[심층-도시계획 진단] 21. 모아타운 사업 전·후의 폭염기 열쾌적성 변화 시뮬레이션 연구
적절한 저·중·고층 혼합 배치를 통해 PET 개선영역 확대 가능... 중심 모델과 녹지배치 등으로 환경을 단순화해 모델링
2025-04-14
최근 폭염 등 이상기후의 빈도가 높아지고, 재난으로 이어져 인간의 생명과 건강에 현실적인 위협요소가 되고 있다. 도시의 노후 저층주거지는 밀집환경으로 취약성이 높아 이를 신속하게 개선하는 정비의 필요성이 높다.
모아타운은 재개발이 어려운 주택 소유자들의 개별 필지를 모아 블록 단위로 개발하는 방식으로, 특히, 노후 저층 주거지를 모아 단지화한 소규모주택정비 관리지역을 의미한다.
모아타운 사업은 서울시가 주관하는 사업으로 주차장, 공원 등 지역단위의 정비기반시설 및 공동이용시설도 함께 조성된다.
하지만 폭염 등 도시 열환경 취약성이 높아지는 현실에서 주민 건강을 고려한 종합적인 주거환경개선을 고려하여 노후 주거지의 정비사업에서도 열환경 및 열쾌적성 개선 여부에 대한 구체적인 연구가 필요한 시점이다.
이번 회에서는 '모아타운 사업 전·후의 폭염기 열쾌적성 변화 시뮬레이션 연구 - 서울특별시 강북구 번동 411일대 사업대상지를 중심으로'라는 주제의 논문을 소개하고자 한다.
2025년 2월 대한건축학회, 제41권 제2호(No. 436)에 게재됐다. 중앙대학교 도시공학전공 이준이 완성했다.
◇ 연구의 목적... 모아타운 사업 전·후의 열환경 및 열쾌적성을 분석 및 평가하고 시사점 도출
서울시 저층주거지 정비사업인 모아타운 대상지를 대상으로 CFD 시뮬레이션을 통해 사업지역인 관리구역, 그 주변 지역을 대상으로 사업 전·후의 열환경 및 열쾌적성을 분석해 그 영향을 정량적으로 평가하고 시사점을 도출하고자 한다.
▲ 분석의 틀
◇ 연구의 방법... CFD시뮬레이션을 통해 관리구역 열환경 및 열쾌적성 변화를 종합 분석
연구에서 대상지 선정 및 대상지 현황 기초분석, 모아타운 사업 전·후 구역별 열환경 및 열쾌적성 완화 효과 분석, 관리 구역 열환경 및 열쾌적성 변화 분석, 결과 종합 분석 및 시사점을 도출한다.
첫째, 문헌 검토를 통해 저층주거지 및 모아타운 사업 개념 및 특징, 열환경 및 열쾌적성 평가방법을 정리한다.
둘째, 현장조사 및 문헌 조사를 통해 대상지의 물리적· 비물리적 현황을 파악하고 대상지와 인접한 위치의 자동기상관측장비(AWS)를 활용해 대기환경 기초 자료를 수집한다.
셋째, ENVI-met 5.6.1과 ArcGis pro 3.0.0을 활용하여 모아타운 사업 전· 후 구역별 열환경 및 열쾌적성을 비교분석하고 SPSS Statistics 28을 활용해 통계적 유의함을 확인한다. 또한 정비계획에 따라 모아타운 사업에 의한 열쾌적성 완화 효과를 집중적으로 분석한다.
마지막으로 특정 시간대의 이미지와 데이터 비교분석을 통해 정비 전·후 열환경 및 열쾌적성의 변화를 분석한다.
◇ 주요 연구결과... 적절한 저·중·고층 혼합 배치를 통해 PET 개선영역 확대 가능
먼저 M1은 대상지 현황, M2는 2023년 7월18일 정비지역 계획안, M3는 존치구역을 추가로 도입하는 2024년 4월30일 정비지역 계획안을 바탕으로 시뮬레이션을 진행했다.
첫째, 정비가 이뤄지는 관리구역과 슈퍼블록의 시간별 평균 열쾌적성 완화 효과를 분석한 결과, 관리구역은 M1에 비해 M2는 –12.27퍼센트(%), M3는 –33.44%의 완화 효과를 확인했다. 슈퍼블록은 M1보다 M2는 –2.66%, M3는 –12.19%의 완화 효과를 확인했다.
둘째, 관리구역 경계로부터 버퍼 분석을 시행한 결과, 08시부터 10시 사이에 0~40미터(m) 버퍼 구간의 생리학적 등가온도(PET)가 감소하고 그 외의 시간과 구간에서는 오히려 상승하는 역효과가 있음을 확인했다.
이는 모아타운 사업이 관리구역의 열쾌적성에는 긍정적일 수 있지만 정비지역 외곽 PET에 부정적으로 작용할 가능성이 있어 관리구역 외곽에 대해서도 구체적인 검토가 필요하다는 점을 확인했다.
셋째, PET 값이 가장 낮은 시간대인 10시와 PET 값이 가장 높은 시간대인 13시의 지표면온도(LST) 분석한 결과, 정비 후 LST는 M1<M2<M3로 분포빈도의 격차는 M2<M3<M1로 크게 나타나 정비로 지표면 온도 값이 상승 하지만 분포빈도의 양단 격차가 줄어 취약한 곳이 개선된 것으로 분석된다.
정비 사업으로 밀집 환경이 개선되지만 정비전보다 LST가 높아지므로 녹지 조성, 건물 음영을 고려한 배치 등의 추가적인 개선 노력이 필요하다.
넷째, PET가 변화가 주목된 10시와 13시 풍속변화를 분석한 결과, 정비 전·후 풍속은 M2
마지막으로, 정비로 인한 PET 변화가 가장 큰 시간대인 10시에 존치구역 도입된 구역을 집중분석한 결과, 대기 온도는 M2 모아타운 사업 특성상 존치구역이 발생하므로 적절한 저·중·고층 혼합 배치를 통해 PET 개선영역 확대가 가능함을 확인했다. 공기흐름 유도에 용이한 가로대응 배치가 필요함을 시사한다.
◇ 연구성과의 한계... 중심 모델과 녹지배치 등으로 환경을 단순화해 모델링
강북구 번동은 현재 주민협의를 통해 계획안을 수립중으로 단지계획의 완성도가 높지 않았다는 점과 CFD 시뮬레이션 프로그램 구동 과정에서 부득이 주동 중심 모델과 녹지배치 등으로 환경을 단순화한 한계가 있다.
또한 주거환경의 열환경에 대한 분석을 PET에 한정하여, 보다 폭넓게 접근하지 못한 한계가 존재한다.
◇ 향후 연구 과제... 향후 정비사업의 완성도가 높은 곳을 대상으로 열환경 실증 연구 수행 필요
모아타운 정비사업에 따른 전·후의 정비계획안별 열환경 및 열쾌적성 변화를 정량적으로 확인했으며 열환경 측면에서 보다 개선된 모아타운 관리계획을 위한 설계 방향을 제시하고 기존 연구와 달리 실제 계획안을 분석하여 실증적인 제언을 했다는 점에서 의의가 있다.
연구의 성과와 한계를 고려해 향후 정비사업의 완성도가 높은 곳을 대상으로 열환경 실증 연구를 수행하고 실제 열환경 개선에도 도움이 되는 관련계획 및 사업계획 수립 방안에 대한 연구가 요구된다.
모아타운은 재개발이 어려운 주택 소유자들의 개별 필지를 모아 블록 단위로 개발하는 방식으로, 특히, 노후 저층 주거지를 모아 단지화한 소규모주택정비 관리지역을 의미한다.
모아타운 사업은 서울시가 주관하는 사업으로 주차장, 공원 등 지역단위의 정비기반시설 및 공동이용시설도 함께 조성된다.
하지만 폭염 등 도시 열환경 취약성이 높아지는 현실에서 주민 건강을 고려한 종합적인 주거환경개선을 고려하여 노후 주거지의 정비사업에서도 열환경 및 열쾌적성 개선 여부에 대한 구체적인 연구가 필요한 시점이다.
이번 회에서는 '모아타운 사업 전·후의 폭염기 열쾌적성 변화 시뮬레이션 연구 - 서울특별시 강북구 번동 411일대 사업대상지를 중심으로'라는 주제의 논문을 소개하고자 한다.
2025년 2월 대한건축학회, 제41권 제2호(No. 436)에 게재됐다. 중앙대학교 도시공학전공 이준이 완성했다.
◇ 연구의 목적... 모아타운 사업 전·후의 열환경 및 열쾌적성을 분석 및 평가하고 시사점 도출
서울시 저층주거지 정비사업인 모아타운 대상지를 대상으로 CFD 시뮬레이션을 통해 사업지역인 관리구역, 그 주변 지역을 대상으로 사업 전·후의 열환경 및 열쾌적성을 분석해 그 영향을 정량적으로 평가하고 시사점을 도출하고자 한다.
▲ 분석의 틀
◇ 연구의 방법... CFD시뮬레이션을 통해 관리구역 열환경 및 열쾌적성 변화를 종합 분석
연구에서 대상지 선정 및 대상지 현황 기초분석, 모아타운 사업 전·후 구역별 열환경 및 열쾌적성 완화 효과 분석, 관리 구역 열환경 및 열쾌적성 변화 분석, 결과 종합 분석 및 시사점을 도출한다.
첫째, 문헌 검토를 통해 저층주거지 및 모아타운 사업 개념 및 특징, 열환경 및 열쾌적성 평가방법을 정리한다.
둘째, 현장조사 및 문헌 조사를 통해 대상지의 물리적· 비물리적 현황을 파악하고 대상지와 인접한 위치의 자동기상관측장비(AWS)를 활용해 대기환경 기초 자료를 수집한다.
셋째, ENVI-met 5.6.1과 ArcGis pro 3.0.0을 활용하여 모아타운 사업 전· 후 구역별 열환경 및 열쾌적성을 비교분석하고 SPSS Statistics 28을 활용해 통계적 유의함을 확인한다. 또한 정비계획에 따라 모아타운 사업에 의한 열쾌적성 완화 효과를 집중적으로 분석한다.
마지막으로 특정 시간대의 이미지와 데이터 비교분석을 통해 정비 전·후 열환경 및 열쾌적성의 변화를 분석한다.
◇ 주요 연구결과... 적절한 저·중·고층 혼합 배치를 통해 PET 개선영역 확대 가능
먼저 M1은 대상지 현황, M2는 2023년 7월18일 정비지역 계획안, M3는 존치구역을 추가로 도입하는 2024년 4월30일 정비지역 계획안을 바탕으로 시뮬레이션을 진행했다.
첫째, 정비가 이뤄지는 관리구역과 슈퍼블록의 시간별 평균 열쾌적성 완화 효과를 분석한 결과, 관리구역은 M1에 비해 M2는 –12.27퍼센트(%), M3는 –33.44%의 완화 효과를 확인했다. 슈퍼블록은 M1보다 M2는 –2.66%, M3는 –12.19%의 완화 효과를 확인했다.
둘째, 관리구역 경계로부터 버퍼 분석을 시행한 결과, 08시부터 10시 사이에 0~40미터(m) 버퍼 구간의 생리학적 등가온도(PET)가 감소하고 그 외의 시간과 구간에서는 오히려 상승하는 역효과가 있음을 확인했다.
이는 모아타운 사업이 관리구역의 열쾌적성에는 긍정적일 수 있지만 정비지역 외곽 PET에 부정적으로 작용할 가능성이 있어 관리구역 외곽에 대해서도 구체적인 검토가 필요하다는 점을 확인했다.
셋째, PET 값이 가장 낮은 시간대인 10시와 PET 값이 가장 높은 시간대인 13시의 지표면온도(LST) 분석한 결과, 정비 후 LST는 M1<M2<M3로 분포빈도의 격차는 M2<M3<M1로 크게 나타나 정비로 지표면 온도 값이 상승 하지만 분포빈도의 양단 격차가 줄어 취약한 곳이 개선된 것으로 분석된다.
정비 사업으로 밀집 환경이 개선되지만 정비전보다 LST가 높아지므로 녹지 조성, 건물 음영을 고려한 배치 등의 추가적인 개선 노력이 필요하다.
넷째, PET가 변화가 주목된 10시와 13시 풍속변화를 분석한 결과, 정비 전·후 풍속은 M2
마지막으로, 정비로 인한 PET 변화가 가장 큰 시간대인 10시에 존치구역 도입된 구역을 집중분석한 결과, 대기 온도는 M2 모아타운 사업 특성상 존치구역이 발생하므로 적절한 저·중·고층 혼합 배치를 통해 PET 개선영역 확대가 가능함을 확인했다. 공기흐름 유도에 용이한 가로대응 배치가 필요함을 시사한다.
◇ 연구성과의 한계... 중심 모델과 녹지배치 등으로 환경을 단순화해 모델링
강북구 번동은 현재 주민협의를 통해 계획안을 수립중으로 단지계획의 완성도가 높지 않았다는 점과 CFD 시뮬레이션 프로그램 구동 과정에서 부득이 주동 중심 모델과 녹지배치 등으로 환경을 단순화한 한계가 있다.
또한 주거환경의 열환경에 대한 분석을 PET에 한정하여, 보다 폭넓게 접근하지 못한 한계가 존재한다.
◇ 향후 연구 과제... 향후 정비사업의 완성도가 높은 곳을 대상으로 열환경 실증 연구 수행 필요
모아타운 정비사업에 따른 전·후의 정비계획안별 열환경 및 열쾌적성 변화를 정량적으로 확인했으며 열환경 측면에서 보다 개선된 모아타운 관리계획을 위한 설계 방향을 제시하고 기존 연구와 달리 실제 계획안을 분석하여 실증적인 제언을 했다는 점에서 의의가 있다.
연구의 성과와 한계를 고려해 향후 정비사업의 완성도가 높은 곳을 대상으로 열환경 실증 연구를 수행하고 실제 열환경 개선에도 도움이 되는 관련계획 및 사업계획 수립 방안에 대한 연구가 요구된다.
 ▲ 배웅규 전문위원(중앙대학교 교수) |
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