도시 열섬 완화 기법  (20831795 이 유리 20831779 김 민희)

목차 - 1. 도시열섬의 정의

2. 도시 열섬의 분석

2-1. 도시기후의 변화  2-2. 열섬현상의 원인  2-3. 열섬현상의 영향

3. 도시 열섬 완화기법

3-1. 도시열섬저감방안 3-2. 도시열섬 저감 사례

1. 도시열섬의 정의

요약 - 일반적인 다른 지역보다 도심지의 온도가 높게 나타나는 현상

도시의 상공의 등온선이 바다에 있는 섬의 등고선과 비슷하게 나타난다고 하여 이 도시의 고온부를 가르켜  ‘섬’이라고 부르게 됨

주변의 온도보다 특별히 높은 기온을 나타내는 지역을 열섬이라 한다. 열섬현상은 여름보다는 일교차가 큰 봄과 가을, 또는 겨울에 뚜렷하며, 낮보다 밤에 심하게 나타난다. 지표를 덮고 있는 오염층, 도심의 가옥건물 등에서 나오는 인공열 등이 열섬현상이 발생하는 대표적인 요인으로 꼽을 수 있다. 특히 도시의 매연이 열섬이 발생하는 가장 큰 원인이 되는 물질이기에 '오염의 섬'이라고도 한다. 풍속ㆍ구름의 양ㆍ도시의 크기도 열섬현상에 영향을 미치는데, 가옥의 밀도가 10% 높아지면 도심의 온도는 섭씨 0.16도씩 높아진다.

- 도시의 기온은 주변지역에 비해서 높다.

- 도시는 높은 기온 때문에 항시 상승기류가 생김. 그래서 구름도 더 많이 생기고 강수현상

이 더 자주 발생하게 된다.

- 콘크리트로 피복이 되어 있고 녹지의 비율이 낮아 평상시의 대기는 건조한 편

- 대기의 대류현상에 의한 도시 풍이 발생. 이러한 바람들은 건축물에 막혀 있다가 어느      정도 쌓이게 되면 한꺼번에 부는 돌풍 발생.

2. 도시열섬의 분석

2-1.도시기후의 변화

[왼쪽으로부터] 1. 도시열섬 현상 겨울철 서울온도 2. 서울 여름철 열대야 출현일

3. 서울의 도시 등온선            4. 일본동경의 도시열섬

- 여름철 주변지역보다 기온이 높게 나타나고, 밤이 되어도 기온이 25℃로 떨어지지         않는 열대야 현상

- 겨울철 밤에 온도가 높게 나타나는 건 열섬현상

▶ 30년 전과 현재,

관동지방의 30℃ 이상 합계 시간수 분포(5년간 연평균).

열섬현상 진행을 뚜렷이 볼 수 있다.

▶ (1)도시화 이전

(2)도시화 이후

- 아스팔트로 피복이 되어있고, 식생이 빈약한 도시에 비가 내리게 되면 빗물은 땅과 식생    에 흡수되지 못하고 대부분 우 수로와 하 수로를 통해 하천으로 유출되게 된다.

- 도시는 콘크리트나 시멘트 아스팔트로 피복이 되어 있는데 이것들은 열  을 흡수했다가    다시 방출하는 역할을 함. 녹지로 덮여 있는 것보다 열을 덜 흡수하기 때문에 도시는       주변의 녹지대보다 온도가 높다.

2-2 열섬 현상의 원인

- 대기오염

공장의 매연, 자동차 배기가스, 건축물의 공        조기 배출열 등 각종 인공 열

- 인공 시설물

빛을 흡수하는 효율이 높아 흡수한 빛을 적        외선 방상 형태로 외부로 다시 열을 내보내        어 대기 온도를 높이는 아스팔트와 콘크리트

- 녹지의 감소

태양에너지가 지표면을 가열하는 것을 막아        주는 각종식물과 나무, 즉 녹지 면적 감소

- 열섬현상은 도심과 교외의 지표면 피      복 상태의 차이와 자동차 및 고층빌딩      에서 발생하는 인공열대가 오염 물질      에 의한 온실효과로 나타난다.

- 도심지역은 주변보다 기온이 높기 때     문에 도심에서는 상승기류가 주변에 서  는 하강기류가 발생하고 주변에서 도심을 향에 도시 풍을 불게됨

2-3. 도시 열섬현상의 영향

[1]안개의 영향

차가운 공기의 유입으로

안개 발생

- 교통사고 증가

[2]스모그 발생

안개와 공장의 매연으로

인한 스모그 현상 발생

-호흡기 질환 환자 증가

[5]에너지 소비의 급증

도시에서 여름철 기온이 높아지면 냉방장치 가동을 위한 에너지 소비가 늘어나게 된다. 선행 연구에 따르면, 여름철 기온이 0.6℃ (1℉) 상승할 때마다, 냉방장치를 위한 전력소모량이 1.5～2.0 % 정도 증가하며, 이러한 현상은 20～25 ℃ 온도에서부터 시작된다고 한다. 또한 지역사회가 필요로 하는 전체 전력소모량의 약 5～10%가 도시열섬현상을 상쇄시키기 위해 사용된다고 한다.  도시열섬현상은 전체적인 전력소모량 뿐만 아니라 순간 최대전력소모량을 증가시키는데 이는 주로 뜨거운 여름철에 주중 그리고 오후 시간에 자주 발생한다. 사무실이나 가정에서 일을 할 때 더위를 식히기 위해 주로 에어컨을 가동시킨다. 물론 전등, 냉장고 등의 생활가전도 동시에 모두 가동되고 있다. 이는 다시 도시열섬현상을 강화시키고, 이러한 효과는 또다시 에너지소모량을 증가시키는 결과를 일으키게 되는 것이다.

[6]대기오염 및 온실효과의 증가

도시열섬현상은 여름철 전력소모량을 증가시킨다. 대부분의 전력회사들은 화석연료에 의존하는 화력발전소이다. 즉 증가하는 전력소모에 대처하기 위해 화석연료의 연소에 의존해야 하며, 이들은 대기오염물질과 온실가스를 방출하게 된다. 화력발전소의 가장 주된 오염물질은 이산화황, 질소산화물, 먼지, 일산화탄소, 수은 등이라고 할 수 있다. 이러한 오염물질들은 모두 그 자체로 인간의 건강에 다양한 나쁜 영향을 미친다. 뿐 만 아니라 지표 근처에서의 오존 형성 및 농도 증가 등 광화학 스모그를 유발하며, 미세먼지 및 산성비 등의 원인이 된다. 지구 온난화에 기여하는 이산화탄소와 같은 온실가스 증가의 원인이 되기도 한다.

[7]건강영향

미국 환경보호청 EPA(Environmental Protection Agency)에 따르면, 한 낮의 높아진 기온, 짧아진 밤의 냉각시간, 높아진 공기오염수준 등 도시열섬현상은 인간의 건강에 영향을 미칠 수 있다. 주요 증상으로 일반적인 불쾌감, 기관지 이상, 열 경련, 소모성 열사병, 비치명적열사병 및 열관련 사망 등을 일으킬 수 있다고 한다.

[8]기타 영향

열섬현상은 수온을 증가시켜 수생 생태계에 영향을 준다고 알려져 있다. 포장된 도로나 지붕의 표면온도 증가는 유출되는 빗물의 온도를 증가시킨다. 약 38℃의 포장도로는 비가 내리기 시작한 초기 빗물의 온도를 21～33℃까지 높였다고 한다. 이렇게 수온이 높아지면 수생생물에게 치명적이진 않을지라도 상당한 스트레스를 줄 수 있다고 한다.

3. 도시열섬 완화기법

3-1. 도시열섬 저감방안

1)인공시설물의 저감

- 에너지 절양형 설비 : 에너지 소비기기의 고    효율화 , 최적이용, 공간조정, 시스템의 고 효    율화, 적절한 운전

- 건물의 개량 : 건물의 단열, 차양막, 보수성     건재에 의한 열부하 저감

- 자연미사용 에너지의 이용 : 대양열, 자연통    풍의 이용

- 지역대책 : 지역냉난방 시스템의 구축 . 교통    수요 매니지먼트 실시. 자전거 활용 등으로     인한 도시 교통량 저감

2)지표면 피복 개선

- 녹화 : 공원, 녹지, 정비, 건물녹화(옥상녹화, 벽면녹화) 부지내의 식수, 도로변 녹화

- 도로포장재 개선 : 반사율의 향상, 보수성, 투수성 개선

- 건물 벽면 등의 개선 : 건물표면의 반사율 향상, 창유리 반사율 향상

- 수면의 확보 : 하천의 개선, 비오톱 조성

※ 건물과 도로에 반사율이 높은 재료 사용 -도시에서 토지의 70%정도를 차지하는 도로, 주차장, 보도, 건물등의 인공지표는 알베도(albedo)가 낮은 콘크리트나 아스팔트로 되어있어 태양열(방사)의 흡수율이 높아 도시 열섬을 형성하므로, 지붕과 도로에 밝은 색 포장재료를 사용한다면 열반사율이 높아져 도시 온도를 낮추고 에너지 사용량을 줄일 수 있다.

여름철 잔디와 콘크리트 간의 최고 기온차는 최대 섭씨 6.5~6.6도 달한다.

또한 재료별 온도 차이는 잔디<나지<블록<콘크리트

도시 내 녹지 조성- 도시에 공원 같은 녹지를 조성하면 주변 시가지 보다 상대적으로 기온이 낮아져 부분적으로 하강 기류가 발생하고 냉각된 공기가 주변 시가지로 흘러나와 도시 기후 환경을 개선할 수 있다. 또한 녹지는 상대습도를 증가시키며 오염된 도시 공기를 환기시키는 등 도시의 인공적인 기후를 개선할 수 있다. 도시내 녹지 기온이 주변 시가지보다 낮은 것을 냉 섬(cool island) 현상이라고 한다. 주간에는 나무들에 의해 생기는 증발산과 그늘 효과에 의해서 그리고 야간에는 복사냉각에 의해 주변 기온을 낮춘다.

3)도시형태의 개선

- 바람길과 물길(블루웨이:blue way)의 적극적인 이용 : 건물배치 등의 개선. 풍계 . 수계                                                        지형 등 지역특성 고려

- 환경 에너지 도시 실현 : 에너지 개스킷 이용. 열 수송 네트워크 구축

- 순환형 도시형성 : 에너지 유효이용. 물질 리사이클. 유효이용을 종합적으로 실현한 순환                      형 도시의 형성

4)일사와 열의 흡수 (Solar Radiation and Heat Gain)

도시로 유입되는 일사량은 도시의 배치형태와 건물과 가로 및 오픈스페이스의 형태에 의해 결정된다. 그런데 태양빛이 지표면에 직접 도달하는 넓은 오픈스페이스와 가로에 있어서는 식생, 특히 교목에 의해 일사가 가장 효율적으로 조절될 수 있다. 수관부는 상당향의 열 에너지를 흡수할 수 있는데 치밀한 단풍나무의 수관부는 맑은 한여름에 단파장의 열 에너 지를 약 80%까지 감소시킬수 있다고 한다. 또한 삼림은 삼림이 없는 지역에 대해 기온을 약 10℉ 정도 감소시키는 효과를 갖는데, 도시에 있어서 나무의 수관부가 치밀할수록 지표 면의 온도에 대한 조절효과는 커지게 된다. 독일에서는 나무가 많이 심어진 광장과 전혀 없는 곳을 비교하기 위한 조사가 시도된적이 있다. 잎이 무성해지는 6월에 조사한 바에 따 르면, 수목이 전혀 없는 곳에 대해 수목으로 덮힌 지역의 일사량 반사 비율은 256%라는 현저한 차이를 보여주었다. 여름과 겨울의 기온차가 현저한 극단적 기후조건을 갖는 지역 에서는 활엽수를 이용함으로써 여름철에 그늘을 얻고, 겨울철의 태양광선을 지표면까지 다 다를 수 있게 할 수 있다. 또한 벽을 기어오르는 덩굴성 식물도 남향의 건물벽면에서 비슷 한 기능을 수행한다. 일반적으로 도시에서는 상당한 넓이의 눈에 잘 띄는 지표면에는 관심 이 집중되고 있는 반면에, 열의 흡수와 저장을 증가시켜 도시의 기후를 악화시키고 있는 건물의 수직벽면은 무심코 지나치고 있는 경우가 흔하다. 독일에서의 한 계산에 의하면 독일에 있는 도시들의 수직벽면ml 넓이를 모두 합하면 약 5만 ha라는 엄청난 수치가 나온다 고 한다. 에너지의 측면에서 보면, 이 수직벽면에 덩굴성 식물을 이용할 경우 여름철의 가 로의 온도를 약 5℃ 정도 감소시키는 효과를 얻게 되며 겨울철에 발생하는 건물로부터 열 손실을 30% 정도까지 감소시킬 수 있다고 하는데 이런 효과는 생물학적으로 나뭇잎이 효 율적인 집광물질이기 때문이다. 여름동안 나뭇잎들은 햇빛을 더 잘 받기 위해 자연적으로 약간 위로 치켜올려지게 되며 이렇게 되면 식물과 건물 사이로의 자연적인 공기의 순환이 유도된다. 따라서, 잎들의 증산작용과 위와 같은 chimney effect 에 의해 주변지역은 서늘 해지는 것이다. 또한, 겨울철에는 상록수의 겹쳐진 잎들이 건물 주변에 정체된 공기의 절 연층을 형성해 보온효과를 나타낸다. 상록수가 잘 생육할 수 없을 정도의 극단적인 한대지 역에서도 여름철의 식생으로 인한 냉각효과는 직선적인 도시건물의 외관을 유화시키는 효 과에 불과하다는 일반적 인식과는 달리 에너지 절감과 생물학적인 타당성이 있는 중요한 기후조절요소이다.

3-2 도시열섬 저감사례

▶ (1) 전주 지시제 소류지

소류지 생태공원, 인공습지, 분수광장 등 친수공간등을로 상대습도를 높여 대기 중 온도를 낮추는 효과 함양과 자연환경을 보전하고 도심열섬현상에 대응할 수 있는 최선의 방안으로 소류지 생태공원사업을 추진하고 있는 전주시.

그 외도심 열에너지를 흡수와 녹지 율을 높이기 위해 도시 숲 가꾸기, 300만 그루 나무심기, 옥상녹화사업 등을 추진해 도심미관과 이산화탄소 저감 면에서 금액으로 환산할 수 없는 효과를 거두고 있다.

▶ (2) 대구시

대구시는 열섬현상을 감소시키기 위해 300만 그루 나무 심기 사업을 전개하였고 이후 대구시의 여름철 낮 최고 기온은 점차 내려가게 되었다.

대구의 가로수를 조사한 결과 보고서에 의하면 수목이 없는 도로에서는 공기 1리터 분진이 1만~1만 2000개 있었지만 수목이 있으면 10분의 1로 감소하고, 나무줄기 아래는 이보다 20%이상 적게 검출됐다.

<느티나무 1그루는 쾌청한 날씨에 1시간당 1680g의 이산화탄소를       흡수하고 1260g의 산소를 내뿜는다. 하루 8시간 광합성 작용을 할 때 연간이산화탄소 2,5t을 흡수하고, 동시에 산소 1.8t을 방출한다. 이는 사람7명이 1년동안 사용할 수 있는 산소량이다>