열수지를 활용한 서울시 열환경 개선을 위한 공간유형화

Abstract

모든 도시에 적용 가능한 도시기온 연구중 하나로, Stewart와 Oke가 고안해낸 Local Climate Zone (LCZ)을 꼽을 수 있다(I.D. Stewart et al., 2012). 이 방법은 지역적 환경과 기후 관련성에 대해 객관적이고 표준화된 방법으로 지역기후 구역을 분류를 하는 것이다. 그러나 이 방법은 피복, 구조, 구조물의 재료가 균일한 특징을 가질 경우에 한해서 200~500m 의 최소 반경을 갖는 영역을 전제조건으로 하고 있다. 이 연구는 공간을 구성하고 있는 건축물의 유무와 크기, 밀집정도 및 녹지의 유무와 같은 광역적 범위의 유형을 통해 열섬현상을 온도 측면에서 이해하고 있으나 근본적 원인이 되는 복사열의 발생 원인과 공간과의 관계에 대한 이해가 부족하여 실질적인 지적 범위에서의 계획 혹은 설계에 적용하기 난해한방법이다. 그러나 도시 열섬 현상에서 도시 지표면 온도와 대기온도는 열에 의한 결과이다. 도시토지피복 요소를 정확하게 진단하고 도시 공간에분포하는 열을 구조적으로 분석한다면 도시 열환경 개선을 위한 공간의 특성을 파악할 수 있다. 또한 공간 내에서의 열평형(잠열, 현열, 저장열(인공열 포함))을 이루고 있는 열 요소에 대한 이해에 기초하여 공간별 구성요소의 특성을 구명할 필요가 있다. 도시 협곡 구조에서의 열섬 현상을 저감 혹은열섬에 적응하기 위해서는 열섬 현상자체를 이해하고 도시 공간의 물리적 요소와 열섬 현상의 관계 및 영향에 미치는 요소들에 대한 고찰이 필요하다. 토지 피복 요소들이 공간의 열수지 요소에미치는 영향의 정도를 각각 도출하여 도시 계획설계에 있어 그 준거를 마련하는데 연구의 의의가있다(Mascart et al., 1995; Grimmond and Oke 1991). 공간 내에 존재하는 열에너지의 총량인 순복사열은 사람들이 느끼는 현열(Sensible Heat), 물체의 물리적 상태변화에 관여하는 잠열(Latent Heat), 온도를 가지고 있는 모든 사물에 담긴 저장열(Storage Heat)의 합에서 인공열을 제외한 열로서(Masson et al, 2002), 열의 평형을 이루고있다(열수지, Sallee, 2014). 현열이 높으면 공간 사용자가 더위를 느끼고, 열수지에서 트레이드오프 관계인 잠열이 낮아지면현열이 더욱 높아진다. 그리고 저장열이 낮아지면지표면으로 들어가지 않고 대기 중에 잔류하는 열이 많게 된다. 본 연구에서 논의되는 열환경 개선필요지역은 대기 중에 현열을 높이는 조건을 가진 지역이라고 정의하고자 한다. 본 연구의 목적은 도시의 전반적인 열 환경개선 혹은 열섬현상의 저감을 위해 우선적으로 개선이 되어야 할 지역을 찾아내는 기법을 마련하고, 그 지역의 토지피복의 변화에 대한 준거를 제시하는 것이다. 또한 향후 이러한 연구가 다양한도시공간에 축적된다면 열섬저감을 위한 도시설계지침 수립에도 기여할 수 있다.

The purpose of this study is to identify the spatial types for thermal environment improvement considering heat flux and its spatial context through empirical orthodox formulas. First, k-means clustering was used to classify values of three kinds of heat flux - latent, sensible and storage heat. Next, from the k-means clustering, we defined a type of thermal environment (type LHL) where improvement is needed for more comfortable and pleasant thermal environment in the city, among the eight types. Lastly, we compared and analyzed the characteristics of each classified thermal environmental types based on land cover types. From the study, we found that the ratio of impervious surfaces, roads, and buildings of the type LHL is higher than those of the type HLH (relatively thermal comfort environment). In order to improve the thermal environment, the following contents are proposed to urban planners and designers depending on the results of the study. a) Increase the green zone rate by 10% to reduce sensible heat; b) Reduce the percentage of impermeable surfaces and roads by 10% ; c) Latent heat increases when water and green spaces are expanded. This study will help to establish a minimum criterion for a land cover rate for the improvement of the urban thermal environment and a standard index for the thermal environmental improvement can be derived.