공동주택 단지의 구성요소와 입체적 형태가 계절별 지표온도에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

지구온난화로 인한 평균온도 상승과 급격한 도시화로 발생된 건조환경의 증가와 녹지의 감소는 도시 내 열환경, 열섬현상을 더욱 심각하게 만들고 있다. 여름철의 경우 온도가 점진적으로 상승해 도시민들의 열쾌적성 감소, 온열질환 등 다양한 문제를 발생시키고 있다. 이에 따라 세계적으로 도시 내 쾌적한 열환경을 조성시키기 위해 노력하고 있다. 그 중에서도 지표면은 표면의 재질이 열에 반응하여 열섬현상에 영향을 미치는 요인으로 주목받고 있어 쿨페이빙, 녹지 등을 도입해 지표온도를 낮추고 있다. 국내의 경우도 지표온도를 낮추기 위해 각종 정책과 건축 및 도시 설계기법을 적용하고 있으나 공공성을 띄는 상업 및 업무지역에 집중되어 있어 개인이 생활하는 주거지역의 경우 대책이 미비한 실정이다. 국내의 경우 공동주택의 거주비율이 높아 공동주택 단지의 열환경에 대한 영향요인을 파악할 필요가 있다. 기존 연구들에 따르면, 도시의 입체적 형태와 구성요소가 대상 지역의 지표온도와 대기온도 등에 영향을 미치고 있음을 보여준다. 그러나 연구의 내용에 있어 분석대상의 규모로 인해 도시를 구성하는 입체적 환경을 정밀하게 분석하지 못하거나, 정밀하게 실증분석을 진행한 경우 표본 수가 적어 제한된 결과를 보였다. 또한, 가상의 시나리오에 대해 시뮬레이션을 진행한 연구들은 많은 변수를 고정시켜놓기에 한계를 분명히 하고 있다. 이와 같은 배경을 바탕으로 본 연구의 목적은 다음과 같다. 본 연구는 공동주택 단지의 구성요소와 입체적 환경이 지표온도에 미치는 영향에 대해 파악하고자 한다. 서울시를 대상으로 삼고 4계절이 뚜렷한 국내 기후상황에 맞게 여름철과 겨울철에 대해 분석하였다. 도시와 단지 내 입체적 형태와 구성요소, 기상환경 등을 분석하기 위해 공간, 관측, 위성자료를 구득하고, 지표온도에 영향을 미치는 다양한 변수들의 관계를 분석하기 위해 방법론으로 다중회귀분석을 사용하였다. 분석결과를 바탕으로 여름철 지표온도 저감에 우수한 단지유형의 구성요소와 입체적 형태가 무엇인지 알아보고 현재 공동주택 단지에서 지표온도 저감을 위해 추구할 방향과 도시 열환경을 위한 정책적 시사점을 제공하는 것을 목적으로 하고자 한다. 본 연구는 다음과 같은 과정을 통해 진행하였다. 선행연구를 통해 분석범위와 방법, 도시 열환경에 영향을 미치는 구성요소와 입체적 환경을 파악하였고, 분석 대상과 주요 변수를 선정하였다. 이후 최신의 위성영상, 공간 입체자료, 기상데이터를 지리정보시스템 프로그램(GIS)과 위성영상 가공 프로그램(Envi), R studio 등의 프로그램을 통해 본 연구의 종속변수인 지표온도와 기상환경 및 물리환경 특성 변수를 구축하였다. 최종적으로 통계분석 프로그램인 STATA를 활용하여 다중회귀분석을 진행하였으며, 분석결과를 통해 각 영향요인이 계절별 지표온도에 통계적으로 유의한 영향을 미침을 확인하였다. 본 연구의 시사점은 다음과 같다. 공동주택 단지의 지표온도는 풍속과 같은 기상환경과 녹지, 대지경사 등의 단지 구성요소가 여름철 온도감소에 긍정적인 영향을 주었다. 하지만 음영의 경우 겨울철 온도감소에도 영향을 주어 건축, 도시적 접근에 있어 보완책이 필요할 것으로 판단된다. 입체적 환경 부분에 있어서는 외부 환경에 노출도가 높은 주동형태와 열린 배치가 지표온도를 낮추는 요인으로 나타났고, 주변의 물리적 환경도 지표온도에 영향을 주는 것으로 나타났다. 마지막으로, 본 연구의 결과는 열적으로 우수한 단지설계를 위해, 열린 배치와 주동형태, 녹지를 내부에 배치하는 것이 효과적인 전략이며, 주변 환경 역시 연계성을 가지고 저감책을 추진할 필요가 있음을 시사한다. |Rapid urbanization has led to undesirable built environments with less permeable and less vegetated areas, which affect thermal environments in cities negatively and cause urban heat island (UHI) effects along with the increase in average temperature caused by global warming. Accordingly, efforts are being made to create a pleasant thermal environment in cities around the world. Above all, cool pavements and urban vegetations are a popular mitigation strategy, as characteristics of urban surfaces are known to play a significant role in UHI. In Korea, the percentage who dwell in an apartment complex is high, in comparison to other housing types. Therefore, it is necessary to identify factors that affect the thermal environment of apartment complexes. This study was conducted in Seoul and analyzed how compositional and three-dimensional physical elements influenced surface temperatures in 340 apartment complexes for both summer and winter. Multiple regression analysis was used as a methodology to analyze the relationship between surface temperature and physical elements. This study was carried out through the following processes. Firstly, the methodology and variables affecting thermal environments of cities were selected based on prior research. Secondly, surface temperatures are calculated by using satellite image data of Landsat8. Independent variables including weather conditions and physical characteristics of apartment complexes were computed. ArcGIS, Envi and R Studio were used. Finally, multiple regression analysis was performed using STATA. The important findings are as follows. Weather condition (such as high wind speeds) and physical elements (such as large green areas, high shading effects and high slope) had a positive effect by decreasing surface temperatures in summer. However, the shading effects lowered surface temperatures in winter, and thus, supplementary measures are needed for an architectural and urban design approach. Regarding three-dimensional physical characteristics, the open layout of buildings with high exposure to external environments was shown to decrease the surface temperature. The results of this study suggest that it is an effective strategy for apartment complexes to have an open layout and to place vegetation inside, and that mitigation strategies should be also implemented in the surrounding areas in accordance with the apartment complex.; Rapid urbanization has led to undesirable built environments with less permeable and less vegetated areas, which affect thermal environments in cities negatively and cause urban heat island (UHI) effects along with the increase in average temperature caused by global warming. Accordingly, efforts are being made to create a pleasant thermal environment in cities around the world. Above all, cool pavements and urban vegetations are a popular mitigation strategy, as characteristics of urban surfaces are known to play a significant role in UHI. In Korea, the percentage who dwell in an apartment complex is high, in comparison to other housing types. Therefore, it is necessary to identify factors that affect the thermal environment of apartment complexes. This study was conducted in Seoul and analyzed how compositional and three-dimensional physical elements influenced surface temperatures in 340 apartment complexes for both summer and winter. Multiple regression analysis was used as a methodology to analyze the relationship between surface temperature and physical elements. This study was carried out through the following processes. Firstly, the methodology and variables affecting thermal environments of cities were selected based on prior research. Secondly, surface temperatures are calculated by using satellite image data of Landsat8. Independent variables including weather conditions and physical characteristics of apartment complexes were computed. ArcGIS, Envi and R Studio were used. Finally, multiple regression analysis was performed using STATA. The important findings are as follows. Weather condition (such as high wind speeds) and physical elements (such as large green areas, high shading effects and high slope) had a positive effect by decreasing surface temperatures in summer. However, the shading effects lowered surface temperatures in winter, and thus, supplementary measures are needed for an architectural and urban design approach. Regarding three-dimensional physical characteristics, the open layout of buildings with high exposure to external environments was shown to decrease the surface temperature. The results of this study suggest that it is an effective strategy for apartment complexes to have an open layout and to place vegetation inside, and that mitigation strategies should be also implemented in the surrounding areas in accordance with the apartment complex.