도시 주거공간 열환경 개선 요소의 효과 및 민감도 분석

Abstract

최근 도시의 이상기후와 함께 과도한 개발의 집중화로 인해 기온이 상승함에 따라 도시 열환경이 악화하고 있다. 대표적인 현상으로 도심 기온이 주변 지역보다 2~5℃ 높게 나타나는 도시열섬현상이 발생하고 있다. 이는 도시민이 느끼는 열 스트레스 강도인 열쾌적성에도 영향을 주어 도시민 삶의 질을 악화시키고 있다. 이 같은 현상은 공간계획 과정에서부터 도시 열환경을 고려한 쾌적한 환경 조성의 필요성을 증대시켰다. 공간계획 중 특히 주거지역은 용도지역의 절반 이상(53.83%)을 차지하고 있으며 주거지역 중 59.9%는 공동주택(아파트)에 거주하고 있다. 이에 따라, 도시 환경 개선과 도시민의 복지를 위해 도시 주거 공간의 열환경 관리는 더욱 필요하다. 열섬현상을 완화하기 위한 방안은 크게 네 가지로, 증발 잠열성을 유지 및 증대시켜주는 녹지조성, 현열을 차단하는 고 반사성 재료 도포, 인공 열 절약, 바람길 유지 및 조성하는 방안이 제시되고 있다. 이와 같은 열섬 완화를 위한 수단과 방법은 다각적 접근을 통해 정립되고 있으나, 개선요소별 개선효과에 대한 민감도를 주거 특성별로 분석한 연구는 미비한 실정이다. 여기서 민감도란, 종속변수에 영향을 주는 독립변수에 대한 영향이다. 이에 본 연구는 서울시 주거 공간의 대표적 주거 형태인 공동주택(아파트)을 대상으로 아파트 유형별(판상형, 탑상형) 도시 열환경 개선 요소(지면녹화, 쿨페이브, 옥상녹화, 쿨루프)에 대한 시나리오를 최소에서 최대를 설정하여 동일한 구간으로 세분화하였다. 이에 따라 총 48개의 시나리오가 구성되었다. 세분화 한 구간별로 적용하였을 때 나타나는 열환경 개선효과(기온 저감, PET 저감)와 적용 효과에 대한 민감도 분석을 통해 주거 형태를 고려한 도시 주거공간에 맞는 열환경 개선방안을 제시하고자 하였다. 본 연구의 사례 연구는 다음과 같다. 먼저 도시 열환경 관리가 필요한 지역을 파악하기 위해 도시열섬현상 발생지역을 도출하고, 최종 분석 대상지를 선정한다. 이를 위해 기상관측자료(S-DoT․AWS)를 이용하여 분석에 적합한 날을 선정하고, 보간법인 Universal Krigging을 통해 서울시 전체 대기온도를 산정하여 도시열섬지역을 도출한다. 각 공동주택(아파트) 유형(판상형, 탑상형)별로 ENVI-met 분석이 적합한 지역인 사면이 도로에 접해있으며 대지가 정방형에 가까운 곳을 최종 분석대상지로 선정한다. 최종 분석지를 대상으로 각 개선 요소의 시나리오별 적용 면적을 산정한다. 이때 각 개선 요소의 시나리오는 지면녹화, 쿨페이브먼트, 옥상녹화, 쿨루프를 최소 0%에서 최대 75%까지 15%씩 세분하여 적용하였다. 또한 ENVI-met 모델을 활용하기 위한 시뮬레이션 변수를 입력한다. 이후 도시 열환경 개선 요소의 적용 효과를 분석한다. 시나리오 적용에 따른 열환경 개선 효과를 0% 적용과 대비하여 분석한다. 판상형과 탑상형 아파트의 최대 기온 저감 효과는 쿨페이브먼트(1.6℃, 2.33℃) > 지면녹화(0.48℃, 0.17℃) > 옥상녹화(0.07℃, 0.05℃) > 쿨루프(0.06℃, 0.02℃) 순서로 나타났다. 최대 PET 저감 효과는 지면녹화(5.31℃, 3.15℃) > 쿨페이브(1.26℃, 1.35℃) > 옥상녹화(0.71℃, 0.51℃) > 쿨루프(0.37℃, 0.31℃) 순서로 나타났다. 다른 시나리오와 다르게 쿨페이브먼트 PET의 경우 주간시간대(06~19시)에 PET가 증가하고, 야간시간대(20~05시)에 감소하였는데, 이는 MRT가 주간시간에 증가하기 때문이다. 민감도 분석은 시나리오 구간(15%↑)에 대한 기온·PET 저감량을 비교하여 파악한다. 각 시나리오별 변화율의 평균과 표준편차를 구하여 그 이상이거나 이하로 나타나는 구간을 민감하게 반응하는 구간으로 정의한다. 지면녹화 시나리오의 기온 저감 효과는 판상형에서 60%, 탑상형 15%에서 민감하게 반응하였다. 쿨페이브먼트는 판상형과 탑상형 모두 알베도 0.85에서, 옥상녹화의 경우도 판상형과 탑상형 모두 15%를 적용하였을 때 구간별 변화율이 높았다. 쿨루프의 경우, 판상형은 알베도 0.80, 탑상형은 알베도 0.65에서 민감하게 반응하였다. PET 저감 효과는 지면녹화, 판상형 45%, 탑상형 15%, 쿨페이브먼트, 판상형과 탑상형 모두 알베도 0.85, 옥상녹화, 판상형과 탑상형 모두 15%, 쿨루프, 판상형 0.50, 탑상형 0.35에서 민감하게 반응하였다. 판상형 아파트가 탑상형보다 지면녹화, 옥상녹화, 쿨루프 시나리오 에서 더 높은 변화율을 보였다.