[기획-도시계획 진단] 11. 폭염기 공동주택단지의 녹지 및 필로티 배치에 따른 온도변화 CFD 시뮬레이션 분석 연구
공동주택 단지 내 녹지 및 필로티 배치 조건 확인 및 설계 방향 제시... 단지 내 풍속이 낮은 곳에 녹지를 배치하는 것이 단지의 온도 저감에 효과적
2024-10-07
급속한 도시화에 따라 대도시는 주민에게 주택을 빠른 시 일내 대량으로 공급하는 역할을 수행했지만 기후변화 등에 의한 이상기후의 부정적 영향 등을 충분히 고려하지 못한 한계를 갖고 있다.
특히 도시 지역의 고층 공동주택단지는 바람길 차단, 온도상승 등 단지 내 미기후(Micro-climate) 현상으로 거주자의 쾌적함을 침해하고 건강에 악영향을 미치고 있다.
이번 회에서는 '폭염기 공동주택단지의 녹지 및 필로티 배치에 따른 온도변화 CFD 시뮬레이션 분석 연구'라는 주제의 논문을 소개하고자 한다.
이 논문은 2022년 1월 대한건축학회, Vol.38 No.1(통권 제399호)에 게재됐다. 중앙대학교 토목공학과 도시설계 및 계획전공 석사과정 강전훈이 완성했다.
고층 공동주택단지를 구성하는 녹지와 필로티 등을 활용해 단지 공간을 보다 쾌적하고 건강하게 조성할 필요가 있으므로 본 연구는 좋은 주제라고 생각한다. 주요 내용을 간략히 소개한다.
◇ 연구의 목적... 공동주택 단지 내 녹지 및 필로티 배치 조건 확인 및 설계 방향 제시
연구의 목적은 공동주택 단지 내 쾌적한 환경을 조성하는데 요구되는 녹지 및 필로티 배치 조건을 확인하고 설계 방향을 제시함에 있다. 세부적으로 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 공동주택 단지 외부공간의 여건을 분석해 열환경에 취약한 주거 환경을 효과적으로 개선하도록 녹지, 필로티, 오픈스페이스 배치 조성의 필요성을 도출한다.
둘째, 공동주택 단지 내 다양한 유형의 녹지 및 필로티를 도입함으로써 온도저감 효과를 CFD시뮬레이 션 프로그램을 활용해 그 효과를 정량적으로 밝힌다.
셋째, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 공동주택 단지 내 쾌적한 환경을 조성하는데 요구되는 녹지 및 필로티 배치를 조건을 확인하고 이를 활용하는 공동주택단지의 설계 방향을 제시한다.
▲ 분석의 틀
◇ 연구의 방법... CFD 시뮬레이션 프로그램을 활용해 온도 저감 효과에 탁월한 녹지 및 필로티 배치 방향 도출
서울특별시 서초구의 한강변 고층주거단지를 대상으로 2020년 폭염경보발생일(2020.8.25.)의 기상조건을 적용하여 시뮬레이션 시나리오를 설정했다.
이를 바탕으로 CFD 시뮬레이션 프로그램인 Envi-met을 채택해 시뮬레이션을 진행했다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 온도 저감 효과에 탁월한 녹지 및 필로티 배치 방향을 도출하고 보행자 레벨에서의 공동주택 단지 설계방향을 제시한다.
◇ 주요 연구결과... 단지 내 풍속이 낮은 곳에 녹지를 배치하는 것이 단지의 온도 저감에 효과적
첫째, 잔디녹지 유형을 비교했을 때 필로티를 배치하는 것이 단지 내 평균 온도 및 풍속을 증대시켰다. 이는 대상지 바깥의 뜨거운 공기를 안뜰로 유입시켜 나타난 결과로 판단된다.
둘째, 잔디+벽면녹지 유형, 잔디+옥상녹지 유형, 잔디+(벽면+ 옥상녹지) 유형을 검토해봤을 때 녹지가 추가될수록 단지 내 평균 온도 및 풍속이 낮아졌다.
셋째, 단지 내 풍속이 낮은 곳에 녹지를 배치하는 것이 단지의 온도 저감에 효과적인 것으로 판단된다.
넷째, 단지 내 온도 완화 효과는 단지 내 필로티 위치 및 개수와 녹지 유형에 따라 차이가 있다는 것을 확인했다. 즉 보행자 레벨에서 대기온도를 완화하기 위해서는 주거 단지 내 바람의 흐름 방향을 고려해 필로티를 배치해야 한다.
예를 들어 필로티를 나란하게 배치해야 할 경우에는 벽면녹화를 조성하는 것이 단지의 온도 저감에 효과적인 것으로 판단된다.
본 연구는 녹지 및 필로티 배치에 따른 온도 저감 효과의 정도를 확인하고 외부공간에 대한 온도 저감 효과를 구체적으로 시뮬레이션할 수 있었다는 데 의의가 있다.
◇ 연구성과의 한계... 다양한 유형의 단지와 기상현황을 반영하는 데는 한계
본 연구는 특정 공동주택단지를 대상으로 특정일의 기상현황을 반영해 연구함에 따라 보다 다양한 유형의 단지와 기상현황을 반영하는 데는 한계가 있었다.
또한 시뮬레이션의 한계상 실제 연구 대상의 현황을 모델링 과정에서 모두 반영할 수 없었다는 점에서 일반화하기에는 어려움이 있다.
◇ 향후 연구과제... 다양한 유형의 공동주택단지 외부공간에 대한 연구 필요
폭염기 공동주택단지에서 온도를 떨어뜨리기 위해서는 녹지 및 필로티의 효율적인 배치가 중요하다. 다양한 유형의 공동주택단지 외부공간을 보다 유사하게 모델링해 연구할 필요가 있다.
또한 보행자 온열쾌적성 지수인 열쾌적성 지표(Physiological Equivalent Temperature), UTCI(Universal Thermal Climate Index) 분석을 진행해 실제 거주자가 체감할 수 있는 측면에서의 CFD시뮬레이션을 적용한 연구가 필요하다.
본 연구 결과를 바탕으로 동일 조건에서 더 나은 열 쾌적성을 실현할 수 있는 공동주택단지 내 녹지 및 필로티 설치방향을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
특히 도시 지역의 고층 공동주택단지는 바람길 차단, 온도상승 등 단지 내 미기후(Micro-climate) 현상으로 거주자의 쾌적함을 침해하고 건강에 악영향을 미치고 있다.
이번 회에서는 '폭염기 공동주택단지의 녹지 및 필로티 배치에 따른 온도변화 CFD 시뮬레이션 분석 연구'라는 주제의 논문을 소개하고자 한다.
이 논문은 2022년 1월 대한건축학회, Vol.38 No.1(통권 제399호)에 게재됐다. 중앙대학교 토목공학과 도시설계 및 계획전공 석사과정 강전훈이 완성했다.
고층 공동주택단지를 구성하는 녹지와 필로티 등을 활용해 단지 공간을 보다 쾌적하고 건강하게 조성할 필요가 있으므로 본 연구는 좋은 주제라고 생각한다. 주요 내용을 간략히 소개한다.
◇ 연구의 목적... 공동주택 단지 내 녹지 및 필로티 배치 조건 확인 및 설계 방향 제시
연구의 목적은 공동주택 단지 내 쾌적한 환경을 조성하는데 요구되는 녹지 및 필로티 배치 조건을 확인하고 설계 방향을 제시함에 있다. 세부적으로 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 공동주택 단지 외부공간의 여건을 분석해 열환경에 취약한 주거 환경을 효과적으로 개선하도록 녹지, 필로티, 오픈스페이스 배치 조성의 필요성을 도출한다.
둘째, 공동주택 단지 내 다양한 유형의 녹지 및 필로티를 도입함으로써 온도저감 효과를 CFD시뮬레이 션 프로그램을 활용해 그 효과를 정량적으로 밝힌다.
셋째, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 공동주택 단지 내 쾌적한 환경을 조성하는데 요구되는 녹지 및 필로티 배치를 조건을 확인하고 이를 활용하는 공동주택단지의 설계 방향을 제시한다.
▲ 분석의 틀
◇ 연구의 방법... CFD 시뮬레이션 프로그램을 활용해 온도 저감 효과에 탁월한 녹지 및 필로티 배치 방향 도출
서울특별시 서초구의 한강변 고층주거단지를 대상으로 2020년 폭염경보발생일(2020.8.25.)의 기상조건을 적용하여 시뮬레이션 시나리오를 설정했다.
이를 바탕으로 CFD 시뮬레이션 프로그램인 Envi-met을 채택해 시뮬레이션을 진행했다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 온도 저감 효과에 탁월한 녹지 및 필로티 배치 방향을 도출하고 보행자 레벨에서의 공동주택 단지 설계방향을 제시한다.
◇ 주요 연구결과... 단지 내 풍속이 낮은 곳에 녹지를 배치하는 것이 단지의 온도 저감에 효과적
첫째, 잔디녹지 유형을 비교했을 때 필로티를 배치하는 것이 단지 내 평균 온도 및 풍속을 증대시켰다. 이는 대상지 바깥의 뜨거운 공기를 안뜰로 유입시켜 나타난 결과로 판단된다.
둘째, 잔디+벽면녹지 유형, 잔디+옥상녹지 유형, 잔디+(벽면+ 옥상녹지) 유형을 검토해봤을 때 녹지가 추가될수록 단지 내 평균 온도 및 풍속이 낮아졌다.
셋째, 단지 내 풍속이 낮은 곳에 녹지를 배치하는 것이 단지의 온도 저감에 효과적인 것으로 판단된다.
넷째, 단지 내 온도 완화 효과는 단지 내 필로티 위치 및 개수와 녹지 유형에 따라 차이가 있다는 것을 확인했다. 즉 보행자 레벨에서 대기온도를 완화하기 위해서는 주거 단지 내 바람의 흐름 방향을 고려해 필로티를 배치해야 한다.
예를 들어 필로티를 나란하게 배치해야 할 경우에는 벽면녹화를 조성하는 것이 단지의 온도 저감에 효과적인 것으로 판단된다.
본 연구는 녹지 및 필로티 배치에 따른 온도 저감 효과의 정도를 확인하고 외부공간에 대한 온도 저감 효과를 구체적으로 시뮬레이션할 수 있었다는 데 의의가 있다.
◇ 연구성과의 한계... 다양한 유형의 단지와 기상현황을 반영하는 데는 한계
본 연구는 특정 공동주택단지를 대상으로 특정일의 기상현황을 반영해 연구함에 따라 보다 다양한 유형의 단지와 기상현황을 반영하는 데는 한계가 있었다.
또한 시뮬레이션의 한계상 실제 연구 대상의 현황을 모델링 과정에서 모두 반영할 수 없었다는 점에서 일반화하기에는 어려움이 있다.
◇ 향후 연구과제... 다양한 유형의 공동주택단지 외부공간에 대한 연구 필요
폭염기 공동주택단지에서 온도를 떨어뜨리기 위해서는 녹지 및 필로티의 효율적인 배치가 중요하다. 다양한 유형의 공동주택단지 외부공간을 보다 유사하게 모델링해 연구할 필요가 있다.
또한 보행자 온열쾌적성 지수인 열쾌적성 지표(Physiological Equivalent Temperature), UTCI(Universal Thermal Climate Index) 분석을 진행해 실제 거주자가 체감할 수 있는 측면에서의 CFD시뮬레이션을 적용한 연구가 필요하다.
본 연구 결과를 바탕으로 동일 조건에서 더 나은 열 쾌적성을 실현할 수 있는 공동주택단지 내 녹지 및 필로티 설치방향을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
 ▲ 배웅규 전문위원 (중앙대학교 교수) |
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