<사진. 마루노 우치 파크빌딩의 외관
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

고층빌딩에 둘러싸인 오아시스 녹지의 저온화 현상과 수목 효과

- 3차원 연속관측과 시뮬레이션에 의해 해명

독립행정법인 해양연구개발기구 지구정보기반센터, 주식회사 미쯔비시지소설계 및 주식회사 다케나까공무점에 의한 연구팀은 도쿄 도심에 있는 “마루우치 파크 빌딩”의 정원을 대상으로 고층빌딩에 둘러싸인 녹지의 저온화현상과 그것을 유발하는 수목의 효과를 3차원 연속관측과 고해상도 시뮬레이션에 의해 해명하였다.

2009년에 완성한 “마루노 우치 파크빌딩”의 설계자(미쯔비시지소설계)와 시공자(다케나까공무점)는 안에 녹지를 가져 기온을 저하시키는 효과를 검증하기 위해 일본공업대학의 협력을 얻어 2012년 여름에 다이마루유(大丸有) 지구 전체를 대상으로 한 실외공간의 이용조사를 실시하고, 공간의 이용상황과 공간을 둘러싼 환경의 관련성을 파악하였다.

그 결과 마루노 우치 파크빌딩의 정원은 사람의 시점을 차지하는 수목 등의 비율이 상당히 높고 여름철 주변에 비해 기온이 낮기 때문에 많은 사람들이 이용하고 있는 하나의 원인이라는 것을 알았다. 그리고 야간에 정원의 기온저하가 확인되어 수관(樹冠)이 이 현상과 관련되어 있다는 것을 시사하였다. 그래서 2013년 여름도 지속적으로 관측을 실시하여 보다 상세한 관측 데이터를 축적하고, 3차원으로 배치된 관측점에 의한 하계 야간의 기온, 수관표면 온도, 풍향, 풍속 등에 관하여 연속관측을 실시하는 등 실외 열환경의 실측조사를 수행하였다.

그리고 정원의 녹지가 실외환경의 저온화에 구체적으로 어떻게 기여하는지를 조사하기 위해 JAMSTEC의 슈퍼컴퓨터 “지구 시뮬레이터”를 이용하여 관측결과로부터 냉기생성 효과가 뚜렷하게 나타난 2013년 8월 7일~8일의 야간을 대상으로 한 고해상도 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션에 이용한 모델은 종래 멀티 스케일 대기해양결합 시뮬레이션 모델(MSSG)을 개량하여 일사 및 열방사와 같은 방사가 3차원적으로 열을 전달하는 효과, 수목이 바람을 약하게 하는 효과, 수목이 방사의 일부를 차단하는 효과 및 수목의 증산효과를 새롭게 조합시킨 획기적인 열환경 시뮬레이션 모델이다. 이 모델에서는 빌딩의 벽면 및 수목의 잎에 대해 축열효과 및 열수지를 고려한 표면온도를 계산하기 위해 축열된 벽면에 의한 공기의 가열 및 저온 식물에 의한 냉각을 고려하고 시시각각 변하는 바람의 흐름을 3차원적으로 계산할 수 있다.

수치시뮬레이션 결과, 심야 12시부터 오전 3시에 걸쳐 정원 중앙에서 관측된 풍속의 저하와 풍향의 변화가 잘 재현되었다. 특히 2시 이후 30분간 실시한 1m 해상도의 수치시뮬레이션 결과에서는 정원 내의 기온이 보도측과 비교하여 뚜렷하게 저하되는 경향이 확인되어 관측사실을 지지하는 결과를 얻었다. 그리고 가상적으로 정원 내에 수목이 없는 경우와 비교한 결과, 수목이 없는 경우 기온의 분포는 수목이 있는 경우와 비교하여 정원 내외의 기온차가 작다는 것을 밝혀내었다. 수목이 있는 경우에는 수관의 방사냉각과 증산에 의해 잎 표면온도가 저하되고, 공기가 냉각된다는 것을 알았다. 이러한 결과로부터 수목이 정원 내에서 확인된 저온의 원인 중 하나라는 것을 명확하게 나타내었다.

지구온난화 및 열섬현상에 의한 도시의 고온화가 인간의 생활에 어떤 영향을 미치는가 하는 과제에 대해 강한 관심을 가지고 있다. 개발한 시뮬레이션 기술을 활용함으로써 지금까지 정성적으로만 평가한 수목의 효과를 시뮬레이션을 통해 정량적으로 평가할 수 있다. 실외공간을 설계하는데 설계단계에서 복수의 안(案)에 대해 시뮬레이션을 실시함으로써 보다 쾌적성이 높은 실외공간의 정비가 가능할 것으로 기대된다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr