A Study on Evaluation of Thermal Environment Following the Alleviation of the Limit on Number of Floors of Apartment Complexes

공동주택 건축물 층수완화에 따른 열환경 평가에 관한 연구

A Study on Evaluation of Thermal Environment Following the Alleviation of the Limit on Number of Floors of Apartment Complexes

류지원* 정응호** 아키라 호야노***

Ryu, Ji-Won Jung, Eung-Ho Akira, Hoyano

Abstract

The objective of this study is to provide basic objective data which can be utilized as an adjustment criterion for the alleviation of the limit on the number of floors of buildings by quantitatively evaluates the effect of the alleviation of the limit on the number of floors of buildings in apartment complexes on thermal environment of apartment complexes using data obtained from apartments in a class 2 general residential area. In this study, we carried out a thermal environment analysis utilizing the simulation of a virtual object area. The result is summarized as follows: The result of analyzing the entire surface temperature showed an equal decrease of surface temperature due to shadow in all scenarios and high floors showed a tendency of low surface temperature during daytime as the rate of shadow the high floors increase. This influences not only the surface temperature but also HIP and is judged to greatly contribute to the alleviation of the heat island effect. Also, the reason why HIP at high floors shows high values before sunrise and after sunset is thought to be because the concrete wall of the building maintains a high temperature during nighttime by absorbing and storing sunlight during daytime instead of reflecting it since it has low reflectance.

Keywords : Thearmal Environment, Segementation of Residential Zoning, Apartment Complex, HIP 주 요 어 : 열환경, 종세분화, 공동주택, 열섬잠재성

I. 서 론

1. 연구의 배경 및 목적

최근 지구환경 문제가 심각해짐에 따라 도시열환경 문 제의 하나로서 열섬현상이 발생하고 있다. 특히 여름철에 발생하는 열섬현상은 도시화와 고도의 토지이용이 진행되 면서 나타나는 기후적 특성으로 지표면의 피복상태, 차량 및 공장에서 방출되는 폐열, 도시 환기부족 등에 의해 일 어난다. 이러한 현상은 기상조건, 대기오염 등과 같은 요 소들의 상호작용 결과로 나타나고 있으며 무엇보다도 시 가화지역내 토지이용변화에 따른 토지피복변화가 가장 중 요한 원인으로 파악된다.

한편, 우리나라의 전국 도시화율은 90.8%를 넘어섰고 도시민의 전형적 주택유형인 공동주택이 가장 보편적인 주택유형으로 1970년대부터 본격적으로 건설되기 시작하 여 현재 가장 대표적 주택유형이 되었다. 특히 최근 건설 되는 공동주택 유형은 고층의 아파트로 치중되는 편중화

현상을 보여주고 있으며 도시지역내 주거환경정비시 이러 한 현상이 집중되고 있다. 이에 정부에서는 무분별한 고 층개발에 의한 도시환경과 지역경관파괴를 방지하기 위해 일반주거지역 종세분화를 실시하여 각 종별로 용적률과 층수를 다르게 규정하는 등 획일적인 개발을 규제하고 있 으나 이에 반발하는 지역주민과 상충하고 있는 실정이다.

본 연구는 도시열섬현상의 주요한 원인인 일반주거지역 내 토지피복의 변화와 주거환경정비시 무분별한 고층개발 에 의한 공동주택의 아파트로 치중되는 점에 주목하여 현 재 논란이 되고 있는 2종일반주거지역의 공동주택 건축물 층수완화가 공동주택단지의 열환경에 미치는 영향을 정량 적으로 평가하는데 있다. 이러한 연구결과는 일반주거지 역 종세분 조정기준이 명확하지 않은 현 시점에서 공동 주택단지의 층수완화를 조정할 수 있는 기초자료로 사용 되며, 향후 공동주택단지 계획·수립시 도시기후적 관점 에서 열환경을 고려한 친환경수법의 계획적용을 지원하는 자료로 활용할 수 있다.

2. 연구내용

이러한 목적달성을 위한 연구내용으로는 첫째, 층수완 화에 대한 개요와 추진경과를 살펴보고 본 연구와 관련 한 열환경 선행연구를 고찰한다. 둘째, 건축물의 형상·요 철이나 구성재료가 건축물의 전열특성이나 도시열환경 형

***정회원(주저자), 동경공업대학 총합이공학과 박사과정

***정회원(교신저자), 계명대학교 환경대학 환경계획학과 교수

***정회원, 동경공업대학 총합이공학과 교수

이 논문은 2010년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연구재 단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 2010-0026738)

성에 있어 중요하나 현재의 열환경 관련 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 이를 재현하기 위해 사용 한 열환경 프로그램에 대한 개요와 분석방법을 설명한다.

셋째, 건축물 층수완화가 공동주택단지 열환경에 미치 는 영향을 평가하기 위한 연구대상의 모델설정과 층수완 화에 따른 열환경 분석을 실시하며, 마지막으로 연구결과 및 연구의 한계를 정리하여 향후 연구과제로 제시한다.

Ⅱ. 층수완화 및 선행연구

1. 건축물 층수완화 개요

건축물 층수완화에 대한 규제는 국토의계획및이용에관 한법률에 의하여 2003년 7월부터 시행된 일반주거지역의 종세분화에 의한 것으로 무분별한 고층개발에 의한 도시 환경과 지역경관파괴를 방지하기 위하여 상업이나 특수 업무지구가 아닌 일반주거지역을 1·2·3종으로 구분하 여 각 종별로 용적률과 층수를 다르게 규정토록하고 있 으며 각 지자체의 도시계획조례로 정하도록 규정하고 있다.

이에 대구시는 일반주거지역 종세분화를 실시하고 세분 화 조정기준 설정에 따라 대구시의 미래지향적 발전을 위 한 도시스카이라인 형성, 주거환경보호, 자연경관과의조화 를 이루면서 시민의 사유재산권을 최대한 보호하는 기본 방향을 설정하였다. 그리고 제1종(4층 이하), 제2종(15층 이하), 제3종(제한없음)간의 급격한 스카이라인 변화와 도 시경관의 훼손방지를 위해 제2종일반주거지역을 지역특성 에 따라 7층 이하 지역과 15층 이하 지역으로 구분하고, 제3종일반주거지역은 20층 이하 지역과 층수제한 없는 지 역으로 구분하였다.

한편, 건축물 층수완화에 대한 규제논의는 <표 1>의 추 진경과와 같이 제2종(7층 이하)일반주거지역의 최초 일반 주거지역 종세분시(2003년 11월)에 공원·녹지·하천 등 경관보전, 시가지내 공기흐름 유지, 기반시설의 적정용량 유지 등을 위하여 높이제한이 필요한 지역에 자문, 주민

의견청취 등의 의견수렴과 간담회, 시의회의견청취, 도시 계획위원회심의 등의 절차를 거쳐 제2종일반주거지역·최 고고도지구(7층 이하)로 결정하였다.

2. 공동주택의 열환경 관련 연구

지금까지 열환경 관련 선행연구는 광역규모의 도시공간 이나 도시를 대상으로 위성 및 항공기를 이용하여 촬영 한 영상을 GIS와 연계해서 도시표면온도 등을 분석한 열 환경 연구가 활발히 진행되어 왔으며, 최근에는 공동주택 단지를 대상으로 한 열환경 연구가 활발히 진행되고 있다.

오규식¹⁾은 ENVI-met를 이용하여 아파트 단지의 배치 유형과 단지구성요소의 조합에 따라 바람길 변화와 온도 변화를 분석하였으며, 이성열²⁾은 대상지 현지 기온측정과 열적외선 영상촬영을 통하여 주거단지를 선정하여 열환경 현상을 고찰하였다. 장은숙³⁾은 CFD에 기초한 열·유체 유동 컴퓨터 프로그램을 이용하여 단지내의 열, 유동장을 분석하였으며, 전미영⁴⁾도 Unsteady-state CFD 시뮬레이션 을 이용하여 공동주택단지 외부공간의 여름철 온열환경과 쾌적성을 평가하였다.

윤성환⁵⁾은 본 연구에서 사용한 프로그램을 사용하여 공 동주택의 주동형상 및 배치유형에 따른 여름철 옥외 열 쾌적성 및 열섬가능성을 예측하였다.

표 1. 대구시 2종일반주거지역(7층 이하) 지정 추진경과

년 도 내 용 비 고

’00. 7. 1 - 도시계획법 개정 - 일반주거지역 종세분 지정

’03. 11 20 - 일반주거지역 종세분 결정

- 제1종: 4층, 제2종: 15층(최고고도지구7층) - 제3종: 제한없음(최고고도지구20층) - 타도시 제2종지역: 서울(조례로 7층·12층) - 울산(조례로 12층), 그 외는 15층 이하

’04. 10. 16 - 지구단위계획 수립으로 최고고도지구 층수완화 가능 - 市 공동주택 지구단위계획 관리방안 지침

’05. 1. 15 - 국토계획법 시행령 개정

- (최고고도지구는 지구단위계획 수립으로 변경 불가) - 지속적인 층수완화 민원 발생

’07. 7. 30 - 市 조례 개정

- (민원해소를 위한 층수완화 근거 마련) - 용도지역으로 제2종(7층 이하) 지정 및 - 층수완화(평균층수 15층 이하) 근거

’07. 8. 20

(제8차도시관리 계획정비) - 층수완화 불가한 최고고도지구(7층 이하)는 폐지,

- 용도지역으로 제2종(7층 이하) 지정 - 층수완화 불가한 최고고도지구(7층 이하)는 폐지

- 용도지역으로 제2종(7층 이하) 지정

’08. 9 .29 - 국토계획법 시행령 개정

- (제2종지역 평균층수18층으로 상향) - 市 조례 개정(’08. 12. 30) 평균층수 상향:

- 15층 이하→18층 이하

’10. 2. 22 - 제2종(7층 이하)일반주거지역 층수제한·완화

- 근거폐지조례 공포 - 市 조례 개정(’11.9.1) 층수제한·완화 조항 폐지

1) 오규식·서안선·정승현(2009). 열환경 향상을 위한 아파트 주 동배치계획. 한국환경복원기술학회지, 12(2), 83-94.

2) 이성열(2007). 도시지역 토지유형별 열환경 특성 분석에 관한 연 구. 석사학위논문, 협성대학교, 화성.

3) 장은숙(2005). 아파트 단지내의 열섬효과가 대기오염물질 확산에 미치는 영향 해석을 위한 열유동장 수치모의. 한국환경과학회지, 6, 577-582.

4) 전미영·이승재·김지영·이승복·김태연(2010). Unsteady-state CFD 시뮬레이션을 이용한 여름철 공동주택 외부공간의 온열환경 및 쾌적성 평가. 한국생태건축학회논문집, 10(4), 67-73.

5) 윤성환·정선영(2009). 공동주택의 주동형상 및 배치유형에 따른 여름철 옥외 열환경 예측평가. 대한건축학회논문집, 25(9), 321-328.

이상의 선행연구 검토결과 도시규모에 따라 다양한 분 석방법과 모델들이 제시되었으며 지금도 활발히 연구가 진행되고 있다. 하지만 도시열환경에 있어서 가장 중요한 원인이 되고 있는 토지피복 변화, 인공배열 증가를 설명 하기 위해서는 건축물의 형상·요철이나 구성재료가 건 축물의 전열특성이나 도시열환경 형성에 있어 중요하며 그것을 재현할 필요가 있다.

이러한 필요성에 따라서 본 연구에서는 토지피복 및 건 축물과 도시열환경의 관계를 토대로 건물 형상이나 재료 의 차이가 도시열환경에 미치는 영향을 평가하는 것이 요 구되므로 이를 재현할 수 있는 수치모델이 중요하다. 이 에 도시 및 건축스케일 등 공간재현이 가능한 3D-CAD 열환경 시뮬레이션인 ThermoRender를 활용하여 3차원 전 표면온도와 열섬잠재성(HIP)을 평가한다.

III. 연구방법

1. 프로그램 개요

최근의 도시열환경에 있어서 가장 중요한 원인이 되고 있는 토지피복변화, 인공배열증가를 설명하기 위해서는 건

축물의 형상이나 요철 등의 구성재료가 건축물의 전열특 성이나 도시열환경 형성에 있어 중요하며 그것을 재현할 필요가 있다. 특히, 실재 도시공간에 있어서는 건물이나 지면 등 공간을 구성하는 요소의 표면온도가 옥외 공간 형태나 구성재료 등 공간디자인과 밀접하게 관련되어 있 어서, 열환경을 고려한 옥외의 공간설계를 실현하기 위해 서는 먼저 표면온도를 지표로 설정하는 것이 중요하다⁶⁾. 이에 본 연구에서는 도시 및 건축스케일 등 공간재현 이 가능한 3D-CAD 열환경 프로그램인 ThermoRender를 활용하여 3차원 전표면온도와 열섬잠재성(HIP)을 평가한 다. 3D-CAD 열환경 프로그램인 ThermoRender는 토지피 복 및 건축물과 도시열환경의 관계를 토대로 건물 형상 이나 재료의 차이가 도시열환경에 미치는 영향을 평가하 고 이를 재현할 수 있는 프로그램으로 건물재료의 차이, 수목, 차양 등 상세한 공간디자인의 차이에 따라 그 공간 에서 형성되는 열환경이 크게 달라지는 점에 주목하였다.

또한 건물이나 지면 등 100여 종류 이상의 구성재료 열 물성치데이터 이외에도 재료를 자유롭게 구성하여 새로운 재료를 작성할 수 있게끔 되어 있다.

6) 梅干野晃·淺輪貴史·中大窪千晶(2004). 3D-CADと屋外熱環境シミュレ一ションを一 化した環境設計ツ一ル, 日本建築學會論文集, 20, 195-198.

그림 1. ThermoRender 분석과정

2. ThermoRender 분석과정

ThermoRender는 3D-CAD프로그램인 ‘VectorWorks’에서 데이터 입출력을 하도록 되어 있으며, 시뮬레이션의 분석 과정은 선행처리부분과 주요계산처리부분, 결과단계로 구 성되어진다.^7,8,9)

1) 선행처리부분

3D-CAD상에서 대상 가구모델을 작성한다. 이 때 건물 이나 지면, 수목 등의 형상과 더불어 각 구성재료의 단면 사양과 그 열물성치 정보를 입력하며, 가구모델의 작성이 종료한 후 정해진 메쉬 사이즈로 질점(質點) 메쉬화를 실 시한다.

2) 주요계산처리부분

작성한 가구모델에 있어 질점마다 열수지계산(직달일사, 천공일사, 반사일사, 대기복사, 주변지물과의 장파장복사의 수수, 대류열전달, 증발) 및 단면방향의 1차원 비정상 열 전도계산을 하는 것으로 시계열 표면온도를 산출한다.

3) 결과단계

3D-CAD 계산결과 표시와 3차원 전표면온도로부터 MRT(Mean Radiant Temperature: 평균복사온도)와 가구가 주위에 미치는 HIP(Heat Island Potential: 열섬잠재성)를 산출한다.

IV. 연구대상의 모델설정 및 분석

1. 연구대상 모델설정

공동주택 건축물의 층수완화가 공동주택단지의 열환경 에 미치는 영향을 평가하기 위한 대지규모 및 유형을 설 정하고 계획변수 조건 등을 <표 2>에서 제시하였다.

대지면적은 19,800 m²의 격자형으로 주호규모와 배치 에 있어서는 판상형 및 일조권 고려하여 남향으로 배치 하였으며, 공동주택 주동길이는 대구시 지구단위 수립지 침을 참조하여 4호 연립 이하(전용면적 85 m² 이상)로 하였다.

본 연구의 주요계획 변수인 층수에 있어서는 7층 이하 (제2종일반주거지역 최고고도지구), 12층 이하(제2종일반 주거지역 기준적용), 18층 이하(제2종일반주거지역 용적률 최고범위 기준적용)로 구분하였으며 주동배치시 층수는 일 정하게 적용하였다.

지표면의 재질은 아스팔트와 잔디를 적용하여 각각의 층수에 따른 열환경 분포 차이를 분석하였으며, 한계밀도 는 종세분화 기준을 적용 대상지역이 제2종일반주거지역 으로 건폐율(60%), 용적률(220%)을 적용하고 층고는 2.9 m로 정하였다.

주호배치 규제사항으로 전면 도로폭원에 대한 건물높이 제한규정을 준수하며 정북방향 이격거리는 실제 적용시 사선제한으로 영향을 미치지 않는 것으로 판단하고 인동 간격은 공동주택 건축물 높이의 1 m로 하였으며, 채광창 이 없는 벽면과 측벽은 8 m 이상, 측벽간 인동간격은 5 m 이상으로 하였다.

한편 대상지 열환경 분석을 위한 구성 재료의 물성치 값은 <표 3>과 같이 선행연구¹⁰⁾의 값을 기준으로 설정하 였으며, 기상조건은 대구 북위 37^o34'', 동경 127^o58''로 대 표일은 2009년 하계의 최서일인 8월 19일을 기준으로 하 였다. 또한 실내온도는 평균 26^oC로 냉방조건을 설정하고 실외조건은 대구표준 기상데이터(24시간의 온도, 습도, 법 선면 직달일사량, 수평면천공일사량, 야간 복사량, 풍향, 표 2. 층수완화에 미치는 공동주택단지 열환경 분석조건

변 수 기본조건 내 용

대지규모 - - 면적: 19,800 m² (110 m×180 m)

- 장단변비: 1:1.6

주호규모 및 배치 - 판상형 및 일조권을 고려 남향배치 - 공동주택 주동길이: 4호연립 이하(전용면적 85 m² 이상) 층수 - 7, 12, 18층 구분

- 주동배치시 층수는 일정

- 7층 이하: 제2종일반주거지역 최고고도지구 - 12층 이하: 제2종일반주거지역 기준적용

- 18층 이하: 제2종일반주거지역 용적률 허용기준적용(220%)

지표면 재질 - 아스팔트

- 잔디 - 각 층수에 따른 열환경 분포 차이 분석

한계밀도 - 종세분화 기준적용 (층수별) - 제2종일반주거지역: 60%, 220%

층고 - 2.9 m로 가정 - 천정고(2.6 m)+천정속(0.05 m)+바닥마감(0.1 m)+콘크리트(0.15 m)

주호배치 규제사항 - 사선제한 - 정북방향 이격거리 - 인동간격

- 전면 도로폭원에 대한 건물높이 제한규정 준수

- 정북방향 이격거리는 실제 적용시 사선제한으로 영향을 미치지 않는 것으로 - 판단됨

- 인동간격: 높이 ×1 m

- 채광창이 없는 벽면과 측벽: 8 m 이상 - 측벽 간 인동간격: 5 m 이상

7) 高橋晃一朗(2008). 建築外部空間における微氣候予測のための熱 收支と氣流シミュレ一ションの連成手法に關する硏究. 碩士學位請求 論文, 東京工業大學, 東京.

8) 윤성환·정 선(2008). 3차원 전표면온도 수치시뮬레이션에 의한 판상형 및 탑상형 아파트의 여름철 옥외 열환경 평가. 대한건축학회 논문집, 24(10), 261.

9) 山村眞司·梅干野晃·淺輪貴史 (2002). 建築外部空間のデザイン 設計支援を目的として熱放射環境の予測手法の開發, 日本建築學會論 文集, 554, 85-92.

10) 박은태·강병근(2007). 친환경 건축물 인증 아파트 단지 일조환 경분석에 관한 연구. 대한건축학회논문집, 23(9), 3-13.

풍속)를 이용하였으며, 풍향은 남동풍으로 풍속은 2.1 m/s 로 일정하다고 가정하였다.

2. 층수완화에 따른 열환경 분석

1) 아스팔트인 경우의 층수별 열환경 분석 (1) 표면온도 분포

아스팔트인 경우의 층수별에 따른 단지내 열환경 표면 온도<그림 3>는 9시인 경우 32~33^oC를 나타내고 있으나, 지붕면은 지표면보다 약 2~3^oC 높게 나타나고 있다. 한 편, 건축물로 인하여 형성된 그림자영역 주위는 지표면보 다 2~3^oC 낮게 나타나고 있으며 7F, 12F, 18F 모두 그 림자가 차지하는 분포영역이 다르게 나타나고 있는 것을 알 수 있다.

12시인 경우의 표면온도는 일사의 직접적인 영향으로 인하여 40^oC 이상 나타나고 있으며 건축물로 인하여 형 성된 그림자 영역보다도 10^oC 이상 높게 나타나고 있다.

또한 콘크리트 재질인 지붕면은 직달일사를 받아 7F, 12F, 18F 모두 50^oC 이상의 높은 온도를 보이고 있으나, 베란 다는 주위의 다른 부분보다 낮게 나타나고 있는데 이는 실내의 냉방조건을 설정함으로 창 유리면이 차가워지면서 유리면의 표면온도가 낮게 나타난 것으로 판단된다.

15시인 경우에도 12시인 경우와 같이 지붕면의 표면온 도가 가장 높게 나타나고 있으며 지표면에 있어서도 그 림자 영역의 부분이 온도가 낮게 나타나고 있다. 20시인 경우의 지표면 온도는 일몰시간이 지나는데도 베란다를 제외한 대부분의 표면에서 30^oC 이상의 표면온도를 보이 고 있으며, 특히 아스팔트 재질인 지표면보다 콘크리트

재질인 지붕면의 표면온도가 높게 나타나고 있는 것을 알 수 있다.

(2) HIP 분포

열섬잠재성 지표인 HIP¹¹⁾는 건축물이나 지면 등 전표 면으로부터 발생하는 현열의 면적에 대한 비율을 나타내 며 대상지의 열섬현상으로의 영향도를 지표면 온도로 환 산한 온열지표이다. 즉, HIP 수치가 클수록 표면온도와 기온의 차가 크다는 것을 의미하고 열섬현상의 원인이 되 는 대기방출 현열이 많다는 것을 의미한다.

11) HIP(Heat Island Potential)는 도시블록의 전 표면에 대해 대기의 현열부하로부터 표시되는 기온을 나타낸 것이다. 건축물 및 도시블 록의 요철(凹凸)의 영향을 고려하여 부하의 평균 표면온도를 정량적 으로 나타낸 것이다.

HIP[^oC]=

Ts: 표면온도(^oC) Ta: 기온(^oC)

A: 가구의 수평투영면적(m²) S: 미소면적(m²)

Ts Ta– ( ) Sd

∫ A

--- 그림 2. HIP 결과(아스팔트 포장)

표 4. HIP 결과 값(아스팔트 포장) 시간[시]

HIP [^oC] 시간 [시]

HIP [^oC]

7층 12층 18층 7층 12층 18층

0 2.37 3.31 4.49 12 12.14 11.28 10.17 1 2.1 2.98 4.08 13 14.4 13.15 11.54 2 1.35 1.99 2.76 14 11.61 10.58 9.31 3 1.27 1.86 2.6 15 9.72 9.54 9.34 4 2.11 3.05 4.2 16 6.79 6.71 6.64 5 2.26 3.25 4.48 17 3.84 3.44 2.97 6 4.72 5.99 8.17 18 2.79 2.58 2.32 7 4.98 6.48 8.4 19 2.81 3.1 3.44 8 5.44 6.65 8.22 20 3.4 4.21 5.23 9 5.45 6.09 6.95 21 3.11 4.0 5.1 10 7.96 8.12 8.36 22 2.75 3.66 4.79 11 10.39 10.3 10.26 23 3.0 4.1 5.45 표 3. 구성 재료 물성치

부위 표면

재료 구성

재료명 두께

(mm) 반사율일사

(%) 장파장복사율

(%) 용적비율 (KJ/K)

열전도율 (W/mK)

옥상 면

콘크리트

콘크리트 180

0.3 0.9

1896 1.6 보호판2호압축법 측벽: 65

외벽: 65 25 0.034

석고보드 9.5 904 0.22

벽면 콘크 리트

콘크리트누름 20

0.3 0.9

1896 1.6

보호판2호압축법 110 25 0.034

콘크리트고름 30 1896 1.6

콘크리트 135 1896 1.6

석고보드 9.5 904 0.22

발코 니

바닥 콘크 리트

콘크리트 150

0.6 0.8

1900 1.6

공기층 100 1.3 0.09

콘크리트 180 1900 1.6

난간 알루

미늄 알루미늄 3 3800 53

창 2층

유리

유리 3

0.08 (경면) 0.94

1900 1

공기층 6 1.3 0.12

유리 3 1900 1

<그림 2>와 <표 4>에서 보는 바와 같이 7F, 12F, 18F HIP결과 모두 비슷한 경향을 보이고 있는 것으로 나타났 다. 일출후 온도가 상승하기 시작하여 13시를 기점으로 가장 높은 온도가 나타났으며 20시를 지나면서 다시 온 도가 상승하는 것으로 나타났다.

각각의 층수별 분포를 보면 일사량이 가장 많은 13시 에 7층에서 14.4^oC, 12층 13.1^oC, 18층이 11.5^oC로 모든 층수에서 가장 높은 수치가 나타났으며, 13시를 기점으로 온도가 떨어지는 것으로 조사되었다. 또한 일출전, 일몰후 는 저층보다 고층에서 온도가 높게 나타났으며 일출후, 일몰전에는 반대의 경향을 보이고 있는 것으로 나타났다.

가장 높은 온도를 보이고 있는 13시인 경우 저층보다 고층에서 온도가 낮게 나타나고 있는데 이는 지표면에 형 성된 그림자의 분포영역 범위가 넓어서 그 부분의 표면 온도가 낮게 유지되어 HIP도 낮게 나타난 것으로 생각된 다. 또한 건축물 실내에 설정온도(26^oC)를 유지하여 베란 다 주위의 표면온도가 낮게 유지되고 있으며, 고층일수록 베란다 부분이 많아져 HIP가 낮게 나타나는 것도 한 원 인으로 생각된다.

그리고 일몰후 저층보다 고층에서 온도가 높게 나타나 고 있는데 이는 건축물의 벽면재질이 콘크리트로 되어 있 어 반사율이 낮아 일사를 반사하는 대신에 흡수·저장하 여 야간까지 고온을 유지하고 있는 것으로 판단된다.

2) 잔디인 경우의 층수별 열환경 분석 (1) 표면온도 분포

지표면의 재질이 잔디인 경우 아스팔트 포장인 경우에 비하여 모든 시간대에서 지표면의 온도는 낮게 나타났으 나 지붕과 벽면에 있어서는 비슷한 온도분포를 보이고 있 는 것으로 나타났다.

각 시간대에 따른 7F, 12F, 18F의 지표면 온도분포 차 이는 크지 않는 것으로 나타나고 있다. 다만 고층일수록 그림자의 분포영역이 차지하는 면적이 넓어 그림자 영역 부분의 표면온도가 낮게 나타나고 있는 것을 알 수 있다.

특히, 12시와 15시인 경우의 지표면 온도분포를 보면 건 축물로 인하여 형성된 그림자 영역 부분이 분명하게 나 타나고 있으며 주위의 양달 부분보다 표면온도가 낮은 것 을 확인할 수 있다.

완전 일몰후인 20시에는 모든 층수에서 지표면의 표면 그림 3. 전표면온도 분포도

온도가 기온(30.3^oC)보다 낮게 나타나고 있는데 이는 잔 디의 증발산작용으로 인한 냉각효과와 천공복사량의 촉진 으로 기온보다 표면온도가 낮게 나타나고 있는 것으로 판 단된다.

(2) HIP 분포

<그림 4>와 <표 5>는 지표면 재질을 잔디로 적용한 경 우의HIP 결과로 지표면 재질이 아스팔트 포장인 경우와 비교하여 HIP 값은 전체적으로 낮게 나타난 것을 확인할 수 있으며 7F, 12F, 18F의 시간대에 따른 온도분포 경향 도 비슷하게 나타나고 있다.

또한 13시에 7층이 9.55^oC, 12층 8.71^oC, 18층 7.73^oC 로 가장 높은 HIP 값이 나타났으나 아스팔트 포장인 경 우와 비교하면 4~5^oC 정도 낮은 온도를 보이고 있다.

V. 결론 및 향후과제

본 연구는 공동주택 건축물 층수완화에 따른 공동주택 단지의 열환경을 정량적으로 평가하기 위하여 토지피복 및 건축물과 도시열환경의 관계를 토대로 하여 3차원 열 환경 시뮬레이션 모델인 ThermoRender를 이용하였다.

공동주택 건축물 층수완화에 따른 지표면 온도분포에 있어서 지표면의 재질에 따라서는 온도차가 발생하였으 나, 각 재질에 따른 각 층수별에서는 모두 동일하게 그림 자에 의한 표면온도 저하가 나타났다. 그리고 고층일수록 단지내 그림자 영역이 차지하는 비율이 높게 나타나고 특 히 낮 시간대에 양달부분과의 표면온도 차이가 크게 나 타났다.

HIP 결과에 있어서도 각각의 층수별 분석결과 모두 비 슷한 경향을 보이고 있는데 특히, 일출전, 일몰후는 저층 보다 고층에서 온도가 높게 나타났다. 이는 건축물 재질 이 콘크리트로 되어 있어 반사율이 낮아 일사를 반사하 는 대신 흡수·저장하여 야간까지 고온을 유지하고 있는 것으로 생각된다.

그리고 가장 높은 온도를 보이고 있는 13시에는 저층 보다 고층에서 온도가 낮게 나타나고 있는데 이는 지표 면에 형성된 그림자의 영역 범위가 넓어서 그 부분의 표 면온도가 낮게 유지되어 HIP도 낮게 나타난 것으로 생각 된다. 또한 건축물의 실내 설정온도(26^oC)를 유지하여 베 란다 주위의 표면온도가 낮게 유지되고 있으며, 고층일수 록 베란다가 많아 HIP가 낮게 나타나는 것도 한 원인으 로 생각된다.

본 연구는 실재 도시공간에 있어서 건물이나 지면 등 공간을 구성하는 요소의 표면온도가 옥외 공간형태나 구 성재료 등 공간디자인과 밀접하게 관련되어 있어 이를 재 현하고자 하였다. 이러한 정량적이고 객관적 분석을 통해 서 일반주거지역 종세분기준이 명확하지 않은 현재, 도시 주거환경정비사업 등의 개발사업시 공동주택 층수완화를 조정할 수 있는 기초자료로 사용하며, 공동주택계획 및 수립시 도시기후관점에서 친환경수법의 적용을 지원하는 자료로 이용될 것이라 판단된다.

하지만, 도시열환경의 주요 요인인 주동형상, 배치유형, 주동의 향 및 녹지율 변화 등의 다양한 설계변수를 고려 하지 않고 있으며. 이를 고려한 연구와 전체 열발생량의 증가와 함께 도시기온을 상승시키는 인공배열량을 고려한 열환경 평가가 향후 연구에서는 선행되어야 할 것으로 사 료된다.

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그림 4. HIP 결과(잔디) 표 5. HIP 결과 값(잔디) 시간[시]

HIP [^oC] 시간 [시]

HIP [^oC]

7층 12층 18층 7층 12층 18층

0 0.0 0.94 2.17 12 8.39 7.81 7.18 1 -0.1 0.76 1.91 13 9.55 8.71 7.73 2 -0.58 0.04 0.85 14 6.37 5.79 5.17 3 -0.74 -0.15 0.61 15 5.32 5.44 5.71 4 -0.23 0.68 1.87 16 3.34 3.45 3.71 5 -0.21 0.75 2.03 17 0.71 0.48 0.29 6 1.41 3.12 5.34 18 -0.32 -0.4 -0.45 7 2.34 3.95 5.92 19 -0.47 -0.11 0.41 8 3.23 4.47 6.13 20 0.23 1.09 2.25 9 3.7 4.37 5.32 21 0.18 1.11 2.35 10 5.46 5.74 6.16 22 0.06 0.99 2.22 11 7.46 7.56 7.78 23 0.26 1.36 2.8

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접수일(2011. 2. 23) 수정일(1차: 2011. 4. 13) 게재확정일(2011. 4. 22)