†: 이 논문은 2012년도 경남과학기술대학교 기성회 연구비 지원에 의하여 연구되었음.
Corresponding author: Nam-Hyong 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]
조경용 차양시설과 수목에 의한 하절기 옥외공간의 자외선 차단율 비교
†이춘석․류남형 경남과학기술대학교 조경학과
The Comparison of the Ultra-Violet Radiation of Summer Outdoor Screened by the Landscaping Shade Facilities and Tree
Lee, Chun-Seok․Ryu, Nam-Hyong
Dept. of Landscape Architecture, Gyeongnam National University of Science and Technology
ABSTRACT
The purpose of this study was to compare the ultra-violet(UV) radiation under the landscaping shade facilities and tree with natural solar UV of the outdoor space at summer middays. The UVA+B and UVB were recorded every minute from the 20th of June to the 26th of September 2012 at a height of 1.1m above in the four different shading conditions, with fours same measuring system consisting of two couple of analog UVA+B sensor(220~370nm, Genicom's GUVA-T21GH) and UVB sensor(220~320nm, Genicom's GUVA-T21GH) and data acquisition systems(Comfile Tech.'s Moacon). Four different shading conditions were under an wooden shelter(W4.2m×L4.2m×H2.5m), a polyester membrane structure (W4.9m×L4.9m×H2.6m), a Salix koreensis(H11×B30), and a brick-paved plot without any shading material.
Based on the 648 records of 17 sunny days, the time serial difference of natural solar UVA+B and UVB for midday periods were analysed and compared, and statistical analysis about the difference between the four shading conditions was done based on the 2,052 records of daytime period from 10 A.M. to 4 P.M.. The major findings were as follows;
1. The average UVA+B under the wooden shelter, the membrane and the tree were 39㎼/cm2(3.4%), 74㎼/cm2(6.4%), 87㎼/cm2(7.6%) respectively, while the solar UVA+B was 1,148㎼/cm2. Which means those facilities and tree screened at least 93% of solar UV+B.
2. The average UVB under the wooden shelter, the membrane and the tree were 12㎼/cm2(5.8%), 26㎼/cm2(13%), 17㎼/cm2(8.2%) respectively, while the solar UVB was 207㎼/cm2. The membrane showed the highest level and the wooden shelter lowest.
3. According to the results of time serial analysis, the difference between the three shaded conditions around noon was very small, but the differences of early morning and late afternoon were apparently big. Which seems caused by the matter of the formal and structural characteristics of the shading facilities and tree, not by the shading materials itself.
In summary, the performance of the four landscaping shade facilities and tree were very good at screening the solar UV
at outdoor of summer middays, but poor at screening the lateral UV during early morning and late afternoon. Therefore, it can be apparently said that the more delicate design of shading facilities and big tree or forest to block the additional lateral UV, the more effective in conditioning the outdoor space reducing the useless or even harmful radiation for human activities.
Key Words: UVA+B, UVB, Wooden Shelter, Polyster Membrane Structure, Tree
국문초록
우리나라의 공원과 옥외 공공 공간에서 쉽게 접할 수 있는 조경용 차양시설과 녹음수가 하절기 옥외 공간에서 태양광 의 자외선을 실질적으로 얼마나 차단하는가를 객관적으로 검증하기 위하여, 대표적인 조경용 차양시설인 목재쉘터, 막구조 물과 녹음수인 버드나무 하부의 자외선량을 현장에서 연속적으로 측정하여 태양광과 비교 분석하였다. 자외선 현장측정을 위하여 자외선 A와 B의 조사량을 지속적으로 측정 및 기록할 수 있는 자동시스템을 구축하였으며, 이를 각 시험구의 중앙부에 설치하여 지상 1.1m 위치의 연직방향 자외선량을 2012년 7월에서 9월의 오전 9시부터 17시까지 매 분 단위로 기록하였다. 기상조건과 계측자료의 유효성 등을 고려하여 총 17일 동안의 자외선량을 바탕으로 시험구별 특성을 해석하였 는데, 대조구에서 관측된 오전 10시부터 오후 4시까지의 총 648건의 10분 단위 평균데이타를 바탕으로 태양광 UVA+B와 UVB의 일중 시간대별 특성과 월별 특성을 비교하였다. 시설별 자외선량 비교에는 태양광의 자외선량이 현격하게 떨어지 는 9월의 자료를 제외하고, 7월과 8월의 15일치 자료 중 오전 10시부터 오후 4시까지 총 2,052건의 데이터를 바탕으로 분석하였다.
시험기간 동안 태양광의 UVA+B는 평균 1,148㎼/cm2로 측정되었는데, 이때 목재쉘터와 막구조물, 녹음수 하부에서 측정된 평균값은 각각 39㎼/cm2(3.4%), 74㎼/cm2(6.4%), 87㎼/cm2(7.6%)에 불과했다. 즉, 목재쉘터가 약 97%의 자외선 차단율 을 보여 가장 효과적인 것으로 나타났으며, 녹음수와 막구조물이 약 93%의 차단율을 보임으로서 세 시험구 모두 한낮 동안의 자외선을 최소 약 93% 이상 차단하는 것이 확인되었다. UVB의 경우, 태양광이 207㎼/cm2의 평균값을 보일 때 목재쉘터와 녹음수 및 막구조물이 각각 12㎼/cm2(5.8%), 17㎼/cm2(8.2%), 26㎼/cm2(13%)로 평균값이 분석되어, 막구조물의 차단율이 상대적으로 낮은 것이 확인되었다. 그러나, 전체적으로 태양광의 자외선량과 상대적으로 비교했을 때, 태양의 남중고도가 높은 한낮 동안에는 시험구별로 측정된 자외선량에서 큰 차이가 있다고 보기는 어려웠다. 반면에, 차양시설과 수목의 형태적 특성에 의해 태양남중고도에 따라서 측면으로 조사되는 자외선이 이른 오전과 늦은 오후에 높은 수준으로 측정되는데, 이것이 하절기 인간의 옥외활동에 더 큰 장애요인이 되는 것으로 해석되었다.
결론적으로 조경용 차양시설과 녹음수는 하절기 옥외공간의 태양광에 의한 자외선을 최소 93% 이상 차단하는 것으로 나타났다. 차양면의 재료와 특성에 따라서 차단율에 다소 차이는 발생하였지만, 전체적으로 비슷한 성능을 보인 것으로 해석되었다. 다만, 차양시설의 구조적 형태적 특성에 따라서 측면으로 유입되는 자외선을 차단할 수 있는 방안이 보완된다 면, 옥외의 쾌적한 휴식공간으로 기능할 수 있을 것으로 예상된다.
주제어: 자외선A, 자외선B, 목재쉘터, 막구조물, 녹음수
Ⅰ. 서론
인간이 옥외공간에서 쾌적한 활동을 함에 영향을 주는 대표 적인 요소 중의 하나가 태양광이다. 우리나라의 경우, 하절기의 많은 강우량과 함께 작열하는 태양광, 그 중에서도 자외선은 피부에 치명적인 영향을 주어 낮 시간 대 사람들의 옥외활동을 제약하는 대표적인 요인 중 하나이다. 일반적으로 자연 상태에 서의 자외선은 태양광 중에서 파장 약 10nm에서 400nm까지의 전자파를 총칭하는 것으로, 지구상의 생물과 환경에 미치는 영
향을 고려하여 파장 400～315nm를 UVA, 315～280nm를 UVB, 280～100nm를 UVC로 구분하고 있는데, UVC에 해당하는 200nm 이하는 대기와 공기 중에 거의 흡수되고, 실제 지표면상에서 인체와 생물에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 알려져 있다 (WHO, 1995).
자외선은 살균, 소독, 비타민 D의 생성으로 구루병 예방 등 인간의 생활에 필수적인 역할도 하지만, 강한 화학적 작용으로 인체와 생물에 치명적인 영향을 미치기도 하는 것으로 알려져 있다. 특히, 인체가 태양광에 과다하게 노출될 경우에는 홍반,
색소 침착 반응이 발생하며, 심한 경우 피부암까지 유발되는 것으로 보고되고 있다. 또한, 자외선에 대한 인체의 반응은 개 인차(특히 인종차)에 따라서 다양하게 나타는 것으로도 알려 져 있는데, 한국인을 포함한 동양인의 피부는 구미인과 비교할 때 상대적으로 뛰어난 대응 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다(Onaka, 2002).
그 동안 국내에서 이루어진 인체와 자외선 관련 연구로는 피 부과를 중심으로 한 의학 분야에서 자외선이 인체 피부에 미치 는 영향에 관한 연구(Jung and Youn, 1992; Jung and Suh, 2007; Lee and Kim, 2007), 야외 활동용 의류와 모자 등 자외선 차단 용품, 자외선 차단제 및 화장품 개발과 성능 평가에 관한 연구(Kang and Kim, 2003; Kim and Choi, 2002; Choi, 2003) 가 주를 이루고 있다. 반면에 일상 생활에서 인체가 가장 많은 자외선을 피폭하게 되는 옥외공간 자체에 대한 연구, 특히 자 외선량 조절 및 차단과 관련된 옥외공간의 구조적 특성이나 시설물의 자외선 차단 효과에 관한 연구를 국내에서 찾기는 어려웠다.
한편, 유전적으로 태양광의 영향에 민감한 백인이 많이 거주 하는 구미 여러 나라에서는 옥외활동에서 자외선에 의해서 인 체가 받는 영향에 대한 다양한 연구를 통하여 피해를 최소화하 기 위한 수단으로 옥외의 조경용 차양시설과 수목의 중요성이 강조되고 있으며, 공원과 수영장, 운동장 등의 레크레이션 공간 에 이미 설치되어 있는 차양 시설들이 자외선 차단에 대한 디 자인적인 고려와 기준이 부족하다는 점이 꾸준하게 지적되고 있다(Parisi et al., 2000; Turnbull and Parisi, 2004; Thrnbull, 2005 등). 특히 야외활동이 많은 어린이와 청소년들의 보호를 위해서 야외놀이터, 운동장, 수영장, 잔디밭 등 옥외공간에 충분 한 차양시설의 설치와 보완의 필요성이 강조되고 있다(Thrnbull, 2005).
주목할 점은 이러한 연구들이 대부분 옥외공간의 조성에 실 질적으로 관여하고 있는 조경분야 전문가가 아닌 광생물학자 또는 기상학자들에 의한 결과라는 것이다. 조경분야에서는 태 양광으로부터 인체를 보호하고, 쾌적한 옥외활동을 보장하기 위해서 파골라, 쉘터, 차광막 등 다양한 차양 시설과 가로수 또 는 녹음수가 주요한 수단으로 적용되고 있다. 그러나 실제 디 자인되고 설치된 차양시설들에 대해서 이용자가 체감하는 실 질적인 효과를 확인하고, 이를 개선하기 위한 노력은 부족했던 것으로 판단된다.
이에 본 연구에서는 옥외공간에서 가장 많이 활용 및 설치 되고 있는 차양 시설물을 대상으로 자외선 차단 효과를 현장 측정을 통해서 비교 분석하고자 하였다. 우선적으로 사계절이 뚜렷한 우리나라의 기후특성을 고려하여 하절기 한낮 동안의 남부지방에 위치한 공원에 도달하는 일사 자외선의 양과 대 표적인 공원 차양시설인 쉘터와 막구조물, 녹음수에 의해서
차단되는 자외선의 물리량을 상대적으로 비교함으로써 차양 시설의 효과를 객관적으로 비교 검증하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 연구대상지 및 시험구
본 연구의 목적이 하절기 주간에 우리나라의 옥외공간의 실 제 활용공간에 도달하는 자외선량과 차양시설이 차단하는 양 을 직접 측정하기 위한 것이기 때문에, 가급적 한 곳의 단위 공 간 내에 다양한 차양시설이 인접해서 설치되어 있는 곳을 대상 지로 선정하였다. 선정된 대상지는 경상남도 진주시 초전동 남 강변 평야지에 위치한 초전근린공원(면적 96,095m2)으로 1978 년부터 1994년까지 진주시의 생활쓰레기 매립지로 이용되던 곳 을 재생시켜 2009년에 개장한 지역의 대표적인 평지형 공원이 며, 주변에 경남농업기술센터를 중심으로 한 농경지가 넓게 형 성되어 있고, 고층 건물이나 구조물이 없어 태양광의 도달을 방해하는 요인은 없다.
대상지 내 설치되어 있는 차양 시설과 녹음수 중에서 독립적 으로 위치하고 있어, 주변의 그림자 영향을 받지 않는 쉘터와 녹음수, 막구조물(Polyester Membrane Structure)을 각 1개소 씩 시험구로 선정하였다. 우선, 쉘터는 처마 폭이 가로 세로 4.2m 이고, 처마 높이가 2.5m이면서, 지붕 상단부 중앙에 가로세로 각각 1.2m의 반투명 아크릴 소재의 피라미드형 투광창이 설치 되어 있는 정방형 목재 쉘터를 선정하였다. 녹음수는 수고가 11m이고, 수관폭과 지하고가 각각 10.5m와 2.2m인 버드나무 (Salix koreensis, H11×B30)를 선정하였으며, 폭과 너비가 각각 4.9m인 정방형 공간의 지면으로부터 평균 2.6m 상단에 두께
a: Wooden shelter b: Tree(Salix koreensis)
c: Membrane structure d: Control(open sky) Figure 1. Four experimental plots
a: Wooden Shelter b: Tree(Salix koreensis)
c: Membrane structure d: Control(open sky)
Figure 2. Skyview blocking factors of the four experimental plots
0.75mm의 백색 폴리에스터 막이 설치된 곳을 막구조물 시험구 로 선정하였다. 직달 태양광에 의한 자외선량을 계측하기 위한 대조구는 주변에 구조물이 없고, 점토벽돌로 포장된 광장부로 설정하였으며, 각 시험구는 반경 50m 이내에 위치하도록 선정 하였다(Figure 1 참조).
각 시험구의 차양 재료의 물리적 성질과 구성 형식이 너무나 상이하기 때문에, 특정 재료에 적합한 척도로 비교하기 곤란하 였다. 이에 각 시험구의 자외선 측정점에서 어안렌즈가 장착된 카메라를 이용하여 Figure 2와 같이 수평방향 360° 전방향과 수직방향 180° 범위의 천공면이 투영된 사진을 촬영하여 천공 차단율(Skyview Blocking Factor)을 계산하였다. 계산 결과, 대조구는 천공차단율이 29%였으며, 쉘터와 녹음수, 막구조물 은 각각 74%, 75%, 69%였다.
2. 계측 방법
각 시험구별 자외선 특성을 동시에 측정하여 비교하기 위해 서는 고가의 자외선 측정 장치가 네 대가 필요하나, 현실적으 로 이를 구비하기가 어려웠기 때문에, 현재 우리나라에서 구할 수 있는 유해 자외선 측정용 센서를 이용하여 UVA와 UVB를 동시에 측정할 수 있는 장치를 구성하여 적용하였다(Figure 3 참조). 우선, 자외선 측정 센서는 UVA와 UVB를 합친 UVA+B대역인 220～370nm를 검출할 수 있는 GUVA-T21GH 와 UVB 대역인 220～320nm를 감지하는 GUVB-T12GH((주) 제니컴, 2011)를 사용하였으며, 산업용 콘트롤 박스의 상단부
a: Ultra violet sensor b: UV receiver
c: AD converter and recorder d: Calibration Figure 3. UV measuring system
에 수평으로 각 대역별 2조씩 배치하였다. 측정부의 높이는 사 람이 앉아 있을 때의 노출된 얼굴의 높이에 해당되는 지면으로 부터 1.1m 지점에 위치하도록 스탠드를 구성하였으며, 아날로 스 방식인 자외선 센서 측정점과 신호변환장치 간의 전선 길이 에 따른 저항차를 최소화하기 위하여 모든 측정기에 동일한 종 류의 전선을 동일한 길이로 적용하였다.
자외선 측정치를 디지털 값으로 변환하기 위한 아날로그 디 지털 신호 변환장치는 모아콘(Comfile Technology, 2010)의 아 날로그 입력 모듈(RS-ADIN4)과 CPU 모듈을 조합하여 구성 하였으며(http://www.comfile.co.kr), Moacon Studio 1.00(Comfile Technology, 2011)을 이용하여 매 분마다 자동으로 UVA+B와 UVB를 측정하여 소형 메모리 카드에 텍스트 파일로 기록하도 록 프로그램을 작성하였다. 구성된 자외선 측정 장치의 측정치는 기성의 상용 완제품인 디지털 자외선 방사계 UVA+B(Solarmeter, 2010)를 이용하여 1차 보정하였으며, 일중 변화량 측정의 일관 성을 보장하기 위하여 2012년 7월 1일과 2일 양일간 옥외에서 Figure 3의 d와 같이 2차 보정작업을 진행하였다.
2012년 7월에서 9월 중 우천시와 운량이 많은 날을 제외하고, 태양이 관측되는 날의 오전 9시부터 오후 6시까지 측정을 진행 하였으며, 측정기는 매번 각 시험구별로 동일한 지점에 설치하 였다. 현장 여건 상 측정기의 전원은 축전지를 이용하여 공급 하였으며, 측정 종료 후 밤 시간 동안 충전을 실시하여 매번 측 정에는 완전충전 상태의 전원이 공급되도록 조치하였다.
3. 분석 방법
취득된 자료 중 우천과 전력 이상, 이상 기상 등에 의한 오류 로 판단되는 부분은 분석에서 제외하였으며, 대조구에서 측정
된 UVA+B 기준으로 일중 1,000㎼/cm2 이상이 관측된 총 17 일 동안의 자외선량을 바탕으로 매 10분 단위의 평균값을 계산 하여 시험구별 특성을 해석하였다. 구체적으로 2012년 7월 20 일, 21일, 24일, 26일, 27일, 28일, 29일, 30일, 8월 1일, 3일, 4일, 5일, 6일, 7일, 11일, 9월 25일, 26일의 측정치가 분석에 이용되 었다. 이중에서 대조구에서 관측된 오전 10시부터 오후 4시까 지의 총 648건의 10분 단위 평균데이타를 바탕으로 직달일사의 UVA+B와 UVB의 일중 시간대별 분포 특성과 월별 특성을 비교하였다.
차양시설과 녹음수의 자외선 차단 특성은 직달일사의 자외 선량이 현격하게 낮은 것으로 나타난 9월의 데이터를 제외하 고, 7월과 8월의 15일치 자료 중 오전 10시부터 오후 4시까지의 총 2,052건의 10분 단위 평균 데이타를 바탕으로 분석되었다.
구체적으로 목재쉘터 520건, 녹음수 512건, 막구조물 500건, 대 조구가 520건이었다. 시험구별 특성은 통계프로그램인 SPSS ver.12 (SPSS in., 2003)를 이용하여 비교 분석하였다.
여기서, 자외선에 의한 인체의 반응과 피해 특성은 앞 장에 서 기술한 바와 같이 인종과 피부색 등 개인적 차이에 의해 다 양하게 나타나고, 시험구별 자외선량의 차이에 따른 인체의 반 응과 유해성 차이를 규명하는 것은 본 연구의 범위를 벗어나는 내용이기 때문에 논의와 기술에서 제외하였다. 다만, 본 연구의 목적이 조경용 차양시설과 녹음수가 실제로 어느 정도의 태양 광 자외선을 차단하는가를 물리적 측정치로 비교하는 데 있었 기 때문에, 시험구별 상대적인 차이를 파악하고, 시설의 개선점 을 도출하는데 분석과 기술의 초점을 두었다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 태양광의 직달 자외선량 비교
시험 기간 중 태양광에 직접 노출된 상태인 대조구에서 측정 된 자외선량을 비교했을 때, Figure 4와 같이 오전 11시에서 오 후 2시까지가 가장 많이 조사된 것으로 나타났다. 오전 10시부 터 오후 4시까지의 조사량을 기준으로 계산했을 때, UVA+B 의 경우 평균 약 1,048㎼/cm2, 최대 1,833㎼/cm2, UVB의 경우 는 UVA+B의 약 17.8%에 해당하는 평균 약 187㎼/cm2, 최대 363㎼/cm2가 지표면에 도달한 것으로 측정되었다.
아울러, 측정치를 바탕으로 UVA+B와 UVB의 상관관계를 분석한 결과는 Table 1과 같은 회귀관계가 있었으며, 유의확률 1% 수준에서 R2값이 0.987로 매우 높게 도출되었다. 이는 서 로 분리된 자외선 센서를 이용하여 측정한 값임에도 두 측정치 간의 일관성이 매우 높다는 것을 보여주는 결과로, 시험구에 따라서 자외선량을 구분하여 측정해야 하는 본 실험의 조건을 충족시키는 것으로 해석되었다.
Figure 4. Time serial variation of solar UVA+B and UVB Legend:
Maximum
(㎼/cm2) Mean ± Std. Err.
(㎼/cm2) Regression UVA+B 1,833.35 1,048.92±16.61 B=0.1741×A+5.283*
(R2=.987) UVB 363.17 187.11±3.09
*: A=UVA+B, B=UVB
Table 1. UV of solar radiation(10:00～16:00)
2. 직달 자외선량의 월별 비교
시험구에서 관측된 시간대별 평균 자외선량(UVA+B)을 월별로 구분했을 때, 7월과 8월은 Figure 5와 같이 유사한 경 향을 보인 반면, 9월의 경우 한낮을 제외한 오전 오후에는 자 외선량이 급격하게 감소하는 것으로 분석되었다. 월별 평균값 기준으로 해석할 때, 8월에 평균 1,198㎼/cm2로 가장 많은 자 외선이 지표면에 도달하며, 다음으로 평균 1,102㎼/cm2인 7월 의 자외선량이 많은 것으로 볼 수 있다. 5% 유의수준에서 Duncan 방식으로 월별 자외선량의 평균값 차이를 검증한 결과, Table 2와 같이 세 달 모두 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 최고치를 기준으로 비교했을 때 8월에 최고 1,833
㎼/cm2가 측정되어 가장 높은 자외선량이 관측되었다. 7월의 경우에도 최고치가 1,778㎼/cm2로 나타났는데, 이는 8월의 최 고치에 비해 55㎼/cm2 정도의 차이 밖에 나지 않은 것으로, 실제 우리나라 남부지방의 자외선량은 7월과 8월에 가장 높 다는 것으로 해석할 수 있다. 반면에, 9월의 최고치는 1,229㎼
/cm2로 8월 최고치에 비해 600㎼/cm2정도 낮은 것으로 나타 났다.
UVA에 비해 인체에 상대적으로 심각한 영향을 미치는 것 으로 알려진 UVB를 중심으로 비교한 결과에서도 Figure 6에 서와 같이 8월이 평균적으로 가장 높은 값을 보였으며, 7월과 9 월의 순으로 높은 측정치를 보였다. 8월의 경우 태양의 남중고 도기에 해당되는 오전 11시에서 오후 2시 경까지는 명확하게 7
Figure 5. Monthly difference of solar UVA+B Legend:
Figure 6. Monthly difference of solar UVB Legend:
Table 2. Monthly comparison of solar UVA+B(10:00～16:00)
Month Maximum(㎼/cm2) mean ± Std. Err.
(㎼/cm2)
Duncan α=0.05
1 2 3
JUL 1,778.11 1,102.84±23.96 a - -
AUG 1,833.35 1,198.16±22.15 - b -
SEP 1,229.73 754.25±35.35 - - c
Table 3. Monthly comparison of solar UVB(10:00～16:00)
Month Maximum(㎼/cm2) mean ± Std. Err.
(㎼/cm2)
Duncan α=0.05
1 2 3
JUL 332.28 198.08±4.28 a - -
AUG 363.17 217.45±4.34 - b -
SEP 202.71 119.68±5.46 - - c
월보다 높은 값이 측정되었는데, 이를 제외한 오전 오후 시간 대에는 7월과 유사한 특성을 보이는 것으로 해석되었다. 반면 에 9월 말의 경우, 전 시간대에 걸쳐 현격하게 감소한 자외선량
이 측정되었다. UVB의 경우도 5% 유의수준에서 Duncan 방식 으로 평균값 차이를 검증한 결과, Table 3과 같이 세 달 모두 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.
3. 차양 소재에 따른 자외선 차단 효과
시험기간 동안에 각 시험구에서 관측된 7월과 8월의 UVA+B 량을 분석했을 때, 쉘터와 막구조물, 녹음수는 모두 태양광의 평균 자외선량의 약 90% 이상을 차단하는 것으로 나타났다 (Figure 7 참조). 구체적으로 대조구의 평균 자외선량이 1,148
㎼/cm2인데 반해, 목재 쉘터에서 측정된 평균값은 39㎼/cm2로 대조구의 약 3.4%에 불과했으며, 녹음수의 경우 평균 87㎼/cm2 로 7.6%, 막구조물은 평균 74㎼/cm2로 6.4%에 해당되는 자외 선량이 측정되었다.
따라서, 평균적인 자외선 차단율에 있어서는 목재쉘터의 효 과가 가장 큰 것으로 해석할 수 있었으며, 녹음수와 막구조물 의 경우 쉘터에 비해서 자외선 차단율이 떨어지는 것으로 나타
Figure 7. Time serial average of UVA+B at the plots Legend:
Figure 8. Time serial average of UVB at the plots Legend:
Plot Maximum
(㎼/cm2) Mean ± Std. Err.
(㎼/cm2)
Duncan α=0.05
1 2 3
Shelter 93.78 39.00±0.55 a - -
Tree 596.30 87.48±3.02 - b -
Membrane 853.28 74.35±2.95 - c -
Control 1,833.35 1,148.86±16.49 - - d
Table 4. Comparison of UVA+B at the plots
Plot Maximum
(㎼/cm2) Mean ± Std. Err.
(㎼/cm2)
Duncan α=0.05
1 2 3 4
Shelter 31.24 12.11±0.18 a - - -
Tree 91.23 17.49±0.50 - b -
Membrane 123.18 26.21±0.41 - - c -
Control 363.17 207.43±3.07 - - - d
Table 5. Comparison of UVB at the plots
났다. 5% 유의수준에서 Duncan 방식으로 평균값 차이를 검증 한 결과도 Table 4와 같이 목재쉘터의 경우만 통계적으로 유의 한 평균값 차이를 보이는 반면, 녹음수와 막구조물은 통계적인 차이가 없는 것으로 나타났다. 비록 통계적으로는 목재쉘터가 녹음수와 막구조물에 비해 자외선 차단율이 높은 것으로 나타 났지만, 대조구에서 계측된 직달일사의 자외선량과 비교했을 때, 시설물 및 녹음수 간의 자외선 수치의 차이가 상대적으로 미미하였기 때문에, 평균값 차이만을 바탕으로 현실적으로 인 체가 체감하는 자외선량에서 시험구 간에 현격한 차이를 보인 다고 단언하기에는 무리가 있을 것으로 판단되었다.
UVA에 비해 인체에 미치는 영향이 상대적으로 심각한 UVB 의 평균값을 분석한 결과, 전반적으로 높은 차단율을 보였으나, 완벽하게 차단하지는 못하는 것으로 나타났다. 구체적으로 대 조구의 평균 측정치는 207㎼/cm2인 반면, 목재쉘터는 12㎼/cm2 로 대조구의 5.8%에 해당되는 가장 낮은 값을 보였으며, 다음 으로 녹음수가 17㎼/cm2로 8.2%, 막구조물이 26㎼/cm2로 대조 구의 13%에 해당되는 가장 높은 값을 보였다. Table 5와 같이 5% 유의수준에서 Duncan 방식으로 평균값 차이를 검증한 결 과, 세 시험구 모두 통계적으로 유의한 평균값 차이를 보이는 것으로 분석되었다. 그러나, Figure 8에서와 같이 시험구별 UVB를 시간대별로 비교하였을 때, 태양의 남중고도가 높은 한낮 시간대의 자외선 차단율에 있어서는 쉘터와 녹음수의 차 이가 극명하게 구분되지는 않는 것으로 판단되었다.
4. 차양시설 및 녹음수의 구조적 특성에 따른 자외 선 차단 효과
시험구별 최대측정치를 비교했을 때, Figure 9에서와 같이
한낮 동안(11:00～14:00)에는 비슷한 수준의 차단율을 보이는 것으로 나타난 반면, 녹음수의 경우 오전 11시경과 오후 3시 이 후에 측정치가 급격하게 상승한 것을 확인할 수 있었다. 이는 수목의 형태적 특성에 기인하는 것으로 수관부 잎과 가지 사이 로 태양광이 센서에 직접 도달했거나, 태양의 남중고도가 낮아 진 오후에 수관 측면 또는 하부를 통과한 태양광이 측정부에 감지된 결과로 해석되었다. 또한, 막구조물에서도 오전 10시를 전후한 시점에 현격하게 높은 자외선량을 확인할 수 있는데, 이것도 막구조물의 구조적인 특징에 기인하는 것으로 판단되 었다. 치수상으로 막구조물의 차양 면적이 목재쉘터에 비해서 가로 세로 약 50cm 정도 넓고, 차양면의 높이는 목재쉘터의 처 마높이 2.5m와 비슷한 평균 2.6m에 설치되어 있었다. 그러나, 막구조물의 경우 네 모서리에 설치된 기둥에 차양막이 서로 다 른 높이로 매달려 있어 동향과 서향 모서리가 약 30cm 들어 올 려져 있고, 남향과 북향 모서리는 약 30cm 낮은 완만한 곡면 형 태로 구성되어 있었기 때문에, 동일 시간대임에도 불구하고 비 슷한 높이로 처마가 형성되어 있던 쉘터와 달리 차양막 동향
Figure 9. Time serial maximum UVA+B at the plots Legend:
Figure 10. Time serial maximum UVB at the plots Legend:
측면 하단을 통하여 태양광이 직접 조사된 결과로 판단되었다.
Figure 10에서와 같이 시험구별 UVB를 시간대별로 비교했 을 때도 태양의 남중고도가 높은 한낮 시간대의 자외선 차단율 에 있어서는 쉘터와 녹음수의 차이가 극명하게 구분되지는 않 은 반면, 오전 10시 이전과 오후 3시 이후에 막구조물과 녹음수 의 자외선이 급격하게 증가하였는데, 이는 그림 9의 UVA+B 와 동일한 시점의 태양광 조사 특성과 차양시설 및 수목의 구 조적 특성이 반영된 결과로 판단되었다.
이상의 결과를 정리할 때, 조경용으로 적용되고 있는 대표적 인 차양시설인 목재 쉘터와 막구조물, 녹음수인 버드나무의 경 우 하절기 옥외공간에서 인간이 체감하게 되는 자연적인 자외 선량의 90% 이상을 차단하는 것으로 나타났다. 특히, 목재 쉘 터의 경우 평균 약 97%의 자외선을 차단하는 것으로 분석되었 으며, 녹음수와 막구조물이 각각 93%와 94%의 자외선을 차단 하여 비슷한 특성을 보이는 것으로 분석되었다.
전반적으로 태양광의 자외선량이 최고조에 달하는 한낮 동 안에는 세 시험구 모두 높은 차단율을 보인 반면, 태양의 남중 고도가 낮은 오전과 오후 시간대에 녹음수와 막구조물의 차단 율이 급격하게 감소하는 경향이 나타났다. 이는 녹음수의 수관 부 구조와 지하고, 막구조물의 막 형태 및 높이 특성에 따른 측 면 일사의 직접 유입에 따른 결과로 판단되었다. 반면에 목재 쉘터는 분석대상 시간대에 일관되게 높은 차단율을 보였는데, 분석에 배제되었던 이른 아침과 늦은 오후 시간대의 자료에서
a: Membrane structure
b: Wooden shelter
Figure 11. The shade under the facilities at the late afternoon
는 다른 시험구와 마찬가지로 급격하게 자외선이 상승한 것을 확인할 수 있었다.
실제로 현장에서 관찰한 바에 의하면, 시험 기간 중 오후 5 시경 각 시험구가 형성하는 그늘은 Figure 11과 같이 고정 벤 치가 설치된 위치를 현격하게 벗어난 부분에 형성되고 있었으 며, 공원 이용자는 강렬한 오후 태양광 때문에 벤치를 이용하 기 어려운 실정이었다. 옥외공간에 흔하게 설치되고 있는 조경 용 차양시설의 이러한 문제점은 호주의 광생물학자인 Turnbull (2005)의 연구에서도 심각하게 제기되었던 문제이기도 하다.
따라서, 조경용 차양시설의 설계와 조성 시 한낮 동안의 태 양광 차단 뿐만 아니라, 태양의 고도가 낮은 오전 오후 시간대 에 시설물의 측면에서 조사되는 태양광을 차단하기 위한 형태 와 차양면의 넓이 등에 대한 기능적인 검토가 면밀하게 이루어 져야 할 것으로 사료된다. 아울러 녹음수의 경우도 단독으로 식재되기 보다는 여러 그루의 수목을 모아서 배치함으로써 수 관이 넓게 형성되도록 하는 것이 자외선 차단의 측면에서 효과 적인 방법으로 판단된다.
Ⅳ. 결론
본 연구에서는 대표적인 조경용 차양시설의 자외선 차단효 과를 객관적 물리량으로 검증하기 위하여 경남에 위치한 평지 형 공원의 반경 50m 이내에 설치되어 있는 목재쉘터, 막구조물 각 1개소와 녹음수인 버드나무 하부의 수직면 자외선량을 측정 하여, 같은 시점의 태양광 자외선량과 비교하였다. 2012년 하절 기 15일 동안 한낮 기간(10:00～16:00)에 시험구에 조사되는 UVA+B와 UVB를 구분하여 매 분 단위로 측정하였으며, 측정 된 자료는 매 10분 단위 평균값으로 환산하여 시험구별로 비교 분석하였다.
분석 결과, 2012년 7월과 8월 시험기간에 측정된 태양광의 UVA+B는 평균 1,148㎼/cm2로 계산되었는데, 이때 목재쉘터 와 막구조물, 녹음수 하부에서 측정된 평균값은 각각 39㎼
/cm2(3.4%), 74㎼/cm2(6.4%), 87㎼/cm2(7.6%)에 불과했다.
즉, 목재쉘터가 약 97%의 자외선 차단율을 보여 가장 효과적 인 것으로 나타났으며, 녹음수와 막구조물이 약 93%의 차단율 을 보임으로써 세 시험구 모두 한낮 동안의 자외선을 최소 약 93% 이상 차단하는 것이 확인되었다. UVB의 경우, 태양광이 207㎼/cm2의 평균값을 보일 때 목재쉘터와 녹음수 및 막구조 물이 각각 12㎼/cm2(5.8%), 17㎼/cm2(8.2%), 26㎼/cm2(13%) 로 평균값이 분석되어, 막구조물의 차단율이 상대적으로 낮은 것이 확인되었다. 그러나, 전체적으로 태양광의 직달 자외선량 과 상대적으로 비교했을 때, 태양의 남중고도가 높은 한낮 동 안에는 시험구별로 측정된 자외선량에서 큰 차이가 있다고 보 기는 어려웠다.
반면에, 태양의 남중고도가 낮은 이른 오전과 늦은 오후 시 간대에 시험구의 자외선량이 급격하게 증가하는 경향이 관측 되었는데, 이는 차양시설과 수목의 측면이 개방되어 있는 형태 적 특성에 기인하는 것으로 판단되었다. 즉, 각 시험구의 차양 면을 구성하고 있는 재료 자체의 특성에 따라서 자외선 차단율 에 현격한 차이를 보인다고 판단하기는 어려우며, 오히려 차양 시설과 수목의 형태적 특성에 따라서 태양의 남중고도가 낮을 때 측면으로 조사되는 자외선이 하절기 인간의 옥외활동에 더 큰 장애요인이 되는 것으로 판단되었다.
옥외공간에 설치되어 있는 조경용 차양시설과 녹음수 하부 의 자외선 수치를 현장에서 실시간으로 동시에 측정하여, 객관 적인 물리적 수치로 비교하였다는 점에 본 연구의 의의가 있다.
그러나, 여러 가지 현실적 여건 상 다양한 소재와 형태의 시설 을 대상으로 하지 못하였고, 2012년 여름철에 국한된 측정에 근거하여 분석이 이루어진 점은 본 연구의 큰 한계점이라 할 수 있다. 특히, 계절적 변화가 큰 녹음수의 경우 수종과 수목의 규격, 엽밀도 특성, 군식 여부 등에 따라서 자외선을 포함한 태 양 복사에너지의 차단에 현격한 차이가 있을 것으로 예상되는 데, 본 연구에서는 한 그루의 버드나무 하부에서 측정한 자외 선 값을 근거로 비교하였다는 점도 연구의 또 다른 한계라 할 수 있다.
따라서, 우리나라의 기후 특성을 고려하여 녹음수의 성상과 형태적 특성에 의해서 각 계절의 자외선 차단 특성이 어떻게 변화하는지에 대한 연구와 녹음수의 군식과 열식 등 배식형태 에 따른 자외선 차단율의 변화에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 본 연구의 결과에서 살펴본 바와 같이 차양시설의 자외선 차단효과에 있어서 재료보다는 구조적 특 성이 중요한 영향인자로 판단되는바, 각 유형의 차양시설에 대 해서 차양면의 구조가 자외선 차단에 어떤 영향을 미치는 지에 대한 구체적인 연구도 필요할 것으로 사료된다.
향후, 이러한 한계점의 개선을 포함한 다양한 연구를 통하여 조경용 차양 시설의 설계 및 개발에 필요한 합리적인 기준과
근거가 마련되고, 나아가 가로녹지를 비롯한 쾌적하고 이용하 기 편한 공원녹지의 확보 및 조성의 당위성을 널리 인식시킬 수 있는 객관적 근거도 마련될 수 있을 것으로 기대된다.
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