환경계획론 제3주제 : 도시의 미기후

1. 도시의 기후 기후요소(바람, 비, 온도, 일사 등) → 현재 도시의 환경생태경관의 형성에 큰 영향 인류는 기상학적 과정에 끊임없이 적응 (adaptation)하는 동시에 자신에 맞게 미기후를 변 화(adjustment) ※ 미기후(micrometeorology, micro-climate) ⇒ 인류는 불리한 기후환경에 적응할 수 있는 도시를 창조

지역의 기후조건과 자연여건을 이용하여 환경적으로 좋은 생활공간을 고안했던 전통적인 환경기술이 사라지고 있음 ⇒ 에너지 소비적인 현대적 기술에 의존 < 자연환경의 과정을 활용하여 환경적으로 건전한 도시기후를 유지하려는 노력이 필요

지형∙물∙식생 → 기후요소 (바람, 비, 온도, 일사 등) 에 영향을 주기도 함 2. 자연요소와 기후 지형∙물∙식생 → 기후요소 (바람, 비, 온도, 일사 등) 에 영향을 주기도 함 지형(topography) - 기류의 이동을 막아서 기후에 영향 식생(vegetation) - 식생은 내려 쬐는 일사와 지표면에서 올라가는 복사열을 조절 - 산림은 일사량의 90%를 흡수하면서 기후조절 - 식생은 풍속의 10%를 감소시켜 주야의 온도변화를 감소 지표면에 닿는 강우의 강도와 양, 적설량, 습도를 조절 물(water) - 넓은 수면은 태양에너지를 흡수 - 바다의 해풍으로 육지의 온도를 조절 - 물의 증발과정에서 태양에너지를 잠재열로 전환 → 기온을 낮춰줌(자연적 에어컨)

3. 도시가 기후에 미치는 영향 도시의 에너지 사용 증가 → 도시의 기후변화 도시의 기후에 영향을 미치는 5 요인 경관을 구성하는 물질 도시의 포장물질, 불투수성 물질의 열 흡수 > 토양, 식생의 열흡수∙열전달 - 이런 물질은 공기보다 1,000배의 열 저장능력 도시 구조물의 넓은 표면적(지붕, 벽면, 도로 등)은 열의 반사체 ⇒ 도시 전체가 엄청난 체적을 가진 열 저장 창고 - 그러나 농촌지역은 식생 풍부 → 나무의 수관부에서 열 흡수, 토양에서는 낮은 온도를 유지

- 물질 중에서 물이 가장 일정한 온도를 유지하는 성질 ※ 물의 온도 조절 역할 - 물질 중에서 물이 가장 일정한 온도를 유지하는 성질 - 물의 새벽과 정오의 온도차 : 3~4℃ - 아스팔트 : 30℃, 잔디 : 20℃ (p.51 그림)

(2) 도시의 고층건물군 도시의 고층건물군 많은 요철모양의 경관 → 돌풍 발생, 주풍 감소 → 바람에 의한 냉각효과 감소 도시의 고층건물군 많은 요철모양의 경관 → 돌풍 발생, 주풍 감소 → 바람에 의한 냉각효과 감소 (3) 기계작용(냉난방장치, 공장 및 자동차)에 의한 열 유입 매년 에너지 사용이 증대(약 5%씩) 특히 에어컨 ← 내부공간의 온도를 일정하게 유지 ⇒ 다량의 열을 외부로 방출 → 도시의 기온상승

(4) 인위적 배수체계 깨끗한 도시경간을 위해 인위적 배수체계를 구축 빗물의 자연적 순환을 왜곡 ※ 농촌은? → 인공적 배수체계를 통해 도시에서 수분을 신속하게 배출 → 자연적 기화작용을 통한 냉각효과 상실 → 인공적 냉각체계(에어컨) 도입으로 에너지 사용 증대, 외부온도 상승 ※ 농촌은? - 빗물이나 눈이 신속하게 제거되지 않고 지표면 근처에 남아서 기화작용(vaporization)을 통해 에너지를 흡수하여 잠재열로 바꾸어 온도를 냉각

(5) 도시의 대기에 함유된 각종 오염물질 도시대기는 농촌보다 10배 많은 부유물질(먼지 등) 함유 - 태양의 빛과 열을 반사, 지표면에서 나오는 열의 유출속도를 늦추는 작용 - 대기중의 부유물질은 비타민 D 생성과 식물에 필요한 자외선을 차단 - 대기중의 부유물질 + 오염물질이 결합 → 대기 질 악화, 온도 상승 예) Sox(아황산가스)는 일사량을 감소

3. 도시의 열섬현상 if, 넓고 탁 트인 평원에 커다란 도시가 존재 - 기화작용을 통해 온도를 조절하는 수면이 없음 - 해가 떠오르면 → 건물과 포장공간에 열이 흡수 저장(그러나 주변 농촌은 식생 때문에 열 흡수가 적고 거의 반사) → 도시 온도는 빨리 상승(그러나 농촌 온도는 서서히 증가) → 도시와 농촌의 온도차 발생 → 도시의 더운 공기가 상승하고 일정 고도에서 결국 농촌지역으로 이동 → 농촌에서 불어오는 바람으로 재유입되는 순환과정이 계속 밤에는 낮에 지붕 등 포장공간에 저장되었던 열이 방출 → 이 때 찬공기층이 건물높이 정도에서 형성되어 더운 공기의 상승을 방해 - 시간이 흐르면서 → 도시의 상층부에 부유물질, 열이 혼합된 불투명한 안개층이 형성 → 수분을 모아 안개로 변화시키는 응결핵 역할 → 무거워진 안개층이 스모그 형태로 지표면에 영향

※ 열섬현상

※스모그 - 겨울철에는 에너지사용 증가로 스모그(smog = smoke + fog) 현상이 심화

4. 현대의 기계적 기후조절 인간의 기후통제 노력이 심화 에어컨의 등장 - 1850년 미국 Gorrie가 발명 - 1904년 뉴욕증권거래소 건물에 300톤 무게의 에어컨 설치 그후 냉장고, 보온∙보냉장치가 계속 개발

에어컨 등의 기후조절 장치 발전 → 도시의 기후상황을 변화 건물이 기후라는 제약조건에서 벗어남 - 건물이 입지와 자연제약에서 벗어남 - 내부공간의 냉난방습도조절까지 기계장치에 의존하는 초대형 건물 가능 ⇒사막 위에 대도시 건설 가능, 극한지에 도시건설 가능

- 기후 때문에 귀찮은 도시의 외부환경 < 내부적 도시경관이 중시 내부공간 지향의 도시로 발전 도시의 경관이 변화 - 기후 때문에 귀찮은 도시의 외부환경 < 내부적 도시경관이 중시 - 도시의 자연적 외부경관이 경시 → 도시의 환경생태가 파괴 내부공간 지향의 도시로 발전 - 외부의 기후조건과 분리된 내부공간이 중시 - 외부에 대한 기피, 도시활동은 내부로 내부로 기어들어감 예) 외부의 기후환경에 노출된 농촌시장 < 기후가 조절된 안락한 실내공간의 상가(지하상가) 발달

외부의 환경(기후 등)에 영향을 받지 않는 도시는? - 엄청난 에너지 투입이 필요 - 레저휴양활동의 증대 여름철, 주말 등에 에어컨에 찌든 도시를 탈출하고자 하는 욕구 증대 그렇다면 어떻게 하면 현대의 기계적 장치에 의존하지 않고 도시의 기후를 조절할 것인가? ⇒ 오픈스페이스(open space)가 가장 쉬운 답

5. 현대의 기계적 기후조절에 대한 대안 기후 → 인간에게 절대적 영향 (환경결정론) 5. 현대의 기계적 기후조절에 대한 대안 기후 → 인간에게 절대적 영향 (환경결정론) 그러나 인간의 발전에 따라 인간 → 기후에 영향 이제 많은 문제를 유발 → 새로운 해결책이 필요 해결책의 기본 요체 : 전통적인 저에너지 환경기술의 활용 이집트 : Maziare 병 ← 물의 온도를 20℃로 유지 스페인 : 차양, 아케이트 한낮의 태양으로부터 열기를 차단 북아프리카, 지중해 연안 도시들 : 도시의 가로를 해안에 직각으로 배치 ← 바다바람이 들어와서 가로를 따라 도시를 순환

식물과 물도 매우 중요한 전통 환경기술 - 식물, 물을 정원에 사용 → 온도 완화 효과 에스키모 이글루 : 눈의 절연성 활용, 입구를 바람의 반대에 배치, 반구형태로 최소의 표면적 + 최대의 체적으로 열 손실 최소화(외부온도 -45℃ 에서도 15℃를 유지) 유럽의 역사도시들 : 좁은 곡선 가로, 지붕이 없이 위요된 광장, 밀폐된 건물과 중정 → 에너지 보전 효과

6. 도시의 기후관리를 위한 대안기술 일사와 열의 흡수 도시로 유입되는 일사량 ← 도시의 배치형태, 건물가로 및 오프스페이스의 형태 식물이 있는 오픈스페이스 - 수관부 : 열에너지 흡수능력 (예) 단풍나무는 열에너지의 80% 감소 - 산림지역 : 비산림지역에 비해 6℃정도 온도감소 ※ 수목의 일사량 반사비율은 260% > 비수목지역 - 벽면녹화 : 수직벽면에 덩굴식물을 식재 → 여름철 가로온도를 5 감소, 겨울철 건물 열손실을 30% 감소 ← 이유 : 나뭇잎이 집광물질(solar collectors) 따라서 햇빛이 있으면 나뭇잎은 빛을 받기 위해 잎을 위로 치켜올림 → 식물과 건물간에 공기순환

건물의 지붕 - 높은 일사량과 열 흡수 저장 능력 - 도시경관에서 가장 많이 보이는 경관요소 - 지붕식재(옥상녹화) 기후조절에 매우 효과적, 그러나 구조적 안전문제가 대두 → 옥상 녹화를 위한 피트모스(peat moss)라는 토양이 개발 - 세계적으로 지붕녹화가 인기

2) 도시의 온도 조절 도시의 온도 > 농촌의 온도 자연적 요소를 이용하여 온도조절 가능 ← 인공배수체계로 인해 지표면의 물 흐름이 적고 수분증발이 곤란 ← 도시의 건물 등 불투수성 포장물질의 열전도성 열 저장성 ← 도시의 구조적 문제(열섬현상) 등 자연적 요소를 이용하여 온도조절 가능 (1) 물 - 물은 미기후를 조절하는 가장 효과적인 방법 - 수면으로부터 직접증발(직접) + 식물의 증산작용을 통한 증발(간접) - 도시에 강, 호수, 저수지, 연못, 개울 등 물시설을 도입 + 오픈스페이스(공원, 잔디밭, 텃밭, 옥상 및 지붕녹화 등)를 사용하여 자연스런 물 증발을 유도 - 빗물을 저장했다가 지표면을 흐르게 함 → 도시의 물길 만들기

※ Hyde Park(런던), high Park(토론토), Freiburg(독일)의 사례

(2) 식생 - 식물은 증발산작용(evapotranspiration)을 통해 자신이 흡수한 수분을 증발 - 여름철 하루에 1ha(4,046㎡)의 풀밭에서 2400갤론(9,084리터)의 물이 증발 - 1그루의 나무는 하루에 100갤론(378리터)의 물을 증발 = 230,000kcal 의 에너지가 도시 온도를 올리지 않고 증발시키는 효과 = 시간당 2500kcal/h의 에어컨 5대가 19시간 작동하는 에너지에 해당 - 식생을 이용한 기후조절 : 폐기물, 오염, 폐열 발생 없음, 에너지 사용 필요 없음 - 중위도 지역의 도시면적의 20% 정도를 녹화시키면 기후조절이 가능

식물은 온도조절 외에도 대기오염 정화 + 경관미관 향상 … 식물의 대기오염 정화 능력 3) 대기오염 조절 식물은 온도조절 외에도 대기오염 정화 + 경관미관 향상 … 식물의 대기오염 정화 능력 - 광합성을 하는 나뭇잎의 면적 : 나무주변 토양면적의 10배 - 넓은 표면적으로 대기오염물질을 대량으로 흡수 예) 직경 38cm의 미송 : 매년 43.5톤의 이산화황 흡수 그렇다면 미주리주 센트루이스에서 매년 발생하는 455,000톤의 SO2를 흡수하려면 5억 그루의 미송이면 OK (도시면적의 5%)

- 길가의 가로수 : 산소 배출, 유해한 일산화탄소를 흡수 어떻게) 산화질소가 산소와 결합 → 식물이 흡수할 수 있는 이산화탄소로 전환 - 식물은 중금속도 흡수 예) 미국 코네티컷주 뉴헤븐에 식재된 직경 30cm의 설탕단풍나무가 1년간 대기중 카드뮴 60mg, 납 140mg을 제거 - 그러나 식물도 과도함 오염으로 피해 → 제 기능을 못하는 실정 - 따라서 식물이 오염에 대한 만병통치약은 아님 소규모의 기후조절 작용을 수행 - 더욱 중요한 것은 도시의 대규모의 다양한 오픈스페이스

4) 바람의 조절 도시에서는 돌풍 같은 바람이 없어야 함 도시의 풍속은 건물 등 구조물에 의해 영향받음 - 일반적으로 도시의 풍속은 바다풍속의 절반 - 그러나 바람특성을 고려하지 못한 건물과 가로 배치 → 국지적인 풍속 가속 → 물의 증발, 기온 식물의 증산작용 등에 영향 - 높은 건물군 : 바람이 주변건물보다 높은 건물에 부딪치면 바람의 형태가 변화 → 건물 밑으로 하강기류 유발 → 지표면에서 기류의 소용돌이, 돌풍, 차갑고 오염된 바람 (p.75 그림) - 따라서 건물주변에 나무를 심으면 → 풍속완화 → 에너지를 덜 사용(5% 절약)

7. 도시의 기후관리를 위한 도시계획 녹색허파 녹색허파(Green Lungs)의 활용 오픈스페이스가 도시기후를 조절하는 절대적인 요소는 아님(Jane Jacobs) 그러나 오픈스페이스는 전체 도시 < 도시의 부분부분의 대기질과 미기후에 영향 최초의 오픈스페이스(open space)의 사용은 영국의 Redditch시 계획

2) 기후조절을 위한 오픈스페이스의 계획 및 설계 원리 기후조절 측면에서 오픈스페이스 배치 몇 개의 거대한 오픈스페이스 < 전 지역에 고르게 배치된 적절한 오픈스페이스 → 다양한 온도의 바람의 수평적 이동에 도움 기류의 이동통로에 공원 식생 등의 오픈스페이스를 배치 → 기후조절에 유리 2) 기후조절을 위한 오픈스페이스의 계획 및 설계 원리 모든 도시에 맞는 통일된 계획원리는 불가능 그러나 큰 원리를 가능 도시의 자연적 요소의 도입, 질적 향상이 중요 - 현재 있는 모든 지형의 형태, 자연적 요소를 최대 활용할 수 있도록 계획 - 사례) 독일 슈투트가르트의 도시계획

※ 독일 슈투트가르트(Stuttgart)의 기후를 고려한 바람길 계획 200만 이상의 인구를 가진 산업지역의 중심도시 인구 60만의 독일 남부의 대표적인 산업도시 : 크라이슬러사(Daimler Chrysler), 포르쉐(Porche), 광학기기의 짜이스(Zeiss)사 본사 입지 심각한 대기오염이 문제 구릉속의 분지도시, 약한 풍속, 공업화 → 숯과 석탄사용 금지조례 제정 바람길 계획이 필요 바람을 도시 속으로 들어가도록 토지이용과 건물배치를 규제 F-plan(토지이용계획-도시구조의 변경), B-plan(지구단위계획-바람길 형성) B-plan의 주요 내용 도심에 가까운 구릉지에 신규 건축금지 도심의 바람길을 따라 5층 이상 규제, 건물간격 3m 이상 이격 바림길로 사용되는 도로나 공원은 100m의 폭 확보 키 큰 나무를 밀식식재 ← 차가운 공기가 모일 수 있는 공기댐을 만들어 공기흐름을 만듦 도심부로 1억9천만㎥ 의 공기 유입 ⇒ 세계적인 환경도시로 발전

[그림] 슈투트가르크

포장경관의 녹색화 포장공간의 녹색화 : 옥상, 벽면, 도로(주차장) 등 녹색화 열 흡수와 저장을 완화 문제는 옥상이나 벽면의 안정성을 확보할 수 있는 식재기술 확보 한국 같은 건조한 겨울의 도시에서는 사계절용 식재방법 필요

식생과 물을 이용한 미기후 조절 가능한 모든 곳에 식생(옥상, 벽면…) → 열섬효과 감소, 오염물질 정화 단식(單植) 식재 < 군식(群植) 식재 사례지역) Davis시 (캘리포니아): 여름철의 가로수가 6℃ 정도를 낮추게 하여 에어컨의 전력소모량을 ½ 감소

기타 자연조건을 활용한 미기후 조절 남향 배치 소규모 공간 조성 지역의 주택 건축재료 사용 : 한옥

[참고] 한옥의 미기후