STEAM R&E 연구결과보고서
(가장 효율적인 건물 옥상녹지화 방법과 그에 따른 냉난방비용 절감 효과 연구)
2016. 11. 30.
목포혜인여자고등학교
< 연구 결과 요약>
과 제 명 가장 효율적인 건물 옥상녹지화 방법과 그에 따른 냉난방비용 절감
효과 연구
연구목표
- 다양한 녹화식물을 선정하여 온도효과 값을 측정해 가장 효율적인 냉난방 기 사용 시간 감소 방법을 연구한다. 이를 토대로 절약할 수 있는 에너지 비용을 연구한다.
- 현재까지 온도 변화 추이를 살펴보고 미래의 온도를 예측하여 옥상녹지화 의 필요성을 연구한다.
- 수증기와 같은 자연적인 온실가스가 아닌 산업화로 비롯된 화석연료의 과도한 사용으로 발생하는 온실기체의 꾸준한 증가를 막기위해 온실가스 배출량을 줄일 수 있는 구조물 건설에 목표를 둔다.
- 옥상녹지화의 여러 가지 이점과 효율성을 구체적으로 알아본 후, 실용 가능성을 다양한 측면에서 연구하고자 한다.
- 향후 실제로 적용시킬 수 있는 구체적인 값을 도출해내어서 옥상녹지의 효율성을 과학적으로 입증한다.
연구내용
(1) 구조물 설계
녹지화 대상으로 건축모형인 토목구조물을 조립한 후, 구조물의 하중에 부담과 관리, 유지하는 데에 인력을 최소화할 수 있는 식물을 선정하여 실험군을 설정
- 토목 구조물을 구입하는 과정에서 나무 목재가 물에 의해 부패될 것을 고려하여 철골 구조물에 비닐을 씌운 모형과 스티로폼을 이용한 구조물 등 다양한 형태에 대해 연구한 뒤, 철골 구조물로 재료를 변경함.
- 각목 대신 앵글을 이용하여 뼈대를 만들고 그 안은 탄력성 유지 및 단열, 차음효과를 가지는 단프라 박스를 이용하여 건물실내와 같은 효과를 예측, 구조물 위에는 스티로폼박스를 이용하여 식물을 재배할 수 있는 공간마련.
(2) 식물선정
옥상녹화에 유리한 조건을 가진 식물들의 특징을 사전 조사하여 숙지한 후, 식물의 조건을 따져 보며 가장 적합한 식물을 최종 선정.
- 장기적 실험임을 고려하여 식물 자체의 특성에 있어서 정기적 관리 보장, 관리의 용이의 정도를 따져 녹색 식물 트리안, 호야, 워터코인, 만냥금을 최종적으로 선정함.
- 구체적 수치를 기록하기 위한 온도 측정 과정에서 기존 접촉식 온도계보다 복사열 측정이 가능한 적외선 온도계를 구입하여 공간에 전파되는 방사에너 지의 온도 정보를 얻어 더 정확한 실험을 진행함.
(3) 실험 진행-온도 측정값
- 냉난방기 에너지 절약효과를 알아보기 위해 점심과 저녁시간에 따른 온도 를 측정. 이후 단열재 처리에 대한 문제를 인식하고 단열재를 구입하여 실험 수정 과정을 거쳐 온도측정을 다시 시작.
연구성과
(연구과정)
- “빛을 받는 면적이 넓을수록 온도효과가 클 것이다.”라는 초기 가설이 틀렸음을 입증하고 또 다른 변인에 대해 생각하여 면적뿐 만이 아닌 부피를 고려하여 가설을 수정 후 실험 다시 진행.
- 지붕면적을 스티로폼의 부피로 나눈 값과 온도 효과의 관계를 비교하여 유의미한 관계를 구함.
- 식물의 잎이 넓고 태양광의 차단 면적이 넓을수록 옥상녹지화에 효율적이 라는 것을 알게 되고 태양광의 차단 면적보다는 토양과 구조물의 단열효과 에 대해 결과를 얻음.
(결론 도출 과정)
- 측정 온도 값에 대한 계산 결과를 통해 경제적 효과에 대한 구체적인 수치를 구함. 학교에 설치된 냉난방기의 현황을 조사하고 그 값을 적용하여 전기 에너지 절약정도를 계산함. 학교 운영에서 결과를 얻고 더 나아가 전라남도 건물 옥상 녹지화 사업의 경제적 효과를 확인하여 2.651138307 - x 원 (약265억원)이라는 유의미한 결과를 얻음.
목포지역, 전남지역을 통해 경제적 가치, 에너지에 있어서 절약 효과를 알게 되어 옥상녹지화의 의의를 명확히 함.
(Key words)주요어 옥상녹지화, 경제효과, 지구 온난화, 에너지 절약, 미래사회, 세계시민, 토목 구조물, 단프라 박스, 온실가스 배출량
< 연구 결과보고서 >
1. 개요 1.1 연구목적
매체를 통해 자주 접하게 되는 환경문제에 온실가스 배출량이 큰 원인으로 작용하고 있다.
온실효과로 인한 고온의 여파로 연도별 냉방전력 부하는 꾸준히 증가하고 있으며 지구 환경 시스템의 악순환도 계속 되고 있다. 옥상녹지화에 대해 여러 관점에서 과학적 근거를 바탕으로 실험해 보고 이를 목포지역 및 전남지역에 실질적 결과를 이용하여 경제적 효과를 직접 판단해보고자 한다.
또한 학교 학생들이 가지고 있는 옥상녹지화에 대한 인식을 분석하여 옥상녹지화의 필요성 에 대해 전달하며 세계시민의식을 가지고 미래를 위한 에너지절약 운동에 참여 독려를 목적으로 하였다.
지구온난화 연평균기온 상승 무더운 여름 냉방기 사용증가
이산화탄소 배출 증가 발전량 증가 전기에너지 부족
<그림 1> 지구온난화 악순환 고리
1.2 연구범위
1) 초반 태양광 반사율정도에 따른 온도변화율 실험도 진행하려고 하였지만 시간 및 장비 등의 제한으로 인하여 옥상녹지화의 유무에 따른 온도저감 정도만 연구를 진행 하였다.
2) 실질적인 목포지역의 온도변화를 확인하고 계산된 온도효과를 학교 건물에 적용해 본다.
3) 냉난방기 사용 절제에 따른 절약 전기에너지의 양과 그로 인한 경제적 효과를 판단해 본다.
4) 1910년도부터 온도데이터를 토대로 2050년대의 기후변화 추이를 예측하여 에너지 절약 운동에 대한 의식을 고취 시킨다.
2. 연구 수행 내용
2.1 이론적 배경 및 선행 연구 1) 옥상 녹지화의 기능
(1) 대기정화기능 : 옥상 녹지화는 이산화탄소, 질소화합물, 벤젠 등 중금속을 흡수하고 산소를 방출하여 공기를 정화시킨다. 성인 1인이 배설하는 이산화탄소는 약 60kg이므로, 4m의 나무 5개 정도면 1인분의 이산화탄소를 처리한다(김수봉, 2007). 따라서 옥상 녹지화를 통하여 대기정화를 기대할 수 있다.
(2) 도시 열섬 완화 효과 : 도시의 온난화, 사막화는 도시 내 포장률, 도로율의 증가(국토교통부 molit.go.kr)로 인해 가속화되고 있다. 실제로 뜨거운 여름에 도시 내의 포장도로와 녹지지 역을 열화상 카메라로 관측을 했을 때 녹지지역의 온도가 현저하게 낮으며, 일교차 또한 녹지지역이 낮다. 이는 녹지지역이 일사의 반사 및 증발산 작용이 도시 열섬 완화 효과가 있음을 나타낸다(김기형, 2008).
(3) 문화적/사회적 효과 : 자살, 탈선 등의 사회적 문제를 일으키며 ‘닫혀있는 공간’으로 인식되어 있는 옥상의 이미지를 개선한다. 주변 경관을 아름답게 꾸미고 개방하여 많은 사람들이 이용함으로써 바쁜 일상 속에서 짧은 시간 동안 푸른 식물들을 보고 생태 체험을 통해 사람들에게 정서적으로 안정을 줄 수 있다.
2.2 연구주제의 선정
1) 옥상 녹지화와 관련하여 스티로폼 상자를 활용해 온도 효과를 실험한 연구가 사전에 진행되고 있었다. 하지만 식물이 덮인 정도에 따른 오차와 단기간의 실험 진행으로 인하여 정확한 결과를 도출할 수 없었다. 따라서 본 연구에는 토목 구조물을 설치하여 통제 변인과 조작 변인을 철저히 구분해 오차를 최소한으로 줄일 것을 계획하였다. 또한 햇빛의 양에 따른 다른 결과 값이 나올 가능성이 있으므로 장기간 실험을 진행하며 데이터를 측정하기로 하였다.
2) ‘빌딩옥상 녹지화가 전력난 대안’에 대한 뉴스 중 서울대 한무영 교수님의 “수돗물도 결국 에너지를 써서 만든다”며 자연에서 얻은 빗물로 운영할 수 있어야 진정한 의미의 옥상녹화 사업이라는 점에 초점을 맞추어 기존에 진행했던 정수 실험을 융합하여 대안을 제시하고자 하였다.
2.3 연구 방법
· 옥상 구조물의 재료선정 및 설계를 한다.
· 옥상 구조물을 학교 옥상에 배치하고 녹색식물로 인한 온도변화를 관찰한다.
· 각각의 온도변화를 실제 건물의 재료 중 많은 부분을 차지하는 콘크리트로 바꾸어 알아본다.
· 냉난방기의 전기사용 비용을 산출하고 학교에 적용시켜본다.
· 학교에서의 경제적 효과를 전라남도 도시들의 건물들에 적용하였을 때 에너지절감 및 경제적 효과를 알아본다.
· 1910년도부터의 축적된 기상청 데이터를 기반으로 2050년도의 기온을 예상하고 옥상 녹지 화의 필요성을 캠페인 활동을 통해 전달한다.
2.4 연구 활동 및 과정 1) 연구의 시작
공공기관이나 가정에서 여름철이나 겨울철이 되면 냉난방기 사용이 늘어 한 건물 안에서 많은 전력이 소비되고 있다. 이때 냉·난방기에 사용되는 전력량이 증가할 때 평균온도, 이산화탄소의 농도는 사용시간과 비례하여 같이 증가하고 또한 에어컨의 사용전력, 즉 사용시간이 이산화탄소 농도와 평균온도에 악영향을 연속적으로 미치게 된다. 우리는 옥상
녹지화를 통해 지구 온난화의 근본적인 악순환의 고리를 끊고 경제적 절감 효과를 직접 눈으로 확인하여 학생들의 의식의 변화를 꾀하기 위해 연구를 시작하였다.
2) 실험 방법 및 과정 (1) 구조물 설계 및 제작
단기간의 스티로폼 실험을 진행한 결과 좀 더 견고하고 무게가 있어 안정적인 구조물이 필요하다고 생각하였다. 첫 번째로는 각목을 이용한 구조물을 조립하려고 하였으나 습기에 약해 장기간 거치가 불가능 할 것이라고 판단되어 재료를 변경하기로 하였다. 각목 대신 앵글을 이용하여 뼈대를 만들고 그 안은 단프라 박스를 이용하여 건물실내와 같은 효과를 보고자 했다.
단프라(DANPLA)는 폴리프로필렌 공중합(PP Coplymer)수지를 압출법에 의하여 일체중 공 구조식과 골판상 구조식 플라시틱 카본보드로써 강하고, 가볍고, 내수, 내유, 내약품성이 우수하며 탄력성 유지 및 단열, 차음효과도 가지는 제품이기에 선정하였다. 또한 구조물 위에는 스티로폼박스를 이용하여 식물을 재배할 수 있는 공간을 만들었다.
a.단프라 박스 b.앵글 사진
c.스티로폼 사진 d.완성사진
<그림 2> 구조물 사진 (2) 녹화식물의 선정
① 식물의 선택 사항
가. 정기적인 관리 부분이 보장할 수 있는 식물이어야 한다.
나. 시장 조사를 통해 수급이 가능한 종으로 선택해야 한다.
다. 생태성, 종다양성, 계절성, 경관성 등을 고려하여야 한다.
라. 건조에 강하고, 너무 크지 않은 수목이어야 한다.
마. 환경적응성이 아주 강하고 많은 관리가 필요 없는 식물이어야 한다.
② 식물의 선택
식물에 대한 지식의 부족과 인터넷 상에서 제한된 정보로 인하여 목포원예협회장이 운영 하는 화원에 방문하고 자문을 구하여 활동을 진행하였다. 식물원에 방문하기에 앞서 옥상
녹화에 유리한 조건을 가진 식물들의 특징을 사전 조사하여 숙지한 후, 식물의 조건을 따져 보며 가장 적합한 식물을 최종 선정하였다.
가장 크게 고려할 사항은 계절 및 토심에 의한 요인이었다. 식물 자체의 특성에는 위 실험이 장기 프로젝트임을 고려하여 정기적인 관리 부분이 보장될 수 있는 식물이여야 한다는 점도 간과할 수 없었다. 위의 요소들을 모두 고려하여 최종 선정한 식물은 트리안, 호야, 워터코인, 만냥금이다.
트리안 호야
워터코인 만냥금
<그림 3> 옥상 녹화 식물 (3) 온도의 측정
① 실험군1은 트리안과 호야를 같이 식재를 하였고, 실험군2는 워터코인, 실험군3은 만냥금 을 식재하였다.
② 냉난방기 에너지 절약효과를 알아보기 위해 점심과 저녁시간에 온도를 측정하였다.
하지만 실험군과 대조군의 온도차이가 거의 없었다. 그 이유를 고심한 결과 「건물과 같은 단열재를 처리하지 않아서」 라는 가설을 세우고 단열재를 구입하여 단프라 박스 안에 접착 시킨 후 실험을 수정하여 온도측정을 다시 시작하였다.
(a) 단프라 박스 측정 (b) 단열재 제단 (c) 단열제 부착
<그림 4> 단열재 보충
③ 온도측정 방법에 있어서도 냉방기 사용에 따른 에너지 절감효과를 알아보기 위해 2016.8.26.~2016.9.30. 까지 점심시간을 이용하여 13:00시에, 난방기 사용에 따른 에너지 절감효과를 알아보기 위해서 2016.10.11.~2016.11.11. 까지 저녁시간을 이용하여 19:00시 에 온도를 측정하도록 수정하였다.
냉방기 사용에 대한 온도효과(8.26~9.23) 난방기 사용에 대한 온도효과(10.11~11.11)
날짜 대조군 실험군1 실험군2 실험군3 날짜 대조군 실험군1 실험군2 실험군3
8월 26일 33.6 33.2 33.4 33.5 10월 11일 20.2 20.8 20.6 21
8월 29일 31.6 31.5 30.8 31 10월 17일 21 21.2 20.9 21.1
8월 30일 28.3 28.5 28.1 28 10월 18일 21.2 22.5 22.1 22.1
8월 31일 23.1 22.8 22.5 22.9 10월 19일 21.5 22.1 21.9 21.5
9월 2일 33.8 33.2 33.2 33.3 10월 20일 19.9 20.5 20.6 20.3
9월 5일 35.5 34.9 35.1 35.2 10월 21일 20.8 20.7 20.9 20.7
9월 6일 35.3 34.7 35.1 32 10월 24일 20.8 21.1 20.8 20.7
9월 7일 34.3 35.3 35.9 33 10월 25일 18.6 18.6 18.5 18.6
9월 8일 32.9 32.5 32.7 32.6 10월 26일 17 17.5 17.6 17.4
9월 9일 30.6 29.9 29.8 30 10월 27일 19.3 19.5 19.5 19.4
9월 12일 30.4 29.4 29.9 29.9 10월 28일 17.2 17.5 17.6 17.5
9월 13일 28.5 27.8 27.9 27.6 10월 31일 13.9 14.5 14.7 14.7
9월 19일 26.2 25.7 25.8 25.9 11월 1일 10.5 11.8 11.9 11.8
9월 20일 26.1 25.2 25.6 25.5 11월 2일 11.5 12.2 12.2 12.1
9월 21일 26.7 26.6 26.6 26.5 11월 3일 15 16.1 15.7 15.4
9월 22일 28.3 27.6 27.8 27.1 11월 4일 18.2 18.5 18.3 18.5
9월 26일 29.2 28.5 28.6 28.9 11월 7일 17.2 17.7 17.5 17.5
9월 27일 32.2 29.8 30.2 30.1 11월 8일 12.5 13.4 13.2 13.8
9월 28일 25.2 24.9 24.8 25 11월 9일 9.1 11.1 11.5 11.9
9월 29일 25.5 25.1 25 24.9 11월 10일 11.3 12.8 12.9 12.9
9월 30일 22.2 21.8 21.6 21.9 11월 11일 12.5 13.5 13.2 13.3
<표 1> 실험 온도 측정
3. 연구 결과 및 시사점 3.1 연구 결과
1) 사전 실험에서 설정한 가설 “빛을 받는 면적이 넓을수록 온도효과가 클 것이다.”이 잘못되 었음을 알게 되었다. 이는 온도효과에 영향을 독립변인으로 지붕 면적 이외에 또 다른 변인이 있음을 암시한다. 그래서 구조물의 면적뿐만 아니라 부피 또한 온도효과에 영향을
줄 것으로 가설을 수정하여 실험을 실행하였다.
상자 번호 실험 온도 차이 지붕면적 부피 지붕면적/부피
상자1 0.96℃ 2072㎠ 41440㎤ 0.05
상자2 0.46℃ 1419㎠ 38313㎤ 0.037
상자3 0.66℃ 676㎠ 16224㎤ 0.042
상자1-1 0.36℃ 740㎠ 41440㎤ 0.01785
<표 2> 기존 실험 측정
면적과 부피 두 독립변인의 상호작용에 의해 온도효과의 유의미한 관계를 구하기 위해 지붕면적을 스티로폼의 부피로 나눈 값과 온도 효과의 관계를 비교해 보았다.
<그림 5> 지붕면적을 구조물의 부피로 나눈 값과 온도효과의 관계
그래프를 보아 면적과 부피의 상호작용은 온도효과에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
두 변인을 가지고 새롭게 진행한 구조물에서의 온도 효과를 구하도록 하겠다.
2) 구조물의 온도효과 측정 및 건축물에 적용하기
① 사전실험과 이번 실험을 통해 얻어진 지붕면적/부피 당 온도효과 구조물의 측정값은 다음과 같다.
<표 3> 구조물 크기
가로(㎝) 세로(㎝) 높이(㎝)
앵글 50 40.5 37
단프라박스 48 34.5 34.5
스티로폼(외경) 55 35.5 21
스티로폼(내경) 49.5 30 14.5
<표 4> 대조군과 온도차이 및 온도효과
온도효과가 8.26~9.23 기간1에는 실험군 ‘3>1>2’ 순서이고, 10.11~11.11 기간2에는 실험군
‘1>2=3’ 순서로 나왔다.
기간 1에는 실험군 3과 실험군 1에서 온도효과가 높게 나타난 것으로 보아, 나뭇잎이 넓고 태양광의 차단 면적이 넓을수록 옥상녹지화에 효율적인 것을 알 수 있다.
기간 2에는 기간 1에 비해 온도효과가 전반적으로 높았으며, 나뭇잎의 넓이와 태양광의 차단 면적보다는 녹화에 사용된 토양과 구조물의 단열효과가 온도효과에 큰 영향을 주는 것으로 볼 수 있다.
실제적인 에너지 절약으로 인한 경제적 효과를 구하기 위해서 기간별로 평균 온도효과를 이용하여 알아보도록 하겠다.
②
∆
(Q는 전도에 따른 열의 이동양, k는 재질에 따른 열전도도, L은 재질의 두께, A는 열전도의 면적, ∆T는 실외와 실내의 온도 차이이다.)
구조물에서 기간1의 온도효과는 12.8℃이고, 기간2는 18.7℃이다.
실험에 사용한 단열재(아이소핑크)의 열전도도는 0.031 w/mk 이고, 두께는 2㎝인거에 비하여 학교 지붕 콘크리트 열전도도는 2 w/mk(DIN기준)이고, 두께는 67㎝이다. 받은 열의 양은 열전도도에 비례하고, 두께에는 반비례하므로 이 차이를 보정하면 지붕면적/부피 당 온도효과는 기간1은 24.7℃, 기간2는 35.9℃이다.
<그림 6> 목포혜인여고 4층의 단면도 4층
혜인텃밭 화장실 ★1학년 홈베이스★
복 도
★ (1-1) ★
(1-2) ★
(1-3) ★
(1-4) ★ (1-5) ★
(1-6) ★
(1-7) ★
(1-8) ★
(1학년실) 상자번호
대조군과 온도 차이
지붕면적/
부피
온도효과
기간1(8.26~9.23) 기간2(10.11~11.11) (8.26~9.23) (10.11~11.11)
실험군1 0.5 0.7
0.034
14.7 20.9
실험군2 0.1 0.6 2.94 17.6
실험군3 0.7 0.6 20.9 17.6
· 학교 4층 면적 : 화장실 140㎡, 복도와 교실 814.8㎡, 홈베이스 200㎡, 1학년실 27.6㎡, 총 면적은 1182.4㎡
· 학교 4층 높이 : 2.9m
· 학교 4층 부피 : 3428.96㎥
· 학교 지붕면적/부피값 : 0.344827586
· 학교 지붕 녹지화에 따른 온도효과 : 기간1-8.52826℃ , 기간2-12.39411℃
옥상 녹지화는 건축물이 다층일 경우 건물의 마지막 층에만 적용된다고 가정하였다.
실험값을 학교 건축물에 적용시킨 결과 학교 옥상 녹지화를 통해 기간1(여름)에는 8.5℃
하락시킬 수 있으며, 기간2(겨울)에는 12.4℃ 상승시킬 수 있다는 것을 추론할 수 있다.
각 온도차이만큼의 냉·난방기 사용을 줄일 수 있고, 이로 인하여 에너지 절약에 큰 도움이 될 것으로 예상할 수 있다. 실제 학교에 설치된 에어컨 현황 및 성능을 파악한 후 전기에너지 절약 정도를 계산해 보도록 하겠다.
3) 전기에너지 절약으로 인한 경제적 효과
① 학교에 설치된 냉·난방기의 성능을 조사하였다.
L G 인 버 터 냉 난 방 기 TW1100M9S(31형)
·냉 방 능 력 : 11,000W
·냉-소비전력 : 3,300W
·난 방 능 력 : 13,200W
·난-소비전력 : 3,900W
<그림 7> 학교에 설치된 에어컨
냉방능력과 난방능력에 있어서 차이를 볼 수 있다. 냉방의 소비전력은 3,300W이고 난방의 소비전력은 3,900W로 서로 다른 것을 알 수 있다.
② 학교에 설치된 에어컨 현황을 조사하여 구조도에 ★표로 간략하게 표시하였다.
4층
화장실 ★1학년 홈베이스★
복 도
(1-1)★ ★ (1-2) ★
(1-3) ★
(1-4) ★ (1-5) ★
(1-6) ★
(1-7) ★
(1-8) ★
(1학년실)
3층
혜인 텃밭
세탁실 화장실 ★2학년 홈베이스★
복 도
(2-1)★ ★ (2-2) ★
(2-3) ★
(2-4) ★ (2학년실) ★
(2-5) ★
(2-6) ★
(2-7) ★
비너스실
2층
자기주도★ 학습실
(3-4)★ 진로진학★
상담실 화장실 ★3학년 홈베이스★ 세면대
복 도
(3-1)★ ★ (3-2) ★
(3-3) ★
(3-5) ★
(3학년실) ★ (3-6) ★
(3-7) ★
(3-8) ★
학생회실
무용실
1층
화장실교사 ★
여교사휴 게실
보건실★ ★ (2-8) ★
방송실
중앙현관
실내 조경
복 도 복 도 남교사★
휴게실 교육★ 정보실
멀티★ 미디어실
★
교무실 교장실★
★ 도서관★
현 관
★ 행정실
잔 디 밭
★：냉난방기
지하1층
체력단련
실 ★
생물실 ★
가사실 복 도 지구과학실★
Wee★ 클래스
진로★ 상담실
지하2층
★미술실 ★
실험기자재실
복 도 ★
현관 ★물리실 화학실
<그림 8> 학교 구조도와 에어컨 설치 현황
③ 학교에 설치된 냉·난방기를 가동하여 실내온도 1℃ 내리는데 걸리는 시간을 측정하였다.
실험번호 초기온도 나중온도 걸린시간
실험1 30℃ 29℃ 28분
실험2 30℃ 28℃ 51분
실험3 28℃ 27℃ 29분
실험4 28℃ 25℃ 71분
실험5 25℃ 24℃ 25분
<표 5> 학교 냉방기를 가동하여 온도 1℃ 감소하는데 걸리는 시간 측정
평균 시간은 25분 30초가 걸렸다. 이 결과를 바탕으로 기간1에 해당하는 온도효과 8.5℃의 전기에너지를 절약으로 인한 경제적 효과를 알아보자.
④ 4층에는 총 11개의 냉·난방기가 있다. 그 중 홈베이스는 사용하지 않으므로 총 9개를 가동한다. 등교일 중 하루도 빠짐없이 냉방기를 가동시킨다고 가정한다.
· 기간1 온도효과 : 8.52826℃ 기간2-12.39411℃
· 온도효과를 나타내기 위한 가동시간 : 217.47분 (약 3.62시간)
· 냉방소비전력 : 11,000W
· 옥상 녹지화의 효과 : 39,820W
· 8월 동안 출석일 수 : 27일
· 8월 동안 옥상 녹지화의 효과 : 1,075,140Wh
· 전기료 : 1kWh 당 160원 (교육용을-고압A-선택1-최대부하 시 요금, 한국전력공사)
· 8월 옥상 녹지화를 통해 절약할 수 있는 전기료 : 172,022.4원
옥상 녹지화의 경제적인 효과로 한 달에 약 17만원을 절약할 수 있다. 1년간 204만원의 냉·난방비를 절약할 수 있는 효과이다. 학교 운영규모에 비하면 204만원이 그렇게 큰 절약효 과가 아닐 수도 있다. 또한 옥상 녹지화의 초기 시공비용을 고려한다면 필요성에 대한 의구심 이 생길 것이다. 그렇다면 학교단위에서 벗어나 좀 더 광범위하게 전라남도 건축물에 적용을 해보자.
4) 전라남도 건축물 옥상 녹지화 사업의 경제적 효과
옥상 녹지화를 통해 학교에서 전기에너지 절약에 의한 경제적 효과를 확인하였다. 이를 전라남도 지역에 적용한다면 더 많은 에너지 절약 효과와 더불어 자연보호 효과까지 고려한 다면 매우 가치 있는 사업이 될 것 이다. 그 중 경제적인 효과만 우선 고려하여 옥상녹지화의 타당성을 살펴보도록 하겠다.
· 전라남도 전체 면적 : 12,256,590,571.60㎡
· 전라남도 전체 건축물 면적 : 147,885,433㎡
· 전라남도 층수별 건물 현황 : 1층,2~4층 약 98.58%
<표 6>전남 건축물 용도별 면적
<표 7> 전남 건축물 층수별 현황
· 전라남도에 존재하는 대부분의 건축물이 1층∼4층 사이가 약 95.58%이다. 지붕면적/부피 당 온도효과를 추정하기 위해서 전라남도 전체 건축물의 지붕면적/부피가 평균적으로 0.1 내외 일 것으로 가정하였다. 즉, 건축물의 평균 높이를 10m 라고 가정하였다.
· 전라남도에 존재하는 건축물의 재료와 벽면의 두께는 학교와 동일하다고 가정하였다.
· 건축물 중 꼭대기 층에 에어컨이 설치된 건축물의 비율을 ３０％로 가정하였다．
· 가정에서 사용하는 에어컨의 평균 소비전력을 1000Wh라고 가정하였다.
· 가정에서 사용하는 전기요금은 1000Wh 당 200원이라고 가정하였다.
· 전라남도 건축물의 평균 온도효과 : 0.1 x 24.732℃/m = 약 2.47℃
· 온도효과를 나타내기 위한 가동시간 : 약 63분
· 전라남도의 한 달간 전기 에너지 절약 효과 : 14568013.69kWh
(2.47℃ x 1.05h x 30일 x 1kWh x 5,679,023지번 x 0.3 = 132,556,915.4kWh)
· 전기에너지 감소에 따른 경제적 효과 : 2.651138307 x 원 (약265억원)
５)시사점
<그림 9> 목포 평균기온 예상
구 분 계 주 거 용 상 업 용 공 업 용 문교·사회용 기 타 전 남 624,155 422,872 86,571 17,334 15,176 82,202 Jeonnam 147,885,433 61,539,917 25,956,256 16,811,814 13,825,032 29,752,415
전 남 624,155 534,153 81,178 2,631 1,700 2,630 203 2 1,658 Jeonnam
구 분 Division 계
Total 1 층 2∼4층 5 층 6∼10층 11∼20
층 21∼30
층 31층이
상 기 타
목포지역의 연평균기온은 과거 100년 전에 비해 현재 약 0.8℃ 상승하였고, 지구 온난화가 지속된다면 2050년 예상 온도는 약14.4℃까지 상승할 것으로 추정된다. 학교 옥상 녹지화를 시행하였을 때, 절약되는 전기에너지는 1,075,140Wh였고 경제적 가치는 약 17만원이었다.
이를 전남지역에 적용시켰을 때 14568013.69kWh만큼의 전기에너지 절약 효과가 있었고, 경제적 가치는 약 265억원 이었다.
비록 옥상 녹지화의 초기 시공비용과 정기적인 관리 부분이 부담이 될 수도 있지만 후속연구 가 지속적으로 진행이 된다면, 경제적이 효과를 넘어 자연보호라는 인류의 중대한 문제를 해결하기 위하여 충분히 시행해볼만한 가치가 있는 사업이라고 생각한다.
4. 홍보 및 사후 활용
학생들의 옥상녹지화에 대한 지식과 관심정도를 알아보기 위한 캠페인을 점심시간을 이용 하여 진행하였다. 간단한 퀴즈와 함께 구성하였는데, 생각보다 지구온난화의 심각성과 주된 원인에 대한 지각이 매우 낮았고, 옥상녹지화의 필요성에 대한 인식이 높지 않았다. 이를 바탕으로 조금 더 자세한 학생들의 생각을 알아보기 위해 설문지조사를 계획 중에 있으며, 지속적인 활동을 통하여 지구환경보호를 위한 대안을 연구하고자 한다.
기간2를 통한 겨울철 난방비 절약의 효과는 시간의 제약으로 인해 결과를 도출하지 못하였 다. 기회가 된다면 겨울철 난방비에 대한 절약효과 도출과, 에너지절약효과뿐만이 아니라 물의 순환적 측면 및 에너지 측면 등을 융합적으로 고려하여 옥상녹지화의 방법의 최적화를 연구해보고 싶다.
5. 참고문헌
김정호, 윤용한(2011). 옥상녹화시스템 유형별 건물에너지 절감 및 경제성 분석 실베스트르 위에(2002). 기후의 반란
이춘우, 김수봉, 문혜식(2011). 옥상녹화의 녹화유형별 기온저감 효과
Christina Koppe, Sari Kovats, Gerd Jendritzky, Vettina Menne.(2007). 최병철, 김규랑, 김지 영 옮김/정효상, 박종길 감수. 위기의 지구 : 폭염. 출판사 (주)푸른길
Roger Guesnerie(2006). 이수지 옮김. 이동규 감수. 온실효과, 어떻게 막을까?. 출판사 민음인
