†: 이 논문은 2016년도 경남과학기술대학교 대학회계 연구비 지원에 의하여 연구되었음.
Corresponding author: Nam-Hyung Ryu, Dept. of Landscape Architecture, Gyeongnam National University of Science and Tech- nology, Jinju 52725, Korea, Tel.: +82-55-751-3303, E-mail: [email protected]
조경용 차양 재료의 공극률이 하절기 옥외공간 평균복사온도에 미치는 영향
†이춘석․류남형 경남과학기술대학교 조경학과
The Influence of the Landscaping Shade Materials' Porosity on the Mean Radiant Temperature(MRT) of Summer Outdoors
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 evaluate the influence of landscaping shade materials’ porosity on the Mean Radiant Temperature (MRT) of summer outdoors. The MRTs were measured under seven different types of black membranes with holes of 8mm diameter at different intervals applied on the top of wooden boxes, and compared with those of four additional control plots with or without shade and lateral boxes. The applied porosities were 0.5, 1, 2, 4, 8, 16%, and 32%, and three groups of three shades were compared sequentially from August 13 to September 8, 2016. The MRTs under the shade without lateral block, no shade with lateral block, and shade with lateral block were 33.08℃, 45.80℃, and 42.3℃, respectively, while that of no-shaded no-lateral screen was 44.26℃, based on records from 11:00 AM to 3:00 PM on the days with a peak globe temperature higher than 30℃. An ANCOVA analysis showed that the MRTs under the shades with 0.5, 1, 2, 4, 8, 16%, and 32% porosities were calculated as 43.40, 43.10, 41.49, 40.43, 39.61, 37.91℃, and 38.12℃, respectively, while that in the no shaded control box was 45.8℃. The curve fitted between MRTs and the porosity showed a U-shaped quadratic function with the minimum MRT at 16% practically or 22.5% statistically.
Key Words : Outdoor Thermal Condition, Thermal Comfort, Coolness, Ventilation
국문초록
하절기 옥외공간에서 조경용 차양 소재의 공극률 차이에 따른 온열환경의 개선 효과를 객관적 물리량으로 검증하기 위해, 도심 건물 옥상에 조성된 암상자 상단에 공극률을 달리한 흑색 막소재의 차양을 설치하고, 그 하부의 평균복사온도의 차이를 계측하여 비교하였다. 적용된 공극률은 각각 0.5, 1. 2, 4, 8, 16, 32% 였으며, 2016년 8월에서 11월까지 세 조씩
순차적으로 비교되었다. 일 최고 흑구온도가 30℃ 이상인 날의 오전 11시부터 오후 3시까지의 자료를 비교한 결과, 차양과 측벽이 설치되지 않는 개방구의 평균복사온도가 44.26℃일 때, 무측벽-유차양구, 유측벽-무차양구, 유측벽-유차양구의 값은 각각 33.08, 45.80, 42.03℃로 차양과 측벽 유무에 의한 명확한 차이가 확인되었다. 측정 시기별 평균복사온도 기준치를 보정하기 위하여 대조구의 값을 공변량으로 공극률에 따른 값을 공분산분석(ANCOVA)한 결과, 유측벽-무차양구의 평균 값이 45.80℃일 때, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16, 32% 공극률 차양 하부의 값은 각각 43.40, 43.10, 41.49, 40.43, 39.61, 37.91, 38.12℃로 계산되었다. 공극률과 평균복사온도 사이에는 약 22.5%의 공극률을 최저점으로 하는 U자형의 2차 함수의 관계가 있는 것으로 분석되었다. 결론적으로, 본 연구를 통해서 차양의 공극률이 높아질수록 일정 수준까지는 평균복사온도를 저감시 키는 효과가 있음을 확인할 수 있었으며, 그 한계값은 물리적 측정치로는 16%였으며, 통계적 추정치로는 약 22.5%였다.
주제어 : 옥외 열환경, 열쾌적성, 시원함, 통기
Ⅰ. 서론
우리나라의 여름철은 상대적으로 높은 기온으로 옥외활동의 가능성이 가장 높은 계절이기도 하지만, 한낮의 위험한 수준의 일사와 이로 인한 살인적인 더위 때문에, 야외활동을 주저하 게 되는 계절이기도 하다. 옥외공간에서의 인간의 활동에 영향 을 미치는 부정적 요소의 개선을 통하여, 보다 쾌적한 환경을 조성하는 것은 조경분야의 중요한 임무 중의 하나라는 점에 서 이에 대한 고민과 연구가 보다 적극적으로 이루어져야 할 것으로 생각된다. 아울러, 이런 부정적 요소의 개선책을 고민하 는 과정에서 조경분야의 새로운 산업적 가능성도 발견할 수 있 을 것으로 기대된다.
일반적으로 특정 공간에서 인간이 체감하는 미기후는 태양 의 복사에너지가 지면에 도달하여 지상의 물체를 가열하고, 공 기 중에 대류하고, 증발하는 현상에 의해서 결정된다. 이것을 바 탕으로 인간이 느끼는 열환경은 주로 인체를 중심으로 한 에 너지 평형모델로 설명되는데, 이 에너지 평형은 인체 주변의 습도, 온도, 바람, 복사에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있 다. 이 중에서 기온과 습도를 제외한 복사와 바람만이 인위적 인 경관요소의 조작을 통하여 변화시킬 수 있는 요소에 해당된 다. 전통적으로 복사의 조절에는 주로 녹음수와 차양 구조물이 적용되어 왔으며, 바람의 조절을 위해서도 지형과 방풍시설 등 의 여러 물리적 요소들이 고려되어 왔다(Brown and Gillespie, 1995). 즉, 옥외 공간에서 복사는 주로 물체를 가열하는 요소로, 바람은 냉각시키는 요소로 작용하기 때문에, 옥외 공간의 열쾌 적성을 효과적으로 조절을 위해서는 차양을 이용한 복사량 조절과 함께, 이것에 의해서 야기되는 통풍과 대류, 바람의 조 절이 필수적인 고려사항이라 할 수 있다(Brown, 2010).
최근의 연구에서도 야외에서 이용자가 느끼는 열 스트레스 의 주된 요인은 일사를 중심으로 한 복사에너지이며, 이를 조 절하기 위한 수단으로 그늘의 제공이 가장 효과적이고, 그중에 서도 도시에서는 가로수 또는 녹음수의 식재가 가장 효율적이
라는 점이 재차 확인되고 있다(Potchteret al, 2011; Toy and Yilmaz, 2010; Ahnet al., 2013). 구체적으로, 교목의 수관부에 의해서 여름철 야외의 평균복사온도가 최대 16℃까지 낮아지 는 것으로 보고된 바 있으며(Lee and Ryu, 2014), 잔디밭에 위 치한 단독 느티나무 아래의 평균복사온도가 그늘이 없는 곳에 비해 15℃ 낮았다는 연구결과도 발표된 바 있다(Choi and Lee, 2007). 또한, 함양 상림숲 내부와 인공포장 주차장 상부의 평균 복사온도를 비교한 연구에서 숲 내부가 외부에 비해 최대 35℃
까지 낮은 것으로 확인된 바 있다(Ryu and Lee, 2014).
그러나, 녹음수의 이와 같은 탁월한 열환경 개선 효과에도 불구하고, 녹음수 만으로 옥외공간의 차양을 완성하기에는 한 계가 있으며, 다양한 유형의 차양 시설이 함께 설치되는 것이 현대 옥외공간 조성의 일반적인 경향이다. 특히, 도시광장 등의 포장면 상부나, 건축물 및 구조물 인접지역 등 녹음수의 식재 가 곤란한 곳에서의 인공시설물을 이용한 차양의 제공은 녹음 수에 대한 자연스러운 대안으로 보여진다. 현실적으로도 설치 의 편의성과 경제적인 가격, 가변성 등의 효율성에 기반하여 다 양한 막구조물이나 파라솔, 어닝(Awning), 천막, 차양망과 같 은 박막형 소재를 이용한 다양한 형태의 시설물이 적용되고 있 다. 그러나, 이들 소재의 특성에 따른 효과에 대한 연구는 아직 많이 부족한 것으로 보인다.
차양 소재의 특성과 열환경 조절 효과에 관련된 연구로는 건 축용 막재의 반사도에 따른 건축물 에너지 효율 증대방안에 관 한 종류의 연구가 이루어진 바 있으며(He and Hoyano, 2009;
YOSHIDAet al., 2006), 천 소재의 일사 흡수 및 차단율 측정 을 중심으로 착의 특성에 따른 옥외공간에서의 체감 온열쾌적 성 변화를 이해하려는 연구가 진행된 바 있다(Watanabeet al., 2008). 그러나, 이런 연구들은 열화상카메라를 이용하여 건축 물의 에너지 효율을 높이기 위한 방안을 검토하거나, 의류의 종 류에 따라서 사람이 느끼는 온열감에 초점을 둔 것들로, 본 연 구에서 시도하고 있는 옥외공간에서의 일사의 차단이나 통풍 의 조절에 관한 결과로 직접 비교하기가 곤란하였다. 한편, 공
극성 차양망과 관련된 연구로는 주로 농업용 시설과 재료에 집 중되어 있으며, 직조 방식과 소재의 변화에 따른 투과 일사량 의 변화와 이에 따른 농업생산성 변화에 대한 연구가 주를 이 루고 있다(Holcman and Sentelhas, 2012; Al-Helal and Abdel- Ghany, 2011).
조경분야의 주된 관심영역인 옥외공간에 대해서는 통제 불 가능한 다양한 환경적 변수 때문에, 차양 소재의 특성에 따라서 사람이 느끼는 체감더위를 직접적으로 비교한 자료는 찾기가 어려웠다. 최근에 이루어진 박막형 차양 소재의 명암 차이에 따른 평균복사온도 변화에 관한 연구(Lee and Ryu, 2015)의 결과에 의하면, 동일한 소재인 경우에도 색상의 밝기에 따라서 일사의 반사율과 흡수율, 투과율에서 차이가 발생하여 그 하부 의 열환경에도 영향을 미치며, 밝은 색보다는 어두운 색의 소 재가 일사 차단에는 다소 효과적인 것으로 나타났지만, 실제 이용자가 체감하는 수준에서는 그 효과 차이가 현격하게 크지 않은 것으로 확인되었다. 반면에, 농업용 차양망과 비교한 결과 에서는 오히려 차양면의 통기성에 의한 영향이 더 큰 것으로 확인되었는데, 실험 소재의 차이와 다공성 차이에 대한 정의가 불가하여, 그 효과의 객관적인 비교가 어려웠다. 그러나, 이러 한 결과는 전술한 바와 같이, 옥외공간의 체감 열환경에 대한 영향 요소 중, 인위적으로 조절가능한 대표적인 것이 일사의 조절과 함께 통풍의 조절이며, 조경을 통해서 개선할 수 있는 대표적인 항목임을 보여주는 결과로 이해되었다.
이에 본 연구에서는 차양 시설의 통풍도에 영향을 미치는 재 료의 공극률 차이에 따른 열환경 조절 특성을 파악하고자 하였 다. 이를 위해 파라솔과 어닝, 야외용 텐트 등의 주 소재인 방 수 캔버스 천에 일정한 크기의 공극을 다양한 간격으로 조성하 여 소재의 공극률에 변화를 부여하고, 이에 따른 차양 효과의 변화 특성을 중점적으로 비교하였다. 특히, 차양 소재의 통기 성에 따른 열환경 변동량에 한정하여 객관적 수치로 비교하기 위하여, 측면 통풍이 차단된 소규모 시험구를 조성하고, 여름철 각 차양 하부의 평균복사온도(Mean Radiant Temperature:
MRT)를 기준으로 비교하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 차양 재료
차양 재료의 공극률에 따른 그 하부의 열환경 특성을 비교 분석하기 위하여, 도심 상업시설 옥외공간에 주로 사용되고 있는 막구조물 또는 어닝(Awning)용 흑색 캔버스 천을 주 재료로 선정하였다. 시험에 사용된 캔버스천은 PTFE(Poly- tetrafluoroethylene) 소재의 표면 방수 처리된 아크릴 천으로 밀도는 295g/m2이며, 색차계(Minolta CR-300)를 이용해 5회
반복으로 측정한 소재의 색상 Lab 값은 L: 19.53, a: 0.21, b:
0.04이다. 차양 재료의 다공성을 객관적 척도로 비교하기 위하 여 우선 균일한 공극을 일정간격으로 조성하였다. 공극의 크기 는 공극율 계산의 편의를 위하여 지름 8mm인 원형으로 하였 으며(단위면적 약 50.3mm2), 공극 간의 최대 간격 100mm를 기준으로 면적이 배수로 증가하도록 타공하여 총 7 단계로 공 극률을 달리한 차양을 구성하였다(Figure 1 참조).
2. 시험구 구성
차양 재료의 공극률에 따른 하부 공간의 열환경 특성을 비교 하기 위하여 경상남도 진주시에 위치한 G대학교의 4층 건물 옥 상에 가로×세로×높이가 각각 800×850×800 mm인 직육면체의 목재 차광 상자 다섯 조를 Figure 2와 같이 조성하고, 그 상단 면에 Figure 1과 같이 공극비율을 달리한 차양소재를 고정시켰 으며, 그 하부 150mm 지점의 흑구온도와 건구온도를 계측하여 평균복사온도로 비교하였다. 효율적인 비교를 위해서 측면 네 방향이 모두 개방된 무측벽-무차양구와 그 상부에만 무공극 차 양이 설치된 무측벽-차양구, 측면 네 방향이 차단된 유측벽-무 차양구와 그 상부에 무공극 차양막이 설치된 유측벽-차양구,
a; 0% b; 0.5% c; 1% d. 2%
e; 4% f; 8% g; 16% h. 32%
Figure. 1 The porosities of the applied shades
Figure 2. MRT measuring boxes
이렇게 네 조의 측정구를 참조구로 설정하여, 전 측정기간 동 안 지속적으로 계측을 진행하였다. 이 기간 동안, 남은 세 개의 차광상자 상단에 공극률이 다른 막을 세 조씩 순차적으로 설치 하여 그 차이를 계측하였다. 그러나, 측정기간 동안의 기상 상 황과 현장에서 확인된 시험구별 측정치의 차이 유무, 측정기계 의 정상작동 여부에 따라서 측정 기간은 다소의 차이가 있었다.
우선 1단계로 8월 13일부터 23일까지 0.5, 1, 2% 공극률의 차 양이 비교되었고, 8월 24일부터 10월 중순까지는 2, 4, 8% 공 극률의 차양이 비교되었는데, 이 기간 동안은 태풍과 지속된 강 우로 인해 측정기간이 예상보다 길어졌다. 마지막으로 8, 16, 32%의 공극률 차양은 10월 19일부터 11월 8일까지 측정이 진 행되었다.
각 시험구의 평균복사온도 계산에 적용될 흑구온도와 건구온 도는 Figure 3의 a와 같이 직경 50mm의 황동 흑구 및 알루미 늄 방사차폐우산 각각에 정밀측온저항체인 Pt-100 온도센서를 결합하여 측정하였다. 아울러, 연직방향의 통기성을 계측하기 위한 용도로 보쉬사(Bosch Sensors, 2016)의 열막형 공기량 측 정 센서(HFM-5, Figure 3의 b)를 상향과 하향으로 설치하여 그 측정치를 비교하였다. 각 센서의 측정치는 모아콘(Comfile Technology, 2016)의 온도 계측 모듈(RS-THRT)을 중심으로 한 계측시스템을 이용하여 디지털로 변환되었으며, RS-485 Mo-
a; Sensor arrangement b; Air flow meter
c; DAQ unit d; Calibration
Figure 3. MRT and air flow measuring sensors and arrangement
Experimental stage Globe temperature
mean ± Std. Err. (℃) Air temperature
mean ± Std. Err. (℃) Relative humidity mean ± Std. Err. (%)
Stage Duration
1 Aug. 13~Aug. 23 44.1±0.27 37.0±0.16 12.7±0.11
2 Aug. 24~Oct. 18 37.3±0.20 30.6±0.16 16.7±0.15
3 Oct. 19~Nov. 8 28.2±0.21 22.1±0.16 21.1±0.11
(Aug~Nov, 11:00～14:59)
Table 1. Mean of the temperatures and relative humidity at each experimental stage
dbus RTU 통신 프로토콜을 이용하여 매 분 단위로 데이터 저 장용 컴퓨터에 기록되도록 하였다(Figure 3의 c 참조).
아울러 측정기간 동안 목재차광 상자의 그림자가 다른 상자 에 영향을 미치지 않도록 배치간격과 위치를 충분히 이격하였 고, 건물 난간에 의한 그림자 영향도 배제하기 위하여 충분한 거리를 확보하였다. 또한, 각 측정구의 측정 오차를 최소화하기 위하여 Figure 3의 d와 같이 사전 예비측정을 통하여 교정하였 으며, 측정 상자 내부의 온도계는 모두 오차범위 ±0.1℃ 이내에 있음을 확인하였다.
3. 분석 방법
차양막 하부의 실제 평균복사온도 비교를 위해서는 네 개 시 험구에서 계측된 자료를 바탕으로, 강우가 없고 대조구의 일 최 고 흑구온도가 30℃ 이상으로 상승했던 것으로 확인된 일자의 자료만을 대상으로 분석이 이루어졌으며, 이중에서 오전 11시 에서 오후 3시까지 5,202건의 10분 단위 평균 자료를 기준으로 평균복사온도를 비교하였다. 분석 대상 기간 동안에 무측벽- 무차양 기준구에서 관측된 기상요소를 정리하면 Table 1과 같 은데, 평균기온은 측정단계별로 1단계 37℃, 2단계 30.6℃, 3 단계 22.1℃였으며, 상대습도의 평균은 각각 12.6, 16.7, 21%였 다. 평균복사온도의 계산에는 ISO 7726(2001)에 제시되어 있 는 환산식을 적용하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 차양과 측벽 유무에 따른 참조구의 평균복사온도 비교
시험 전 기간 동안의 측정치를 바탕으로 참조구에 해당되는 차양 및 측벽 유무에 따른 평균복사온도 값을 분산분석으로 통 하여 비교한 결과는 Table 2와 같았다. 우선, 아무런 처치가 없 었던 무측벽-무차양 참조구의 평균복사온도가 평균 44.3℃일 때, 측면사방이 차단되고 상부 차양은 없는 참조구의 평균 값 은 45.8℃로 약 1.5℃ 정도 높게 나타난 반면, 측면 차단 없이 차양만 처치된 참조구는 약 33.1℃로 무차양구에 비해 약 11℃
정도 낮은 것으로 분석되었으며, 측면의 차단과 함께 완전차양
이 적용된 참조구의 경우도 측면차단 무차양구에 비해 약 3.8℃
가 낮은 것으로 확인되어 차양에 의한 평균복사온도의 저감 효 과는 명확하게 확인할 수 있었다. Duncan 방식으로 사후 검정 한 결과, 5% 유의수준에서 네 시험구 모두 통계적으로 유의한 평균값 차이가 있는 것으로 확인되었다.
2. 차양의 공극률에 따른 평균복사온도 비교
각 측정 단계별 평균복사온도의 평균값을 분산분석을 통하 여 비교한 결과는 Table 3과 같다. 우선, 2% 이하의 공극률 차 양을 대상으로 한 1단계 측정결과에서는 차양 하부의 평균값이
Plots mean ± Std. Err.
(℃) Maximum
(℃) Minimum
(℃)
Duncan α=0.05
Lateral screen Top shade 1 2 3 4
No No 44.26±0.27 61.94 21.94 a - - -
Yes 33.08±0.20 46.79 18.94 - b - -
Yes No 45.80±0.29 60.93 23.31 - - c
Yes 42.03±0.25 59.32 24.12 - - - d
(Aug~Nov, 11:00～14:59)
Table 2. Comparison of the MRT under each control & reference shade
Stage
Plots
mean ± Std. Err.
(℃) Maximum
(℃) Minimum
(℃)
Duncan α=0.05 Lateral screen Porosity of top
shade(%) 1 2 3 4 5 6
(Aug)S 1
No 0 40.09±0.22 46.79 30.77 a - - - - -
100 51.81±0.42 61.19 35.65 - b - - - -
Yes
0 51.38±0.35 59.32 38.40 - b - - - -
0.5 49.88±0.33 57.93 37.70 - - c - - -
1 49.58±0.33 57.13 36.16 - - c - - -
2 49.43±0.32 56.65 37.19 - - c - - -
100 53.11±0.43 60.47 36.48 - - - d - -
S 2 (Aug~Oct)
No 0 33.34±0.17 44.36 25.24 a - - - - -
100 45.08±0.26 59.28 30.44 - b - - - -
Yes
0 42.75±0.29 56.50 25.09 - - c - - -
2 41.67±0.25 53.46 25.31 - - - d - -
4 41.23±0.25 53.47 25.71 - - - d e -
8 40.81±0.24 52.83 25.29 - - - - e -
100 46.71±0.28 60.93 30.66 - - - - - f
S 3 (Oct~Nov)
No 0 26.19±0.24 34.34 18.94 a - - - - -
100 35.69±0.33 46.10 21.94 - b - - - -
Yes
0 32.08±0.22 39.57 24.12 - - c - - -
8 31.25±0.20 38.75 24.40 - - - d - -
16 30.36±0.21 38.79 22.49 - - - - e -
32 30.57±0.22 39.90 22.34 - - - d e -
100 37.28±0.31 48.33 23.31 - - - - - f
Table 3. Comparison of the MRT under each Shade
무차양 참조구와는 명확하게 차이가 나는 것으로 분석되었지 만, Duncan 방식으로 사후 검정한 결과, 공극률 변화에 따라서 는 통계적으로 유의한 차이는 확인되지는 않았다. 이 기간 동 안, 무측벽-무차양구의 평균복사온도가 51.8℃일 때, 무측벽- 차양구는 40℃로 11℃ 이상 차이가 나는 것으로 확인되었다.
반면에, 측벽이 설치된 차양 하부의 값을 비교했을 무차양구 가 약 53.1℃로 가장 높게 나타났고, 이에 비해 무공극(0%) 차 양구의 값은 51.4℃로 약 1.7℃ 정도 낮은 것으로 분석되었다.
0.5, 1, 2% 공극률의 차양막 아래의 값은 각각 49.9, 49.6, 49.4℃
로 분석되어 무공극(0%) 차양에 비해서는 약 1.5℃에서 2℃
정도의 차이가 있는 것으로 나타났으며, 무차양구에 비해서는
3℃ 이상 차이가 나는 것으로 확인되었다. 공극 유무에 따른 평 균복사온도의 차이는 통계적으로도 의미가 있는 것으로 확인 되었다.
2, 4, 8% 공극률의 차양을 적용한 2단계 측정 결과에서는 무 측벽-무차양구의 평균복사온도가 45℃일 때, 무측벽-차양구 의 값은 33℃로 차양에 의한 12℃ 정도의 차이가 확인되었다.
이때, 유측벽-무차양구의 평균복사온도는 46.7℃였으며, 무공 극 차양 하부는 42.7℃로 약 4℃ 정도 낮은 것으로 분석되었다.
2, 4, 8% 공극률 차양 아래의 값은 각각 41.7, 41.2, 40.8℃로 분 석되어 공극률이 배로 증가할 때, 약 0.5℃정도씩 낮아지는 것 으로 나타났으나, 사후 검정 결과 2%와 4%, 4%와 8% 사이에 서는 통계적으로 유의한 차이는 없는 것으로 확인되었다.
8, 16, 32% 공극률의 차양을 적용한 3단계 측정에서는 무측 벽-무차양구의 평균복사온도가 36℃일 때, 무측벽-차양구의 값 은 26.1℃로 나타났다. 유측벽-무차양구의 값이 37℃일 때, 유 측벽-무공극 차양구는 32℃였으며, 8, 16, 32% 공극률의 차양 구는 각각 31.3, 30.4, 30.6℃로 16% 차양구의 값이 가장 낮은 것으로 나타났다. Duncan 방식으로 사후 검정결과에서 32%
공극률 차양구의 값은 16% 공극 차양구의 값과 통계적으로 유 의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
이상의 결과에서, 측정 시기에 관계없이 차양의 유무에 따 라서는 평균복사온도의 명확한 차이는 확인되었다. 또한, 상대 적으로 미세하지만 공극률의 변화에 따라서도 일정한 영향이 있음이 확인되었다.
3. 차양의 공극률에 따른 평균복사온도 변화 고찰 시험구의 여건상 공극률을 달리한 일곱 단계의 차양효과가
df Type Ⅲ sum of squares Mean square F Sig.
Corrected model 8a 216,269.62 27,033.70 5,078.97 0.00
Porosity 7 6,783.90 936.27 174.33 0.00
MRTr 1 124,712.82 124,712.27 23,472.01 0.00
Porosity (%) Corrected MRTy(℃)
Comparison between porosities(Bonferroni)(%)
0.5 1 2 4 8 16 32
0.5 43.40 - 1.00 0.00* 0.00* 0.00* 0.00* 0.00*
1 43.10 1.00 - 0.00* 0.00* 0.00* 0.00* 0.00*
2 41.49 0.00* 0.00* - 0.00* 0.00* 0.00* 0.00*
4 40.43 0.00* 0.00* 0.00* - 0.00* 0.00* 0.00*
8 39.61 0.00* 0.00* 0.00* 0.00* - 0.00* 0.00*
16 37.91 0.00* 0.00* 0.00* 0.00* 0.00* - 1.00
32 38.12 0.00* 0.00* 0.00* 0.00* 0.00* 1.00 -
a:R squared=0.922(Adjusted R squared=0.921)
y: Mean of covariance(MRTr)=45.80
*:p<0.05
Table 4. Comparison of corrected MRT between porosities through ANCOVA analysis
동시에 계측되지 못하고, 세 단계에 걸쳐 세 조씩 순차적으로 계측된 값이 분석에 이용되었다. 따라서, 순수하게 공극률의 변 화에 따른 차양효과를 객관적으로 비교하기 위해서는 측정 시 기에 따른 평균복사온도 차이에 의한 교락효과를 수정할 필요 가 있었다. 또한, 측정상자에 의한 측면차단 효과의 영향도 배 제하기 위해서, 유측벽-무차양구의 값을 공변량으로 공극률에 따른 평균복사온도를 공분산분석(ANCOVA)한 결과, Table 4 와 같이 정리되었다. 전반적으로 차양의 공극률이 증가될수록 그 하부의 평균복사온도는 순수하게 낮아지는 것으로 확인되 었다. 측정시기에 따른 교락효과가 배제된 유측벽-무차양구의 평균복사온도가 45.8℃ 일 때, 0.5%에서 16%로 공극률이 변화 함에 따라 평균복사온도는 43.4℃에서 37.9℃로 점진적으로 낮 아지다가 32%에서는 38.1℃로 다시 약간 높아지는 것으로 나 타났다.
공극률에 따른 평균값 차이가 통계적으로 유의한지를 검정 한 결과, 0.5%와 1%, 16%와 32% 사이의 평균값 차이는 통계 적으로 유의하지 않은 것으로 나타난 반면, 그 사이 구간의 값 은 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 확인되었다. 이상의 결과를 바탕으로 2차 함수로 추세선을 분석한 결과는 Figure 4 와 같았으며, R2은 .954로 계산되었다. 이 추세선을 바탕으로 판단할 때, 약 22.5%의 공극이 있는 차양하부의 평균복사온도 가 가장 낮을 것으로 예측되었으나, 예측된 값을 기준으로 검 토할 때, 공극률 16%에서 32%사이에의 평균복사온도 차이는 1℃ 이하로 매우 작은 수준이기 때문에, 현실적으로 큰 의미는 없을 것으로 판단되었다.
각 시험구에서 측정된 통기량을 비교한 결과, 무측벽-무차양 시험구의 통기량이 100%(상향 65.2%, 하향 34.8%)일 때, 유측
Figure 4. The relation between the MRT and the porosity of shade
벽-무차양 시험구의 통기량은 약 35%(상향)인 것으로 확인되 었으나, 차양이 설치된 나머지 시험구의 통기량 변화는 유효하 게 계측되지 않았다. 따라서, 각 차양의 공극률에 따른 통기량 변화의 관련성은 확인하기 어려웠다. 이는 기존 연구에서와 같 이 지면과 평행한 측방향으로의 공기의 흐름 즉, 바람을 측정 하는 대신, 차양과 수직방향으로의 공기흐름을 계측했기 때문 으로 판단되며, 측면이 차단된 상태에서의 차양의 공극을 통한 통기량 변화는 극히 미세하다는 것을 보여주는 결과로 보인다.
또한, 본 연구에 적용된 공기량 센서의 경우, 측면에서 불어오 는 풍속을 측정하는 베인형 풍속계와는 달리 연직방향을 포함 한 다양한 방향의 바람을 계측하는 데는 유효한 방법임은 확인 되었으나, 대류 수준의 미세한 공기흐름 차이를 감지하기에는 한계가 있었던 것으로 판단된다.
Ⅳ. 결론
본 연구는 여름철 옥외공간에서 조경용 차양 재료의 공극률 차이에 따라서 어느 정도의 통기성이 개선되고, 그에 따른 온 열환경의 개선 효과는 어느 정도인지 객관적 물리량으로 검증 함에 목적이 있었다. 이를 위해, 도심 건물 옥상에 시험용 암상 자를 조성하여, 그 상단에 공극률을 달리한 흑색 막소재의 차 양을 설치하고, 그 하부의 평균복사온도의 차이를 계측하여 비 교하였다. 적용된 공극률은 각각 0.5, 1. 2, 4, 8, 16, 32% 였으 며, 시험 여건상 순차적으로 세 개씩 설치하여, 차양과 측벽의 유무를 달리한 네 조의 대조구와 비교하였다. 시험기간은 2016 년 8월에서 11월까지였으며, 일 최고 흑구온도가 30℃ 이상인 날의 오전 11시부터 오후 2시 59분까지의 자료를 비교하였다.
분석결과, 차양과 측벽이 설치되지 않는 개방된 곳의 평균복 사온도가 44.26℃일 때, 차양에 의해서는 약 11℃ 낮아져서
33.08℃로 나타난 반면, 측벽에 의해서는 약 1.5℃정도 상승되 어 45.80℃인 것으로 확인되었다. 측벽과 무공극 차양이 설치된 경우, 42.03℃로 무측벽-무차양 시험구에 비해 약 2.2℃ 정도 낮은 것으로 확인되었다. 공극이 있는 차양이 설치된 각 단계 별 시험구의 평균복사온도는 측벽과 무공극 차양이 설치된 네 조의 대조구와는 분명한 차이를 보였다. 또한, 공극률 변화에 따라서도 일정한 차이가 있는 것으로 확인되었으나, 그 값은 상대적으로 미미했다. 측정 시기별 평균복사온도 기준치를 보 정하기 위하여 대조구의 값을 공변량으로 공극률에 따른 값을 공분산분석(ANCOVA)한 결과, 유측벽-무차양구의 평균값이 45.80℃일 때, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16, 32% 공극률 차양 하부의 값은 각각 43.40, 43.10, 41.49, 40.43, 39.61, 37.91, 38.12℃로 나타났 다. 공극률과 평균복사온도 사이 관계의 추세선을 분석한 결 과, 약 22.5%의 공극률을 최저점으로 하는 U자형의 2차함수 의 관계가 있는 것으로 분석되었으며, 이 추세선의 설명력은 약 95.4%로 나타났다. 결론적으로, 본 연구를 통해서 차양의 공극률이 높아질수록 일정 수준까지는 평균복사온도를 저감시 키는 효과가 있음을 확인할 수 있었으며, 그 한계값은 물리적 측정치로는 16%였으며, 통계적 추정치로는 약 22.5%였다.
본 연구는 그 동안 경험에 의존하여 피상적으로 이해되고 있 던, 차양의 공극률 변화에 따른 그 하부 공간의 온열환경의 차 이를 실험을 통하여 객관적으로 비교분석하였다는데 그 의의 가 있다. 본 연구의 결과와 방법은 조경공간에 차양 소재로 적 용되고 있는 녹음수와 각종 차양시설물의 열환경 개선효과를 비교하고, 나아가 조경시설물의 개발 및 개선에 비교자료로 활 용될 수 있을 것으로 기대된다. 다만, 실험 여건상 보다 다양한 속성의 차양 재료를 적용하지 못하고, 흑색의 천 소재만을 대 상으로 측정한 점, 그리고 한 가지 크기의 공극만을 간격만 조 절하여 적용한 점 등은 본 연구의 큰 한계점이라 할 수 있다.
또한, 측정 기구의 한계로 차양의 공극률 변화에 따른 통풍도 의 차이를 명확하게 측정하지 못한 것도 본 연구의 큰 한계로 밝힐 수밖에 없으며, 이는 추후 지속적인 연구를 통하여 보완 해야 할 사항으로 판단된다. 그리고, 실험공간과 장비 등의 현 실적 제약사항으로 인하여, 서로 다른 공극률의 차양을 같은 시기에 비교하지 못하고, 시간을 달리하여 측정한 후, 보정하는 과정을 통하여 비교한 점도 본 연구의 한계 중의 하나이며, 보 다 명확한 비교를 위해서는 향후 연구에서는 이런 점을 보완해 야 할 것으로 사료된다.
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07 February, 2017 05 March, 2017 20 March, 2017 20 March, 2017
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