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Ⅰ. 연구의 배경 및 목적
대한민국은 최근 수년간 급격한 기후 변화를 경험하고 있다.
여름철 폭염과 열대야는 물론 중부 지방의 조경수는 점차 남부 수종으로 대체되어가고 있다. 이러한 기후 변화는 이용자로 하 여금 실내 활동을 선호하게 하는 반면 옥외 조경 공간의 이용 성을 저하시킨다. 이에 옥외 공간 이용자의 쾌적성(user comfort) 확보 방안이 도입되어야 한다. 조경적으로 제어 가능 한 환경 요소 인자를 찾고 환경적, 공학적 method를 통해 미기 후를 개선하는 방법론적 접근 체계를 제안한다.
Ⅱ. 친환경 설계(Sustainable Design) 요소
1) 친환경 설계(Sustainable Design)는 active design 과 passive design으로 구분되는데, 예를 들어 전기, 설비 분야의 에너지 소비를 전제로 하는 대부분이 active 기술에 해당된다 면, 조경 및 건축물 외장(facade) 등은 설치하기만하면 지속적 효과를 기대할 수 있는 passive 기술에 해당된다. 이러한 passive 기술로서 옥외 쾌적성에 영향을 미치는 요소는 6가지 인데, 이는 환경측 요소 4가지(기온(T), 상대습도(RH), 바람 (W), 태양복사온도(Rad)), 그리고 인간측 요소 2가지(활동량, 옷의 종류)로 구성된다.
Figure 1. 인간에 영향을 미치는 환경측 요소 중 복사열(radiation) 과 바람(wind) 2가지가 조경에서 주요하게 다룰 수 있는 제어 대상이 된다.1)
1)
2) KPI(Key Performance Index)로써의 쾌적성(comfort) 사람이 어느 특정 환경에 쾌적함을 느끼는 정도는 상대적일 수 있고 정량적, 객관적 수치화에 한계가 있으나, 통상적으로 집단의 구성원 중 80%이상의 사람이 그 환경에 ‘만족한다’라고 표명할 수 있으면 그 환경을 ‘쾌적하다’라고 정의한다.2) 이러 한 쾌적한 옥외 환경 개선 목표에 있어, 조경 분야에서는 복사 열과 바람을 제어하고 개선 방안을 찾는 것이 친환경 설계의 주안점이 된다고 하겠다.
1) Brown and Gillespie, 1995.
2) ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 미국공조냉동공학회).
쾌적 (comfort) 공간 조성을 위한 BIM기반 Sustainable design 연구
- 삼성물산 수행 프로젝트를 중심으로 -
정엽*․박유정*․김충식**
*삼성물산 건설부문․**한국전통문화대학교 전통조경학과
Sustainable design with BIM, user experience and comfort
- Case study on Samsung C&T project -
Yeob Jeong*․Youjung Park*․Choongsik Kim**
*Samsung C&T․**Korea National University of Cultural Heritage Key Words: sustainable design, BIM, passive design, wind tunnel test, WBGT, comfort,공동주택
2017 추계학술대회 논문집 101
Ⅲ. Case studies
1. 대상지 쾌적성 분석 및 목표 1) 대상지 및 이용자 목표 설정
대상지 1의 경우 수원 소재의 업무용 빌딩으로 둘러싸인 공 원이며 계절 조건은 폭염이 극심한 7~8월로 한다. 이용자 대 상 목표는 점심 식사(12시) 후 산책하는 직장인을 대상으로 한 다. 대상지 2의 경우 서울 소재의 공동주택 내 휴게공간으로 하 고 입주민을 대상으로 온열쾌적성 확보 외, 4~6월 미세먼지 저감방안을 목표에 추가한다.
2) 대상지 1 (수원 업무지구 내 공원) - 분석 1 : 온도(T), 상대습도(RH)
기상청 열지수(Heat index) 지표에 따르면 ‘상당한 불쾌감 (Strong Discomfort)을 느끼는 수준(35°C ~40°C 범위)’에 해 당되며, 고용노동부 WBGT 지수3)에 따르면 ‘가벼운 인력 작 업 및 산책이 가능한 수준(29°C ~32°C 범위)’으로 분류된다.
- 분석 2 : 평균복사온도(Rad)
하절기 옥외 공간 낮 시간 일사 지역과 녹음 지역의 온도 편 차는 최대 13°C, 평균 9°C 이상 발생하는 것으로 기존 연구4)에 조사되고 있다.
- 분석 3: 바람 및 포장 재료
수원 지역 바람은 7~8월 서남서를 주풍향으로 2.4m/s의 풍 속을 보이고 있는데, 대상지는 주변 건축물에 의해 풍향이 서 북서로 변경되어 유입되며, 풍속저하는 없는 것으로 분석되었 다. 바람에 의한 체감온도 저감효과는 쾌적성 확보에 Key factor가 될 수 있는데, 여기서 목표로 하는 풍속 범위는 실바 람(light air, 0.3~1.5m/s), 남실바람(light breeze, 1.6~3.3m/s) 수준으로 설정한다.
포장 재료의 경우, 기존 연구5)에서 포장재별 WBGT 온도차 가 변별성 없으며, 이미 쾌적한 온도 범위를 상회하므로 포장 재는 검토 대상에서 제외한다.
3) 대상지 2 (서울 공동주택 내 휴게공간) - 분석 1 : 온도(T), 상대습도(RH)
기상청 온습도 측정값을 WBGT index 대입 시, 6~9월(182
3) Wet Bulb Globe Temperature Index, 습구흑구 온도지수
4) 통풍과 차양이 하절기 옥외 공간의 평균복사 온도에 미치는 영향 (이춘석, 류남형, 경남과학기술대학교)
5) 조경포장이 옥외공간의 온열쾌적성지수 (WBGT)에 미치는 영향 (이춘석, 류남형, 진주산업대학교)
일) 간 82일(약52%)에서‘야외활동 자제’등급 발생함. 여기서 WBGT값은 일주기(daily cycle)를 갖으며, 12~15시에 peak치 를 보인다. 지속 시간이 계절에 따라 변화를 보인다.
Table 1. ‘15년 1~5월, 서울 지역 WBGT 값 (빨간색: ‘야외활동 자제’ 등급 발생)
- 분석 2 : 미세먼지
광진구 미세먼지(PM10)는 한국환경공단 관측 Data 참고시
‘15년 1월 이후, 미세먼지 나쁨일수는 1월~5월 집중되었으며 이 기간은 월 5일 수준이나, 2~3일간 연속되는 경향이 있다.
평균 나쁨일수는 월 2일 수준이며, 6~11월은 미미한 수준이다.
- 분석 3 : 바람
하절기(5월) 서북서 주풍향, 평균풍속 2.4m/s를 보이는데, 대상구역은 단지 내 풍속이 가장 큰 구간으로서 바람길이 가장 왕성한 구간이다.
Figure 2. 공동주택 Wind tunnel test
4) 분석의 종합
쾌적성 확보 방안의 우선 순위는 녹음 확보, 바람길 개선에 있다. 이렇게 조성되는 쾌적한 공간의 층위 기능을 3단으로 구 분해보면, 대교목을 통한 녹음 확보 및 열 기능(태양복사열 흡 수, 잠열 배출), 교목층의 증발산 기능, 하층부는 바람길 기능 으로 구성할 수 있겠다. 산책로는 녹음 내에 온전히 배치토록 하고, 지상 1.5m 높이의 바람길 layer 확보 방안이 적용되어야 하겠다.
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Ⅳ. 쾌적성 확보 방안
분석의 종합에 따른 녹음 및 바람길 조성 방법에 있어 조경 수를 우선적으로 활용하는 방안을 검토하였다. 이후 지형을 조 형하거나 옹벽을 추가할 수 있겠다.
1) 조경수목 활용 방안
조경 수목의 경우 그늘(shade) 제공 목적으로는 낙엽수를, 바람(wind) 유입을 목표로 할 때는 소나무류 등의 지하고 높 은 수목이 활용될 수 있다.
Figure 3. 낙엽 교목과 소나무 Wind tunnel test 비교
2) 녹음 확보 방안
녹음 확보를 위해서는 높은 태양 고도(12시)에 대한 그늘 확 보가 필요하므로 대교목을 적극 반영하여 수목의 다층구조를 확 보한다. Tree Canopy 조성을 통해 복사 온도를 낮추도록 한다.
Figure 4. 하절기(12시) 산책로 녹음 계획 Sun path simulation
풍량 확보를 위해서는 수목에 의한 바람 저하를 최소화하기 위해 수관 mass 하부의 바람층 구조를 형성함으로써, 벤츄리효 과(ventury effect)를 얻어 풍속을 끌어올려 바람길층 (H1.2~3.0)를 형성한다.
Figure 5. 지하고 조정을 통한 바람길 확보 simulation
3) 미세먼지 저감 방안
4~6월 미세먼지를 저감하기위해 바람길층에 미스트노즐을 설치하고, 플랜터를 조성하여 상대적인 풍속을 높인다. 상층부 는 다층식재구조를 통해 하강풍의 유입을 차단한다. cooling system 등을 추가 도입, 모니터링하고, 이후 이용자 조사 및 점 검 결과를 Feedback 받아 개선하기로 한다.
Figure 6. 미기후 개선 및 쾌적성 확보 prototype 안(案)
Ⅴ. 결론 및 제언
건설 기술의 발전과 함께 기후 변화에 대응하는 조경 분야 sustainable design은 각각의 환경 요소에 대한 기능 분석을 통 해 실마리를 찾을 수 있겠다. 조경 분야에서는 바람길과 녹음 의 정밀한 제어를 통해 쾌적한 공간 구조를 조성할 수 있겠으 며, 타분야, 특히 IT 분야의 협력 및 기술 도입을 통해 이론을 고도화하고 현장 실무를 체계화한다면 건설 산업 조경의 경쟁 력 제고에 기여할 수 있을 것이라 판단된다.
참고문헌
1. 이춘석, 류남형(2012) 통풍과 차양이 하절기 옥외공간의 평균복사온도 에 미치는 영향. 한국조경학회지 40(5): 100-108.
2. 이춘석, 류남형(2014) 하절기 조경용 녹음수 수관 하부의 일사와 평균 복사온도 비교. 한국조경학회지 42(5): 22-30.
3. 이춘석, 류남형(2010) 조경포장이 옥외공간의 온열쾌적성지수(WBGT) 에 미치는 영향. 한국조경학회지38(2): 1-8.
4. 송두삼, 임종연(2009) 옥외환경의 열쾌적성 평가지표에 관한 고찰. 한국 그린빌딩협의회지 v.11(n.4): 26-32.
5. 안동만, 이재원, 김보람, 윤호선, 손승우, 최유, 이나래, 이지영, 김혜령 (2013) 도심 가로 녹음의 습구흑구온도(WBGT) 측정을 통한 보행자 열쾌적성 효과 분석. 한국조경학회지 41(3): 22-30.
