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문제 정의
- 또한 이차적인 목적은 정량화된 환경성능 수치를 토대로 인공지반면적에 대입하여 해당지역 내에서 가능한 열환경 개선효과 나아가 미기후 효과 예측에 이용하고자 연구를 실시하였다.
- 본 연구는 생태환경적 측면에서 손쉽게 보급할 수 있는 저토심 인공지반녹화에 적용 가능한 초본류 및 지피식물을 중심으로 증발산량, 광합성능을 정량화하여 도시미기후 관점에서의 인공지반녹화식물의 효과를 살펴보고자 하였다.
- 인공지반녹화식물의 미기후 개선에 대한 증발산성능을 정량화하는 것을 목표로 하는 본 연구의 범위는 크게 3단계로 진행하였다. 첫 번째 단계로 인공지반녹화에 가장 많이 적용되는 식물 13종을 대상으로 각각의 증발산량을 측정하여 각 식물의 증발산성능을 정량화하는 것이다.
가설 설정
- ㎡ 당 증발산량이 높은 초본류인 매발톱꽃, 벌개미취, 아주가, 구절초와 세덤류 기린초를 혼합하여 전체식재면적의 70%인 46,772㎡를, 켄터키블루그래스로 30%인 20,045㎡를 녹화하였다고 가정하여 계산한 결과는 다음 표와 같다(표 5). 단, 본 연구에서 실험시 측정했던 식물의 착엽수 및 체적과 유사하고, ㎡당 식재본수가 초본류 40본/㎡과 동일하다는 조건에서이며, 외부환경 조건 또한 평균 낮기온이 25℃정도의 맑은 날 바람이 적당히 있는 조건일 때 순간적으로 발생 가능한 증발산량이다.
제안 방법
- 단위엽면적 당 증발산량은 식재밀도 기준에 맞추어 ㎡당증발산량으로 환산하였는데 이 때 적용기준은 측정치 중 맑은 한낮 옥상표면의 조도인 150,000 lux에서의 측정치를 사용하였다.
- 대상지 분석결과로 단지의 전체 부지면적과 옥상녹화 가능한 지역의 면적이 도출되었다. 대상지 건물이 하중부담의 우려가 있는 기존 건축물임을 고려하여 앞서 산출된 식물별 ㎡ 당 증발산량을 토대로 대상지내 옥상녹화가능지역에 저 토심의 생태형 인공지반녹화를 적용하였다.
- 첫 번째 단계로 인공지반녹화에 가장 많이 적용되는 식물 13종을 대상으로 각각의 증발산량을 측정하여 각 식물의 증발산성능을 정량화하는 것이다. 두 번째 단계는 인공지반녹화식물의 증발산량으로 인한 주변대기환경 온도조절효과와 기능을 검증하기위해 비녹화지와 녹화지의 온도 및 기온차 측정, 녹화지 중 식재 식물별 온도 및 기온차에 대해 분석하였다. 세 번째 단계로 정량화된 식물별 환경성능을 실제 면적에 적용하여 모델링하는 단계로서 일차적으로 건물단위규모의 적용을 검토하였고, 이차적으로 건물군이 집합된 단지규모의 적용을 검토하여 인공지반녹화의 단지적용을 통한 미기후 개선효과를 예측하였다.
- 옥상녹화 가능면적에 증발산량을 적용, 대입하여 전체 단지 내 증발산총량을 산출하였다. 본 대상지가 기존건축물임을 감안하여 녹화유형은 생태형 인공지반녹화를 적용하는 조건을 전제하여, 가능면적에 초본류 70%, 잔디 30%를 각각 적용하여 계산하였다.
- 두 번째 단계는 인공지반녹화식물의 증발산량으로 인한 주변대기환경 온도조절효과와 기능을 검증하기위해 비녹화지와 녹화지의 온도 및 기온차 측정, 녹화지 중 식재 식물별 온도 및 기온차에 대해 분석하였다. 세 번째 단계로 정량화된 식물별 환경성능을 실제 면적에 적용하여 모델링하는 단계로서 일차적으로 건물단위규모의 적용을 검토하였고, 이차적으로 건물군이 집합된 단지규모의 적용을 검토하여 인공지반녹화의 단지적용을 통한 미기후 개선효과를 예측하였다.
- 측정된 실험식물별 증발산량은 각 식물별 개체당 총 엽면적을 곱하여 개체 당 증발산량으로 환산하였다(표 3). 식물별 ㎡ 당 증발산량의 환산 본실험에서 도출된 증발산량의 적용을 용이하게 하기 위해, 일반적으로 식재시공 시 초본류의 식재밀도로 많이 사용되는 ㎡ 당 40본의 기준을 적용하였고, 관목의 경우는 ㎡ 당 9본, 만경류의 경우도 9본을 적용하였다. 이러한 기준을 적용하여 환산한 ㎡ 당 증발산량은 켄터키블루그래스가 4.
- 단위 엽면적 당 증발산량을 식물개체별 총 증발산량으로 전환하기 위하여 엽면적과 각 식물별 체적을 산출한 결과는 표 2와 같다. 실험 식물은 수분부족에 의한 영향이 없도록 측정 2일전에 물을 충분히 공급하고 주로 광합성이 활발히 일어나는 오전 8시에서 오후 1시 사이에 측정을 수행하였고, 암반응상태에서의 흡수 양상을 보기위해 야간에 보완 측정하였다. 측정 시기는 식물의 새순이 성장하여 식물의 잎이 가장 클 시기인 5월에 시작하였고 가을에 낙엽이 지기 전인 11월까지 반복적으로 월 2회 3반복 측정하였다.
- 인공지반녹화도출 가능면적을 검토하기 위하여 현재 상용위성영상지도와 1 : 1,000 수치지도를 이용하여 해당지역의 녹지지역 및 옥상녹화지역, 옥상녹화가능면적을 도출하였다. 옥상녹화 가능면적에 증발산량을 적용, 대입하여 전체 단지 내 증발산총량을 산출하였다. 본 대상지가 기존건축물임을 감안하여 녹화유형은 생태형 인공지반녹화를 적용하는 조건을 전제하여, 가능면적에 초본류 70%, 잔디 30%를 각각 적용하여 계산하였다.
- 대상지 선정은 도시화 이후부터 공장지대로 유명한 구로본동 아파트형 공구상가 단지로 총 면적이 약 175,333㎡이다. 인공지반녹화도출 가능면적을 검토하기 위하여 현재 상용위성영상지도와 1 : 1,000 수치지도를 이용하여 해당지역의 녹지지역 및 옥상녹화지역, 옥상녹화가능면적을 도출하였다. 옥상녹화 가능면적에 증발산량을 적용, 대입하여 전체 단지 내 증발산총량을 산출하였다.
- 인공지반녹화식물의 증발산량을 토대로 생태적 개선효과에 대해 구명하고자 단지규모의 인공지반녹화 모델링을 시도하였다. 대상지 선정은 도시화 이후부터 공장지대로 유명한 구로본동 아파트형 공구상가 단지로 총 면적이 약 175,333㎡이다.
- 저토심 인공지반녹화용 식물의 ㎡당 증발산량을 산정한 결과를 통해 실제 도시내에서 일정지역에 옥상녹화 지구 또는 시범사업지구 등을 지정하여 옥상녹화를 실시한 경우와 유사하게 일정지역을 대상으로 옥상녹화가 가능한 면적에 전면적으로 적용했을 때 녹화지의 증발산량으로 인한 열환경 나아가 미기후개선 완화 효과를 산출한 후 지역 내에서 옥상녹화가 가지는 녹지로서의 열환경성능을 모델링한 결과는 다음과 같다.
- 증발산량 측정 시 광도는 0lux, 15,000lux, 35,000lux, 72,000lux, 100,000lux, 150,000lux로 변수를 주었고, CO₂주입량은 평소 대기상태의 농도와 유사한 400μmol/mol 조건이었으며 유속은 500㎛ol/s로 고정하여 측정하였다.
- 증발산량 측정 실험은 미국 LI-COR사에서 제작한 LI-COR, LI-6400에 의한 광합성능의 측정을 통해 각 식물의 증발산량을 계량화하였다. 단위 엽면적 당 증발산량을 식물개체별 총 증발산량으로 전환하기 위하여 엽면적과 각 식물별 체적을 산출한 결과는 표 2와 같다.
- 인공지반녹화식물의 미기후 개선에 대한 증발산성능을 정량화하는 것을 목표로 하는 본 연구의 범위는 크게 3단계로 진행하였다. 첫 번째 단계로 인공지반녹화에 가장 많이 적용되는 식물 13종을 대상으로 각각의 증발산량을 측정하여 각 식물의 증발산성능을 정량화하는 것이다. 두 번째 단계는 인공지반녹화식물의 증발산량으로 인한 주변대기환경 온도조절효과와 기능을 검증하기위해 비녹화지와 녹화지의 온도 및 기온차 측정, 녹화지 중 식재 식물별 온도 및 기온차에 대해 분석하였다.
- 실험 식물은 수분부족에 의한 영향이 없도록 측정 2일전에 물을 충분히 공급하고 주로 광합성이 활발히 일어나는 오전 8시에서 오후 1시 사이에 측정을 수행하였고, 암반응상태에서의 흡수 양상을 보기위해 야간에 보완 측정하였다. 측정 시기는 식물의 새순이 성장하여 식물의 잎이 가장 클 시기인 5월에 시작하였고 가을에 낙엽이 지기 전인 11월까지 반복적으로 월 2회 3반복 측정하였다. 증발산량 측정 시 광도는 0lux, 15,000lux, 35,000lux, 72,000lux, 100,000lux, 150,000lux로 변수를 주었고, CO₂주입량은 평소 대기상태의 농도와 유사한 400μmol/mol 조건이었으며 유속은 500㎛ol/s로 고정하여 측정하였다.
- 측정된 실험식물별 증발산량은 각 식물별 개체당 총 엽면적을 곱하여 개체 당 증발산량으로 환산하였다(표 3). 식물별 ㎡ 당 증발산량의 환산 본실험에서 도출된 증발산량의 적용을 용이하게 하기 위해, 일반적으로 식재시공 시 초본류의 식재밀도로 많이 사용되는 ㎡ 당 40본의 기준을 적용하였고, 관목의 경우는 ㎡ 당 9본, 만경류의 경우도 9본을 적용하였다.
대상 데이터
- 구로본동에 위치한 공단 유통시설단지인 대상지일대는 주변도로를 포함하여 전체면적이 175,333.19㎡ 로 인공영상사진을 참조하여 기존의 녹지면적, 지붕유형, 시설물 면적을 조사하였다(그림 4). 대상지내 녹지현황을 보면 유통상가 주차장 상부에 일부 조성된 것 이외에 공공녹지가 거의 없으며 410㎡ 정도에 지나지 않는다.
- 인공지반녹화식물의 증발산량을 토대로 생태적 개선효과에 대해 구명하고자 단지규모의 인공지반녹화 모델링을 시도하였다. 대상지 선정은 도시화 이후부터 공장지대로 유명한 구로본동 아파트형 공구상가 단지로 총 면적이 약 175,333㎡이다. 인공지반녹화도출 가능면적을 검토하기 위하여 현재 상용위성영상지도와 1 : 1,000 수치지도를 이용하여 해당지역의 녹지지역 및 옥상녹화지역, 옥상녹화가능면적을 도출하였다.
- 실험에 적용할 식물초종의 선정은 기존 인공지반녹화 조성지 총 80개소의 식재식물을 교목, 관목, 초본류로 구분하여 조사한 결과를 토대로 초본류를 중심으로 가장 많은 빈도수를 보인 상위 10위 안에서 초화류 6종, 잔디 1종, 관목 3종을 선택하였고, 추가로 인공지반녹화에서 수직적 녹화라 할 수 있는 벽면녹화의 만경류 3종을 선택하였다. 선정한 식물은 초화류로는 구절초 (Chrysanthemum zawadskii var.latilobum), 매발톱꽃(Aquilegia buergariana var. oxysepala), 벌개미취(Aster koraiensis), 비비추(Hosta longipes), 아주가 (Ajuga multiflora), 기린초(Sedumkamatschaticum,)이고, 잔디로는 켄터키블루그래스(Poa pratensis), 관목으로는 산철쭉 (Rhododendron yedoense var. poukhanense), 남천(Nandina domenstica), 산수국(Hydrangea serrata)을 선정하였고 만경류로 줄사철(Euonymus fortunei), 송악(Hedera rhombea), 마삭줄(Trachelospermum asiaticum Nakai var. intermedium)을 선택하였다(표 2).
- 실험에 적용할 식물초종의 선정은 기존 인공지반녹화 조성지 총 80개소의 식재식물을 교목, 관목, 초본류로 구분하여 조사한 결과를 토대로 초본류를 중심으로 가장 많은 빈도수를 보인 상위 10위 안에서 초화류 6종, 잔디 1종, 관목 3종을 선택하였고, 추가로 인공지반녹화에서 수직적 녹화라 할 수 있는 벽면녹화의 만경류 3종을 선택하였다. 선정한 식물은 초화류로는 구절초 (Chrysanthemum zawadskii var.
성능/효과
- 초본류의 증발산량을 측정 결과, 초본류는 아주가와 비비추를 제외한 대부분이 낮은 광도에서는 증발산량이 낮았고, 광도가 차차 높아질수록 증산이 활발해졌다(그림 1). 구절초와 매발톱꽃, 기린초는 광도에 따라 비례하여 15만 lux에서 가장 높은 증발산량을 보였다. 벌개미취는 암반응 조건에서 광도가 주어지자 증발산량이 줄어들었다가 차차 증가하여 15만lux에서는 증산이 암반응 조건에 비해 활발해졌다.
- ㎡ 당 증발산량이 높은 초본류인 매발톱꽃, 벌개미취, 아주가, 구절초와 세덤류 기린초를 혼합하여 전체식재면적의 70%인 46,772㎡를, 켄터키블루그래스로 30%인 20,045㎡를 녹화하였다고 가정하여 계산한 결과는 다음 표와 같다(표 5). 단, 본 연구에서 실험시 측정했던 식물의 착엽수 및 체적과 유사하고, ㎡당 식재본수가 초본류 40본/㎡과 동일하다는 조건에서이며, 외부환경 조건 또한 평균 낮기온이 25℃정도의 맑은 날 바람이 적당히 있는 조건일 때 순간적으로 발생 가능한 증발산량이다. 일하다는 조건에서이며, 외부환경 조건 또한 평균 낮기온이 25℃정도의 맑은 날 바람이 적당히 있는 조건일 때 순간적으로 발생 가능한 증발산량이다.
- 대상지 분석결과로 단지의 전체 부지면적과 옥상녹화 가능한 지역의 면적이 도출되었다. 대상지 건물이 하중부담의 우려가 있는 기존 건축물임을 고려하여 앞서 산출된 식물별 ㎡ 당 증발산량을 토대로 대상지내 옥상녹화가능지역에 저 토심의 생태형 인공지반녹화를 적용하였다.
- 만경류 중 송악은 광도가 증가함에 따라 증발산량도 차차 증가하는 경향을 보였으나 15만lux에서는 다른 식물에 비해 증발산량이 저조한 경향을 보였다. 마삭줄은 전체적으로 광도 증가와 상관없이 증발산량이 저조했으며, 암반응조건에서 증발산량이 가장 많이 나왔다. 줄사철은 35,000lux에서 증산작용이 주춤했다가 다시 활발해져 15만lux에서 3.
- 만경류 중 송악은 광도가 증가함에 따라 증발산량도 차차 증가하는 경향을 보였으나 15만lux에서는 다른 식물에 비해 증발산량이 저조한 경향을 보였다. 마삭줄은 전체적으로 광도 증가와 상관없이 증발산량이 저조했으며, 암반응조건에서 증발산량이 가장 많이 나왔다.
- 87kg/s로 나타났다. 이 결과는 전체 단지 지역 175,333.19㎡ 에서 40%에 해당하는 면적인 66,817㎡의 저토심 인공지반녹화면적에서 발산되는 증발산량은 지역 내 미기후에 긍정적 역할을 미칠 것으로 유추가 가능하다.
- 인공지반녹화식물 13종을 대상으로 조도변화에 따라 증발산량을 측정한 결과, 일반적으로 환경조건 즉, 조도가 증가함에 따라 증발산량도 차차 증가하는 것으로 나타났다.
- 적용 결과 본 연구 대상단지인 구로동 공구상가단지 평지붕 66,817㎡을 저토심 인공지반녹화로 조성할 때 맑은 날 주간의 증발산총량은 181.87kg/s로 나타났다. 이 결과는 전체 단지 지역 175,333.
- 5%를 차지하였고, 아파트형 공장내부 중정공간에 인공지반녹지가 일부 조성되어 있었다. 전체 부지면적 중 옥상녹화의 도입이 가능한 평지붕건물의 비율은약 38.5%였으며, 평지붕면적 중 1.1%에 해당하는 일부 시설물 면적 약 771㎡를 제외한 면적에 인공지반녹화가 가능할 것이라 판단된다. 경사지붕면적은 4,447.
- 켄터키블루그래스의 경우, 잔디 중 특히 요수량이 많은 품종으로 적절한 환경이 주어지면 광합성과 함께 증산작용이 매우 활발하여 여름철 하루 동안 1㎡ 당 20ℓ정도의 수분을 발산해내는 것으로 알려져 있다(김경남, 1995). 초본류의 경우 아주가와 비비추를 제외하고 0lux 조건에서의 증발산량에 비해 15만 lux 조건에서 증발산작용이 더욱 활발해지는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 아주가와 비비추는 광 보상점이 다른식물에 비하여 낮은 식물(신우균, 1988; 김귀순, 2009)로 고광도 조건보다는 차광조건에서 CO₂흡수율이 양호하게 나타나 광합성과 직결되는 증발산량 또한 추이가 비슷한 것으로 보인다.
- 초본류의 증발산량을 측정 결과, 초본류는 아주가와 비비추를 제외한 대부분이 낮은 광도에서는 증발산량이 낮았고, 광도가 차차 높아질수록 증산이 활발해졌다(그림 1). 구절초와 매발톱꽃, 기린초는 광도에 따라 비례하여 15만 lux에서 가장 높은 증발산량을 보였다.
후속연구
- 본 연구에서 도출한 인공지반녹화용 초본류와 잔디의 증발산량의 수치는 외부환경인자 및 변수를 최소화한, 인공환경에서의 실험기기를 통한 측정이기 때문에 실험 결과를 단순하게 현장에 그대로 적용하기에는 많은 한계점이 있으리라 생각된다. 다만 모델링을 통하여 일정규모 이상의 인공지반녹화가 도시 내에서 매스단위로 적용이 되었을 때 나타날 수 있는 긍정적인 효과를 예측해 보는 데에 의의가 있을 것이다.
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