탄소중립 그린도시 조성계획에 따른 미기후 및 열쾌적성 변화 고찰 : 수원시 및 충주시 조성계획안을 중심으로 = Investigating Changes in Microclimate and Thermal Comfort according to Carbon-Neutral Green City Masterplans - Focused on the Schematic Masterplans of Suwon and Chungju -

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 탄소중립 그린도시 조성계획에 따른 열쾌적성 변화를 고찰함으로 향후 탄소중립 그린도시 사업 가이드라인 구상과 도시계획·설계 시, 건물배치에 활용될 부분을 제시하고자 한다. 온실가스 감축을 목표로 추진된 탄소중립 그린도시 사업은 정량적 및 수치적 근거에 집중하였으나, 공간적 및 실증적 근거는 부족한 것으로 판단된다. 도시계획·설계를 진행하기에 앞서, 시뮬레이션은 도시에서 발생하는 다양한 현상을 분석함으로 공간을 조성하고, 조성에 따른 결과를 확인할 수 있는 도구이다.
본 연구의 흐름과 방법은 다음과 같이 진행하였다. 첫째, 연구의 배경과 목적을 정의하며, 이를 비롯한 연구의 범위와 방법을 설정하였다. 둘째, 탄소중립 및 탄소중립도시 도입배경, 친환경 도시설계 패러다임, 친환경 공간조성 및 도시열섬완화, 열쾌적성 및 탄소저감·흡수 등 문헌고찰을 통해 이론과 개념을 살펴보았다. 셋째, 본 연구의 대상지를 소개하며, 분석의 틀을 정립하였다. 넷째, 정립한 분석의 틀에 따라 탄소중립 그린도시 사업 개요와 가이드라인을 분석하고, 두 도시에서 제안한 조성계획안의 친환경 요소를 확인하였다. 다섯째, AutoCAD 2D 도면 작성, SketchUp 3D 모델 구축, Envi-met 기상자료 확보, Envi-met 시뮬레이션 시행을 통해 두 도시의 조성계획에 따른 열쾌적성 변화를 고찰하였다. 여섯째, 향후 탄소중립 그린도시 사업 가이드라인 구상과 도시계획·설계 시, 건물배치에 활용될 부분을 제시하는 등 본 연구의 결론과 시사점을 도출하였다.
본 연구의 결론과 시사점은 다음과 같다. 첫째, 환경부에서 요구한 탄소중립 그린도시 공간모델을 제시할 수 있는 환경기술은 친환경건물, 녹지공간, 친수공간 조성으로 확인하였다. 이는 정책적 기반으로 제안된 경기도 수원시와 충청북도 충주시의 조성계획안 계획요소를 분석하고, 친환경 요소를 활용한 열쾌적성 변화를 분석함으로 파악하였다. 각 사업대상지의 입지현황과 입지요건을 고려하여, 경기도 수원시는 친환경건물 조성을 강조하였고, 충청북도 충주시는 녹지공간과 친수공간 조성을 강조하였다. 둘째, 두 도시의 조성계획안에서 도출한 친환경 요소를 적용하여 Envi-met 시뮬레이션을 시행한 결과, 두 도시의 연구대상지 내 기온과 열쾌적성은 여름 시간대 일부를 제외하고 모두 개선되었다. 경기도 수원시의 경우, 오전·오후 시간대의 기온과 열쾌적성은 모두 각각 0.026~0.034℃ 그리고 0.005~0.114℃ 감소하고 개선되었다. 충청북도 충주시의 경우, 오전·오후 시간대의 기온과 오후 시간대의 열쾌적성은 모두 각각 0.071~0.100℃ 그리고 0.453℃ 감소하고 개선되었다. 셋째, 시뮬레이션을 통해, 친환경 요소 중 탄소흡수 부문의 탄소공원이 열쾌적성 개선에 효과적인 것으로 분석하였다. 경기도 수원시의 친환경 요소 적용 면적별 분석을 통해 탄소공원 열쾌적성 온도는 4.14℃ 감소하였으며, 열쾌적성은 개선된 것으로 확인하였다. 충청북도 충주시의 친환경 요소 적용 면적별 분석을 통해 탄소공원 열쾌적성 온도는 3.48℃ 감소하였으며, 열쾌적성은 개선된 것으로 확인하였다. 넷째, 미개발 지역이거나 사업이 추진 중인 대지는 표면이 흙으로 구성되고 외부에 노출되어 있기에 높은 기온과 많은 열이 발생하는 반면, 건물단지를 밀집하고 조밀하게 조성함으로 그늘과 바람길이 제공되고, 낮고 시원한 기온을 유지할 수 있는 것으로 확인하였다. 이는 건물배치와 높이로 인해 건물단지 내 일조량이 감소하며, 도시 내 열섬현상을 완화할 수 있는 것으로 사료된다. 다섯째, 열 혹은 복사에 대한 반사율이 낮은 아스팔트 도로와 보행로 사이에 친수공간을 조성하고, 보행로에 녹지공간을 조성함으로 열쾌적성이 개선됨을 분석하였다. 물리적 공간 측면에서 두 요소가 열쾌적성 개선에 효과적인 기법으로 판단된다. 여섯째, 친환경 요소 가운데 친환경건물 조성은 옥상녹화(0.826kgCO2)와 벽면녹화(0.110kgCO2)를 통해 녹지보행로(2.450kgCO2)와 공원(1.730kgCO2) 다음으로 많은 탄소배출량을 감축할 수 있다, 하지만 열쾌적성에는 실질적으로 많은 영향을 주지 않은 것으로 확인하였다. 일곱째, 두 도시의 친환경 요소가 복합적으로 적용된 지점 내 열쾌적성 개선을 확인할 수 있었으며, 향후 탄소중립 그린도시 사업 가이드라인 구상 시, 친환경 요소를 개별적으로 제안하기보다 특정지점을 선정하여 해당지점에 친환경 요소를 복합적으로 제안할 필요가 있는 것으로 사료된다. 여덟째, 도시계획 및 설계 시, 도로와 보행로의 재질 및 조성 기준을 고려할 필요가 있으며, 목재보행로, 녹지보행로, 수공간도로, 자전거도로 등 보다 다양한 친환경 요소를 도입할 필요가 있다. 이와 같은 요소들이 복합적으로 그리고 상호 작용함으로 도시 내 열환경을 개선할 수 있을 것으로 판단된다. 아홉째, 두 도시의 조성계획안은 정책적 기반으로 제안되었으며, 실증적 근거가 부족하였기에 본 연구에서 열쾌적성 검증을 통해 실증적 분석을 수행하였다. 이를 통해, 향후 탄소중립 그린도시 사업 공고 시, 본 연구에서 수행한 열쾌적성 평가방법과 평가절차를 고려하여 다른 사업참여자가 쉽고 원활하게 접근할 수 있도록 가이드라인을 구상할 필요가 있는 것으로 확인하였다. 마지막으로 향후 탄소중립 그린도시 사업이 추진될 경우, 열쾌적성 변화를 분석하기 위한 평가방법과 평가절차를 고려하여 도시계획·설계가 탄소중립 관련 사업의 어떤 단계에 적합하고 적용될 수 있는지 사전적으로 고려가 필요하다. 이는 본 연구에서 분석한 조성계획 혹은 기본계획 외, 용역발주를 위한 사업기획, 도면납품을 위한 실시계획, 시공착수를 위한 사업시행 등 각 사업단계를 진행하기에 앞서, 실제 대상지에서 발생할 수 있는 열 문제를 사전에 검토할 수 있을 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The research purpose is to investigate the thermal comfort according to carbon-neutral green city masterplans and suggest references for guidelines of carbon-neutral green city projects in the future, and improvements for building layout in urban planning and design. The carbon-neutral green city project, aimed at reducing greenhouse gas emissions, has focused on quantitative and numerical basis, however spatial and empirical basis is considered to be lacking. Before proceeding with urban planning and design, simulation is a tool to analyze various phenomena occurring in the city, and is required to check the results of spaces created.
The research flow and methods are as follows. First, the research background and purpose were defined, including the research scope and methods. Second, the theories and concepts were studied through literature reviews, including the history of carbon-neutrality and carbon-neutral cities, paradigm of eco-friendly urban design, eco-friendly space and urban heat island, and thermal comfort and carbon reduction & absorption. Third, the research site was introduced, and framework of analysis was established. Fourth, the guideline of carbon-neutral green city project was analyzed, and the eco-friendly items from schematic masterplans of two cities were identified. Fifth, the thermal comfort of two cities was investigated by creating AutoCAD 2D drawings, building SketchUp 3D models, obtaining Envi-met meteorological data, and conducting Envi-met simulations. Sixth, the research conclusions and implications were drawn, including the references for guideline of carbon-neutral green city project in the future, and improvements for building layout in urban planning and design.
The research conclusions and implications are as follows. First, the environmental techniques for carbon-neutral green city models were identified as creating eco-friendly buildings, green spaces, and water spaces. The environmental techniques were identified by analyzing the proposed items from schematic masterplans of Gyeonggi-do Suwon and Chungcheongbuk-do Chungju, in which the schematic masterplans were proposed based on policy. The thermal comfort was investigated with eco-friendly items drawn from two schematic masterplans. Considering the locations of project sites, Gyeonggi-do Suwon emphasized providing the eco-friendly buildings, while Chung cheongbuk-do Chungju emphasized providing the green and water spaces. Second, as a result of Envi-met simulations by applying the eco-friendly items drawn from schematic masterplans of two cities, the temperature and thermal comfort on research sites of both cities were improved except for a few hours in summer. In Gygeonggi-do Suwon, the temperature and thermal comfort in the morning and afternoon were decreased by 0.026~0.034℃ and 0.005~0.114℃. In Chungcheongbuk-do Chungju, the temperature in the morning and afternoon and thermal comfort in the afternoon were decreased by 0.071~0.100℃ and 0.453℃. Third, through Envi-met simulations, the carbon parks in carbon absorption sector of eco-friendly items were found as effective in improving the thermal comfort. Through the analysis by area of eco-friendly items applied, the thermal comfort temperature of carbon parks in Gyeonggi-do Suwon was reduced by 4.14℃, and the thermal comfort was improved. The thermal comfort temperature of carbon parks in Chungcheongbuk-do Chungju was reduced by 3.48℃, and the thermal comfort was improved. Fourth, the undeveloped sites or areas, where projects were underway or buildings were under construction, maintained high temperatures and a lot of heat due to the surface composed of soil and exposed to the outside. However, the dense and compact building complexes provided shades and ventilation paths, and maintained low and cool temperatures. This explains that sunlight in building complexes is reduced due to layout and height of buildings, and urban heat island can be mitigated in the city. Fifth, thermal comfort was improved by creating water spaces between asphalt roads and pedestrian roads, where reflectivity to heat or radiation is low, and by creating green spaces along pedestrian roads. In terms of physical space, these two eco-friendly items were verified to be effective environmental techniques for improving thermal comfort. Sixth, among the eco-friendly items, green buildings can reduce the most carbon emissions through green rooftop (0.826kgCO2) and green wall (0.110kgCO2) after green pedestrian roads (2.450kgCO2) and parks (1.730kgCO2). However, green buildings were not effective in improving thermal comfort. Seventh, thermal comfort was improved in the areas where multiple eco-friendly items were applied in both cities. For the guidelines of carbon-neutral green city projects in the future, multiple eco-friendly items with specific locations shall be considered to be proposed rather than individual eco-friendly items. Eighth, for the materials and construction standards of vehicle and pedestrian roads, more different eco-friendly items are required to be considered such as wood sidewalks, green sidewalks, water roads, and bicycle roads. Multiple uses of these eco-friendly items can improve the thermal comfort and environment in the city. Ninth, the proposed schematic masaterplans of two cities were based on policy, and lacked spatial and empirical basis, so the research with empirical analysis was conducted through thermal comfort simulation. It was found that evaluation methods and procedures of thermal comfort shall be considered in the guidelines of carbon-neutral green city projects when announced in the future, so that project participants can easily and smoothly access them. Finally, when promoting carbon -neutral green city projects in the future, it is necessary to consider in advance which stage of urban planning and design is appropriate in carbon-neutral related projects. The evaluation methods and procedures of thermal comfort shall be considered as well. This research was conducted on the proposed masterplans, which were in Schematic Design (SD) phase. Before proceeding with other project phases such as Basic Design (BD) for planning project, Design Development (DD) for delivering drawing, and Construction Document (CD) for executing construction, the thermal problems may occur in the actual sites, so the thermal comfort and environment shall be reviewed in advance.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구의 배경 및 목적 1
• 제2절 연구의 범위 및 방법 4
• 제2장 문헌고찰 6
• 제1절 탄소중립 및 탄소중립도시 도입배경 6
• 제2절 친환경 도시설계 패러다임 9
• 제3절 친환경 공간조성 및 도시열섬완화 12
• 제4절 열쾌적성 및 탄소저감·흡수 16
• 제3장 대상지 소개 및 분석의 틀 18
• 제1절 대상지 소개 18
• 제2절 분석의 틀 22
• 제4장 탄소중립 그린도시 계획요소 분석 24
• 제1절 탄소중립 그린도시 사업 개요 24
• 제2절 탄소중립 그린도시 사업 가이드라인 분석 25
• 제3절 탄소중립 그린도시 조성계획안 비교 분석 26
• 제4절 조성계획안의 친환경 요소 도출 29
• 제5절 조성계획안의 계획요소 분석 종합 32
• 제5장 열쾌적성 시뮬레이션 분석 34
• 제1절 2D 도면 작성 및 3D 모델 구현 34
• 제2절 기상자료 확보 및 시뮬레이션 설정 37
• 제3절 열쾌적성 시뮬레이션 시행 및 분석 40
• 1. 기상관련 시뮬레이션 분석 40
• 2. 열쾌적성 시뮬레이션 변화값 분석 45
• 1) 친환경 요소 적용 면적별 열쾌적성 분석 45
• 2) 친환경 요소 적용 지점별 열쾌적성 분석 48
• 3. 열쾌적성 변화값 T-검정 분석 58
• 1) 친환경 요소 적용 면적별 T-검정 분석 58
• 2) 친환경 요소 적용 지점별 T-검정 분석 60
• 제4절 친환경 요소에 따른 탄소저감 및 흡수변화량 분석 62
• 제5절 열쾌적성 시뮬레이션 분석 종합 67
• 제6장 결론 69
• 제1절 연구의 결론 및 시사점 69
• 제2절 연구의 의의 및 한계 72
• 참고문헌 73
• ABSTRACT 77