†이 논문은 2014년도 경남과학기술대학교 기성회 연구비 지원에 의하여 연구되었음.
Corresponding author: Nam-Hyung Ryu, Dept. of Landscape Architecture, Gyeongnam National University of Science and Technology, Jinju 52725, Korea, Tel.: +82-55-751-3303, E-mail: [email protected]
조경용 차양막 재료의 명도가 하절기 옥외공간의 평균복사온도에 미치는 영향
†이춘석․류남형 경남과학기술대학교 조경학과
The Influence of the Landscaping Shade Membrane's Brightness on the Mean Radiant Temperature(MRT) of Summer Outdoor
Lee, Chun-Seok․Ryu, Nam-Hyung
Dept. of Landscape Architecture, Gyeongnam National University of Science and Technology
ABSTRACT
The purpose of this study was to compare the Mean Radiant Temperature(MRT) under two landscaping shade membranes, white and black, with those of natural outdoor spaces at summer midday. An additional perforated black shading net was applied and compared for the consideration of the practical application. The average MRT at the height of 2.4m, 10cm below the membranes of black, white, and perforated black were 49.1℃, 41.6℃ and 36.8℃ respectively, while that of open sky was 41.8℃. This indicates that a closer position to the darker membrane caused a higher MRT. At the height of 1.1m and 1.7m, the difference of MRT between the black and the white membranes was slight, while the value of white was unexpectedly higher than the black. The MRT of black perforated net showed the lowest value at every height.
The black membrane absorbed more solar radiation than the white, which caused the greater release of long wave radiation and higher temperature near the membrane itself. In spite of the higher albedo of the white membrane, the higher solar radiation transmittance rate of which seemed to cause the slightly higher MRT than the black at the hight of 1.1m and 1.7m. In summary, the performance of the black membrane was slightly better than the white in terms of the air conditioning of the human related space around the height of 1.1m and 1.7m, when the shading membranes were at 2.5m height.
Key Words: Sensory Sultriness, Outdoor Thermal Condition, Thermal Comfort, Coolness
국문초록
조경용 차양막의 명도가 하절기 옥외공간에서 인간이 느끼는 온열쾌적성에 어떤 영향을 미치는 지를 객관적으로 검증하기 위하여 흑색과 백색 차양막으로 2.5m의 피라미드형 시험구를 조성하여 그 하부 공간의 평균복사온도 변화 특성을 비교 분석하였다. 그리고 현실적인 적용가능성을 검토하기 위하여 95% 일사차단율의 농업용 통기성 흑색 차양망
하부와 비교 검토하였다. 지면으로부터 1.1m, 1.7m, 2.4m 지점에서 계측된 평균복사온도를 비교한 결과, 차양이 없는 대조구의 평균복사온도가 41.8℃일 때, 막면과 인접한 지상 2.4m 지점의 평균복사온도는 흑색 및 백색막과 통기성 흑색 망에서 각각 49.1℃, 41.6℃, 36.8℃로 분석되어, 흑색막 아래의 값이 현저히 높은 것으로 나타났다. 그러나, 실제 사람이 체감하는 범위인 지상 1.7m 지점의 평균값은 37℃, 38℃, 33℃로 분석되어 재료의 명도에 의한 차이는 크지 않은 것으로 나타났는데, 이 높이 이하의 위치에서는 흑색막보다 백색막 아래의 평균복사온도 값이 미세하게나마 높은 것으로 나타났 다. 통기성 흑색망의 경우 모든 높이에서 가장 낮은 평균복사온도를 보여서 하절기 열환경 개선측면에서 가장 효과적인 것으로 나타났다. 시험에 사용된 차양막 소재의 일사 반사 및 흡수 특성을 분석한 결과, 동일 소재라도 색상의 밝기에 따라서 일사의 반사율과 흡수율, 투과율에서 차이가 발생됨이 확인되었다. 흑색막의 경우, 일사 반사율은 낮고, 흡수율은 높아 막 자체의 온도가 현저히 높아지는 것으로 나타난 반면, 일사 투과율은 상대적으로 낮은 것으로 평가되었다. 백색막의 경우, 일사반사율은 높은 반면, 일사 흡수율이 낮아 막면 자체의 온도는 상대적으로 낮았으나, 일사투과율은 상대적으로 높은 것으로 평가되었다. 결과적으로 막면의 장파복사량과 표면온도는 흑색이 높게 나타났으나, 실제 사람들의 체감 범위에서의 평균복사온도는 흑색막 아래가 미세하게나마 더 낮아지는 결과가 나타난 것은 백색막의 상대적으로 높은 일사투과율의 영향인 것으로 판단되었다.
주제어: 체감 더위, 옥외 열환경, 온열쾌적성, 시원함
Ⅰ. 서론
옥외활동의 수요가 급격히 증가하고 있는 현 시점에서, 옥외 공간의 물리적 구조와 특성이 이용자가 체감하는 생리적 쾌적 감 특히, 덥고 추움과 관련된 열 쾌적성에 미치는 영향을 구체 적이고 객관적으로 파악하는 것은 조경의 산업적 측면에서나 환경개선의 측면에서 큰 의미가 있을 것으로 판단된다. 실내공 간의 온열특성의 경우 인공적인 공조(air-conditioning)를 통하 여 옥외공간보다는 비교적 수월하게 조절할 수 있는 장점이 있 고, 그 영향 인자도 비교적 분명하게 정의할 수 있어, 건축 분 야에서는 이미 오래 전부터 이에 대한 활발한 연구가 이루어져 왔다. 반면에, 조경분야의 주 대상이 되는 옥외공간은 인공적인 공조를 적용할 수도 없고, 온열특성에 영향을 미치는 인자조차 도 명확하게 정의하기 어려워, 관련 연구가 활발하게 진행된 것은 극히 최근의 일이다.
수목이나 포장재료, 방풍의 유무, 차양의 유무, 옥외공간의 구성과 구조에 따른 온열 환경 변화를 해석하려는 최근의 연구 에서는, 옥외 공간에서 이용자가 느끼는 열 스트레스의 주된 요인이 태양의 복사에너지이며, 이를 조절하기 위한 수단으로 가로수 또는 녹음수의 식재가 가장 효과적이라는 점이 강조되 고 있다(Potchteret al., 2010; Toy and Yilmaz, 2010; Ahnet al., 2013). 구체적으로, 우리나라 남부지방의 하절기 옥외공간 에서 농업용 차양막과 비닐 방풍막을 이용한 실험을 통하여 차 양에 의해서 평균 9℃, 최대 13℃의 평균복사온도가 낮아진 반 면, 통풍을 억제함으로써 평균 3℃, 최대 16℃의 평균복사온도 가 높아진 것으로 연구된 사례가 있다(Lee and Ryu, 2012). 그 러나, 옥외공간에서 통풍과 차양을 포함한 다양한 물리적 변수 가 인간이 느끼는 온열쾌적감에 어느 정도의 실질적인 효과가
있는지를 구체적인 수치로 표현하는 데는 아직 많은 한계가 있 는 것으로 보인다. 특히, 하절기 옥외공간의 열환경 개선을 위 해서는 차양재료에 대한 연구가 우선적으로 검토되어야 할 부 분으로 판단되는데, 조경분야에서는 전통적으로 하절기 차양을 위해서 녹음수의 식재와 차양시설물의 설치가 주된 방법으로 적용되어 왔다. 이 중에서 녹음수의 차양효과와 미기후 조절 능력에 대해서는 최근에 몇 가지 의미 있는 연구가 진행된 것 으로 파악되고 있다. 우선, 교목성 녹음수의 수관부에 의해서 여름철 옥외의 평균복사온도가 최대 16℃까지 저감되는 것으 로 보고된 바 있으며(Lee and Ryu, 2014), 잔디밭에 식재된 수 고와 수관폭이 각각 7m와 8m인 느티나무를 대상으로 한 실험 으로 15℃의 평균복사온도가 저감되었다는 연구결과도 발표된 바 있다(Choi and Lee, 2007). 또한, 함양 상림숲 내부와 주차 장의 인공포장 상부의 평균 복사온도를 비교한 연구에서 숲 내 부의 평균복사온도가 최대 35℃까지 낮은 것으로 확인된 바 있 다(Ryu and Lee, 2014).
반면에, 설치의 편의성과 경제적인 가격, 디자인적 표현력 등 을 이유로 최근 도시 옥외공간에 막구조형 차양시설 특히, 막 구조물, 파라솔, 어닝(awning), 천막과 같은 형태의 시설물이 활발하게 적용되고 있지만, 이들 소재의 차양 특성에 대한 조 경분야에서의 연구는 아직 미미한 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 도시 옥외공간에서 차양재료로 널리 적용되고 있 는 박막형 차양소재의 열환경 조절특성을 해석하기 위한 시도 로서, 파라솔과 어닝 등의 주 소재인 캔버스천의 명도에 따른 차양 효과를 중점적으로 비교분석하고자 하였다. 막소재의 명 도와 관련된 기존 연구로는 건축용 막재의 건축물 에너지 효율 증대 효과에 관한 연구가 주를 이루는데, 고 반사성 막재를 적 용함으로써 건축물 표면온도를 최대 20℃ 정도 저감시킬 수 있
는 것으로 보고된 바 있다(He and Hoyano, 2009; Yoshidaet al., 2006), 그러나, 건축물과는 달리 옥외공간에서는 통제 불가 능한 다양한 환경적 변수 때문에, 차양 소재의 특성 변화에 따 라서 그 하부 공간에서 사람이 직접적으로 느끼는 체감더위를 객관적 수치로 비교한 자료는 찾아보기 쉽지 않다.
차양망 소재의 명도에 따른 체감더위를 객관적 수치로 비교 하기 위하여 소규모 차양막 시험구를 조성하고, 한 여름철 막 하부에 형성되는 수직 위치별 열 분포특성을 지속적으로 계측 하여 평균복사온도1)(Mean Radiant Temperature: MRT)를 기준으로 비교하였다. 아울러, 다양한 재질과 특성의 막 소재가 있음에도 불구하고, 우리나라의 실제 옥외 작업공간에서는 농 업용 차양망이 흔하게 적용되고 있는 점을 고려하여, 통기성 차양망 하부의 위치별 평균복사 온도와 비교함으로써 현실적 인 측면에서의 막소재의 개선 및 보완가능성을 검토하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 차양막 재료
차양막 재료의 명도에 따른 차양 아래의 열환경 특성을 비교 분석하기 위하여, 도심 상업시설 옥외공간에 주로 사용되고 있 는 막구조물 또는 어닝(awning)에 사용되는 무채색 캔버스 천 을 주 비교 대상 재료로 선정하였다. 시험에 사용된 캔버스천 은 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 소재의 표면 방수 처리된 아크릴 천으로 밀도는 295g/m2이다. 또한, 현실적인 적용성을 고려하여, 통기성 소재의 경우 막소재를 천공하여 적용하는 대 신 실제 옥외작업현장에서 적용되고 있는 95% 일사 차단율의 농업용 흑색 차양망을 별도로 적용하여 비교하였다. 실험에 사 용된 각 소재의 색상을 색차계(Minolta CR-300)를 이용해 5회 반복으로 측정한 결과는 Table 1과 같다.
2. 시험구 구성
1) 차양막 하부의 열 분포 특성 분석
옥외공간에 실제 설치된 차양막 하부의 열 분포 특성을 파악 하기 위하여 경상남도 진주시 나동면에 위치한 G 대학교의 생 태학습장의 잔디 광장에 가로×세로가 각각 2.95m인 정사각형
Materials Lab color
L a b
White membrane 95.61 －0.99 3.38
Black membrane 19.53 0.21 0.04
Perforated black net 21.24 0.27 0.65 Table 1. Colors of the shading materials
평면에 지붕면의 최고높이 2.5m, 최저높이 2.1m인 철재 프레임 을 Figure 1과 같이 설치하고, 각 지붕면에 전술한 Table 1의 흑색과 백색의 캔버스 천으로 차양막을 형성하였으며, 통기성 흑색망도 동일한 규격으로 설치하였다. 천개면이 없는 상태에 서의 일사 및 온도 분포 특성을 비교하기 위하여 인접한 잔디
a: White screen b: Black screen
c: Perforated black screen d: Control(open sky) Figure 1. Four monitoring stations
a: White screen b: Black screen
c: Perforated black screen d: Control(open sky) Figure 2. Sky view factor of four monitoring stations
광장에 대조구를 설치하였다. 각 시험구 간의 이격거리는 2.5m 이상이 되도록 배치하여 시험구의 그림자에 의한 상호간섭이 발생되지 않도록 하였다. 북측의 수림과는 최소 3m 이상 이격 되도록 하였으며, 남측은 개방된 잔디광장이 전개되도록 배치 하였고, 정원의 고정 시설물인 선형 벤치는 시험구에 영향을 미치지 않도록 최대한 차양시설 외곽에 위치되도록 하였다. 또 한, 차양막을 제외한 각 시험구의 물리적 특성이 최대한 유사 하도록 바닥은 전체면이 잔디로 피복된 부분을 선정하였으며, 주기적으로 제초작업을 진행하여 시험기간 중 짧은 초장이 일 정하게 유지되도록 하였다. 조성된 각 시험구의 천공차폐특성 은 Figure 2와 같다.
조성된 각 차양 아래에서 실제 이용자가 체감하는 수직적 열 분포 특성을 파악하기 위하여, 지면으로부터 각각 1.1m, 1.7m, 2.4m 높이에서 흑구온도와 건구온도를 계측하여 평균복사온도 로 비교하였다. 이를 위해서 직경 50mm의 황동 흑구 및 알루미늄 호일을 이용한 방사차폐우산 각각에 정밀측온저항체인 Pt-100 온
a: Black brass ball (∅50mm)
+ PT-100 b: Vertical monitoring positions
c: The composition of monitoring system Figure 3. Monitoring system
도센서를 Figure 3의 a와 같이 결합하여 흑구온도계 및 건구온 도계로 적용하였다. 각 센서의 측정치는 모아콘(Comfile Tech- nology, 2010)의 아날로그 온도 모듈(RS-THRT)과 CPU 모듈 로 구성된 계측시스템을 통하여, 데이터 저장용 컴퓨터에 전송 되어 2014년 6월 초에서 동년 8월 말까지 매 분 단위로 기록되 었다.
2) 차양막 재료 자체의 일사 투과 특성 분석
실험에 사용된 차양막 재료 자체의 일사 투과 특성과 복사 특성을 비교하기 위하여 경상남도 진주시에 위치한 G 대학교 의 4층 건물 옥상에 가로×세로×높이가 각각 800×850×800mm 인 직육면체의 목재 차광 상자를 Figure 4와 같이 조성하고, 그 상단면에 각 차양소재를 고정시켰다. 각 차양면 상부와 하부 150mm 지점에 Kipp & Zonen사의 순복사계(CNR4)와 일사계 를 배치하여, 날씨가 쾌청한 2014년 10월 22일부터 11월 1일까 지 매 1분 단위로 계측하여 비교하였다.
a: Testing boxes b: Monitoring systems Figure 4. Radiation testing boxes
3. 분석 방법
차양막 하부의 실제 평균복사온도 비교를 위해서는 네 개 시 험구에서 계산된 10분 단위 자료를 바탕으로, 강우가 없고 대 조구의 일 최고 흑구온도가 30℃ 이상으로 상승했던 것으로 확 인된 6～8월 중 60일의 자료만을 대상으로 분석이 이루어졌으 며, 이중에서 오전 10시에서 오후 2시 50분까지 13,700건의 자 료를 중심으로 일사량과 평균복사온도를 비교하였다. 평균복사 온도의 계산에는 ISO 7726에 제시되어 있는 환산식을 적용하 였다.
차양막 소재의 일사차단 및 반사특성 비교를 위해서는 10월 말 10일 동안의 4,281건의 분단위 측정치 중에서 오전 10시에 서 오후 2시 50분까지 총 867건의 자료를 이용하였다. 시험구 별 측정치 및 평균복사온도 값은 통계프로그램인 SPSS 12를 이용하여 비교 분석하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 차양막 하부의 높이 별 평균복사온도 변화 시험 기간 중 차양막 하부의 위치별 평균복사온도는 Figure 5와 같이 변화하였는데, 주간에는 재료와 측정위치에 따라서 현격한 차이를 보인 반면, 야간에는 측정 값이 유사하였다. 정 오를 전후한 시간대인 오전 10시부터 오후 3시까지는, 흑색막 아래 2.4m 높이의 평균복사온도가 가장 높았는데, 대조구인 무 천개(無天蓋)구에 비해 최대 20℃, 평균 약 8℃가 높았다. 반면 에 백색막 아래 2.4m 높이의 평균복사온도는 대조구와 비슷한 것으로 나타났으며, 그 하단인 1.7m의 값과도 비슷한 것으로 분 석되었다. 그러나, 지면으로부터 1.1m 높이의 평균복사온도는 백색막 하부가 37.3℃로 흑색의 35.8℃에 비해 평균 약 1.5℃ 정 도 높았다(Table 2 참조).
통기성 흑색망의 경우, 1.1m 높이의 평균복사온도가 32.5℃
로 가장 낮았으며, 차양막과 근접한 2.4m의 측정치도 36.7℃로 백색막 1.1m 높이의 값보다 낮았다. 이러한 특성은 Figure 6과 같이 한낮 시간대(12:00～12:50)의 높이에 따른 비교 결과에 서도 분명하게 파악되었다. 즉, 흑색막의 경우, 막면 직하부의 평균복사온도는 매우 높게 상승했으나, 사람의 실제 체감 높이 인 1.1m 높이에서는 백색막에 비해서 상대적으로 낮은 것으로
a: At 1.1m above ground b: At 1.7m above ground c: At 2.4m above ground Figure 5. Daily time-serial variation of mean radiant temperature(Jun-Aug; 10:00～14:50)
Legends:
Plots Height
(m) Maximum
(℃) Mean ± Std. Err.
(℃)
Duncan α=0.05
1 2 3 4 5 6 7 8
Control(open sky) 1.1 53.28 41.85 ± 0.15 a - - - - - - -
Black
1.1 45.48 35.84 ± 0.11 - b - - - - - -
1.7 47.67 37.06 ± 0.13 - - c d - - - -
2.4 74.89 49.10 ± 0.25 - - - - e - - -
White
1.1 46.71 37.30 ± 0.11 - - - d - - - -
1.7 48.91 38.38 ± 0.13 - - - - - f - -
2.4 55.05 41.63 ± 0.15 a - - - - f - -
Perforated black
1.1 41.41 32.53 ± 0.09 - - - - - - g -
1.7 41.90 33.08 ± 0.10 - - - - - - - h
2.4 49.25 36.76 ± 0.12 - - c - - - - -
Table 2. Comparison of the MRT under each membrane(Jun-Aug, 10:00～14:50)
정리될 수 있다. 반면에 백색막의 경우, 막면 직하부의 평균복 사온도는 차양막이 없는 대조구와 유사하였지만, 1.1m 높이에 서는 오히려 흑색막 아래보다 높았다.
1.1m와 1.7m 지점에서의 흑색과 백색의 명도 차에 따른 평 균복사온도 차이는 한낮에도 약 1.5℃ 이내로, 앉아 있는 사람 이 체감하는 온열감 측면에서 심각한 영향을 미친다고 보기는
Figure 6. MRT at each measuring height(12:00～12:50) Legends:
어려운 수준이지만, 흑색 차양막 아래가 백색 차양막 아래보다 더 시원하게 느낄 수 있음을 보여주는 결과이다. 다만, 막의 직 하부에 형성되는 열층을 고려할 때, 사람이 서 있는 경우 흑색 막의 막면 가까이에서는 매우 뜨거운 열감을 경험할 수 있으며, 백색막 하부에서도 막면에 인접한 위치에서는 차양막이 없는 대조구와 비슷한 열감을 느낄 수 있는 것으로 나타났다. 반면 에 통기성 소재의 경우 각 위치별 평균복사온도에서 가장 낮은 값을 보여서, 막면의 통기성 여부가 차양막의 효과에 매우 중 요한 역할을 하는 것으로 판단할 수 있었다.
2. 각 차양막 소재의 일사 차단 및 흡수 특성 한낮에 해당되는 오전 10시부터 오후 3시까지, 각 막면의 15cm 상부에서 측정된 상하방향 일사량을 기준으로, 막면에 도달된 일사량과 막면에 의해 반사된 일사량의 비율(Albedo)을 비교 한 결과는 Figure 7 및 Table 3과 같다. 백색막면의 경우, 평균 57%의 일사를 반사한 것으로 나타난 반면, 흑색막과 통기성 흑색망은 각각 5.4%와 3.8%를 반사한 것으로 나타나, 상대적 으로 낮은 반사율을 보였다. 특히, 통기성 흑색망의 경우, 반사 율의 최대값은 흑색막에 비해 5% 정도 높은 것으로 나타났지 만, 평균값은 미세하게 낮은 특성을 보였다.
막면의 상하부 15cm 지점에서 측정된 일사량을 기준으로 막 면을 투과하여 하부에까지 도달한 일사량을 비교한 결과는 Figure 8 및 Table 4와 같다. 흑색과 백색막의 경우, 시간경과
Figure 7. Daily time-serial Albedo(Oct,10:00～14:50) Legends:
Plots Maximum
(%) Mean ± Std. Err.
(%)
Duncan α=0.05
1 2 3
Black 13 5.38 ± 0.08 a - -
White 66 56.81 ± 0.37 - b -
Perforated 18 3.76 ± 0.06 - - c
Table 3. The Albedo of each membrane(Oct, 10:00～15:00)
Figure 8. Daily time-serial transmittance(Oct, 10:00～14:50) Legends:
Plots Maximum
(%) Mean ± Std. Err.
(%)
Duncan α=0.05
1 2 3
Black 3 1.85 ± 0.04 a - -
White 17 15.72 ± 0.10 - b -
Perforated 13 6.20 ± 0.16 - - c
Table 4. The transmittance of each membrane(Oct, 10:00～15:00)
에 따라서 비교적 일정한 수준의 투과율을 유지하는 것으로 나 타났는데, 흑색막의 평균투과율이 1.85%일 때, 백색막은 15.72%
로 상대적으로 높은 것으로 분석되었다. 반면, 통기성 흑색망의 경우 평균 투과율이 6.2%로 전체적으로 백색막보다는 낮고, 흑 색막보다는 높은 투과율을 보였으나, 일중 시간경과에 따라서 감소하는 경향을 보여서, 오후 14시 이후에는 흑색막과 유사한 투과 특성을 보인 것으로 나타났다.
막면에 도달한 총 일사량에서 막에 의해 반사 및 투과된 양 을 감산한 값을 바탕으로 계산된 일사흡수율은 Figure 9 및 Table 5와 같다. 흑색막의 일사흡수율이 평균 92.85%로 가장 높았으며, 백색막의 경우 평균 27.81%로 현저히 낮았다. 통기 성 흑색망의 경우, 평균 89.25%의 흡수율을 보여 백색막에 비 해서는 현저히 높았으며, 흑색막과는 비슷한 수준이었는데, 5% 유의 수준에서 분산분석을 실시하고 Duncan 방식으로 사 후 비교한 결과, 통계적으로는 명확한 차이가 있는 것으로 나 타났다.
각 막면 아래 약 15cm 지점에서 측정된 장파복사량은 Figure 10 및 Table 6과 같았다. 흑색막에서 방출되는 장파복사량이 평 균 514.24W/m2로 가장 많았으며, 백색막에서는 평균 419W/m2 의 장파복사가 방출되는 것으로 측정되어, 재료의 흑백 명도에 따라서 약 95W/m2의 차이가 있었던 것으로 나타났다. 한편, 통기성 흑색망의 경우 평균 457.33 W/m2의 장파복사량이 계측 되어 흑색막과 백색막의 중간정도의 양이 방출된 것으로 분석 되었다.
Figure 9. Daily time-serial absorption of solar radiation by each membrane(Oct, 10:00～14:50)
Legends:
Plots Maximum
(%) Mean ± Std. Err.
(%)
Duncan α=0.05
1 2 3
Black 98 92.85 ± 0.16 a - -
White 56 27.81 ± 0.43 - b -
Perforated 96 89.95 ± 0.06 - - c
Table 5. The absorption rate of solar radiaton by each membrane (Oct, 10:00～14:50)
Figure 10. Long wave radiation under each membrane(Oct, 10:00
～14:50) Legends:
Plots Maximum
(W/m2) Mean ± Std. Err.
(W/m2)
Duncan α=0.05
1 2 3
Black 591 514.24 ± 3.54 a - -
White 457 419.20 ± 1.30 - b -
Perforated 519 457.33 ± 2.12 - - c
Table 6. Long wave radiation under each membrane(Oct, 10:00～
14:50)
Figure 11. MRT at 15cm below each membrane (Oct, 10:00～14:50) Legends:
Plots Maximum
(℃) Mean ± Std. Err.
(℃)
Duncan α=0.05
1 2
Black 38.6 29.44 ± 0.41 a -
White 34.4 27.01 ± 0.35 - b
Perforated 35.8 26.35 ± 0.34 - b
Table 7. MRT at 15cm below each membrane(Oct, 10:00～14:50)
각 막면 아래 약 15cm 지점의 평균복사온도는 Figure 11 및 Table 7과 같이 변화하는 것으로 나타났다. 오전 10시 이후 낮 시간동안 흑색과 백색막 하부의 평균복사온도는 약 2℃ 정도의 일정한 차이를 보이면서 증가하여 13시를 정점으로 다시 감소 하는 경향을 보이는 것으로 해석되었다. 반면에 통기성 차양망 의 경우, 오전시간대에는 백색막 아래와 비슷한 값을 보이다가 12시 이후 시간대에는 감소하여 백색막보다 낮은 평균복사온 도를 보인 것으로 나타났다. 측정 시기에 따른 절대 값의 차이 는 있지만, 전반적으로 사방이 폐쇄된 목재상자 상부에 설치된 차양막 바로 아래의 평균복사온도 분포 특성은 Figure 5의 c와 비슷한 경향을 보인 것으로 판단된다.
3. 차양막의 명도와 통기성 유무에 따른 평균복사온 도 저감효과 고찰
지면으로부터 2.5m 지점을 정점으로 하는 피라미드형 차양 막이 설치된 시험구에서 차양막 하부의 높이별 하절기 주간의 평균복사온도를 분석한 결과, 모든 시험구에서 차양막 면에 가 까운 지점일수록 높은 온도 분포를 보였다. 흑색 차양막의 경 우 2.4m 지점에서, 차양막이 없는 대조구나 백색 차양막 아래 에 비하여 현저히 높은 평균복사온도가 계측되었으며, 백색 차 양막 역시 막과 가장 가까운 지점의 평균복사온도는 무차양 상 태와 유사한 매우 높은 값을 보이는 것으로 나타났다(Figure 5
참조).
반면에, 차양막 아래에서 인간의 실제 체감하는 범위인 지상 1.7m와 1.1m 지점에서는 흑색과 백색 차양 모두에서 무 차양 면에 비해 현저히 낮은 평균복사온도가 측정되었다. 특이한 점 은 흑색막 아래보다 백색막 아래 지점의 측정치가 미세하게나 마 높게 나타났다는 것이다. 차양막 재료의 일사 흡수 및 차단 특성을 분석한 결과, 시험에 적용된 백색막의 알베도가 흑색막 에 비해서 현저히 높았고(Figure 7 참조), 막재료의 일사 흡수 율(Figure 9 참조)과 이에 따른 장파복사 방출량(Figure 10 참 조)도 백색막이 낮았음에도 불구하고, 실제 인간 체감 범위에 서 백색막 아래의 평균복사온도가 높게 나타난 것은 일사 투과 율(Figure 8 참조)의 차이에 의한 것으로 판단된다. 즉, 흑색막 의 경우 막재료의 일사 흡수율이 높아 막 자체의 온도는 매우 높아짐에도 불구하고, 그 하부로의 일사 투과율은 낮고 막면으 로부터 일정거리 이상 떨어지게 되면 장파복사에 의한 영향의 차이도 거의 없어지는 것으로 이해된다. 반면에, 백색막의 경우 막재료의 일사 반사율은 높고, 일사 흡수율이 낮아, 막 자체의 온도가 낮고 장파복사의 영향도 상대적으로 낮지만, 일사투과 량이 상대적으로 높은 것이 막 하부에서 인간 체감 범위의 평 균복사온도를 미세하게나마 상승시킨 원인인 것으로 해석된다.
구체적으로 인간이 휴식 자세로 앉아있을 경우의 온열 체감 높이인 1.1m 높이를 기준으로 비교했을 때, 차양이 없는 대조 구의 평균복사온도가 평균 41.8℃일 때, 흑색막 아래가 35.8℃
로 대조구에 비해 평균 6℃가 낮았으며, 백색막 아래는 37.3℃
로 평균 4.5℃가 낮았다. 반면, 통기성 흑색망의 경우 평균 32.5℃로 평균 9.3℃ 낮은 것으로 분석되었다. 녹음수에 의해서 최소 10℃ 이상 평균복사온도가 낮아졌다는 기존 연구 결과 (Lee and Ryu, 2014; Choi and Lee, 2007)와 비교했을 때, 통 기성이 없는 차양막도 평균복사온도 저감효과는 분명하게 있 으나, 녹음수와 비교할 수준은 아닌 것으로 확인되었다. 반면에 통기성이 있는 차양막의 경우, 그 효과가 녹음수에 근접할 수 있는 것으로 확인되었다.
이상의 결과를 고찰할 때, 조경공간에서 하절기 차양효과를 극대화시키기 위해서는 명도가 높은 재료보다는 낮은 재료를 적용하여 일사투과율이 낮아지도록 하는 것이 유리하며, 재료 면 자체에서 방출되는 장파복사의 영향을 최소화하기 위하여 연직방향의 통기성을 증가시키는 것이 바람직하다고 할 수 있 다. 이는 하절기 강우와 병해충 등의 영향을 배제할 때, 지붕면 이 폐쇄된 쉘터형 시설보다는 연직 방향의 통기가 원활한 파골 라 형태 차양시설의 그늘이 더 시원하며, 명도가 낮은 잎이 높 은 밀도로 적층되어 있고, 통기성도 높은 녹음수 아래의 열쾌 적성이 상대적으로 높을 것이라는 점을 간접적으로 보여주는 결과로 판단된다. 또한, 막구조물과 어닝, 파라솔 등의 조경용 차양 시설의 설계와 제작 시 지붕면 아래의 열기를 배제시킬
수 있는 통기성 구조 및 소재의 도입이 적극적으로 검토될 필 요가 있음을 보여주는 결과이기도 하다.
Ⅳ. 결론
본 연구는 조경용 차양막의 명도 차이에 의해서 어느 정도의 태양 일사가 차단되고, 이에 따라서 어느 정도의 온열환경이 개선되는지를 객관적 물리량으로 검증함에 목적이 있었다. 이 를 위해, 잔디밭에 실제 상업용으로 판매되는 차양용 프레임을 설치하고, 그 상단에 흑색과 백색의 차양막과 흑색의 농업용 차양망을 적용하여 2014년 6월부터 8월까지 지면으로부터 1.1m, 1.7m, 2.4m 지점의 평균복사온도 변화를 계측하여 비교하였다.
또한, 막 재료 자체의 일사 흡수 및 차단 특성을 비교하기 위하 여 암상자 상부에 재료를 설치하여 비교하는 시험을 2014년 10 월에 진행하였다.
분석결과, 막면과 가장 가까운 지면으로부터 2.4m 지점에서 의 평균복사온도는 흑색 및 백색막과 통기성 흑색망에서 각각 49.1℃, 41.6℃, 36.8℃로 분석되어, 차양이 없는 대조구의 41.8℃
와 비교했을 때, 흑색막의 값이 현격히 높은 것으로 나타났다.
그러나, 실제 사람이 체감하는 범위인 지면으로부터 1.7m 지점 에서의 평균값은 37℃, 38℃, 33℃로 분석되어, 재료의 명도에 의한 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. 한편, 이 높이 이하의 위치에서는 흑색막보다 백색막 아래의 평균복사온도 값이 미 세하게나마 높다는 결과도 도출되었다. 반면, 통기성 흑색망의 경우 모든 높이에서 가장 낮은 평균복사온도를 보여서 하절기 열환경 개선측면에서 가장 효과적인 것으로 나타났다.
차양 재료의 명도에 따른 일사의 반사 및 흡수 특성을 분석 한 결과, 동일 규격의 소재에서도 명도에 따라서 일사의 반사 율과 흡수율, 투과율에서 현저한 차이가 발생함을 확인할 수 있었으며, 흑색막의 경우 일사 반사율은 낮고 흡수율은 높아, 막 자체의 온도는 가장 높은 것으로 나타난 반면, 일사 투과율 은 상대적으로 낮은 것으로 평가되었다. 백색막의 경우, 일사반 사율은 높은 반면, 일사 흡수율이 낮아, 막면 자체의 온도는 상 대적으로 낮은 것을 확인할 수 있었으나, 일사투과율은 상대적 으로 높은 것으로 평가되었다. 결과적으로 막면의 장파복사량 과 표면온도는 흑색이 높게 나타났으나, 실제 사람들의 체감 범위에서의 평균복사온도는 흑색막 아래가 미세하게나마 더 낮아지는 결과가 나타난 것으로 해석되었다. 다만, 통기성 흑색 망의 경우, 일사 반사율과 흡수율은 흑색막과 유사하였고, 일사 투과율은 백색막과 유사하였음에도 불구하고, 모든 높이에서 가장 낮은 평균복사온도를 보인 점을 고려할 때, 실제 옥외공 간 차양시설 조성에 있어서 어두운 소재를 적용함과 동시에 통 기성을 개선하는 것이 바람직한 방법이 될 것으로 판단된다.
다만, 실험 여건상 보다 다양한 명도와 물리적 속성의 차양
막 재료를 적용하지 못하고, 특정 소재의 흑백 막만을 대상으 로 측정한 점은 본 연구의 큰 한계점이라 할 수 있다. 또한, 동 일 공간에 소규모로 조성된 시험구에서 측정한 점을 근거로 동 일한 통풍 조건으로 전제한 점과, 95% 차양율의 농업용 차양 망을 전제로 통풍성을 국한시킨 것도 본 연구의 큰 한계로 밝 힐 수밖에 없으며, 이는 추후 지속적인 연구를 통하여 보완해 야 할 사항으로 판단된다.
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주 1. 일반적으로 날씨의 춥고 더움을 표현하는데 기온(Air Temperature)이 많이 사용되지만, 이는 지면으로부터 1.2~1.5m 범위의 태양복사를 차 단한 공기의 온도를 말하는 것이기 때문에, 옥외 환경에서 느끼는 열 환경을 설명하기 위한 수단으로는 적합하지 않다. 따라서, 태양을 비롯 한 인체 주변의 다양한 에너지원으로부터의 복사에너지 교환 모델에 바탕을 둔 평균복사온도를 여러 국제 표준에서 다양한 환경 조건에서 의 인간이 느끼는 열환경 특성을 표현하는 물리량 기준으로 삼고 있다 (ISO 7726, 2001; ISO 7730, 2005).
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28 July, 2015 31 August, 2015 1 September, 2015 1 September, 2015
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