도시지역 토지유형별 열환경 특성 분석에 관한 연구 : 수원시 이의동을 중심으로 = (A) study on the thermal-environment attribute analysis for the types of urban land : focused on Iui-dong, Suwon City

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 대단위 주거지 인공구조물의 증가가 해당지역의 열환경에 미치는 영향을 분석하고 있다. 연구목적은 토지유형별(주거지역, 상업지역, 공업지역, 공공시설) 기온측정과 주요 지표면 열적외선 영상촬영을 통한 지표면 및 대기 중 기온분석을 통하여 쾌적한 도시공간형성 방안을 제시하는데 그 목적이 있다.
연구 대상지는, 광교 신도시 개발예정지 주변인 수원시 이의동을 선정하였다. 연구방법은, 객관적인 열환경 데이터를 수집하기 위하여, 대상지 현지에서 2회의 기온측정을 실시하였고, 열적외선 영상촬영을 통하여 토지유형별 열환경과 지표면 온도를 분석하였다. 분석된 결과를 토대로 대표적 주거단지 두 곳(저층 아파트단지와 고층 아파트단지)를 선정하였고, Envi-met 기법을 활용하여 주거지 열환경 현상을 고찰하였다. 또한 향후 도시계획에서 열환경을 저감을 위한 도시계획적 방안을 설정하였다.
이상, 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 국내·외 열환경 연구방법을 분석한 결과, 기존의 열환경의 분석은 식생지수와 Landsat TM 위성자료, AWS 기상장비를 통한 '녹지와의 상관관계', '온도변화', '광역적 차원의 열환경 분석'만 실시되어 있을뿐, 도시의 다양한 토지유형별의 열환경 분석은 상대적으로 미흡한 실정이라고 할 수 있다. 이러한 기존의 연구들은 광역적인 차원의 대책 마련은 가능하나, 인간이 생활하는 생활권 단위 내에서의 열환경은 대기 중의 기온에 의해 형성이 되는데, 이에 대한 분석 및 대안을 제시하기에는 그 한계를 가지고 있다. 따라서 기존의 연구방법들이 지니는 한계점을 극복하기 위한 새로운 기법의 열환경 분석방법이 필요한 것으로 사료된다.
2. 대상지인 수원시 이의동의 토지유형별 열환경을 분석한 결과는 다음과 같다. '주거지역', '상업지역' 및 '공공시설'의 기온은 유사한 패턴의 열환경이 나타났으나 '주거지역 중 고층 아파트단지'와 업무 중심의 공업지역',에서의 열환경 패턴이 다르게 나타났다. '주거지역', '상업지역' 및 '공공시설'의 경우 태양의 일몰이 시작하는 오후 5시경부터 기온이 빠르게 하강하는 것에 반해 '고층 아파트단지'와 '공업지역'은 일몰이 시작한 오후 5시경에도 오후 2시경과 유사한 기온을 나타내며 다른 지역에 비해 기온하강이 늦게 이루어지는 것으로 나타났다. 이처럼 기온 하강이 늦은 이유는 '고층 아파트단지'의 경우 많은 조경시설을 갖추고 있으나 단지 내부의 대기순환의 어려움에 따른 단지 내부의 열 정체에 의한 것으로 판단되어지며, '공업지역'의 경우 적은 녹지면적과 함께 지역에서 발생되는 열에 기인한 것으로 판단되어 진다.
다음으로, 지표면에 주로 사용되고 있는 아스팔트, 콘크리트, 나지, 녹지, 슬레이트, 샌드위치 패널 등 재질별 온도를 열적외선 영상을 통해 살펴본 결과는 다음과 같다. 지표면 온도 중 평균적으로 가장 높은 것은 아스팔트 재질이었으며, 그 다음은 샌드위치 패널, 콘크리트, 슬레이트, 나지, 녹지 순으로 나타났다. 이는 아스팔트가 열환경 상승에 미치는 영향이 크다는 것을 나타낸다. 이때 인공 구조물과 녹지의 온도를 비교 해봤을 때 녹지는 인공구조물에 비해 약 4℃ 가량 낮은 것으로 나타났으며, "녹지가 설치된 아스팔트 재질의 도로"는 "녹지가 존재하지 않는 아스팔트 재질의 주차장"에 비해 약 1.5℃ 가량 온도가 낮은 것으로 나타남으로써, 녹지의 냉각 효과가 탁월하다는 것을 확인 할 수 있었다.
3. 주거지역의 열환경 모델을 작성하기 위하여 저층 아파트단지와 고층 아파트단지를 대상으로 한 시뮬레이션 결과는 다음과 같다. 시뮬레이션은 일자형 배치의 저층 아파트단지와 클러스터 형 배치의 고층 아파트단지를 대상으로 동일한 조건하에 측정된 지역의 대기 중 기온을 입력하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 분석된 두 곳의 열환경 및 열의 흐름, 녹지의 냉각효과 등을 비교분석하였다.
그 결과 녹지가 지역의 열환경에 효과적으로 작용하고 있다는 결과를 얻었다. 즉, 녹지공간은 조사 대상지 모두에서 온도를 하강시켜주는 냉각효과가 확인되었으며, 또한 열의 유입을 막아주는 차단효과를 나타냈다.
다음으로, 두 곳의 대상지에서 열의 흐름에서는 차이가 있는 것으로 나타났다. 그 원인은 다음과 요인에 의한 것으로 판단된다. 먼저, 일자형 배치의 저층 아파트단지는 단지 배치의 특성에 따른 바람의 통풍으로 인해 바람이 유입되는 지점은 온도가 높으나 바람이 빠져 나가는 지점의 온도는 점차 낮아지는 것으로 나타났다. 반면, 클러스터 형 고층 아파트단지의 경우 일자형 저층 아파트단지와 동일하게 바람이 유입되는 지점의 온도는 높게 나타났으며, 일자형 저층 아파트단지와 다르게 건축물 배치에 따라 바람이 순환되지 못하고 정체됨에 따라 열이 단지 내부에 정체되는 것으로 분석되었다.
이상, 도시 토지의 열환경 영향 인자로 지표면의 재질과 녹지, 건물의 배치 및 바람에 의해 영향을 미친다는 점이 주목할 사항이라 하겠다. 토지유형별의 시뮬레이션을 통해 전체적인 열환경의 현장을 파악하는데 있어서 열환경에 영향을 미치는 다양한 변수가 존재하기는 하지만, 이를 바탕으로 도시설계 및 단지계획 수립시 열환경이 도시공간에 미칠 영향을 고려하여, 친환경적인 토지이용을 비롯하여 공간과 건축물의 배치, 지표면의 재료 등의 기준이 시급히 마련되어야 할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study analyzes what effects the increase of artificial structures in a large-scale residential area has on the thermal environment of the area. The purpose of the study is to suggest schemes for forming pleasant urban spaces through the temperature analysis of the ground surfaces by the infrared thermography for major surfaces of the earth and by the temperature measurement for the types of land (residential area, commercial area, industrial area, and public facilities).
As a target area of the study, Suwon City's Iui-dong, a neighborhood of Gwanggyo New City to be developed, was selected. In order to collect objective thermal-environment data, the study was carried out by conducting measuring the temperature twice in the field of the target site and analyzing the thermal-environment and ground temperature for the types of land through the infrared thermography. After selecting two representative places of residential complex (a low-storied apartment complex and a high-rise one) based on analyzed results, the thermal-environment phenomena of the residential places were considered making use of the Envi-met technique. In addition, urban planning methods for reducing a thermal environment in the future urban planning were set up.
The results of this study can be summarized as follow:
1. As a result of having analyzed thermal-environment research methods at home and abroad, the conventional analyses have been focused only on the "relationship with green tracts of land," "temperature change," and "thermal-environment analysis of wide-area level" through the vegetation index, telemetry data from Land satellites, and Automatic Weather Systems, but it is the current state that the thermal-environment analysis for various types of urban land have been relatively poor. It is possible for these existing studies to prepare for the measures of wide-area level, but as the thermal-environment within the unit of living domain humans live is formed by the temperature in the air, they have limitations in proposing analyses and alternatives on this. So as to get over the limits of conventional study methods, it is thus thought to be necessary to develop thermal-environment analysis methods of new technique.
2. The results of the thermal-environment analysis for the types of land in Iui-dong of Suwon City, the subject site, are as follows. While the temperatures of the "residential area," "commercial area" and "public facilities" demonstrated a similar pattern of thermal environment, the "high-rise apartment complex of the residential area" and the "business-oriented industrial area" exhibited a different thermal-environment pattern. In the case of the "residential area," 'commercial area" and "public facilities," the temperature fast decreased from around 5 p.m. when the sun begins to set, while in the "high-rise apartment complex" and the "industrial area," a similar temperature to 2 p.m. persisted even at 5 p.m. the sun began to set, showing a slower temperature decline in comparison with other areas. The reason for this slower decline of temperature is judged that although the "high-rise apartment complex" has a lot of landscape facilities, heat congestion within the complex occurs due to the difficulty of air circulation inside the complex, and in the case of "industrial area," the slow decline of temperature is caused by heat being generated in the area together with a small area of green tracts of land.
Next, the results of having examined the temperatures for the quality of materials through the infrared thermography, including asphalt, concrete, bare sore, green tract of land, slate, and sandwich panel, are as follows: the highest average among the ground temperatures was asphalt, followed by sandwich panel, concrete, slate, bare soil and green tract of land. This indicates asphalt has a great effect on thermal-environment increase. At this time, when having compared the temperatures of artificial structures and green tracts of land, the green tracts showed about 4℃ lower than the artificial structures; roads of asphalt quality where green tracts exist indicated some 1.5℃ lower than the parking lot having no asphalt quality, which confirms that the cooling effect of green tracts of land are superior.
3. The simulation results for the low-storied apartment complex and the high-rise one conducted for drawing up the thermal-environment of the residential area are as follows. The simulation was performed by entering temperatures in the air of the areas measured under the same conditions for the low-storied apartment complex of straight-type arrangement and the high-rise one of cluster-type arrangement, and the thermal environment, thermal flow and the green tracts' cooling effect of two analyzed places were compared and analyzed.
As a result, this study could obtain the result that green tracts of land effectively work for the thermal environment of the area. In other words, the green tracts of land were confirmed to have decreased the temperature in both of the subject areas, and exhibited a blocking effect to prevent heat incoming.
Next, there was a difference in the heat flow of the two target areas. The reasons are judged to be caused by the following factors. To begin with, in the case of the low-storied apartment complex with a straight-type arrangement, it was shown that the temperature is high in the points where winds come in because of the wind ventilation due to the features of the complex arrangement, but the temperature gradually declines toward the points where winds passe through. On the other hand, in the cluster-type apartment complex, the temperature at points where winds come in showed high as the straight-type low-storied apartment complex, and it was analyzed that unlike the straight-type low-storied apartment complex, winds cannot circulate but stay because of the building arrangement, thus causing heat to stay inside the complex.
As described above, it is to be noted that the thermal-environment factors of urban land are influenced by the materials of the surface of the earth, the arrangement of buildings, and winds. In grasping the overall thermal-environment phenomena through simulating the types of land, there exist a variety of variables having an effect on thermal environment, but by considering the effects of the thermal environment on urban spaces when working out urban designs and complex planning based on these, required criteria will have to be urgently prepared, including the arrangement of space and buildings, and the quality of materials for the surface of the earth, as well as the utilization of environment-friendly land.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 = ⅰ
• 목차 = ⅴ
• 제1장 서론 = 1
• 제1절. 연구의 배경 및 목적 = 1
• 1. 연구의 배경 = 1
• 2. 연구의 목적 = 2
• 제2절. 연구의 방법 및 과정 = 4
• 1. 연구의 방법 = 4
• 2. 연구의 과정 = 7
• 제2장 이론적 고찰 = 8
• 제1절. 관련용어 및 개념 정의 = 8
• 1. 도시기후 관련 개념정의 = 8
• 2. 열섬현상 = 16
• 제2절. 도시 열환경 연구동향 = 20
• 1. 열환경 연구동향 = 20
• 2. 열환경 연구방법 = 21
• 제3절. 본 연구의 발전과제 = 27
• 1. 선행연구의 한계 = 27
• 2. 본 연구의 발전과제 = 28
• 제3장 열환경 분석 = 29
• 제1절. 도시지역 토지 유형별 열환경 분석 = 29
• 1. 열환경 분석 개요 = 29
• 2. 도시지역 토지유형별 열환경 측정방법 = 29
• 제2절 도시지역 토지유형별 열환경 측정 결과 = 31
• 1. 분석개요 = 31
• 2. 도시지역 토지유형별 분석결과 = 32
• 3. 기온측정 고도별 기온분포 종합분석 = 55
• 제3절 도시지역 지표면 재질별 열적외선 영상 분석결과 = 58
• 1. 열적외선 영상의 개요 = 58
• 2. 도시지역 지표면 재질별 열적외선 영상의 분석 방법 = 60
• 3. 도시지역 지표면 재질별 열적외선 영상 분석결과 = 68
• 제4장 도시 주거지역 열환경 분석 시뮬레이션 = 71
• 제1절. 열환경분석 모델 = 71
• 1. Envi-met 모델의 개요 = 71
• 2. 열환경 시뮬레이션 대상지 선정 = 72
• 3. 모델 수행 = 72
• 제2절 도시 주거지역 열환경 시물레이션 = 73
• 1. 시뮬레이션 대상지 개요 = 73
• 2. 도시 주거지역 열환경 시뮬레이션 결과 분석 = 74
• 3. 도시 주거지역 열환경 시뮬레이션 비교 분석 (저층-고층 아파트단지, 오전 11:20분) = 80
• 제5장 결론 및 제언 = 82
• 제1절 연구결과의 요약 및 시사점 = 82
• 제2절 열환경 저감을 위한 친환경적 도시계획 방안 = 85
• 제3절 연구의 한계 및 향후 연구과제 = 87
• 참고문헌 = 88
• 부록 = 91
• ABSTRACT = 104