초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
제1세부연구과제 : 도시녹화 공간의 도시환경복원적 가치평가 기술 개발
1. 녹화식물의 성능 및 적정 관리
식물 식재에 의한 건물 표면온도 차이를 조사한 결과 식재가 되지 않은 건물표면은 대기보다 약 25℃ 높아 녹화에 의한 온도 차이를 보였고, 잔디식재 기 건물 표면 온도가 대기온도와의 차가 ±5 ℃ 로 유지되는 등 식물에 의한 온도 저감 효과가 나타났다. 고온조건에서는 방위별 온도차이가 나타났으나, 30℃ 이하에서는 방위별 온도차이가 없었다. 내단열과 외단열 건물을 비교한 실험에서는 내단열 건물에

Ⅳ. 연구개발결과
제1세부연구과제 : 도시녹화 공간의 도시환경복원적 가치평가 기술 개발
1. 녹화식물의 성능 및 적정 관리
식물 식재에 의한 건물 표면온도 차이를 조사한 결과 식재가 되지 않은 건물표면은 대기보다 약 25℃ 높아 녹화에 의한 온도 차이를 보였고, 잔디식재 기 건물 표면 온도가 대기온도와의 차가 ±5 ℃ 로 유지되는 등 식물에 의한 온도 저감 효과가 나타났다. 고온조건에서는 방위별 온도차이가 나타났으나, 30℃ 이하에서는 방위별 온도차이가 없었다. 내단열과 외단열 건물을 비교한 실험에서는 내단열 건물에서 건축물 녹화가 효과적인 것으로 조사되었으며, 식물 종에 따라서는 고온기 열차단 효과가 잔디는 약 3℃, 기린초가 약 2℃ 온도를 낮추는 결과를 보였다. 또한 저온으로 갈수록 식재층에 의한 축열기능으로 온도가 유지(약 –2℃)되었다. 지피소재로 가장 많이 사용되는 잔디는 35℃ 이하에서는 CO2 농도 저감효과 있었으나 그 이상의 고온에서는 농도 증가를 보였다. 물관리가 중요한 잔디는 관수 1일차와 2일차의 CO2 저감정도의 차이가 매우 큰 결과를 보여 관수관리가 녹화효과에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 관수관리 관련 시험에서는 수분스트레스와 열스트레스를 최소화하기 위하여 평균 4∼5일 이전의 관수 주기가 요구되며, 특히 시험 시기와 같은 여름철 장마 후 고온·건조기에 식물의 원활한 생장과 이에 따른 환경적 효과를 위해서는 반드시 관수 관리가 요구된다고 판단되었다.

2. 인공지반녹화 식재기법에 따른 녹화효과
잔디에 비해 다층식재지의 표면온도가 낮게 나타났고, 특히 가장 대기온도고 높은 8월에는 다층식재와 잔디의 표면온도가 각각 32.3°와 37.0°로 4.7°이상 차이가 있었다. 식물별로는 6월에 표면온도가 가장 낮게 나타난 황금조팝은 25.6℃로 가장 높았던 섬기린초에 비해 약 10℃정도 낮은 결과를 보이는 등 식물간의 차이가 있었다. 인공지반녹화에 널리 이용되고 있는 모듈형 식재기법의 경우 시기에 상관없이 포설형에 비해 식재지의 온도가 높았는데, 이는 일체형 모듈이 플라스틱 재질로 되어 있고, 식재기반 토양층이 포설형에 비해 제한된 공간에 있어 쉽게 토양온도가 상승하거나 건조하기 쉬운 환경이기 때문인 것으로 생각된다. 벽면녹화 사례를 대상으로 적외선 열화상 측정을 한 결과 시기에 상관없이 상부의 표면온도가 하부에 비해 평균 1℃ 정도 높게 나타나 벽면녹화 시 식재 위치에 따라 식재수종 선택 및 관리의 차등 적용이 필요할 것으로 보인다.

3. 인공지반녹화의 전과정 경제성 평가
현재 유통 및 이용되고 있는 녹화용 식물 113종에 대한 유통규격 및 지역별 생산원가, 출하단가등을 조사한 결과 생산 원가는 포트 규격별로 산출되고 있었으며, 일반적으로 유통되고 있는 포트규격은 8㎝와 10㎝였다. 녹화용 자생식물의 생산원가 산출항목은 상토 등 재료비, 인건비, 기타비용 등으로 나뉘었으며, 이를 경제성평가 프로그램에 반영하였다. 본연구에서는건물녹화의경제성을평가하기위해LCC(Life Cycle Cost) 분석기법을활용하여건축물녹화 경제성 평가프로그램을 개발하였다. 개발된 경제성평가 프로그램은 녹화가 적용되는 건물조건, 건물 에너지 사용량, 녹화유형별 에너지 저감율, 내용연수 등의 요소를 편리하게 변경할 수 있도록 구성되었으며, 현재 시점의 물가지수, 요소별 투입비, 물가변동 및 녹화에 따른 에너지 효율변동 등을 고려하도록 되어 있어 그 실용성을 극대화 하였다. 또한 현재가치를 고려하여 목표 연한에 따른 경제적 가치변화에 대한 결과치가 실시간으로 도출된다. 스프레드 시트를 기반으로 한 본 프로그램은 일반인도 손쉽게 사용이 가능하도록 개발되어 향후 프로그램 실용화를 통해 건물 녹화 확산에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 개발된 프로그램으로 옥상녹화에 대한 LCC분석 결과, 포설형으로 경량형 옥상녹화를 할 경우 옥상녹화를 하지 않은 사례에 비해 약 76.5%의 비용절감을 기대할 수 있는 것으로 나타났는데, 이는 녹화에 의한 에너지 절감효과에 대한 비용적 고려만 포함된 결과로 아직 효과에 대한 비용산출이 되지 않은 경관향상, 생태계 개선, 커뮤니티 형성 등의 다양한 효과에 대한 고려가 더해질 경우 경제적 기대효과는 더욱 커질 것으로 생각된다.

제1협동연구과제 : 건물에너지 평가 기법에 기반한 도시녹화환경성능프로그램알고리즘연구
○ 환경성능 평가를 위한 녹화용 토양부 물성을 측정한 결과, 인공경량골재의 비율이 커질수록 열전도도는 증가하고 비열은 감소하는 것으로 나타났다. 또한 펄라이트의 비율이 커질수록 열전도도가 작아지는 것으로 나타나 녹화시스템 적용 시 토양부의 펄라이트 비율을 높일 경우 열전도도 감소에 따른 단열 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 구축된 데이터베이스를 바탕으로 건물에너지 평가 기법에 기반 한 녹화시스템의 환경 성능 평가 모델 개발에 활용되었다. 녹화시스템이 적용된 건물 에너지 성능 분석모델의 시뮬레이션을 수행하여 녹화시스템의 적용 여부와 토양부 및 식재부의 물성 변화가 건물 에너지 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 옥상 녹화 시스템이 적용된 경우가 녹화 시스템이 적용되지 않는 경우와 비교하여 낮은 냉난방 에너지 소비량이 나타났다. 토양 두께에 따른 영향 평가 결과 토양의 두께가 감소가 될 경우 냉방소비량은 줄어들고 난방소비량은 증가하는 것으로 나타났으며, 토양의 두께가 증가될 경우 냉방 소비량은 증가하고 난방소비량은 저감되는 것으로 나타났다. 이는 토양 두께 변화에 따른 열관류율의 변화에 기인한 것으로 판단된다. LAI 수치가 감소될 경우 냉방에너지 소비량이 증가하고 난방에너지 소비가 감소되며, LAI 수치가 증가할 경우 냉방에너지 소비가 감소하고 난방에너지 소비가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 계절별 LAI의 변화를 고려할 경우 계절별 냉난방 소비 특성에 차이가 발생하였다. 이는 LAI의 계절별 변화에 따른 일사 유입 등의 차이에 기인한 것으로 판단되며, 정밀한 녹화 시스템의 환경 성능평가를 위해서는 계절별 LAI값의 변화를 고려해야할 것으로 판단된다.

○ LAI 측정 결과 저관리형 식생은 적은 LAI값으로 약 0.45~1.50 범위로 나타났다. 식생의 LAI값의 증가는 냉방부하 감소에 영향을 미치지만, 난방 부하는 증가되었다. 따라서 녹화 설치 및 설계시 냉방 기간에는 큰 LAI값을, 난방 기간에는 적은 LAI값을 가지는 식생이 고려되어야 한다. 따라서 건물 에너지 성능에 효과적인 식생은 냉방 기간에 큰 LAI값을 가지고 난방기간에는 적은 LAI값을 가지는 식생이며, 녹화시스템에 사용되는 식생 중 계절별 변화를 가지는 식생을 선별해야 한다고 판단된다. 사용자가 옥상 녹화가 설치된 건물의 에너지 성능을 정량적으로 손쉽게 평가하고, 에너지 효율적인 옥상 녹화의 식생 및 토양을 선정하기 위해 웹 기반 인터페이스(GreenI)를 개발하였다. GreenI는 옥상 녹화 유무 따른 최상층의 냉난방 부하 및 변동량을 확인 할 수 있으며, 옥상 녹화 정보별 연간 냉난방 부하 증감률과 월별 냉난방 부하 증감률을 확인할 수 있다. 개발한 인터페이스를 사용하여 식생 및 토양에 따른 건물 에너지 성능영향 평가를 수행한 결과, 식생의 LAI값의 증가는 토양 두께에 상관없이 냉방부하 저감에 효과적이고, 토양의 두께 증가는 LAI 변화에 상관없이 난방 부하 저감에 효과적인 것을 확인 할 수 있었다. 옥상 녹화의 식생 및 토양에 따라 냉·난방 부하의 증감이 다르게 나타나는 것을 확인 되었다. 따라서 건물 에너지 성능에 효과적인 녹화 시스템 설치 시, 적절한 식생 및 토양의 선택이 필요하다고 판단된다.

○ 업그레이드된 인터페이스 GreenI2는 사용자 별로 시뮬레이션을 수행할 수 있으며, 건물 정보를 사용자가 직접 자기 건물과 유사하게 입력이 가능하고, 옥상 녹화 종류를 선택한 후 옥상 녹화 정보를 입력하도록 구축하였다. 또한 결과를 단위 면적당 냉난방부하로 확인 할 수 있기 때문에 건물별 옥상 녹화 설계안에 반영이 가능하다. Mock-up을 대상으로 한 시뮬레이션 결과를 검증한 결과, 실내 온도의 경우, 옥상 녹화유무에 상관이 측정 데이터와 시뮬레이션 결과의 분포가 비슷하게 나타났다. 각 벽체들의 측정데이터와 시뮬레이션 결과의 차이는 지붕 표면보다 상대적으로 태양 일사량이 적기 때문에 지붕 표면의 경우보다 더 적게 나타났다. Mock-up 실험 결과와 비교한 GreenI의 시뮬레이션 결과는 ASHRAE의 기준을 만족하여, 검증이 성공적으로 완료 되었다. 이 실증 평가에 의해 개발된 웹 기반 인터페이스(GreenI2)의 엔진인 EnergyPlus의 Ecoroof 모델은 국내 기후에서 적합하게 수행되는 것을 알 수 있었으며, 기존의 문헌과 마찬가지로 옥상 녹화 유무에 따라 예측된 건물 열 성능에 대하여 신뢰 할 수 있다. 또한 단열 성능에 따라 옥상 녹화 시스템이 건물 에너지 성능에 미치는 영향을 파악하기 위해 시뮬레이션을 수행한 결과, 옥상 녹화 시스템은 신축 건물 보다 노후화된 건물에 설치하면 냉방 및 난방 부하 저감에 대한 효과가 커지게 되는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통하여 완성된 프로그램을 이용하여 옥상 녹화의 식생 및 토양을 적절하게 선택한다면, 노후화 건물은 리모델링 후에 신축 건물보다 더 좋은 건물 에너지 성능을 가질 수 있다. 따라서 노후화된 건물에서의 옥상 녹화 설치는 그린 리모델링의 방안으로서 효과적인 기법이 될 수 있음을 확인하였다.

제2협동연구과제 : 도시녹화 용도별 환경성능 현장모니터링 및 시계열분석 모형 개발
- 환경성능 현장모니터링 및 경관 시계열분석
(가) 옥상녹화 주요 식물의 CO₂저감성능 모니터링
(나) 옥상녹화 식재유형별 경관 시계열 모니터링
- 벽면녹화시스템 : 지속적인 경관 모니터링
- 2차년도 개발한 친환경성 녹화시스템(초경량, 경사 대응형) 관련 자재 개발
(가) 경사면에 대응항수 있도록 하는 경계재 base 개발
(나) 내풍압에 대응가능한 Bio-Unit(2차년도 개발품) 부속자재 개발
- 한국형 환경기능성 및 태양광 연계 녹화시스템 현장 적용

Abstract ▼

Urban areas are influenced by the change of land uses; for example, from forest to agricultural land, the draining of wetlands and the increase of developed areas. It is difficult in urban areas to increase green areas, but the roofs have a great potential to be green space because the areas of roof

Urban areas are influenced by the change of land uses; for example, from forest to agricultural land, the draining of wetlands and the increase of developed areas. It is difficult in urban areas to increase green areas, but the roofs have a great potential to be green space because the areas of roofs in urban areas are immense and the spreading effects are also enormous. This report evaluates the Environmental performance of green roof plants with various conditions to establish standards of benefit-cost analysis and valuing environment. Green roof coverage effects were investigated using Chasmanthium latifolium and Sedum mix on sloped area for 4 months. Sedum mix was more effective for sloped roof greening on coverage ratio about 80% than Chasmanthium latifolium, 50%. But in flat condition(slope 0°), Chasmanthium latifolium showed significantly higher coverage ratio than Sedum mix. In the case of module type, Sedum mix showed the highest coverage ratio 87%in slope 20°, while in installation type, Chasmanthium latifolium 73% in slope 0°. Five various artificial ground greening cases were analyzed into four categories; single-layer & multi-layer planting, plant species(installation system), installation & modular type and upper & under side of green walls. The results of this study demonstrated surface temperature differences among artificial ground cases. Multi layer planting that one of the important consideration in urban greening probably more effective to reduce heat island than single layer plant such as the lawn. And installation type was better condition not only for plants but temperature environment than modular type with plastic mold. The surface temperature differences occurred between upper and under side of green walls, because of the dryness of upper side and high humidity of under side due to gravity. According to the analysis of the growth changes of plants as to irrigation interval, plant species with the best growth at one-day irrigation interval were thirteen species. It is suggested that the irrigation has to be carried out every 4∼5 days in order to minimize water and heat stress of plants. Also, irrigation management is an essential prerequisite for good condition and the smooth growth of plants and environmental effects in green roof system. The results from this analysis shows that the life cycle cost of unit box type in 5 story building aged 20, that area is 100㎡, is 54% higher than that of instant vegetation at 903,671,916 and 494,146,818 won, respectively. Energy performance evaluations of building envelope components including external walls, floors, roofs, ceilings, windows, and doors are important when determining energy requirements for heating and cooling, as well as energy saving potential. Green roofs are a viable option for reducing heat gain and loss in new and existing buildings. This report evaluates the performance of green roof systems according to soil depth and Leaf Area Index (LAI), and attempts to quantify the effects on existing low-insulation buildings. Thermal performance of green roofs is mainly dependent on soil thickness and LAI. Installation of green roofs in existing buildings can lead to improvements in roof insulation, due to the soil layer. An increase in soil depth leads to a decrease in heating load, regrdless of changes in the LAI. Larger LAI values lower the roof surface temperatures and reduce cooling loads in summer. A simulation study shows that the installation of green roof systems in existing buildings with low insulation levels, due to low thermal performance requirements when constructed, could improve the energy performance of the buildings. Installation of green roofs in old buildings could meet the requirements of the recent strict thermal performance regulations, thus, becoming a good green restoration option. The development of a web-based program for evaluating green roof design are discussed in the report as well.