†: 이 논문은 2013년도 경남과학기술대학교 기성회 연구비 지원에 의하여 연구되었음.
Corresponding author: Nam-Hyung Ryu, Dept. of Landscape Architecture, Gyeongnam National University of Science and Technology, Jinju 660-758, Korea, Tel.: +82-55-751-3303, E-mail: [email protected]
하절기 조경용 녹음수 수관 하부의 일사와 평균복사온도 비교
†이춘석․류남형 경남과학기술대학교 조경학과
The Comparison of the Solar Radiation and the Mean Radiant Temperature (MRT) under the Shade of Landscaping Trees in Summertime
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 Solar Radiation(SR) and the Mean Radiant Temperature(MRT) under the shades of the three landscaping trees in clear summer daytimes. The trees wereLagerstroemia indica,Quercus palustris and Ulmus parvifolia. The solar radiation, the globe temperature and the air temperature were recorded every minute from the 1st of April to the 30thof September 2013 at a height of 1.1m above on the four monitoring stations, with four same measuring system consisting of a solar radiation sensor, two resistance temperature detectors(Pt-100), a black brass globe (Ø 50mm) and data acquisition systems. At the same time, the sky view photos were taken automatically hourly by three scouting cameras(lens angle: 60°) fixed at each monitoring station.
Based on the 258 daily sky view photos and 6,640 records of middays(10 A.M.~2 P.M.) from the 1st of June to the 30th of August, the time serial differences of SR and MRT under the trees were analysed and compared with those of open sky, The major findings were as follows;
1. The average ratio of sky views screened by the canopies of Quercus palustris, Lagerstroemia indica and Ulmus parvifolia were 99%, 98% and 97%, and the SR were 106W/m2, 163W/m2 and 202W/m2 respectively, while the SR of open sky was 823W/m2. Which shows the canopies blocked at least 70% of natural SR.
2. The average MRT under the canopies ofQuercus palustris,Lagerstroemia indica andUlmus parvifolia were 30.34℃, 33.34℃ and 34.77℃ respectively, while that of open sky was 46.0℃. Therefore, it can be said that the tree canopies can reduce the MRT around 10~16℃.
3. The regression test showed significant linear relationship between the SR and MRT.
In summary, the performances of the landscaping shade trees were very good at screening the SR and reducing the MRT at the outdoor of summer middays. Therefore, it can be apparently said that the more shade trees or forest at the outdoor, the more effective in conditioning the outdoor space reducing the MRT and the useless SR for human activities in summertime.
Key Words: Air Temperature, Globe Temperature, Thermal Comfort, Sky View Factor
국문초록
조경용 녹음수가 하절기 옥외공간에서 인간이 느끼는 열쾌적성에 미치는 효과를 객관적으로 검증하기 위하여 수형이 서로 다른 미국참나무, 배롱나무, 참느릅나무 등 세 종의 수목를 선정하여 일사차단율과 평균복사온도 저감 효과를 비교 분석하였다. 또한, 주기적으로 수관부 사진을 촬영하여 수관부의 변화특성도 비교 검토하였다. 일사량과 건구온도, 흑구온 도를 현장에서 자동으로 계측 기록할 수 있는 시스템을 구축하여 각 수목의 수관 하부에 지면으로부터 1.1m 위치에 설치하고, 2013년 4월 1일부터 동년 11월 30일까지 매 분 단위로 기록될 수 있도록 설정하였다.
수관의 천공차폐율 분석결과, 비교적 일정한 상태를 유지한 것으로 나타난 2013년 6월 1일부터 동년 8월 30일까지의 자료 중, 우천과 이상 기상일 자료를 제외한 오전 10시에서 오후 2시까지의 자료를 통계 분석에 이용하였다. 10분 단위 평균값으로 환산된 총 6,640건의 흑구온도와 건구온도를 바탕으로 평균복사온도를 환산하였으며, 이를 각 시험구의 일사량 과 비교 분석하였다.
분석 대상 기간 중 미국참나무와 배롱나무, 참느릅나무 수관부의 평균 천공차폐율은 각각 99%, 98%, 97%였으며, 각 수관하부에 도달한 평균 태양 복사량은 106W/m2, 163W/m2, 202W/m2로 대조구의 823W/m2와 비교했을 때, 최소 75%
이상이 차단된 것으로 나타났다. 또한, 평균복사온도의 경우, 각각 30.34℃, 33.34℃, 34.77℃로 계산되어 대조구의 46.0℃와 비교했을 때, 적게는 10℃에서 많게는 16℃까지 수목의 수관부에 의해서 저감된 것으로 나타났다. 일사량과 평균복사온도 의 관계를 회귀분석한 결과, 매우 밀접한 선형관계를 형성하고 있었으며, 설명력도 매우 높게 분석되었다.
결론적으로 본 연구를 통해서 하절기 옥외공간에서 녹음수의 수관은 일사량의 상당부분을 차단함으로써 인간이 체감 하는 열쾌적성을 개선하는데 매우 중요한 역할을 하고 있다는 점을 객관적으로 확인할 수 있었다. 따라서, 옥외공간에 더 많은 녹음수와 숲을 조성하여 그늘 지역을 증가시킴으로써 인간의 하절기 옥외활동에 부정적 영향을 주고 있는 불필요 한 열에너지를 현격하게 저감시켜 쾌적한 열환경을 효과적으로 조성할 수 있을 것이다.
주제어: 기온, 흑구온도, 열쾌적성, 일사차단율
Ⅰ. 서론
최근 우리나라에서는 옥외활동에 대한 수요가 급격하게 증 가하고 있으며, 이에 따라서 도시의 공원 녹지에 관한 수요도 그 어느 때보다 증가하고 있다. 그러나, 최근 일부 도시 옥외 공간의 계획과 조성에 있어서 사람들의 옥외활동을 제약하는 대표적인 요인인 여름철 낮의 강렬한 일사와 이에 따른 폭염에 대한 고려가 간과되는 사례가 적지 않은 것으로 보인다(Ahn et al., 2013). 우리의 선조들이 경험적으로 마을 어귀에 식재하 여 보편적이고 일상적인 피서의 수단으로 이용해 온 대형 녹음 수는 조경분야에서도 매우 중요하게 다루어온 옥외공간의 대 표적인 온열환경 조절 수단이었다. 그럼에도 불구하고, 그동안 측정수단과 기법의 한계로 그 효과를 객관적으로 규명하는데 어려움이 있었고, 그 중요성을 증명하고 강조하기 위한 과학적 근거 자료 또한 찾기가 쉽지 않았다.
이와 관련하여 세계적으로는 건물의 실내공간 공조와 노동 현장 및 스포츠 보건 분야를 중심으로 인간이 느끼는 열쾌적성 과 열스트레스에 대한 연구가 활발하게 진행되어 왔으며, 지금 까지 WBGT(Wet Bulb Globe Temperature)와 불쾌지수(DI:
Discomfort Index), 체감온도(WCT: Wind Chilly Temperature)
등 약 40종류 이상의 열쾌적성 지수가 개발되어 적용되고 있다.
또한, 최근에는 PMV(Predicted Mean Vote), PET(Physiologi- cal Equivalent Temperature) 등 인간이 실제 환경에서 느끼는 온열감에 대한 주관적 반응을 통계적으로 계산한 열쾌적감 지 수와 이를 기반으로 한 환경예측모델(Rayman, Envi-Met 등) 이 개발되어 적용되고 있는 상황이다(Epstein and Moran, 2006).
최근에는 우리나라의 조경 분야에서도 수목이나 포장재료, 방풍의 유무, 차양의 유무, 옥외공간의 구성과 구조에 따른 온 열 및 냉열 환경 변화를 해석하려는 시도들이 다양하게 이루어 지고 있다(Juet al., 2004; Choi and Lee, 2007; Lee and Ryu, 2010; Park, 2012; Ryu and Lee, 2013). 한편, 그 동안의 옥외 환경의 미기후에 대한 연구는 주로 기상학자들에 의해서 이루 어져 왔는데, 이들 연구에서도 도시 옥외 공간에서 이용자가 느끼는 열 스트레스의 주된 요인은 태양의 복사에너지이며, 이를 조절하기 위한 수단으로 가로수 또는 녹음수의 식재가 가장 효과적이라는 점이 강조되고 있다(Potchteret al., 2011;
Toy and Yilmaz, 2010; Lee and Ryu, 2010; Ahnet al., 2013).
그러나, 가로수 또는 녹음수가 열 스트레스 조절에 어느 정도의 실질적인 효과가 있는지를 구체적인 수치로 표현하고, 도시 녹 음수 확보를 위한 근거로 제시하기에는 아직 부족한 점이 많은
것으로 보인다.
일반적으로 날씨의 춥고 더움을 표현하는데 기온(Air Tem- perature)이 많이 사용되지만, 이는 지면으로부터 1.2~1.5m 범 위의 일사를 차단한 공기의 온도를 말하는 것이기 때문에, 옥 외 환경에서 느끼는 열환경을 설명하기 위한 수단으로는 적합 하지 않다. 반면에 태양을 비롯한 인체 주변의 다양한 에너지 원으로부터의 복사에너지 교환 모델에 바탕을 둔 평균복사온 도(Mean Radiant Temperature: MRT)를 여러 국제 표준에서 특정 조건에서 인간이 느끼는 열환경 특성을 표현하는 물리량 의 기준으로 삼고 있다(ISO 7726, ISO 7730).
이에 본 연구에서는 조경용 녹음수에 의해서 어느 정도의 일 사가 차단되고, 이에 따라서 어느 정도의 온열환경이 개선되는 지를 객관적 물리량으로 검증하기 위해 몇 종의 낙엽 교목성 수종을 대상으로 실제 측정을 통하여 비교하였다. 구체적으로 각 수목의 시간경과에 따른 수관부 변화 특성을 시계열적으로 관찰하였고, 수관하부에서 지속적으로 계측된 일사량과 흑구온 도, 건구온도(기온)를 바탕으로 평균복사온도를 기준으로 비교 분석하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 연구대상지 및 시험구
특정 공간의 열환경에 영향을 미치는 환경적 요인으로는 온 도, 습도, 통풍, 복사 등 다양한 요인이 있으며, 이들은 주변부 의 미시적․거시적․물리적 특성에 직․간접적으로 영향을 받 는 것으로 알려져 있다(Park, 2013; ISO 7726). 이들 요인들 모두를 동시에 측정하고 분석하는 데는 현실적으로 여러 가지 한계가 있어, 가급적 한 곳의 단위 공간에 다양한 수목이 생육 하고 있는 장소를 시험구로 선정하는 것이 바람직할 것으로 판 단하였다. 또한, 측정기구에 대한 전력공급과 장시간에 걸친 수 관부 특성변화와 일사 및 온도 관측을 위해서는 시험기구의 훼 손 및 도난에 대한 대책이 요구되었다.
이런 점을 고려하여 선정된 대상지는 경상남도 진주시 나동 면에 위치한 경남과학기술대학교의 생태학습장으로 2004년 조 성되어 수목의 활착이 정상적으로 이루어진 곳이다. 이곳에 식 재되어 있는 낙엽활엽수 중 수형이 뚜렷하게 구분되고, 인접한 수목과 수관이 중첩되지 않는 세 종을 대상 수목으로 선정하였 는데, 수평확산형 소교목인 배롱나무(Lagerstroemia indica, H4.6×
W4.8×R28, 지하고 1.8m)와 원주형 교목인 대왕참나무(Quercus palustris, H8.4×W5.2×R18, 지하고 2.1m), 원정형의 참느릅나 무(Ulmus parvifolia, H7×W 5.3×R13, 지하고 2.5m) 등이다. 또 한, 수목에 의해 차단되지 않고 햇볕에 완전하게 노출된 상태 에서의 일사 및 온도 분포 특성을 비교하기 위하여 인접한 잔
a: Control(open sky) b:Lagerstroemia indica
c:Quercus palustris d:Ulmus parvifolia Figure 1. Four monitoring stations
Figure 2. Relative schematic dimension of the shade trees
디광장을 대조구로 설정하였다(Figures 1, 2 참조). 각 시험구 의 지면은 잔디로 피복되어 있어 지면으로부터의 상향 복사 특 성은 유사한 것으로 가정하였으며, 시험기간 중 최대한 동일한 조건으로 유지하기 위하여 주기적으로 예초작업을 진행하였다.
2. 계측 방법
연중 시간변화에 따른 수관부의 수직방향 투영 차폐율(수 관차폐율) 변화를 파악하기 위하여 동물 생태 모니터링용으로 사용되고 있는 Figure 3의 a와 같은 자동 촬영 디지털카메라 (Scouting Camera, Ltlacorn's Ltl5210A)를 수관방향으로 연직 으로 설치하였다. 이 카메라의 촬영화각은 60°이며, 해상도 1171×830픽셀의 수관부 사진이 매 시간마다 자동으로 촬영되 도록 설정하였다. 본 연구의 목적이 서로 다른 수목에 의한 일 사차폐율 변화와 이에 따른 평균복사온도 차이를 물리량으로 비교하는데 있었고, 향후 녹음 관련 다양한 연구에 적용될 수 있는 보다 경제적인 방법을 강구하기 위함이었기 때문에, 상대 적으로 저렴한 가격의 센서를 구성하여 실험에 적용하였다. 시 험구에 도달하는 전천 일사량의 측정에는 Davis사의 일사센서 (Davis's solar radiation sensor # 6450, Fiugure 3의 b 참조)를 이용하였으며, 수관하부의 평균복사온도 비교를 위해서는 직경 50mm의 황동 흑구 및 알루미늄 호일을 이용한 일사차폐우산 각각에 정밀측온저항체인 Pt-100 온도센서를 Figure 3의 c와 같이 결합하여 흑구온도계 및 건구온도계로 적용하였다. 본 실 험에 적용된 황동흑구의 경우, 2013년 6월에서 8월까지의 시험 기간 중 대조구에 직경 150mm의 표준흑구를 추가로 설치하여 비교 검토한 결과, 표준흑구와의 상관관계가 매우 높은 것으로
a: Scouting camera b: Solar radiation sensor
c: Black brass ball
(∅50mm)+PT-100 d: The upward sensor composition of the monitoring station
Figure 3. Monitoring system
확인되었으며(상관계수=0.99), 일사량에 대한 반응도는 표준 흑구보다 민감한 것으로 파악되었다. 또한, 실험에 적용된 각 센서는 동일한 측정 특성을 확보하기 위해 각 시험구에 설치하 기 전에 물과 얼음을 이용하여 온도계의 측정특성을 확인하였 으며, 천공이 개방된 대조구에 동시에 설치하여 보정작업을 진 행하여, 온도의 경우 ±0.3℃, 일사량의 경우 ±5%의 허용 오차 범위 내에 있음을 확인하였다.
각 시험구의 수관하부에서 수간에 의한 그림자의 영향을 가장 적게 받을 것으로 판단된 수간으로부터 남향 50cm 지점 에 높이 1.1m의 스탠드를 설치하고, 스탠드 상부에 각 센서를 Figure 3의 d와 같이 배치하였다. 이들 센서의 측정치를 디지 털 값으로 변환하기 위한 아날로그 디지털 신호 변환장치는 모 아콘(Comfile Technology, 2010)의 아날로그 입력모듈(RS- ADIN4)과 온도 입력 모듈(RS-THRT4), CPU 모듈을 조합하 여 구성하였으며(http://www.comfile.co.kr), 취득된 일사량과 온도 정보는 Moacon Studio 1.00(Comfile Technology, 2011)과 Labview 8.2(National Instrument, 2007)를 이용하여 RS-485 통신으로 데이터 저장용 컴퓨터에 매 분 단위로 기록되도록 설 정하였다. 수관부 촬영과 측정은 2013년 4월 1일부터 동년 11 월 30일까지 지속적으로 진행되었다.
3. 분석 방법
취득된 자료 중 우천일은 분석에서 배제하였으며, 시험구별 흑구온도와 건구온도(기온), 일사량의 매 10분 단위 평균값을 기준으로 평균복사온도로 환산하고, 시험구별 특성을 해석하였 다. 수관차폐율 분석에 사용된 수관부 사진은 하루 중 하늘과 수관부의 경계가 명확하게 대비되는 일출과 일몰 전후를 중심 으로 한 총 86일분 258장이었다. 선정된 사진은 이미지 처리 소 프트웨어를 이용하여 흑백으로 콘트라스트를 극대화시켜 수관 부와 천공부를 구분하였고, 히스토그램 분석을 통하여 유효 화 상에 대한 수관부의 화소비율로 환산하였다. 네 시험구에서 취 득된 10분 단위 데이터 중, 수관차폐율 변화량 분석 결과, 일관 된 경향을 보인 것으로 확인된 6~8월 중 오전 10시에서 오후 2시까지 총 6,640건의 자료를 중심으로 일사량과 평균복사온도 를 비교하였다. 평균복사온도의 계산에는 ISO 7726에 제시되 어 있는 방사율 95%의 흑체 도료가 적용된 직경 50mm의 흑구 를 사용했을 때, 자연대류 조건에서의 흑구온도와 기온에 기반 한 다음의 식 1을 적용하였다.
×
× (식 1) 여기서,
= 복사평균온도(Mean Radiant Temperature: ℃)
= 흑구온도(Globe Temperature: ℃)
= 기온(Air Temperature: ℃)이다.
시험구별 측정치 및 평균복사온도 값은 통계프로그램인 SPSS 12를 이용하여 비교 분석하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 수관의 일사 차폐율 변화
시험 기간 중 수관부는 Figure 6과 같이 변화하는 특성을 보 였으며, 이를 수관차폐율로 환산한 결과는 Figure 4와 같다. 우 선 4월 중순 이전까지는 배롱나무, 대왕참나무, 참느릅나무의 차폐율은 각각 28%, 44%, 46%로 측정되었으며, 이는 수관부 가지에 의한 것이었다. 이중 대왕참나무의 개엽(開葉)이 가장 빠르게 진행되었는데, 4월 말에 시작하여 5월 12일경 95%의 차폐율을 보였다. 참느릅나무와 배롱나무는 조금 늦은 5월 8일 경 개엽을 시작하였는데, 배롱나무의 개엽 속도가 빠르게 진행 되어 5월 중순경에 95% 이상의 차폐율을 보인 반면, 참느릅나 무는 5월 말 경에 정점에 도달하였다.
배롱나무의 경우, 11월 초순까지는 90% 이상의 차폐율을 지 속하였으며, 이후 단풍이 들면서 급속하게 낙엽하였다. 반면에 미국참나무의 경우, 11월 초순 단풍이 들기 시작하였으나, 잎의 퇴색이 완료된 후에도 낙엽이 이루어지지 않고 이듬해까지 지 속되었다(Figure 6 참조). 참느릅나무의 경우, 8월 초순까지는 높은 일사차폐율을 유지하였으나, 이후 지속적인 감소세를 보 였다. 이는 이 시기부터 극성을 부린 충해의 영향으로 확인되 었는데, 다른 수종과 달리 참느릅나무의 잎을 곤충들이 선호하
Figure 4. Time-serial variation of sky view ratio screened by the canopies
Legend :
Plots Maximum
(%) Mean±Std. Err.
(%)
Duncan α=0.05
1 2 3
Lagerstroemia 98 95±0.17 a - -
Quercus 99 98±0.00 - b -
Ulmus 97 93±0.03 - - c
Table 1. Comparison of sky view ratio screened by canopies(Jun-Aug)
는 특성에 기인하는 것으로, 이는 향후 녹음수 선정에 참고해 야 할 사항으로 판단된다.
이에, 비교적 일정한 수관차폐율을 보인 6월에서 8월까지의 자료를 중심으로 각 시험구의 일사와 평균복사온도를 비교하 였다. 이 기간 중의 대왕참나무와 배롱나무. 참느릅나무 수관의 평균 수관차폐율은 각각 99%, 98%, 97%의 순으로 분석되었으 며, 평균값의 차이를 검증하기 위하여 5% 유의수준에서 분산 분석을 실시하고, Duncan 방식으로 사후 비교한 결과, 수목에 따라서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(Table 1 참조).
2. 수관하부의 일사량 비교
수관부의 차폐율이 세 시험구 모두 일정하게 유지된 것으로 나타난 6월에서 8월까지의 각 시험구별 하루 중 평균 일사량 변화를 분석한 결과는 Figure 5와 같다. 대조구에서는 정오를 전후한 시점의 평균 880W/m2를 정점으로 한 표준분포를 보인 반면, 세 시험구는 낮 시간 동안 전반적으로 평균 400W/m2이 하의 일사 분포를 보인 것으로 나타났다. 대왕참나무의 수관하 부의 경우 평균 115W/m2 이하의 낮은 값이 일관되게 계측된 반면, 배롱나무와 느릅나무의 경우 오후 3시에서 4시 사이에 급격하게 증가된 일사가 계측되었다. 이는 전술한 두 수목의 경우 상향으로 발달한 측지에 의해 수관하부의 측면이 대왕참 나무에 비해 많이 개방되어 있는 구조적 특성 때문에 오후 늦 은 시간대의 태양광이 수관하부 측면을 통해 직접 조사된 결과 로 해석되었다.
비교적 일정한 일사차폐특성을 보인 것으로 나타난, 오전 10
Figure 5. Daily time-serial variation of average solar radiation (Jun-Aug)
Legend :
28 APR
8 MAY
16 MAY
JUN-AUG
21 SEP
20 OCT
8 NOV
25 NOV
a:Lagerstroemia indica b:Quercus palustris c:Ulmus parvifolia Figure 6. Time serial changes of canopy view
Plots Maximum
(W/m2) Mean±Std. Err.
(W/m2)
Duncan α=0.05
1 2 3 4
Open sky 1,326.74 823.61±6.14 a - - -
Lagerstroemia 648.88 163.29±1.45 - b - -
Quercus 324.73 106.29±0.95 - - c -
Ulmus 643.61 201.73±1.94 - - - d
Table 2. Comparison of average solar radiation(Jun-Aug, 10:00~
14:00)
시부터 오후 2시까지의 각 시험구별 평균값의 차이를 검증하기 위하여 5% 유의수준에서 분산분석을 실시하고, Duncan 방식 으로 사후 비교한 결과, Table 2와 같이 시험구에 따라서 명확 한 차이가 있는 것으로 분석되었다. 대조구의 평균값 823W/m2 와 비교했을 때, 배롱나무와 대왕참나무, 참느릅나무의 수관 하 부에는 각각 163W/m2, 106W/m2, 202W/m2의 평균 일사량이 계측되어, 적어도 평균 75% 이상의 일사가 녹음수의 수관부에 의해 차단된 것으로 해석되었다.
3. 수관하부의 평균복사온도 비교
분단위로 환산된 각 시험구의 흑구온도와 건구온도 계측 값 을 기반으로 6월에서 8월 중 오전 10시부터 오후 2시까지의 평 균복사온도를 계산하여 비교한 결과, Figure 7과 같이 전체적 으로 수관하부의 평균복사온도가 대조구에 비해 현격하게 낮 은 것을 확인할 수 있었다. 분석기간 중 대조구의 평균복사온 도가 평균 46.0℃일 때, 참느릅나무와 배롱나무가 각각 평균 34.77℃, 33.34℃로 10℃ 이상 차이가 났으며, 대왕참나무의 경 우 평균 30.34℃로 약 16℃ 정도 차이가 난 것으로 확인되었다.
이는 95% 차단율의 농업용 차양막에 의해서 평균 6.4℃의 평 균복사온도가 저감되었다는 Lee and Ryu(2010)의 기존 연구 결 과보다 현격하게 높은 값이다. 또한, 대왕참나무의 경우, 잔디
Figure 7. Daily time-serial variation of average MRT (Jun-Aug) Legend :
Plots Maximum
(℃) Mean±Std. Err.
(℃)
Duncan α=0.05
1 2 3 4
Open sky 57.30 46.00±0.13 a - - -
Lagerstroemia 47.51 33.34±0.09 - b - -
Quercus 37.18 30.34±0.07 - - c -
Ulmus 52.79 34.77±0.09 - - - d
Table 3. Comparison of average MRT(Jun-Aug, 10:00~14:00)
밭에 단독목으로 식재된 수고와 수관폭이 각각 7m와 8m인 느 티나무를 대상으로 한 실험으로 15℃의 평균복사온도 차이가 도출되었다는 Choi and Lee(2006)의 연구 결과와 비교했을 때 와 유사한 결과로 해석되었다.
시험구별 평균값의 차이를 검증하기 위하여 5% 유의수준에 서 분산분석을 실시하고, Duncan 방식으로 사후 비교한 결과 에서도 각 시험구별 평균값은 Table 3과 같이 통계적으로도 유 의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 따라서, 수종에 따라서 다 소 차이는 있으나, 녹음수의 수관에 의해서 하절기 옥외공간의 평균복사온도가 최소 10℃ 이상 저감되었다고 볼 수 있다.
4. 녹음수의 수관에 의한 평균복사온도 저감효과 고찰 수관부에 의해 차단된 일사량과 평균복사온도의 관계를 회 귀분석을 통해 분석한 결과, Table 4와 같이 도출되었다. 각 시 험구와 대조구의 일사량 차이와 평균복사온도 차이 간에는 표 의 1번과 같은 회귀식이 성립되는 것으로 분석되었으며, 이 식 의R2 값은 0.838로 나타났다. 한편, 대조구와 각험구의 일사량 및 평균복사온도의 비율 간의 회귀식은 표의 2번과 같으며, 이 식의R2값은 0.859로 나타나, 각 측정치의 비율에 의한 회귀식 이 차이에 의한 것보다 설명력이 높은 것을 파악할 수 있었다.
이러한 결과를 근거로 해석할 때, 녹음수 수관하부에서 여름 철 한낮의 평균복사온도는 수관부에 의해서 차단된 일사량에 비례해서 저감된다고 할 수 있으며, 그 정도는 결국 가지나 잎 의 두께와 밀도 등의 수관부 구조에 의해서 영향을 받는다고 볼 수 있다. 또한, 대왕참나무의 수관하부 일사량과 평균복사온 도가 일중 시간 경과에 따라서 비교적 일관된 분포를 보인 반 면, 배롱나무와 참느릅나무의 측정값이 오후 4시를 전후한 시
No Regression R2 SigF
1 ΔT=0.018 × (So－St)+1.078 .838 0.000
2 Rt=0.36 × St / So +0.643 .859 0.000
ΔT: (MRT at Control)－(MRT under Tree Canopy) Rt: (MRT under Tree Canopy) / (MRT at Control) St: Solar Radiation under Tree Canopy, So: S. R. at Control
Table 4. Regression between MRT and solar radiation (Jun-Aug, 10:00~
14:00)
점에 급격하게 상승했다는 점에서, 수관부의 형태, 수관폭, 지 하고 등 수목의 형태적, 구조적 특성도 녹음수의 선정에 있어 서 매우 중요한 고려요소가 될 것으로 유추되었다. 이러한 사 항은 대구지역의 도심부와 공원에서 이동식 관측과 시물레이 션을 통하여 인간의 열환경 지수와 생기후 지도 작성에 관한 연구를 수행한 Park(2013)의 결과에서도 제시된 바 있는데, 동 일 수종이라 하더라도 수형에 따라서 측정치가 달라질 수 있으 며, 식재방식과 주변부의 물리적 구조에 의해서도 차이가 날 수 있음을 밝히고 있다.
그러나, 본 연구에서는 시계열적으로 촬영된 수관부 이미지 를 이용한 수관하부의 일사차폐율 변화 특성과 이에 따른 투과 일사량 변화에 근거하여 평균복사온도를 비교하였기 때문에, 엽밀도나 가지밀도와 같은 수관부의 물리적 특성과 관련시켜 기술하는 데는 한계가 있었다. 또한, 수종과 수령, 생육지 특성 등에 의해서 다양하게 형성되는 지하고와 수관폭 등의 변수에 대해서도 본 연구에서 취득된 자료를 기반으로 해석하기에는 한계가 있었다. 아울러, 기타 환경변수들이 동일한 조건에서 구 조적 특성을 달리한 동일 수종 또는 식재 패턴에 일관성 있게 차이가 있는 시험구를 선정 또는 조성하는 데는 현실적으로 많 은 어려움이 있었다. 따라서, 수목의 구조적 형태적 특징과 식 재패턴 등에 따른 환경조절 효과를 종합적으로 규명하기 위해 서는 추후 이들 특성을 반영한 다양한 시험구 선정 또는 조성 을 통하여 지속적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
다만, 각 수목의 수관차폐율의 차이에 따라서 수관하부의 일 사량에 차이가 발생하였고, 이 차이에 따라서 평균복사온도가 다르게 측정되었으며, 그 값에 일관된 상관성이 있었다는 점에 서 향후 조경용 녹음수 선정에 있어서 수관부의 물리적 특성이 중요한 고려사항이라는 점은 분명하게 밝힐 수 있었다.
Ⅳ. 결론
본 연구는 하절기 옥외공간에서 조경용 녹음수에 의해서 어 느 정도의 일사가 차단되고, 그에 따라서 어느 정도의 열환경 이 개선되는지를 객관적 물리량으로 검증함에 목적이 있었다.
이를 위해, 수형과 수관의 물리적 특성이 명확하게 구분되는 낙엽교목성 수종인 미국참나무, 배롱나무, 참느릅나무를 대상 으로 2013년 4월부터 12월까지 매 시간마다 수관부를 연직 촬 영하여 시간경과에 따른 수관부 변화 특성을 비교하였으며, 같 은 기간 동안 각 수목의 수관하부에서 일사량과 흑구온도, 건 구온도를 매 분 단위로 계측하였다. 이중 수관부의 차폐율이 비교적 일정하게 유지된 6월에서 8월까지의 자료를 바탕으로 평균복사온도와 일사량과의 관계를 비교 분석하였다.
분석결과, 측정 대상목인 대왕참나무와 배롱나무. 참느릅나 무의 수관은 각각 99%, 98%, 97%의 높은 수관차폐율을 보였
다. 이에 따라서 수관하부에 도달한 평균 일사량도 각각 106W/
m2, 163W/m2, 201W/m2로 분석되어, 대조구의 평균값 823W/
m2와 비교했을 때 적어도 75% 이상의 일사가 녹음수의 수관 부에 의해 차단된 것으로 나타났다.
대조구의 평균복사온도가 평균 46.0℃일 때, 참느릅나무와 배롱나무가 각각 평균 34.77℃, 33.34℃로 10℃ 이상 저감되었 으며, 대왕참나무의 경우 평균 30.34℃로 약 16℃ 정도가 저감 된 것으로 확인되었다. 또한, 수관부에 의해서 차단된 일사량과 저감된 평균복사온도 사이에는 명확한 회귀관계가 성립되는 점도 확인되어, 도시의 옥외공간에서 조경용 녹음수에 의한 하 절기 온열 스트레스 저감효과가 매우 높음을 객관적인 수치를 근거로 규명할 수 있었다.
다만, 실험 여건상 통풍과 주변 지형 등 다양한 환경변수를 모두 동일한 조건을 충족시키는 데는 어려움이 있었고, 이에 따른 영향을 최소화하기 위하여 동일 공간 내에 위치한 단독 수목을 대상목으로 선정할 수 밖에 없었다. 따라서, 도심에서 조경용 녹음수로 가장 많이 식재되고 있는 느티나무와 벚나무, 회화나무와 같은 대형 녹음수를 대상목으로 선정할 수 없었다 는 점이 본 연구의 큰 한계점이라 할 수 있다. 또한, 한 곳의 소 규모 공간에 위치한 수목을 대상으로 한 점을 근거로 동일한 통풍 및 습도 조건으로 전제한 점과, 측정 수단의 한계로 인해 입체적인 엽밀도 특성을 계측하지 못하여 수관부의 차폐율과 일사차단율로 대체한 것도 본 연구의 한계로 밝힐 수밖에 없으 며, 이는 추후 지속적인 연구를 통하여 보완해야 할 사항으로 판단된다.
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