최근 이상기후로 인한 폭염 및 열대야, 한파, 미세먼지 등의 문제가 심화되고 있다. 이러한 문제는 열환경 특성상 밀도가 높고 공기의 흐름이 약한 도시지역이 더 취약하다.도시는 주거, 상업, 공업 등 활동이 밀집된 곳으로 인공열 발생과 오염물질이 집중적으로 발생돼 도시 기후환경이 좋지 않기 때문이다.이번 회에서는 '한강변 개발형태에 따른 폭염기 저온공기의 확산 시뮬레이션 연구 – 서울시 동작구 흑석동 일대를 대상으로'라는 주제의 석사 논문을 소개하고자 한다. 이 논문은 2024년 2월 중앙대학교 대학원 토목공학과 도시공학전공 이재준이 완성했다.고층·고밀의 개발로 인한 공기 흐름이 차단 및 정체되고 도시 내부의 자연공기의 순환이 감소돼 열환경 문제가 심화되고 있다.이러한 열환경 문제는 공원 및 녹지공간 조성과 하천, 강 등 수공간 조성을 통해 완화시킬 수 있으므로 폭염기 저온 공기의 확산 시뮬레이션 연구가 좋은 시도라고 생각한다. 논문의 주요 내용을 간력하게 소개한다.◇ 연구의 목적... 하천지역에서 생성된 저온 공기가 도시 내 지역으로 확산 정도 파악현재 도시 수공간에서 생성된 저온 공기의 확산에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 서울특별시 중간을 가로지르는 한강에 대한 저온 공기 확산을 정량적으로 파악한 연구는 부족하다.이에 따라 도시 내 열환경 문제를 완화하고자 하천지역에서 생성된 저온 공기가 도시 내 지역으로 확산 정도를 확인하고 이에 따른 온도 및 풍속 차이를 건축물 군집유형별로 비교함으로써 열환경 분포 특징을 파악하고자 한다.▲ 도시 수공간 저온공기의 확산 원리◇ 공원녹지 및 수공간 활용이 열환경 개선에 중요한 도시공간요소먼저 공원녹지 및 수공간 활용이 열환경 개선에 중요한 도시공간요소인 것을 확인했다. 특히 도시 수공간의 냉각효과가 오후에 가장 높은 것을 확인했으며 수공간의 종류, 면적, 형태에 따라 냉각효과가 달라진다.둘째, 수공간 저온 공기의 확산에 따른 수공간의 냉각효과는 최대 1,315m까지 영향을 미친다. 기존 전산유체역학)CFD) 프로그램을 활용한 수공간의 냉각효과를 분석한 연구는 한계가 있었다.특정 지점만을 비교 분석하거나 대상지 전체의 평균값을 비교분석했기 때문이다. 또한 CFD시뮬레이션 결과를 지리정보체계(GIS)와 연계해 거리별 냉각효과를 파악한 연구는 부족하다.셋째, 축물 유형 및 배치 등 도시 형태가 온도에 영향을 미치며 상업>주거 및 상업 혼용>주거>녹지지역 순으로 기온이 높게 나타난다.하지만 수공간에서 생성된 저온 공기의 확산에 따른 변화가 건축물의 유형에 미치는 영향을 파악하는 연구는 부족하다.◇ 주요 연구결과... 한강변 지역의 건축물 및 구조물은 한강에서 생성된 저온 공기의 확산 저해연구를 위한 분석은 4단계로 대상지 선정 및 현황분석, 한강변 저온 공기의 확산범위 분석, 한강변 저온 공기의 확산에 따른 건축물 군집유형별 온도변화 분석, 결과 종합 분석 및 시사점 도출하는 것으로 구성된다. 연구 결과는 다음과 같다.첫째, 한강변 지역의 건축물 및 구조물은 한강에서 생성된 저온공기 확산을 저해시켜 내륙 지역의 온도를 0.2도(℃) 상승시킨다.둘째, 한강에서 생성된 저온 공기는 800미터(m)까지 0.10퍼센트(%) 이상의 냉각효과가 있다. 또한 한강변 개발에 의해 저해됐던 저온 공기는 10~14m 이상 높이에서 확산된다. 이는 한강 저 온공기를 활용해 도시 내륙 지역의 열환경 문제에 대한 개선 가능성을 시사한다.셋째, 한강에서 생성된 저온 공기의 확산에 따른 전체, 지형, 건축물 변화에 대한 영향 분석결과, 지형은 84%, 내륙 지역의 건물은 16%의 영향을 준다.넷째, 한강에서 생성된 저온공기의 확산에 따른 내륙지역의 건축물 군집유형별 평균온도는 고층주거지역<상업지역<저층주거지역 순으로 평균온도가 높았다.평균풍속은 상업지역<고층주거지역<저층주거지역 순으로 평균풍속이 높다. 이를 통해 저층주거지역이 한강변 지역의 개발로 인해 영향을 많이 받는 취약지역임을 알수 있다.◇ 연구성과의 한계... 일부 자료릐 분석으로 연구결과를 보편적으로 적용하기에 애로연구의 성과를 보편적으로 적용하기에 어려움이 있으며 CFD 시뮬레이션의 한게에 대해 정리하면 다음과 같다.첫째, 분지지형을 이룬 대상지에 한정함에 따라 보편적으로 적용에 어려움이 있고 CFD 시뮬레이션의 한계로 지형과 건축물 모양을 비롯해 차량, 유동인구 등 실제 환경을 제한적으로 모델링할 수밖에 없었다.둘째, 컴퓨터 처리용량의 부족으로 대상지를 일부 단순화했다는 점과 흑석동 전체를 분석하지 못함에 따라 전체 대상지에서 한강 저온 공기의 확산을 제한적으로 확인했다셋째, 1시간 시뮬레이션 결과를 활용함에 따라 검증 과정에서 통계적 검증이 불가능해 해당 시간대 실측 데이터를 활용할 수밖에 없었다.넷째, 건축물의 군집 유형별로 온도 및 풍속의 변화를 연구했으나 건축물의 유형 및 배치 등에 따른 세부적인 영향을 반영하지는 못했다.◇ 향후 연구과제... 도시 내 수공간 저온 공기의 확산에 대한 보다 상세한 추가 연구 필요도시 내 수공간 저온공기의 확산에 대한 보다 상세한 추가 연구가 필요하다고 생각된다. 특히 도시 수공간을 활용한 열환경을 개선하는 도시설계에 대한 연구가 필요하다.본 연구를 바탕으로 도시 수공간의 저온공기 확산에 따른 거리별 냉각효과 및 건축물 군집유형별 변화를 추가 연구해 도시 재개발 등을 설계하는데 반영되길 기대한다. ▲ 배웅규 전문위원(중앙대학교 교수)