량(H)과 총 지중열전도량(G)는 8월 2일과 3일 모두 콘크리트 표면에서 가장 높게 난 반면에 돌나물과 한국잔디에서는 상대적으로 낮은 값을 나타냈다.
5W･m^-2)보다 높은 것으로 나타났다. 총 현열량(H)과 총 지중열전도량(G)는 8월 2일과 3일 모두 콘크리트 표면에서 가장 높게 난 반면에 돌나물과 한국잔디에서는 상대적으로 낮은 값을 나타냈다. 이는 옥상녹화 조성 시 콘크리트 표면보다 순복사량이 증가하고, 증발산으로 인한 잠열의 소비로 인해 현열과 건축물로 축열되는 전도열이 감소하였다는 보고와 일치하였다(Takebayasi and Moriyama, 2007).
6과 같다. 표면온도의 경우, 돌나물(R² = 0.826, P = 0.000)과 한국잔디(R² = 0.819, P = 0.000)는 기온이 높아질수록 온도저감 효과도 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 풍속에 의한 온도저감 효과는 크지 않았으며, 일정한 경향이 나타나지 않았다.
그러나 풍속에 의한 온도저감 효과는 크지 않았으며, 일정한 경향이 나타나지 않았다. 하부온도는 돌나물(R² = 0.764, P = 0.000)과 한국잔디(R² = 0.770, P = 0.000) 모두 기온이 높아질수록 온도저감 효과가 큰 것으로 나타났으며, 표면온도와 비교해서 온도저감 폭이 더 큰 것으로 나타났으나, 풍속과는 관련성이 적은 것으로 나타났다. Dvorak and Volder (2013)는 다육식물을 이용한 옥상녹화의 온도저감 효과를 분석한 결과, 콘크리트 표면과 비교하여 토양 표면과 토양 하부 모두 온도저감 효과가 인정되었으며, 특히 토양 표면 (18.

후속연구

따라서 돌나물보다 한국잔디를 옥상녹화에 적용하는 것이 온도저감 및 열섬현상 완화에 더 효과적일 것으로 판단된다. 옥상녹화에 의한 열수지 측정에는 순복사, 식재층에 의한 현열과 잠열의 흐름, 토양층에 의한 열전도 해석이 필요하며(Tabares-Velasco et al., 2012), 열수지는 기상조건, 식물의 생리학적 기능, 건물구조 등 다양한 변수에 의하여 영향을 받기 때문에(Jim and He, 2010), 이러한 요소들과의 관련 성에 대한 추가적인 해석이 이루어져야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도시열섬현상이란?	도심 내 환경문제로 대두되고 있는 도시열섬현상은 도시 기온이 주변 외곽지역보다 2-4°C 정도 높게 형성되는 것으로(Moon et al., 2006; Rosenzweig et al.
	도시열섬현상을 해결할 대안으로 주목받고 있는 것은?	, 2005). 최근 이러한 문제점을 해결하기 위한 대안으로 옥상녹화, 벽면녹화 등 건축물녹화가 주목받고 있다(Wong et al., 2010).
	도시열섬현상의 주요 원인은?	, 2006; Rosenzweig et al., 2007), 냉난방용 전기기기, 자동차와 연소기관에서 발생되는 배기가스뿐만 아니라 고밀도의 건축물로 인한 통풍방해, 불투수층 표면의 증가로 인한 녹지･수변 지역 감소 등이 주요인이다(Ling et al., 2011; Ono et al.

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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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