옥상녹화와 비 옥상녹화 표면의 온도변화 상관관계 고찰
-대전지역을 중심으로-
이응직*,김준희**
*세명대학교 건축공학과(drlee@semyung.ac.kr)
**세명대학교 대학원 건설공학과(twoenf@naver.com)
A Consideration of the Correlation Between the Change of Surface Temperature on the Roof and the Adoption of the Green Roof vs Non Green Roof
-Application in DaeJeon Area-
Lee,Eung-Jik* Kim,Jun-Hui**
*Dept.ofArchitecture,SemyungUniversity(drlee@semyung.ac.kr)
**ConstructionEngineering,GraduateSchool,SemyungUniversity(twoenf@naver.com)
Abstract
Withrapidmodernizationandindustrialization,manyurbanareasarebecomingovercrowdedatarapidpace andsuchurbanecologicalproblemsasheatislandeffectarebecoming seriousduetothereducedgreenzones resultedfrom theindiscriminatedevelopment.Tosolvethisproblem,ecologicalpark,constructedwetlands,and greeningontheelevation,balcony,androofofabuildingthathavethestructureandfunctionveryclosetothe stateofnaturearecurrentlybeingpromotedattheurbanorregionallevel.Especiallygreenroofwillbeableto notonlyprovidethecenterofacitywithasignificantportionofgreenareabutalsohelptoreliveheatisland effectandimprovemicroclimatebypreventingconcreteofabuildingfrom absorbingheat.Accordingtoarecent study,the temperature ofgreen roofin the summerseason shows a lower temperature than the outdoor temperature,butinverselytheconcretesurfaceshowsahighertemperature.Accordingly,thisstudymeasuredthe surfacetemperatureofbuildingswithgreenroofinDaejeonareainordertodeterminehow thegreenroofsystem wouldhaveanimpactonthedistributionofsurfacetemperatureanddidacomparativeanalysisofthedistribution ofthesurfacetemperatureofgreenroofvsnon-greenroofbasedonthesetheoreticalconsiderations.Asaresult, itwasfoundthatthesurfacetemperatureofgreenroofwaslowerby4∼7℃ thanthatofnon-greenroof.This isexpectedtocontributetothemitigationofurbanheatislandeffects.
Keywords:열섬 현상(HeatIslandEffect),옥상녹화(GreenroofSystem),열화상 카메라(ThermalimagingCamera), 표면 온도(SurfaceTemperature)
[논문] 한국태양에너지학회 논문집 Journal of the Korean Solar Energy Society
Vol. 32, No. 6, 2012 IS S N 1 5 9 8 - 6 4 1 1 http://dx.doi.org/10.7836/kses.2012.32.6.134
Submitdate:2012.11.19. Judgmentdate:2012.11.24. Publicationdecidedate:2012.12.21 Communicationauthor:Lee,Eung-Jik(drlee@semyung.ac.kr)
1.서 론
1.1연구 배경 및 목적
도시지역의 과밀화 및 면적 확대현상은 국 토의 근대화 및 산업화 과정에서 발생된 결과 로서 전체 인구의 약 95%를 수용하고 있다.이 러한 도시의 팽창으로 매년 평균 3.5%의 녹지 가 사라지며 그 자리를 아스팔트와 건물 등의 인공구조물이 자리하는 악순환으로 인하여 도 심과 외곽지역의 녹지 생태환경단절현상이 심 각한 수준이다.뿐만 아니라 인공지반의 복사 열 방출과다 현상은 도시의 열섬현상1),도시 사막화의 원인으로 작용하여 도시의 미기후 상 태를 악화일로에 이르게 하고 있는 것이다.
이러한 문제완화를 위해 근래에는 도심 속 에 자연 상태에 가까운 구조와 기능을 부여하 는 생태공원,건축물의 입면녹화,건물옥상녹 화,인공지반녹화 등이 확산되는 추세에 있 다.그 중에서도 특히 건물옥상녹화는 공간 활용의 효율성이 높으면서도 장소에 구애받 지 않는 측면에서 건물이 밀집한 도심에 서 경관개선,도시 생태계 보호,환경오염 저감, 녹지율 향상 등 그 활용 가능성이 매우 큰 기 술이다.특히 옥상 녹화는 건물 구조 중 큰 열 흡수에 따른 높은 복사열 방출이라는 연계관 계에서 옥상부의 열 흡수를 낮추고,관리 및 유지가 용이하여 도심에 상당부분 녹지를 회 복․제공할 수 있다.
이에 본 논문은 도시 지역에 옥상녹화가 이 루어진 건물을 조사하고 옥상녹화와 비 옥상 녹화 부분의 표면 온도 분포를 비교하여 옥상 녹화가 미기후 개선과 열섬 현상 완화요소로 효용성이 있는지 고찰하고자 한다.
1.2연구 방법 및 범위
본 논문의 연구는 옥상녹화 건물의 옥상녹
1)Myeong,Su-Jeong,A StudyonStrategiestoMitigateUrbanHeat Island Effects as PartofClimate Change Adaptaation in Urban Areas,KoreaEnvironmentInstitute,2009
화 부분과 비 옥상녹화 부분의 표면 온도 분포 를 비교하기 위하여 대전광역시에 위치한 대 전서구청,갈마도서관,대전광역시청,대전서 구국민체육센터를 조사지로 선정하고 비교적 날씨가 맑은 10월 9일2)오후 1시부터 4시까지 열화상 카메라(testo870)를 이용하여 각각의 표면 온도분포를 측정하고 총 60열의 온도분 포 히스토그램3)을 통해 그 결과를 비교․분석 하였다.측정대상이 콘크리트와 모르타르,목 재로서 표면 방사율4)값은 0.93이다.
2.이론적 고찰
2.1옥상녹화의 온도저감 효과에 대한 연구 국내에서 옥상녹화가 옥상표면 온도를 저 감시킨다고 언급한 연구는 1990년대 이후로 꾸준하게 발표되고 있으며,그에 따른 선행연 구의 예를 정리하면 아래와 같다.
김현수(1999)5)외 2명은 ‘옥상녹화시스템의 개발과 열 성능에 관한 기초 연구’에서는 옥 상녹화시스템 중 육성토양층의 상·중·하부분 과 비 옥상녹화 상부에 T-typethermo-couple 을 설치하여 자동온도 기록 장치로 온도측정 을 한 결과,비 옥상녹화 표면온도는 일평균 약 30.7℃이고 옥상녹화의 표면 온도는 약 2 8℃로 약 2.7℃의 차이를 보였으며,5㎝이상에 서는 약 0.7℃의 차이가 나는 것으로 밝혔다.
박찬민,고천수문(2004)6)은 ‘옥상녹화에 따 른 콘크리트 건축물의 열 환경 개선효과에 관 한 연구’에서 열전도형 디지털 온도기록계
2)대전지역 평균기온 12.9℃,최고기온 20.3℃,최저기온 7.0℃
3)x축:온도(℃),y축:분포율(%),testo870열화상 카메라 프로그램에 의 해 열화상 사진의 온도(℃)에 따른 분포율(%)을 나타낸다.
4)물체가방출하는 전자파로 균일 할수록 측정결과 정확
5)Kim,Hyeon-Soo etal,A Study on the Developmentof Roof-PlantingSystem anditsThermal,JournaloftheArchitectural InstituteofKorea,Vol.15No.3,1999
6)Park,Chan-pilandFurukawa,Nobuhisa,StudyonImprovementof ThermalEnvironment by Green Roof System on RC Building, Journalofthe Korea Society forEnvironmentalRestoration and RevegetationTechnologyVol.7No1,2004
DAQ STATION을 사용하여 일본 오키나와 현 나하시에 있는 카이남 초등학교를 대상으 로 옥상표면 온도를 측정한 결과,약 25℃의 온도 차이가 나는 것으로 보고하였다.
박기영(2009)7)은 ‘옥상녹화 조성에 따른 열 환경 변화분석’에서는 Thermo-Render모의 실험을 통해 옥상녹화 시행 전·후의 열 현황 을 파악하고 열 저감 효과가 나타나는 것을 확인하였으며,옥상녹화 전·후를 비교하였을 때,표면온도는 오후 12시에 약 22℃의 높은 온도차를 나타낸다고 보고하였다.
오승환(2006)8)도 ‘저관리 경량형 옥상녹화의 온도저감효과 분석’연구에서 thermocoupletype 온도측정선과 요코가와 데이터로거(MV230)1 기를 이용하여 옥상녹화 시스템의 토양표면, 토양 속,바닥표면과 비 옥상녹화 바닥(콘크 리트 바닥)표면의 온도를 측정하였다.그 결 과,기상상태와 상관없이 10℃이상 온도저감 효과와 여름철 건물 내부 온도를 1∼2℃정도 저감할 수 있다고 밝혔다.
이는 측정조건 및 외부기온 등의 차이를 감 안하더라도 옥상녹화에 의한 표면온도 저감 효과를 기대할 수 있다는 배경이다.
3.열화상카메라를 이용한 표면온도 측정
3.1대전서구청 옥상
<표 1>에 대전 서구청 옥상녹화는 2004년 에 조성되었고 식생은 지피식물과 관목으로 다층구조를 형성하고 있다.
기존 콘크리트 옥상에 화단형식으로 일부 옥상녹화가 이루어져 녹화 면적이 넓지는 않 은 편이며,비 옥상녹화 표면은 방수 몰탈 마 감에 녹색 페인트를 도포하였다.
7)Park,Ji-Youngetal,AnAnalysisofThermalEnvironmentChange according to Green RoofSystem,JournaloftheKorean Housing Association,2009.11
8)O,Seung-Hwan,TheAnalysisofTemperatureReductionEffectof an Extensive Green Roof, Seoul National University Master's Thesis,2007
주소 :대전광역시 서구 둔산서로 100 지붕형태 :평지붕(7층)
옥상녹화 조성 연도 :2003∼2004 옥상녹화 적용방식 :부분 녹화
옥상녹화 유형 :혼합형 (토양높이 30㎝)
Table.1SummaryofgreenroofatSeo-GuofficeinDaejeon
옥상녹화 부분 비 옥상녹화 부분 Table.2A comparisonofthedistributionandhistogram
ofsurfacetemperatureonthegreenroofwith thoseonthenon-greenroofatSeo-Guoffice inDaejeon
<표 2>는 대전서구청의 옥상을 열화상 카 메라를 이용하여 옥상녹화(좌)부분과 비 옥 상녹화(우)부분을 측정․비교한 온도 분포 이다.좌측 옥상녹화(⃝)부분의 평균온도는 약 20℃로 나타났고 비 옥상녹화의 평균온도 는 약 25℃로 측정되었다.따라서 옥상녹화와 비 옥상녹화 부분의 표면 온도 차이는 약 5℃ 의 차이를 보이고 있다.
옥상녹화와 비 옥상녹화 부분의 표면온도 비교 히스토그램을 살펴보면(하단그림)옥상
녹화 부분은 18.5℃∼20.9℃ 사이에 약 57%가 분포하고,비 옥상녹화 부분은 23.9℃∼25.2℃ 에 약 56%가 분포되어 있어 두 표면의 평균 온도 상황을 뒷받침하고 있다.한편으로는 기 존 콘크리트 옥상에 일부분만 녹화가 되어있 기 때문에 옥상녹화 부분의 표면온도 측정 시,비 옥상녹화의 일부 콘크리트 면이 함께 카메라 화면에 측정되어 옥상녹화 표면만을 측정한 평균치보다 조금 높은 온도를 보이는 것으로 판단되어 실제 온도 차이는 측정치보 다 더 클 것으로 판단된다.
3.2갈마도서관 옥상
주소 :대전광역시 서구 신갈마로 127번길 지붕형태 :평지붕
옥상녹화 조성 연도 :2005 옥상녹화 적용방식 :부분 녹화
옥상녹화 유형 :혼합형 (토양높이 30㎝)
Table.3 Summary ofgreen roofatGalma public libraryinDaejeon
갈마도서관 옥상녹화는 2005년에 조성되었고 식재는 혼합형으로 지피식물과 대부분 관목으 로 이루어져 있으며(표 3),공간의 용도를 휴식 공간과 함께 부분 녹화 형식으로 구성되었다.녹 화는 대전서구청에 비해 1∼2년 늦게 조성되었 지만 유지·관리가 잘되지 않아 식생상태가 많이 말라있을 뿐 아니라 통행에 불편을 줄 정도로 너무 무성하여 자연녹지를 연상케 하고 있다.
<표 4>는 대전 갈마도서관 옥상녹화(좌)와 비 옥상녹화(우)부분을 열화상 카메라로 측정 한 표면온도 분포이다.옥상녹화 부분의 평균 온도는 약 24℃로 나타났고,비 옥상녹화 부분 은 약 28℃로 측정되었다.즉,옥상녹화부분이 비 옥상녹화 부분 보다 약 4℃ 낮게 나타났다.
옥상녹화 부분 비 옥상녹화 부분 Table.4A comparisonofthedistributionandhistogram
ofsurfacetemperatureonthegreenroofwith thoseonthenon-greenroofatGalmapublic libraryinDaejeon
히스토그램에 의한 옥상녹화 부분의 표면 온도분포를 살펴보면 22.2℃∼25.6℃에 약 59%를 보이고,비 옥상녹화 부분은 29.9℃∼
33℃사이에 33%의 온도 분포가 나타났다.
갈마도서관 옥상의 경우 서구청과 달리 대 부분의 옥상면적에 녹화가 이루어져 옥상녹 화 표면 평균 측정치와 비 옥상녹화 평균 측 정치의 차이가 다소 낮게 나타남을 확인할 수 있고,이는 유지·관리 부족으로 식생이 많이 말라 있음에도 식생이 무성하고 노출된 콘크 리트 면적이 상대적으로 좁아 열 흡수와 복사 열 방출이 높지 않기 때문으로 보인다.따라 서 다른 조사지에 비해 옥상녹화 표면과 비 옥상녹화 표면의 온도 차이가 크게 나타나지 않는 것으로 판단된다.
3.3대전광역시청
<표 5>는 대전광역시청 옥상녹화 개요 로 2009년에 저층에 해당하는 기단부 5층 옥상에 혼합형으로 잔디와 관목으로 조성 되었다.
주소 :대전광역시 서구 둔산로 100 지붕형태 :평지붕
옥상녹화 조성 연도 :2009(5층) 옥상녹화 적용방식 :부분 녹화
옥상녹화 유형 :혼합형 (토양높이 30㎝)
Table.5SummaryofgreenroofatDaejeonMetropolitan CityHall
비 녹화 구역은 방수 몰탈 위에 녹색 페인 트로 마감한 상태이며 녹화구역의 용도는 휴 식 공간을 겸한 정원개념을 도입하여 식생의 유지·관리에 매우 많은 공을 들여 갈수기에 는 살수장치를 가동하는 수준으로 식생의 상 태가 아주 양호하다.
옥상녹화 부분 비 옥상녹화 부분 Table.6A comparisonofthedistributionandhistogram
ofsurfacetemperatureonthegreenroofwith those on the non-green roof at Daejeon MetropolitanCityHall
<표 6>과 같이 옥상녹화(좌)와 비 옥상녹 화(우)부분을 열화상 카메라로 측정한 결과
로 옥상녹화 부분의 평균 온도는 약 20℃,비 옥상녹화 부분은 약 27℃로 측정되어 약 7℃
의 온도 차이를 보인다.
이 경우는 옥상녹화와 비 옥상녹화 부분이 뚜렷이 구분되고,또 그 부분만을 각각 측정하 므로 써 온도차이가 크게 나타난 것으로 판단 된다.이에 대한 비교로,옥상전체에 녹화가 조 성되어 옥상녹화 부분과 비 옥상녹화 부분의 경계가 명확하지 않은 갈마도서관(표 4)과 비 교해 보면,갈마도서관은 식생이 말라 다른 조 사지들에 비해 전체적으로 높은 온도 분포를 보인 반면,옥상녹화 부분과 비 옥상녹화 부분 의 표면 온도 차이는 4℃로 가장 낮게 나타났 다.그러나 옥상녹화와 비 옥상녹화 부분의 구 분이 명확한 대전광역시청의 경우는 조사지 (데크형식을 제외한 콘크리트 건물)중 가장 높 은 표면 온도 차이인 7℃를 보였다.이를 통해 지붕 전체 면적의 녹화가 부분적인 녹화에 비 해 온도 저감에 더욱 효과적이라고 판단된다.
<표 6> 하단의 히스토그램을 통한 표면온 도 분포 비교는 옥상녹화 부분은 18.9℃∼
20.4℃에 약83%라는 높은 분포율을 보이며, 비 옥상녹화 부분 또한 25.3℃∼31.2℃에 약 76%의 높은 분포율이 나타나,옥상녹화와 비 옥상녹화의 표면 온도분포에 있어서는 최대 12℃의 편차를 보이고 있다.
3.4대전 서구국민체육센터
주소 :대전광역시 서구 정림동 402-2 지붕형태 :평지붕
옥상녹화 조성 연도 :2012(4층) 옥상녹화 적용방식 :부분 녹화
옥상녹화 유형 :혼합형 (토양높이 30㎝)
Table.7SummaryofgreenroofattheSeo-Gupublic physicaltrainingcenterinDaejeon
<표 7>의 대전 서구국민체육센터는 2012 년에 조성된 사례로 가장 최근에 옥상녹화가 시공되었다.식생은 혼합형으로 대부분은 잔 디로 이루어져 있으며 일부 관목으로 녹화되 었고 목재 데크를 이용하여 통행로와 휴식공 간을 두고 있다.
<표 8>을 통해 이 건물의 옥상녹화(좌)와 비 옥상녹화(우)부분을 열화상 카메라로 측 정․비교한 내용을 확인하면,옥상녹화 부분 의 평균 표면온도는 약 22℃로 통행로와 조경 부분이 함께 측정되어 다소 높게 나타나고 있 는 것으로 판단된다.비 옥상녹화 부분은 대 부분 목재 데크로 구성되어 표면온도가약 3 5℃로 높게 측정되어 두 표면온도 차이는 약 13℃로 비교적 큰 편차를 보였다.
옥상녹화 부분 비 옥상녹화 부분 Table.8A comparisonofthedistributionandhistogram
ofsurfacetemperatureonthegreenroofwith those on the non-green roofatthe Seo-Gu publicphysicaltrainingcenterinDaejeon
결과적으로 비 녹화 구역이 콘크리트가 아 닌 태양 복사에너지를 잘 흡수하는 어두운 색 의 목재 데크인 관계로 다른 대상건물에서의 비교보다 그 차이가 크게 발생하였다.
히스토그램의 경우 녹화구역은 20.8℃∼
22.7℃ 사이에 약 70%의 분포율을 보이고,비 옥상녹화 부분은 32.4℃∼38℃에서 약 70%의 분포율이 나타나 두 경우의 온도 차이가 극 명한 것을 확인할 수 있다.
4.결 론
근래 도심지역의 열섬현상이 더욱 심각해 지고 있는 상황에서 건물 외피에 녹화를 통 하여 부족한 녹지 공간을 형성하고 열섬현 상 완화와 더불어 생태적·에너지 절약형 건 물외피시스템 구축에 대한 많은 연구가 이 루어지고 있다.
본 논문에서는 열화상 카메라를 이용하여 옥상녹화와 비 옥상녹화 부분의 표면온도 분 포를 측정·비교하였고 그 결과,옥상녹화 부 분의 평균 온도가 비 옥상녹화 부분의 평균 온도보다 4℃~7℃ 정도 낮게 나타나는 것을 확인 할 수 있었다.그리고 대전 서구국민체 육센터는 무려 14℃의 큰 차이를 보였다.
가장 낮은 온도 차이가 나타난 갈마도서관 의 경우는 녹화 조성 후 유지·관리 부족으로 식생이 말라 다른 조사지에 비해 낮은 온도 차이를 보인 것으로 판단되며,대전 서구국 민체육센터의 경우에는 비 옥상녹화 부분인 이동통로와 휴식공간이 목재 데크로 이루어 져 옥상녹화 부분의 표면 온도와 큰 차이가 나타났다.
따라서 결과적으로 옥상녹화가 비 옥상녹 화 부분의 표면 온도보다 낮은 온도 분포를 보였으며,이는 건물옥상녹화가 도시 미기후 개선 및 열섬현상 완화 요소로 기대되는 부분 이라 할 수 있다.
향후에 건물옥상 상층부의 온도 변화상황 을 추적·분석하여 구체화하고 더불어 옥상녹 화 시스템이 건물 내부 기온에 미치는 영향에 대한 세부적인 추가 연구를 통하여 단지별 또 는 도시구역별 열섬감소 효과를 가늠함이 필 요하다.
후 기
본 논문은 2011년 세명대학교 교내학술연 구 지원으로 수행된 연구임.
Reference
1.Myeong,Su-Jeong,A StudyonStrategies toMitigateUrbanHeatIslandEffectsas PartofClimate Change Adaptation in UrbanAreas,KoreaEnvironmentInstitute, 2009
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and SoilEnvironmentalCharacteristics ofGreen Roofin Daejeon Metropolitan City,Chungnam NationalUniversityJournal ofAgriculturalScience,Vol.38No.4,2011 4.O,Seung-Hwan,TheAnalysisofTemperature ReductionEffectofanExtensiveGreen Roof,SeoulNationalUniversity,2007 5.Kim,Hyeon-Sooetal,A Study onthe
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