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 제시연구의 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 도출서울특별시 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 효과적첫째, 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 한계본 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 필요폭염기 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)

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)