코로나19 팬데믹(대유행) 기간 동안에 사회적 거리두기, 이동제한 등으로 교통수단 운행 축소, 공장 가동 중단 등으로 미세먼지로 인한 대기질 악화 빈도가 크게 줄어들었다.하지만 팬데믹이 종료된 이후에 중국 내 이산화탄소 배출 증가와 11월 동절기 난방 수요가 급증할 뿐 아니라 계절적 대기 정체로 대기질 악화 빈도가 확대되고 있다.특히 우리나라 중부 지방을 중심으로 중 "나쁨" 수준이 자주 발생하고 있다. 미세먼지 농도가 2023년 대비 악화 추세를 보이고 있다.이번 회에서는 '경사지 저층주거지 골목길 녹지배치에 따른 미세먼지(PM2.5) 저감 효과 CFD 시뮬레이션 연구'라는 주제의 논문을 소개하고자 한다.이 논문은 2021년 서울도시연구 제21권 제3호에 게재됐다. 중앙대 일반대학원 토목공학과 도시설계 및 계획 전공 김상현이 완성했다.서울특별시의 초미세먼지 농도의 나쁨 일수도 해마다 증가해 2015년 12일에서 2019년에서 23일로 급증한 실정이므로 본 연구는 좋은 주제라고 생각한다. 주요 내용을 간략히 소개한다.◇ 연구의 목적... 이상기후에 취약하고 미세먼지 등의 위험에 노출된 저층 거주지의 거주환경 개선도시지역에서 평균 경사도가 높아질수록 이상기후에 취약하고 인구 1000명당 재산피해액도 증가한다는 점을 고려하면 저층주거지는 물리적 노후화, 인구 고령화 등이 중첩되어 재해는 물론 거주민의 안전과 건강 등에 취약성이 높다.이와 같이 저층주거지의 거주환경은 이상기후에 취약하고 미세먼지 등의 위험에 노출되므로 이를 해결할 수 있는 개선방안의 연구가 필요하다. 세부 목적을 정리하면 다음과 같다.첫째, 저층주거지의 여건을 분석해 취약성이 심각한 주거환경을 효과적으로 개선할 수 있는 방안으로 골목길 오픈스페이스 조성의 필요성을 도출한다.둘째, 골목길에 녹지를 도입함으로써 미세먼지(PM2.5)저감 효과를 CFD(Computational Fluid Dynamics) 시뮬레이션을 통해 구체적으로 분석함으로써 효과적인 녹지배치의 유형을 밝히고자 한다.셋째, 시뮬레이션 결과를 기초로 저층주거지의 환경개선을 위해 요구되는 녹지배치를 중심으로 저층주거지 물리적 환경개선 설계 방향을 제시하고자 한다.▲ 분석의 틀◇ 연구의 방법... 대상지역에 대해 저층주거지 골목길 녹지배치에 따른 미세먼지 저감효과 시뮬레이션이 연구에서는 1·2종 일반주거지역으로 저층주택이 밀집하며 경사지형의 수변(한강변)지역이고 현장 및 자료 접근성이 뛰어난 서울시 동작구 본동 저층주거지를 대상지역으로 선정했다.선정된 대상지역에 대해 저층주거지 골목길 녹지배치에 따른 미세먼지 저감효과를 시뮬레이션하기 위해 ‘기초현황분석 → 시뮬레이션 조건 정립 → 시범모델 시뮬레이션 → 적용모델 시뮬레이션 → 연구종합 및 시사점’단계를 거친다.첫째, 대상지의 입지, 골목길, 경사도, 주택현황 등의 기초현황을 분석했다. 특히 골목길 현황은 경사도, 도로폭원, 결절점, 주변 건물높이로 특성을 구분해 정리한다.둘째, CFD 시뮬레이션 분석을 위한 모델링은 건물 2호를 배치하는 시범모델과 실제 경사지 골목길 모델링을 생성해 적용모델에 활용한다.CFD시뮬레이션 프로그램은 단시간에 실제와 유사한 가상공간에서 요구되는 성능에 대해 시뮬레이션이 가능하다는 장점이 있다.또한 녹지배치 유형은 녹지의 위치를 기준으로 가로녹지(건물전면), 옥상녹지(건물벽면), 벽면녹지(건물옥상)를 포함한다. 공기의 이동 및 PM입자분포 계산을 위해 Eulerian-Eulerian 방법을 사용한다.셋째, 시범모델 시뮬레이션은 녹지주변에서 미세먼지 유동흐름을 분석하고 녹지유형별 흡착량, 저감거리, 저감면적 및 구간을 분석해 미세먼지의 유동을 파악한다.넷째, 시범모델 시뮬레이션을 바탕으로 실제 저층주거지 골목길 대상 적용모델 시뮬레이션으로 녹지배치 유형에 따른 미세먼지(PM2.5) 저감효과를 분석한다.◇ 주요 연구결과... 미세먼지 농도 저감 효과는 가로녹지>벽면녹지>옥상녹지 순첫째, 골목길 22개 지점에 대한 높이별 미세먼지 저감효과 분석결과, 지점마다 다르게 나타났다. 하지만 전체적으로 흡착량, 미세먼지 저감 영향거리, 높이에 따른 미세먼지 저감면적 및 저감구간은 가로녹지>벽면녹지>옥상녹지 순으로 조사됐다.둘째, 녹지배치 유형에 따른 미세먼지 저감효과는 골목길(결절점, 경사도, 폭원, 건물층수)의 특성에 따라 지점마다 차이가 있다는 것을 확인했다. 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.골목길 결절점은 총 3개소(6spot, 16spot,18spot)로 경사도와 폭원에 관계없이 지표면에서 5m 높이까지 결절점에서 가로녹지가 가장 저감효과가 우수하게 나타났다.골목길 경사도에 따른 미세먼지 저감 효과는 1∼5m 높이에서 평탄지인 1~12spot과 20~21spot 부분은 가로녹지>벽면녹지>옥상녹지 순서로 조사됐다.반면에 완경사지 구간인 13~20spot과 급경사지인 21~22spot은 벽면녹지>가로녹지>옥상녹지 순으로 나타났다.골목길 폭원에 관계없이 지표면 높이에서는 가로녹지>벽면녹지>옥상녹지 순으로 가로녹지의 효과가 높게 나타났다.높이 1m, 1.5m, 2m, 5m에서 폭원 6m 구간은 가로녹지>벽면녹지>옥상녹지 순으로 나타났다. 도로폭원 4m 구간은 일부 지점을 제외하고 벽면녹지>가로녹지>옥상녹지 순으로 확인됐다. 도로폭원이 3m 미만인 구간은 벽면녹지>가로녹지>옥상녹지 순으로 나타났다.◇ 향후 연구 과제... 저층주거지의 물리적 현실을 고려한 다양한 설계기법이 적용된 주거환경의 재생 필요코로나19 팬데믹 이후 사회활동이 회복되고 있으므로 미세먼지 대응을 위해 저층주거지의 보행자 환경을 개선하는 녹지설치 등을 적극 고려할 필요가 있다.특히 건강한 주거환경을 조성하려면 이상기후 현상에 취약한 저층주거지의 물리적 현실을 고려한 다양한 설계기법이 적용된 주거환경의 재생이 요구된다.▲ 배웅규 전문위원 (중앙대학교 교수)

2024년 10월29일부터 스페인 발렌시아 주를 포함한 스페인 동남부 지역의 폭우에 의한 대홍수로 11월6일(현지시간) 기준 219명의 사망자와 89명의 실종자가 발생했다.전 지구적 기후변화 속에서 홍수, 가뭄, 폭염, 폭설, 한파 등의 자연재해는 급속하게 증가하고 있다. 우리나라도 지난 10년간 이산화탄소 농도의 증가와 함께 기온도 지속적으로 상승했다.2010~2019 10년 동안 연평균기온은 평년값(1981~2010)에 비해 0.5℃ 높았다. 2014년 이후 연평균기온은 평년보다 낮은 해가 없었을 정도로 더 이상 기후변화에 자유롭지 않다.이번 회에서는 '폭염기 저층주거지 골목길의 체감온도 평가와 열환경 개선방향-서울시 동작구 본동 일대를 대상으로'라는 주제의 석사 논문을 소개하고자 한다.이 논문은 2021년 8월 중앙대 대학원 토목공학과 도시설계 및 계획전공 최전혁이 완성했다. 폭염의 강도와 빈도가 지속적으로 증가하는 시점에서 시의적절한 연구라고 평가된다. 지도교수로서 논문의 주요 내용을 간력하게 소개한다.◇ 연구의 목적... 골목길에서 주민이 체감하는 열 환경을 분석해 거주자 중심의 실질적 주거환경 개선 방안 제시서울특별시 저층주거지는 전체 주거 지역의 38.2%를 차지하는 대표적인 삶터이지만 녹지와 생활기반시설 부족하고 노후화된 주택 등으로 주거 환경이 열악하다.특히 주거와 주거 사이에 무수히 산재된 골목길은 빈약한 쉼터와 콘크리트 포장 등으로 환기와 열 배출에 불리한 환경을 제공한다.이에 따라 저층주거지 내 골목길에서 주민이 체감하는 열 환경을 분석하고 향후 저층주거지의 미기후 환경까지도 고려하는 거주자 중심의 실질적 주거환경 개선 방안을 제시했다.첫째, 폭염기에 저층 주거지의 온도 및 습도를 측정해 그 분포특성을 밝히고 이를 근거로 골목길에서 건강 취약계층의 체감온도 지수를 파악한다.둘째, 저층 주거지 내 골목길의 온도를 저감시킬 수 있는 사례와 요소들을 조사하고 앞서 파악했던 주민 체감온도 지수가 높게 나타나는 골목길의 특성에 맞게 온도를 저감시킬 수 있는 대안을 제시한다.셋째, 연구결과를 참고해 주민 체감온도 저감 등 폭염으로부터 취약한 저층주거지의 열환경 개선방향을 제안한다.▲ 분석의 틀◇ 연구의 방법... 체감온도지수단계의 분석결과를 종합해 저층주거지 및 골목길 환경개선 방향본 연구에서는 1종 일반 주거지역에서 다가구, 다세대, 연립주택 등 4층 이하의 형태로 밀집돼 있는 주거지역으로 경사지형에 전형적인 골목길을 가진 서울시 동작구 본동 일대를 선정했다.저층 주거지의 현황분석과 폭염기 24시간 온도, 습도 측정으로 골목길에서 취약계층이 느끼는 체감온도를 분석해 지수단계를 도출했다. 연구 방법은 다음과 같다.첫째, 대상지 현황분석을 통해 토지이용, 표고, 건축물 용도 및 노후도, 층수, 인구분포 등 기초현황을 조사한다.둘째, 대상지의 공간 구조분석을 통해 골목길 현황을 분석하고 골목길을 위계별로 4개 유형(진입도로, 내부도로, 내부보행로, 주택진입골목)으로 구분한다.셋째, 대상지 골목길의 위치와 위계를 고려해 총 10개 측정지점을 선정 후 폭염기에 24시간 동안 온도․습도를 측정한다.넷째, 측정 데이터를 시간대별 평균 수치를 조사하고 아크 지아이에스(Arc GIS)의 Spline 공간 보간법을 활용해 미측정 지점까지 보간된 온도, 습도 분포지도를 작성한다.다섯째, 분포지도의 각 유형별 골목길을 4구간으로 구분해 산출한 데이터를 체감온도지수 산출공식에 적용하여 건강 취약계층(65세 이상 노인과 어린이)에 대한 체감온도지수를 산출하고 구간별 해당 지수단계를 도출한다.여섯째, 체감온도지수단계의 분석결과를 종합하고 바람직한 저층주거지 및 골목길 환경개선을 위한 방향과 향후 과제를 제시한다.◇ 주요 연구결과... 각 유형의 골목 공간에 대한 온도 저감을 위한 다양한 기법 적용을 위한 가이드라인 필요먼저 대상지의 열 환경특성은 주간에 28~39℃까지 높게 분포하고 야간은 25℃~28℃로 비교적 일정하게 나타났다.24시간 동안 평균기온은 29.2℃이며 주간 32.0℃, 야간 26.5℃로 조사됐다. 야간시간대 모든 지점이 열대야 기준인 25℃ 이상이며 간선도로변이 녹지변에 비해 1℃ 이상 높은 것으로 확인됐다.다음으로 보행활동이 활발한 3개 유형의 골목길에 대해 체감온도 지수단계를 분석한 결과, 체감온도는 상대적으로 야간보다 주간, 노인보다 어린이가 더 높은 체감온도 지수단계를 보였다.골목길 유형과 관계없이 대상지 내부 골목길이 상대적으로 높은 단계로 나타났다. 녹지에 인접한 지역의 체감온도 지수단계는 아스팔트 도로포장과 노후화된 옹벽이 녹지와 골목길의 연결을 차단하고 있는 등 주변 환경특성에 따라 온도저감 효과를 저해하는 요소가 있는 경우 오히려 높았다.상기 분석결과에 따라 저층 주거지의 주민이 체감하는 온열 환경개선을 위해 다음과 같은 시사점을 제시한다.첫째, 골목길은 수행기능, 차량통행 여부 등 다양한 골목길의 특성을 고려해 유형화하고 각 유형의 골목 공간에 대한 온도 저감을 위한 다양한 기법들 적용을 위한 가이드라인이 필요하다.둘째, 저층 주거지 내·외부에 녹지 공공공간을 활용 및 확충해 찬 공기 발생과 확산 그리고 자연스러운 공기 유동이 발생하도록 조성할 필요가 있다.셋째, 주거지와 녹지의 경계부는 공기 유동이 활발해지도록 지형단차 등에 의한 옹벽 개선과 장애물에 대한 적극적인 개선이 요구된다.넷째, 골목길 양측의 건물에 대한 온도 저감 외부공간 조성 및 단열성능 향상 등을 위한 집수리 및 신축 등이 필요하다.◇ 연구성과의 한계... 폭염기 전체 기간에 대한 측정과 분석이 이뤄지지 못하고 24시간에 한정첫째, 폭염의 발생 시점부터 소멸하기까지 폭염기 전체 기간에 대한 측정과 분석이 이뤄지지 못하고 24시간에 한정됐다.둘째, 측정 장비의 양적 부족 등으로 전체 골목길에 대한 전수조사가 현실적으로 불가능해 10개 지점의 골목길에서만 측정됐다.셋째, 연구의 핵심 대상이 되는 골목길과 그 주변의 환경에 대한 기초분석 외에 세부적인 조사분석이 이뤄지지 못함에 따라 골목길 온도·습도가 골목길의 환경과 어떤 관계가 있는지를 분석하지 못했다. ◇ 향후 연구 과제... 쾌적한 주거환경 조성을 위해 단지의 외부 공간 조성 요망주거지 내 골목길 환경을 개선하기 위해 보다 더 정밀한 측정 장비를 활용하여 풍향, 풍속 그리고 식재에 따른 그늘이나 태양 일사요소까지 고려한 골목길 온열 환경 평가와 골목길의 물리적 특성과의 관계에 대한 연구가 필요하다.또한 이와 같은 온열 환경을 고려해 주민의 건강에 미치는 영향까지도 고려하는 바람직한 저층 주거지 재생방안에 대한 연구도 요구된다.▲ 배웅규 전문위원 (중앙대학교 교수)