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문제 정의
- 5%까지 발생하여, 주위 온도를 상승시키는 현열 발생량을 감소시켜 열수지를 변화시키는 것으로 보고되고 있다(Jones와 Suckling, 1983). 본 연구는 건축물의 온열환경 개선을 위하여 옥상녹화 소재로서 한국잔디를 선정하여 토심에 따른 온도저감 및 증발산량을 정량화하여 향후 옥상녹화에 한국잔디 도입 시 최저한의 식재기반 정비를 위한 기초자료를 제시하고자 실시하였다.
- 본 연구는 모의실험을 통해 한국잔디식재 옥상녹화의 온도저감효과와 증발산량을 평가하였다. 콘크리트 블록을 이용하여 1.
제안 방법
- 0(H) m 크기의 모의실험구를 제작한 다음, 지붕에는 10 cm의 두께로 별도의 콘크리트 판을 만들어 시공하였다. 1년간 재배된 토심 10 cm와 20 cm의 한국잔디를 식재한 플라스틱 용기를 모의실험구에 올려 옥상녹화실험구(이하, 토심 10 cm 실험구와 토심 20 cm 실험구라 한다)로 하였으며, 옥상녹화를 실시하지 않은 다른 하나의 모의실험구는 대조구로 하였다(Fig. 1).
- 높이 3 m의 폴대 최상부에 풍향·풍속계를 설치하였으며, 일사계(2 m 높이), 통풍식온습도계(1.5 m 높이)를 설치하여 측정하였다.
- 32 mm, DOO KWANG MFG, Korea)를 이용하여 대조구(표면, 내부 천정면)와 옥상녹화 실험구(표면, 하부, 내부 천정면)의 온도를 2012년 6월25일부터 26일까지 48시간 동안 연속하여 측정하였다. 데이터는 데이터로거(DT80, dataTaker, UK)를 이용하여 1분마다 측정하여 30분 평균값을 저장하였다(Fig. 1).
- 실험기간 옥상의 외부 기상 조건은 자동기상관측장비(AWS)를 이용하여 온·습도, 일사량, 풍향, 풍속, 강우량 등을 측정하였다.
- 옥상녹화 토심에 따른 증발산량은 한국잔디를 식재한 토심 10 cm와 토심 20 cm의 플라스틱 상자 하나씩 이용하여 구하였다. 즉, 측정하기 전에 충분한 양의 물을 관수한 다음 중력수가 빠져나간 24시간 후 전자저울(EC-D, CAS, Korea)을 이용하여 30분단위로 데이터로거에 연결하여 자동계측하였다.
- 옥상녹화에 따른 온도저감효과를 살펴보기 위하여 T형 열전대(Ø 0.32 mm, DOO KWANG MFG, Korea)를 이용하여 대조구(표면, 내부 천정면)와 옥상녹화 실험구(표면, 하부, 내부 천정면)의 온도를 2012년 6월25일부터 26일까지 48시간 동안 연속하여 측정하였다.
- 자동기상관측시스템을 이용하여 실험기간동안의 온·습도, 풍속, 풍향, 일사량, 강우량 등을 측정하였으며, 대조구인 콘크리트표면과 천정면, 옥상녹화 토양표면, 토양하부, 천정면의 온도를 측정하였다.
- 옥상녹화 토심에 따른 증발산량은 한국잔디를 식재한 토심 10 cm와 토심 20 cm의 플라스틱 상자 하나씩 이용하여 구하였다. 즉, 측정하기 전에 충분한 양의 물을 관수한 다음 중력수가 빠져나간 24시간 후 전자저울(EC-D, CAS, Korea)을 이용하여 30분단위로 데이터로거에 연결하여 자동계측하였다. 이것을 용기로부터의 증발산량으로 간주하고 면적비율로 1 ㎡당 증발산량으로 환산하였다(Ohno 등, 2006).
- 자동기상관측시스템을 이용하여 실험기간동안의 온·습도, 풍속, 풍향, 일사량, 강우량 등을 측정하였으며, 대조구인 콘크리트표면과 천정면, 옥상녹화 토양표면, 토양하부, 천정면의 온도를 측정하였다. 증발산량 측정은 실험구의 중량변화로 측정하였다. 모든 데이터는 데이터로거를 이용하여 1분마다 측정하여 30분간의 평균값을 이용하였다.
- 콘크리트 블록을 이용하여 1.2(W) × 1.2(D) × 1.0(H) m 크기의 모의실험구를 조성 후 토심10 cm와 20 cm의 옥상녹화실험구를 배치하였으며, 옥상녹화를 조성하지 않은 모의실험구를 대조구로 하였다.
대상 데이터
- 2011년 6월에 충북대학교 부속농장 2층 옥상에 원활한 배수를 위하여 전기드릴로 바닥에 24개의 구멍을 뚫은 황색 플라스틱 상자를 이용하여 토심 10 cm(용기 외부 450(W)×270(D)×120(H) mm)와 20 cm(용기 외부 445(W)×273(D)×200(H) mm)의 실험구를 각각 15개씩 조성한 후, 부직포를 깔고 펄라이트(파라소, 경동세라텍, Korea):피트모스(BP-F, Berger, Canada): 원예용상토(원조믹스, 농경, Korea)를 6:3:1(v:v:v)의 비율로 혼합하여 식재기반을 조성하였다.
- 2012년 4월에 4인치 콘크리트 블록(100×190×390mm)을 이용하여 1.2(L)×1.2(W)×1.0(H) m 크기의 모의실험구를 제작한 다음, 지붕에는 10 cm의 두께로 별도의 콘크리트 판을 만들어 시공하였다.
- 2011년 6월에 충북대학교 부속농장 2층 옥상에 원활한 배수를 위하여 전기드릴로 바닥에 24개의 구멍을 뚫은 황색 플라스틱 상자를 이용하여 토심 10 cm(용기 외부 450(W)×270(D)×120(H) mm)와 20 cm(용기 외부 445(W)×273(D)×200(H) mm)의 실험구를 각각 15개씩 조성한 후, 부직포를 깔고 펄라이트(파라소, 경동세라텍, Korea):피트모스(BP-F, Berger, Canada): 원예용상토(원조믹스, 농경, Korea)를 6:3:1(v:v:v)의 비율로 혼합하여 식재기반을 조성하였다. 식물재료는 시중 원예점에서 판매하는 중엽형 한국잔디(Zoysia japonica)를 구입하여 사용하였으며, 식물의 초기 활착 시기에는 1주에 2회의 빈도로 두상관수하였으며, 그 밖의 기간에는 자연강우에 의존하여 1년간 옥상에서 재배하였다.
데이터처리
- 증발산량 측정은 실험구의 중량변화로 측정하였다. 모든 데이터는 데이터로거를 이용하여 1분마다 측정하여 30분간의 평균값을 이용하였다. 온도저감효과 측정 결과, 대조구와 비교하여 옥상녹화조성 시 표면에서 온도차이가 나타났으며, 토심이 깊을수록 온도저감효과가 큰 것으로 나타났다.
성능/효과
- 기온, 대조구 표면, 옥상녹화 표면이 서로 같은 시간에 가장 높은 온도를 보였으나, 옥상녹화 하부와 모의실험구 내부 천정면의 온도 최고점은 3시간에서 4시간30분 정도 지연되는 현상을 보였다. 이는 옥상녹화 조성으로 인하여 식재기반인 토양층에 의해서 건축물로 유입되는 전도열을 지연시켰기 때문인 것으로 사료된다(Lin과 Lin, 2005).
- 그러나 토양하부와 모의실험구 내부 천정면 온도저감효과는 옥상녹화를 조성할 때에는 그 효과가 크게 나타났으나, 토심에 따른 온도 차이는 크지 않았다. 온도변화 폭은 표면에서 대조구와 토심 10 cm 실험구에서 큰 온도변화를 보였지만, 토심 20 cm 실험구의 경우에는 식재층에 의한 증발산량과 그림자 효과의 영향으로 온도변화량이 적은 것으로 나타났다. 토양하부와 모의실험구 내부 천정면의 경우 토심에 따른 온도변화는 적은 것으로 나타났다.
- 모든 데이터는 데이터로거를 이용하여 1분마다 측정하여 30분간의 평균값을 이용하였다. 온도저감효과 측정 결과, 대조구와 비교하여 옥상녹화조성 시 표면에서 온도차이가 나타났으며, 토심이 깊을수록 온도저감효과가 큰 것으로 나타났다. 그러나 토양하부와 모의실험구 내부 천정면 온도저감효과는 옥상녹화를 조성할 때에는 그 효과가 크게 나타났으나, 토심에 따른 온도 차이는 크지 않았다.
- 2g/㎡로 나타났다. 일중 최대 증발산량은 25일 13:00시에 232.3 g/㎡로 조사되었으며, 6월 26일에는 6월 25일과 비교하여 증발산량이 감소하는 것으로 나타났다.
- 4℃의 온도변화를 나타냈다. 토심 10 cm 실험구는 6월 25일 27.7℃, 6월 26일 26.8℃의 온도변화를 나타냈으며, 토심 20 cm 실험구는 6월 25일 18.7℃, 6월 26일 11.7℃의 온도변화를 보여 옥상녹화 조성과 토심이 깊을수록 온도변화 폭이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 토양하부의 경우 토심 10 cm 실험구는 6월 25일 6.
- 9 g/㎡로 조사되었다. 토심 20 cm 실험구의 총 증발산량은 토심 10 cm 실험구와 비교하여 1,941.8 g/㎡이 더 많은 것으로 나타났다. 옥상녹화 식재층에 의한 증발산은 잠열의 형성으로 인하여 현열 및 전도열의 발생을 줄여줄 수 있기 때문에(Ono 등, 2005), 옥상녹화 적용 시 식재기반인 토심과 식물재료에 따른 증발산 능력에 대한 이해는 매우 중요하다(Onmura 등, 2001).
- 한국잔디를 식재한 옥상녹화실험구의 증발산량 측정결과, 일반적으로 일사량이 증가함에 따라 증발산량도 증가하는 것으로 나타났다. 토심 10 cm 실험구의 일적산 증발산량은 6월 25일 2,688.
후속연구
- 토양하부와 모의실험구 내부 천정면의 경우 토심에 따른 온도변화는 적은 것으로 나타났다. 증발산량은 토심이 깊을수록 증가하는 경향을 보였으나, 하중문제가 발생할 수도 있기 때문에 토심에 대해서는 향후 충분한 검토가 이루어져야 할 것이다.
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