주거지의 건축 요소가 일조 시간에 미치는 영향

Abstract

그간 도시계획 분야에서는 지속가능한 도시를 위한 에너지 소비에 효율적인 도시형태의 발굴을 시도해 왔다. 20세기 후반의 압축도시 이론을 중심으로 하여 21세기 현재의 저탄소도시, 스마트도시 등 기후변화에 대응하고 에너지 저소비형 도시공간의 조성을 위한 정책들로 변화·발전하고 있다. 도시공간에서 건물은 나홀로 입지하지 않으며 주변 건물들과 함께 입지하여 지역과 도시의 형태와 구조를 형성하는데, 도시 형태에 따라 형성되는 미기후로 인해 건물 내에서 에너지를 소비하는 행태에 영향을 미쳐 궁극적으로 에너지 소비가 변화한다는 인과관계가 이루어진다. 이러한 미기후 중 태양광선을 받는 일조는 주거의 쾌적성 뿐만 아니라 조명, 냉난방 에너지 소비에도 밀접한 관련이 있으며, 보편적으로 일조량이 많은 주거지를 선호하기 때문에 일조는 주거지 선택에 중요한 기준이 된다. 그렇다면, 어떤 주거지가 일조 확보에 유리한가? 이와 관련하여 종합적인 답을 제시한 연구는 아직까지 부재하다. 그리하여 본 연구는 개별 건물들이 모여 기하학적 형태와 구조를 생성하는 도시 공간 내 주거지 형태와 태양에너지인 일조 확보와의 관계와 그 영향을 규명하는 것을 주요 목적으로 하여, 일조량 확보에 효율적인 주거지형태 모델과 건축요소들의 영향력 분석을 통해 주거지에 양호한 일조 환경을 조성하기 위해 고려해야 할 요인들을 도출하고자 하였다. 본 연구에서는 우리나라의 주거지 특성을 반영하고자 유형을 저층주거형, 아파트형, 혼합형 등 3가지로 구분하고, 선행연구들의 고찰을 통해 주거지의 건축요소들로 건폐율, 용적률, 차폐비, 건물높이, 건물 향 등 5가지 요소들과 일조시간과 상관관계를 가질 것으로 예상되는 높이편차, 경사도를 추가로 선정하여 분석을 진행하였다. 분석대상지로 선행 연구에서의 형태적 대표지역 25개소와 서울의 대표적인 주거지역 7개소를 추가 선정하였으며, 선행 연구들을 반영하여 500×500m의 격자 형태로 분석대상지 규모를 선정하여 연구를 진행하였다. 분석을 위해 분석대상지 내 건물의 평면에 따른 높이 값을 GIS자료에 속성으로 구축하고 이를 3차원으로 모델링해주는 과정과, 지형정보가 포함되어 있는 DEM과 연계하여 2차원 GIS자료를 지형이 반영된 3차원 모델로 변환해주는 과정이 함께 이루어졌다. 주거지 건축요소에 대한 유형별 분석 결과, 건폐율에 대한 유형별 평균은 저층주거형이 36.6%로 가장 높고, 혼합형이 32.7%, 아파트형이 18.1%로 가장 낮게 나타났다. 용적률의 유형별 평균은 저층주거형이 108.6%, 아파트형이 250.7%, 혼합형이 176.5%로 나타났으며, 건물간격에 대한 건물높이의 비율인 차폐비의 경우 아파트형이 4.3으로 가장 낮고, 혼합형이 5.9, 저층주거형이 6.1로 높게 나타났다. 건물높이에 대해서는 아파트형이 49.6m로 가장 높고, 혼합형이 11.1m, 저층주거형이 7.2m로 나타났으며, 건물 향은 아파트형이 180.0°로 가장 남향이고, 저층주거형 182.1°, 혼합형 187.9°로 서향으로 편향되어 나타났다. 높이편차는 저층주거형이 7.8m, 혼합형이 13.3m, 아파트형이 26.9m, 지형을 판단하는 경사도의 경우 혼합형이 5.0°, 저층주거형 3.7°, 아파트형 1.2°로, 아파트형이 가장 평지에 가까운 지역에 입지하고 있다. 일조시간 분석 결과에서는 저층주거형이 5.1시간으로 가장 높고, 혼합형이 4.5시간, 아파트형이 4.4시간 순으로 분석되었다. 공동주택의 동지일 일조시간 분석에서는 반포동1이 연평균 6.3시간에서 동지일 6.0시간으로 일조시간이 가장 많은 가운데 소폭 감소하였고, 압구정동의 경우 연평균 4.7시간에서 동지일 4.5시간으로 역시 소폭 감소하였다. 상계동(4.6→3.8), 반포동2(3.8→3.0), 잠실동(3.5→2.9)은 일조시간 감소폭이 상대적으로 컸다. 잠실동은 연평균 일조시간과 함께 동지일 일조시간도 전체 대상지중 가장 적은 일조시간을 보이는 것으로 분석되었다. 도곡동의 경우에는 3.6시간→3.4시간으로 감소량이 적었다. 동지기간에 총 일조량이 4시간(서울고법 판례의 일조권 수인한도 기준)에 미달되는 대상지들은 상계동(3.8), 잠실동(2.9), 반포동2(3.0), 도곡동(3.4)으로 건축법의 인동거리 기준이 준수되어 건설된 공동주택들이 수인한도 기준을 충족하지 못하는 문제점이 발견되었다. 주거지의 건축요소들과 일조시간의 관계 및 영향을 분석하기 위해 상관분석과 다중 회귀분석을 실시하였다. 상관분석 결과 일조시간은 용적률(-0.764), 차폐비(-0.556), 건물높이(-0.498), 높이편차(-0.396)와 상관성을 가지는 것으로 나타났으며, 건폐율과는 상관관계가 유의하게 나타나지 않았다. 건물 향과 경사도 요소들은 그 특성상 일조시간과의 상관분석의 결과와 해석이 어려워 산포도를 통해 관계를 해석하였는데, 두 변수 모두 유의한 패턴을 보이지 않았다. 모형 1로 전체 건축요소들을 독립변수로 하여 일조시간과 회귀분석을 실시한 결과 표준화계수에 의해 용적률이 –0.889(유의확률 0.000)로 가장 영향력이 큰 형태 요인으로, 차폐비가 –0.355(유의확률 0.002)로 용적률 다음으로 영향력이 큰 것으로 나타났다. 건폐율은 상관관계 분석 결과를 볼 때, 일조시간과 정(+)의 관계를 보인 건축요소로서 회귀분석 결과에서 나타난 부(-)의 영향을 미치는 결과와 정합성을 보이지 않았다. 모형 2는 용적률, 차폐비 2개 요소들을 독립변수로 하여 일조시간과 회귀분석을 재실시한 결과다. 모형 1과의 차이를 살펴보면 용적률의 경우 모형 2에서 비표준화계수와 표준화계수가 감소한다. 표준화계수가 감소한다는 것은 영향력이 작아진다는 것을 뜻한다. 차폐비를 보았을 때 모형 1에 비해 모형 2에서 비표준화계수와 표준화계수가 모두 증가한다. 이는 차폐비의 설명력이 높아진 것으로서 모형 1에서의 용적률을 포함한 다른 건축요소들의 설명력이 차폐비로 전환되었다는 것으로 해석할 수 있다. 또한 차폐비의 유의확률은 0.002→0.000으로 낮아져 모형 2의 차폐비 계수의 일조시간에 대한 유의성이 높아졌다. 주거지의 건축 요소들과 일조시간 간 상관분석 및 회귀분석을 통해 도출된 결과들을 종합해 볼 때, 일조시간은 용적률, 즉 밀도에 가장 중요하게 영향을 받는 것을 확인하였다. 밀도에 차선하여서는 차폐비가 영향을 미치는 데, 만일 동일한 밀도일 경우 차폐비를 통해 일조가 차등화되는 관계가 형성된다. 분석대상 주거지들은 저층의 건물 간격이 좁은 주거지보다 모더니즘 도시와 같이 고층의 건물 간격이 넓은 주거지형태로의 차폐비 저감이 보편적으로 이루어지고 있었으며, 반대로 저층화의 형태로 차폐비를 낮추어 일조시간을 더 확보하는 경우와 지형, 주동 배치의 영향 등에 의해 회귀모형으로 설명할 수 없는 관계를 나타내는 사례도 도출되었다. 특히 주동 배치의 경우 판상형 건물이 일렬로 배치될 경우 차폐비는 낮아져 일조에 효율적이고, 동서로 건물이 에워싸는 ㅁ자 배치에 가까울수록 인접 건물과의 간격이 가까워 차폐비가 높아져 일조환경이 열악해지는 것으로 평가되었다. 본 연구의 결과는 우리나라의 다양한 주거지 형태들 중 일조시간의 확보 관점에서 관계와 영향을 미치는 건축 요소들을 발굴하고, 회귀모형을 통해 일조에 효율적인 주거지 형태를 제시하고 있다. 가장 중요한 것은 고밀 개발은 일조 확보에 부정적인 영향을 미친다는 것이다. 이는 도시계획·관리 정책에 있어서 기존의 고밀압축도시 사상을 동경하여 단순히 고밀도시를 지향할 것이 아니라 일조를 포함한 환경적·에너지 소비적으로 종합적인 측면에서 도시 형태를 고려하고 접근해야 한다는 시사점을 준다. 에너지 관점에서 차폐각도의 조절을 통한 더 많은 일조의 확보는 난방 수요와 조명에너지 소비를 감소시키기 때문에 에너지 총량적으로 저감효과를 수반한다. 그러나, 인구 성장 등으로 인한 토지의 효율적 이용과 부동산 개발에 따른 수익성 측면에서 볼 때, 고밀 개발은 선택의 여지가 없다. 도시계획에서는 지역별 특성에 맞게 밀도를 관리하고 있으므로, 가급적 현재의 적정 밀도를 유지하려는 노력이 필요하다. 동일한 밀도 상에서는 차폐비가 낮은 주거지 형태가 일조 확보에 유리하다. 동일 밀도에서의 차폐비 조정은 건물 높이를 높이는 대신 건물 간격을 넓히거나, 건물 높이를 낮추는 대신 건물 간격을 좁히는 관계를 통해 가능하다. 유사 밀도의 대상지들을 비교해 본 결과, 고층화로 차폐비를 낮추는 모더니즘 도시의 형태와 저층화를 통해 차폐비를 낮춤으로써 일조환경을 양호하게 만드는 사례들이 모두 나타나고 있다. 고층화를 통한 주거지는 역세권이나 고밀 개발이 필요한 지역에 적합한 모델로, 서울의 사대문안과 유럽의 역사도심 등 건축물의 최고높이 규제가 필요한 지역은 저층화된 주거지 방식을 활용하여 차폐비를 낮추는 모델 대안으로 적합해 보인다. 공동주택은 판상형의 배치형태가 차폐비가 낮고 일조시간을 가장 많이 확보하는 것으로 예측된다. 특히, 판상형은 건폐율은 높아도 차폐비는 낮아 다양한 형태에서 일조 확보에 유리한 것으로 판단된다. 이에 비해 탑상형은 타워식 주동 형태가 ㄱ자, ㄴ자 형태에 비해서는 일조시간이 많았다. ㄱ자, ㄴ자 주동 형태는 남향에 비해 불리하고, 인접 주동에 대해 음영을 형성시키는 부정적인 영향을 미친다. 공동주택들의 서울고법 판례에서 정한 일조권 수인한도 기준 미달은 건축법에서의 인동거리 규제가 일조권 확보에 제 기능을 하지 못하고 있는 것을 시사해준다. 그리하여 건축법 강화를 통해 현행 인동거리 기준에서 측면으로 인접한 주동과의 거리에 대해서도 포함시켜 이격 규제를 할 필요가 있다. 이와 더불어 건축계획 수립시 일조분석을 사전 평가하도록 의무화하고 인허가시 검토하도록 하여 건축법과 판례의 일조권 규제에 정합성을 가지도록 해야 할 것이다. 일조분석 범위도 개발대상지 뿐만 아니라 주변지역을 포함함으로써 주변 지역의 영향도 함께 평가될 수 있도록 해야 할 것이다. 도시계획적으로 일조를 고려하고 관리할 수 있는 방안을 모색해 볼 때 용도지역제도의 용적률, 그리고 높이 기준을 적용해 볼 수 있다. 또한 차폐비를 도시계획 법·제도에 적용하기 위해서는 현행 건축법의 일조권 사선제한 제도를 보완하여 차폐비 개념을 반영할 것을 제안한다. 본 연구의 결과는 지속가능한 도시와 주거환경을 위한 도시계획·설계적 가이드라인 수립시 반영될 수 있다. 또한 기후변화 대응 측면에서 에너지 소비와 온실가스 배출을 저감하기 위한 도시 형태의 모델 개발에도 활용될 수 있을 것이다. 최근의 스마트 도시 분야에서는 ICT, IoT 등 스마트 설비와 신재생에너지 인프라의 공급 뿐만 아니라 스마트한 도시계획, 도시설계를 구현하고자 그 개념과 전략 등을 모색하고 있다. 본 연구자는 스마트한 도시계획·설계는 데이터를 기반으로 도시를 계획·설계하고, 컴퓨터 모델링을 통한 일조, 바람, 그늘 등의 도시환경 분석을 통해 도시계획가들과 정책 결정권자들이 더 나은 대안을 모색하는 것으로, 스마트한 도시계획의 주요한 실행 수단으로 본 연구의 방법론과 연구 결과들이 활용될 수 있을 것으로 사료된다.