ENVI-met을 활용한 공원 유형별 시간대에 따른 열쾌적성 및 열환경 변화 연구 : 서울시 송파구 상업지역을 대상으로 = Thermal Comfort and Urban Thermal Environment Changes by Park Types and Time of Day Using ENVI-met : Focused on a Commercial Area in Songpa-gu, Seoul

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 서울시 송파구 상업지역을 대상으로 공원 유형에 따른 열 환경 변화, 열쾌적성 증감 효과를 정량적으로 비교분석하였다. 연구 대상지는 서울시 송파구 방이2동 상업지역을 대상으로 선정하였다. 잠실역과 몽촌토성역 사이에 위치한 일반상업지역으로 대로와 맞닿은 곳은 고층 건물이 밀집하였으며 블록 내의 건물들은 비교적 층수가 낮은 도시 협곡 구조를 띄고 있다. 대상지 내에 동일한 면적과 식생 의 선형공원과 면형공원을 각각 설계하여 총 세 시나리오의 열환경 시뮬레이션을 실행하였다.
ENVI-met 시뮬레이션을 활용한 분석은 기온, 지표온도, 상대습도, 음영 면적 등 열환경 구성 요소와 열쾌적성 지표(PET, PMV)를 중 심으로 이루어졌다. 각 시나리오에서 시간대별로 열환경의 변화를 정 량적으로 분석함으로써, 공원 유형별로 열환경에 미치는 영향을 비교 하였다. 시뮬레이션은 오전 6시부터 오후 6시까지 12시간 동안의 열 환경 변화를 시간대별로 기록하여, 공원 설계가 열환경 개선 및 열쾌 적성 증진에 미치는 영향을 종합적으로 평가하였다.
열환경 분석 결과, 기온 분석에서는 선형공원이 면형공원보다 전반 적으로 낮은 기온을 유지하며, 특히 16시 이후 시간대에 두드러진 기 온 저감 효과를 보였다. 반면, 면형공원은 오전 시간대에 열 축적이 일어나 기온이 현 대상지보다 높게 나타나는 경우가 많았다. 이는 면 형공원이 도시 협곡 구조와 햇빛 노출에 더 민감한 특성을 가지고 있 음을 보여준다. 지표온도 분석에서도 선형공원이 모든 시간대에서 평 균적으로 낮은 값을 기록하며, 열 축적을 효과적으로 억제하였다. 선 형공원 시나리오는 전반적으로 기온, 지표온도, 음영 면적에서 개선된 결과를 보였으며, 열쾌적성 지표에서도 일관된 스트레스 완화 효과를 나타냈다. 반면, 면형공원 시나리오는 특정 시간대에서 일부 개선 효 과를 보였으나, 열 축적의 영향을 받아 평균적으로는 음의 영향을 미 쳤다.
음영 면적 변화 분석에서는 면형공원이 집약적인 녹지 공간을 제공하 여 태양 복사량을 차단하는 데 유리한 구조를 보였으나, 오후 시간대 에는 음영 면적 감소폭이 선형공원보다 더 크게 나타나 태양 복사량 증가로 이어졌다. 특히 13시에는 면형공원의 음영 면적이 최대 감소 폭을 기록하며, 선형공원 시나리오에 비해 비교적 태양에 노출된 면 적이 넓었다.
열쾌적성 분석 결과, 선형공원은 평균 PET와 PMV 값 모두에서 면 형공원과 현 대상지보다 우수한 결과를 나타냈다. 반면, 면형공원은 특정 시간대에 극한 열 스트레스를 완화하는 데 기여했으나, 평균적 인 열쾌적성 개선 효과는 미미한 수준으로 나타났다. 특히 면형공원 은 오전 시간대 높은 열 축적의 영향을 받아 PET 값이 증가하는 경 향을 보였다.
결론적으로, 선형공원이 면형공원보다 전반적으로 열환경 개선 및 열쾌적성 증진에서 우수한 효과를 보였다. 선형공원의 연속적인 공간 배치와 바람길 형성은 도시 협곡 구조에서도 효과적으로 작용하여, 기온과 지표온도, 열 스트레스를 안정적으로 낮추는 데 기여하였다. 본 연구는 동일한 면적의 공원 유형에 따른 열환경 변화를 정량적으 로 평가함으로써, 도심 상업지역 내 열섬현상 완화를 위한 공원 설계 방향을 제시하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The present study quantitatively analyzed the thermal environmental changes and thermal comfort enhancement effects according to park types in the commercial area of Songpa-gu, Seoul. The study area, located in Bangi 2-dong, was selected as a representative site with a dense concentration of high-rise
buildings near major roads and relatively lower structures within urban canyon blocks. Linear parks and area parks with identical areas and vegetation were designed within the site, and ENVI-met simulations were conducted for three scenarios.
The ENVI-met simulations focused on thermal environmental components such as air temperature, surface temperature, relative humidity, and shaded area, as well as thermal comfort indices such as PET (Physiological Equivalent Temperature) and PMV (Predicted Mean Vote). Time-dependent changes in the thermal
environment were quantitatively analyzed for each scenario, documenting the variations over 12 hours, from 6 AM to 6 PM, to evaluate the effects of park designs on thermal environmental improvement and thermal comfort enhancement.
The thermal environment analysis revealed that linear parks maintained lower air temperatures than area parks, particularly after 4 PM, showing significant cooling effects. In contrast, area parks exhibited elevated air temperatures during the morning hours due to heat accumulation, often surpassing those of the
base case. This indicates the sensitivity of area parks to urban canyon structures and solar exposure. Surface temperature analysis also demonstrated that linear parks consistently recorded lower averages across all time periods, effectively mitigating heat accumulation. Linear park scenarios exhibited overall improvements in air temperature, surface temperature, and shaded area, as well as consistent reductions in thermal stress levels based on thermal comfort indices. In contrast, area parks showed some improvement in specific time periods but were generally influenced by heat accumulation, resulting in negative impacts on average thermal conditions.
Shaded area analysis indicated that area parks provided concentrated green spaces advantageous for solar radiation blocking. However, during the afternoon, area parks experienced greater reductions in shaded area compared to linear parks, leading to increased solar radiation exposure. At 1 PM, the maximum reduction in shaded area was observed in area parks, with relatively larger sunlit areas compared to linear parks.
The thermal comfort analysis found that linear parks exhibited superior results in average PET and PMV values compared to area parks and the base case. Linear parks effectively facilitated airflow and mitigated urban heat island effects. In contrast, area parks contributed to alleviating extreme heat stress during certain
periods but showed minimal improvements in average thermal comfort. Notably, area parks experienced elevated PET values in the morning due to heat accumulation.
In conclusion, linear parks outperformed area parks in overall thermal environmental improvement and thermal comfort enhancement. Their continuous spatial configuration and ability to form wind paths effectively reduced air temperature, surface temperature, and thermal stress even within urban canyon structures. This study quantitatively evaluated the thermal environmental changes associated with different park types of identical areas, providing a framework for urban park design strategies aimed at mitigating urban heat islands in commercial areas.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 연구의 배경 1
• 제 2 절 연구의 목적 3
• 제 2 장 이론적 고찰 4
• 제 1 절 열쾌적지표 4
• 제 2 절 열쾌적성과 매개변수 6
• 제 3 절 도시열섬현상과 완화를 위한 접근법 7
• 제 4 절 연구의 차별성 10
• 제 3 장 분석의 틀 11
• 제 1 절 분석의 범위 11
• 1. 공간적 범위 11
• 2. 시간적 범위 12
• 제 2 절 분석 방법 13
• 1. ENVI-met 13
• 2. 초기경계입력자료 13
• 3. 3D 모델링 15
• 제 4 장 열환경 및 열쾌적성 분석 18
• 제 1 절 열환경 변화 18
• 1. 기온(Air Temperature) 분석 18
• 2. 지표온도(T Surface) 분석 23
• 3. 상대습도(Relative Humidity) 분석 25
• 4. 단파복사(Shortwave Radiation) 면적 분석 27
• 제 2 절 열쾌적성 변화 29
• 1. PET 29
• 2. PMV 35
• 제 5 장 결론 38
• 제 1 절 연구의 종합 및 요약 38
• 제 2 절 연구의 한계 및 시사점 42
• 참고문헌 44
• 부록 47
• Abstract 53