도시지역에서의바람길과 대기질영향에관한연구webbook.me.go.kr/DLi-File/023/164650.pdf · 바람길과대기환경영향의수치해석방법론개발-( )바람길과대기환경영향대기질및보행자환경과의정량적분석을위한수치해

연구보고서KEI 2006 RE-04∣ ∣ ∣ ∣ ∣

도시지역에서의 바람길과대기질 영향에 관한 연구

주현수 김석철 반지영 최순심∣ ∣ ∣

연구진

연구책임자 주현수 한국환경정책( ․평가연구원 연구위원)참여연구원 김석철 볼트환경기술 대표( )

반지영 한국환경정책( ․평가연구원 연구원)최순심 한국환경정책( ․평가연구원 연구원)

산학연정 연구자문위원

김운수 서울시정개발연구원 연구위원( )

구윤서 안양대학교 환경공학과 교수( )

김승희 환경부 대기정책과 서기관( )

김신도 서울시립대학교 환경공학부 교수( )

한국환경정책2006ⓒ ․평가연구원

발행인 윤서성

발행처 한국환경정책 평가원구원

서울특별시 은평구 불광동 우편번호613-2 ( ) 122-706

전화 팩스380-7777 380-7799

http://www.kei.re.kr

인쇄 년 월2006 12

발행 년 월2006 12

출판등록 제 호17-254

ISBN 978-89-8464-195-2 93530

값 원11,000

서 언도시의 인구집중에 따라 도시 구조물이 과밀화되어 가고 있으며 화석연료의 사용도

급증하고 있습니다 이러한 방식의 도시개발은 열섬현상을 포함한 여러 기상요소들을.

변화시키고 있으며 따라서 도시지역은 주변과는 상이한 소기후형태를 나타내기도 합니,

다 일반적으로 대도시는 인근의 교외지역과 비교할 때 평균적으로 일사량. , 15 20%,∼

조도 상대습도 풍속 가 각각 감소되고 반면에 기온은10 40%, 2 6%, 20 25% , 1∼ ∼ ∼ ∼

높고 오염물질은 배 많으며 안개일수는 증가하고 강수 및 구름3 , 5 25 , 30 100% ,℃ ∼ ∼

의 량은 정도 증가하는 것으로 알려져 있습니다만 이러한 편차는 도시의 특성에10% ,

따라 매우 다르게 나타날 수 있습니다 도시의 소기후 현상은 일반적으로 공기가 정체하.

는 가을과 겨울철에 그리고 하루 중에는 새벽녘에 가장 현격하게 나타납니다, .

최근 도시계획에 있어서 도시환경과 연계된 도시기후의 중요성이 부각되고 있는 가장

큰 이유가 바로 바람길 확보관리를 통해 도심의 대기환경이 개선될 수 있고 그 뿐만,․아니라 도심의 열섬효과까지도 저감이 가능하여 보다 쾌적한 도시환경을 조성할 수

있기 때문입니다 바람길은 해당지역의 기류 소통 혹은 차단 등에 의해 대기질에 직접적.

영향을 미치게 됩니다 따라서 바람길 변화 분석은 택지개발계획 대상지역에서 미래의.

대기오염을 원천적으로 최소화할 수 있는 방안을 제시할 수 있으며 인공 구조물이,

조밀하게 분포하는 도시지역의 쾌적한 대기환경을 위한 바람길 조성은 매우 중요하다

할 수 있습니다.

기존의 도시개발계획에서는 바람길의 대기환경영향이 전혀 고려되지 않는 경우가

많았으며 바람길이 고려된 사례에서도 단지배치에 따른 바람길과 대기오염영향의 정,

량적 접근은 전무했다 할 수 있습니다 이러한 경향은 외국의 사례에서도 유사하게.

발견됩니다.

본 연구는 이러한 도시지역에서의 바람길과 대기환경영향을 정량적으로 평가하기 위

해 수행되었으며 이로부터 도출된 연구결과는 향후 도시개발시 대기환경 개선을 위한,

바람길 설치계획의 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 보입니다.

끝으로 연구과제를 수행해주신 본원의 주현수 박사 볼트환경기술의 김석철 그리고, ,

본원의 반지영 연구원 및 최순심 연구원에게 감사를 표하며 바쁘신 와중에도 본 연구에,

많은 관심을 갖고 자문에 임해주신 서울시정개발연구원 김운수 박사 안양대학교 구윤서,

교수 환경부 김승희 서기관 서울시립대 김신도 교수에게도 감사를 드립니다 또한, , .

원내에서 심도있는 토론과 자문을 해주신 한화진 박사 공성용 박사 이영수 박사 문난, , ,

경 박사의 노고에도 감사를 드립니다.

년 월2006 12

한국환경정책 ․평가연구원원 장 윤 서 성

국문요약생물과 기후의 관계를 연구하는 생물기후학은 바람 기온 등과 같은 각종 기후요소를,

상호 유기적으로 연결하여 기후와 생물활동과의 관계를 파악하기 위한 것으로 특히,

도시지역에서의 기후변화가 인간활동의 질에 많은 영향을 미치고 있음이 인식된 이후

더욱 그 중요성이 높아지고 있다 전원지역에서는 기후가 자연적 특징에만 의존하지만. ,

전형적인 도시지역 기후는 자연지형뿐만 아니라 도시의 크기 구조 개방된 공간비율, ,

등과 같은 도심지역의 건설환경에 의해서도 많은 영향을 받는다.

도시기후 중 최근 들어 주목을 받고 있는 기후요소 중의 하나가 바람이다 바람길은.

해당지역의 건물 형상이나 배치형태 등의 고정적 요인 뿐 아니라 기상학적 조건 풍향( ,

풍속 대기안정도 등 등의 가변적 요인에 따라서도 변화하며 이에 따른 기류의 소통, )

혹은 차단 등에 의해 대기질에 직접적 영향을 미칠 수 있다 바람길 변화 분석은 택지개발.

계획 대상지역에서 미래의 대기오염을 원천적으로 최소화하여 도시민에게 좀 더 쾌적한

대기환경을 제공할 수 있는 방안을 제시할 수 있다.

그러나 기존의 택지개발계획에서는 이러한 바람길의 대기환경영향이 전혀 고려되지

않는 경우가 많았으며 바람길이 고려된 사례는 극히 일부에서만 찾을 수 있다 바람길, .

분석이 이루어진 일부 경우에 있어서도 흐름방해와 정체 와류현상의 방지차원에서 단순,

히 자 형의 폐쇄형 배치를 지양하거나 바람과 평행하게 건축물을 배치하“ ”, “C" ,井

는 등과 같은 원론적 수준의 택지개발전략을 제시하는 것에 그치고 있으며 실제 그러한,

건물배치를 통하여 얼마만큼의 대기질 개선효과를 얻을 수 있는지에 대한 정량적 접근은

시도되지 않았다 이러한 경향은 외국의 관련 연구자료에서도 유사하게 발견되는데 이는.

바람길 분석을 통한 대기환경의 정량적 해석이 결코 용이하지 않다는 것을 의미한다

할 수 있겠다.

본 연구에서는 도시지역에서의 바람길과 대기환경의 영향관계를 정량적으로 파악할

수 있는 기초적 방법론을 제시하였는데 이러한 작업은 국내에서 그동안 한 번도 시도되,

지 않았던 것으로 파악된다 도시 개발 시 바람길을 해석하기 위한 가이드라인 등과.

같은 방법론은 국내에서는 아직 명확하게 확립되지 않은 상태로 판단되며 본 연구결과,

를 기초로 좀 더 심층적인 연구가 추가로 진행될 필요가 있다.

본 연구에서는 바람길의 대기환경영향평가 방법론 확립을 위한 기초를 제시함과 더불

어 개의 사례연구에 대한 수치해석을 통해 바람길의 대기환경영향을 예측해 보았2 CFD

다 대규모 택지개발의 경우 국지순환풍은 광역바람장이 매우 약화된 상태무풍조건일. , ( )

때 중요한 역할을 한다 한편 기개발된 도심지역에서 건설되는 고층건물의 경우 건물배. , ,

치에 따라 통풍환경 및 대기질이 영향을 받으나 전자의 경우와 비교할 때 그 영향범위가,

상대적으로 국지적이며 고층건물 주위에서 순간적으로 발생하는 돌풍과 같은 강풍의,

생성으로 인한 보행환경이 대기질보다 주거환경에 더욱 영향을 미칠 수 있다 본 연구에.

서는 이러한 두 가지 사례에 대한 바람길 분석을 통해 통풍환경 대기질환경 및 보행자환,

경의 정량적 해석을 시도하였다 이로부터 도출된 연구결과는 향후 도시개발시 대기환경.

개선을 위한 바람길 설치계획의 기초자료로서 충분히 활용될 수 있을 것으로 보인다.

본 연구에서 수행된 주요 연구내용을 요약하면 다음과 같다.

도시개발시의 바람길과 대기영향 적용사례 조사 및 분석◦국내의 관련 제도 및 택지개발 환경영향평가서-

외국의 바람길 적용사례-

바람길과 대기환경영향의 수치해석 방법론 개발◦바람길과 대기환경영향대기질 및 보행자환경과의 정량적 분석을 위한 수치해- ( )

석 방법론

기존 풍동실험결과와의 비교를 통한 수치해석결과의 신뢰성 검토-

사례연구를 통한 바람길과 대기환경영향과의 관계 분석◦사례연구 고밀도로 개발된 시가지에서 고층건축물 군이 신축되었을 경우의- 1 :

대기질 및 보행자환경 영향

사례연구 산곡풍의 역할이 대기환경에 큰 영향을 미칠 수 있는 지형적- 2 :

특성을 가진 지역에 대규모 택지가 개발되었을 경우의 대기질 영향

◦ 도시개발시 통풍효과를 제고하기 위해 고려해야 할 방향 및 인자 제시

∣차 례∣서 언

국문요약

제 장 서론1 ·················································································································1

제 장 도시기후의 형태 및 특성2 ··············································································9

개요1. ·················································································································9

도시의 열수지2. ·······························································································11

바람3. ···············································································································14

열섬효과4. ······································································································28

습도 강우 및 식생5. , ······················································································32

제 장 국내외의 바람길 적용현황3 ··········································································35

국내1. ···············································································································35

가 관련 법 및 규정. ·······················································································35

나 환경영향평가 적용사례 검토. ···································································43

국외2. ···············································································································59

가 독일. ···········································································································59

나 미국. ··········································································································64

다 일본. ···········································································································66

라 캐나다. ·······································································································71

마 오스트리아. ································································································71

제 장 바람길의 대기환경영향 예측방법4 ································································73

개요1. ···············································································································73

바람장 특성2. ··································································································75

가 국지 바람장 우세상황. ··············································································76

나 광역 바람장 우세상황. ··············································································77

기상현황 분석3. ·······························································································79

가 대기경계층. ································································································79

나 지수함수 대기경계층 모델. ·······································································79

다 대기경계층 모델. AERMOD ·····································································81

라 기상현황자료 수집. ···················································································84

통풍환경 변화예측4. ·······················································································86

가 컴퓨터 모델 시뮬레이션. ··········································································87

나 모형실험. ···································································································93

대기질 영향예측5. ···························································································96

가 대기오염민감도. ·························································································97

나 다풍향 대기오염민감도. ··········································································102

제 장 모델을 이용한 바람길 분석결과5 CFD ·························································107

수치해석모델1. ·······························································································108

가 모델개요. ··································································································108

나 모델 및 실험결과의 비교. ········································································111

도심의 초고층 건물 신축에 따른 대기환경영향2. ·······································115

가 대상지역의 특성. ······················································································115

나 모델 해석조건. ·························································································116

다 통풍 및 대기질 환경영향. ·······································································119

라 보행환경영향. ···························································································148

대규모 택지개발에 따른 대기환경영향3. ······················································159

가 대상지역의 기상특성. ··············································································159

나 산곡풍 분석. ····························································································164

다 통풍 및 대기질 환경영향. ·······································································168

제 장 종합 및 결론6 ·······························································································191

참고문헌················································································································205

부록 대기경계층 모델A. AERMOD ·····································································211

Abstract················································································································219

∣표차례∣표< 1-1> 국내 선행연구 현황···············································································3

표< 1-2> 국외 선행연구 현황···············································································5

표< 2-1> 지역에 따른 돌풍율(Gust Factor)····················································25

표< 2-2> 강풍의 발생빈도에 의한 풍환경평가기준···········································25

표< 2-3> 보퍼트 풍속계급··················································································27

표< 3-1> 국토의 계획 및 이용에 관한 법률 의 바람길 관련 조항「」 ··············36

표< 3-2> 사전환경성검토 업무편람 의 바람길 관련 조항「」 ·····························39

표< 3-3> 환경영향평가서 작성 등에 관한 규정 의 바람길 관련 조항「」 ········40

표< 3-4> 환경영향평가항목범위획정을 위한 가이드라인 의「」

바람길 관련 조항················································································41

표< 3-5> 서울특별시 환경「 ․교통 ․재해 영향평가 조례 의 바람길 관련 조항」 ·····42

표< 3-6> 환경영향평가서 및 환경성검토서 조사대상 목록······························45

표< 3-7> 택지개발사업 환경영향평가시 바람길 해석을 통해 제시된

단지배치 반영사항···············································································52

표< 3-8> 서울특별시 조례에 의한 환경영향평가서의 바람길 분석방법···········56

표< 3-9> 후쿠오카시의 바람환경 설계방법·······················································70

표< 4-1> 바람길해석과 기류현상··········································································78

표< 5-1> 모델과 풍동실험 비교CFD ································································112

표< 5-2> 통풍량감소와 오염농도증가·······························································146

표< 5-3> 고층건물 단지배치 각도변화에 따른 오염농도증가·························147

표< 5-4> 접근류 풍속에 대한 풍속증가비율····················································155

표< 5-5> 분포를 이용한 보행풍환경기준 검토 전방위 풍향종합Weibull : ···155

표< 5-6> 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토Weibull : N·······156

표< 5-7> 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토Weibull : NE·····156

표< 5-8> 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토Weibull : E········156

표< 5-9> 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토Weibull : SE·····157

표< 5-10> 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토Weibull : S········157

표< 5-11> 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토Weibull : SW····157

표< 5-12> 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토Weibull : W·······158

표< 5-13> 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토Weibull : NW····158

표< 5-14> 이천기상대 시간대별 풍향발생빈도 누적월통계 시 시: , 0 1∼ ···········163

표< 5-15> 이천기상대 시간대별 풍향발생빈도 누적월통계 시 시: , 14 15∼ ·······163

표< 5-16> 수치실험용 모형단지 제원·································································173

표< 5-17> 단지모형에 대한 수치실험 결과요약················································187

∣그림차례∣그림< 2-1> 도시의 열수지도··············································································12

그림< 2-2> 뮌헨시 다운타운과 교외지역의 년 월 및 월 온도변화차1981 8 12 ·····13

그림< 2-3> 도시 도시경계부 및 농촌지역에서의 수직 바람 프로파일, ········15

그림< 2-4> 빌딩효과로 인한 공기흐름의 변화·················································16

그림< 2-5> 산곡풍 및 사면풍의 개요도····························································18

그림< 2-6> 시 계곡에서의 공기흐름 모델결과Stuttgart Fohracker ············19

그림< 2-7> 에서의 찬공기 흐름도 공기흐름이 시작된 분 후Freiburg ( 30 )···20

그림< 2-8> 에서의 찬공기 흐름도 공기흐름이 시작된 시간 후Freiburg ( 5 )· 20

그림< 2-9> 주야간의 해륙풍 순환모델······························································21

그림< 2-10> 건물배치와 바람길 패턴·································································21

그림< 2-11> 가로폭과 기류패턴··········································································22

그림< 2-12> 식물에 의한 바람의 흐름의 조절··················································23

그림< 2-13> 바람을 조절하는 조경배치 예························································23

그림< 2-14> 갯바람을 완화하는 방풍림·····························································24

그림< 2-15> 난기류의 방지·················································································24

그림< 2-16> 유럽 도시지역의 인구 규모별 최대 온도차··································29

그림< 2-17> 한여름의 주간에 측정된 표면온도················································30

그림< 2-18> 시 저녁시간의 평균열 지도Stuttgart ···········································31

그림< 2-19> 미국 대규모도시들의 바람방향에 따른 강수량변화 월(5-9 )·········33

그림< 3-1> 국지순환풍의 중요성이 높을 수 있는 택지개발사업 사례···········49

그림< 3-2> 사업부지에서의 바람장미도B ·······················································58

그림< 3-3> 시 전경Stuttgart ···········································································61

그림< 3-4> 시의 쾌적한 도시기후 조성을 위한 사례Stuttgart ·····················63

그림< 3-5> 환경공생주택의 개 기본요건과 기법3 ···········································66

그림< 3-6> 환경공생주택의 전형적 구조··························································67

그림< 4-1> 풍동실험 사례·················································································94

그림< 4-2> 통풍량과 대기오염농도 관계식 유도를 위한 공간설정················98

그림< 5-1> 도시모형 사례연구 대상지역 에 대한 풍동실험과 모델 비교( ) ·····112

그림< 5-2> 풍동실험 사각기호 과 모델 실선 의 비교( ) CFD ( ) ·····························114

그림< 5-3> 사례분석지역의 위성사진······························································116

그림< 5-4> 모델링 지형건물조건 신축이후 상 신축이전 하CFD : ( ), ( )············118

그림< 5-5> 시간평균 풍속벡터 고층건물 신축이전 지상고도: , 10 m··········120

그림< 5-6> 시간평균 풍속벡터 고층건물 신축이후 지상고도: , 10 m··········122

그림< 5-7> 연직풍속분포 계산지점 풍향: N, NE, E, SE···························126

그림< 5-8> 평균풍속 연직분포 건설이전(N )················································128

그림< 5-9> 평균풍속 연직분포 건설이전(E )·················································128

그림< 5-10> 평균풍속 연직분포 건설이전(S )·················································128

그림< 5-11> 평균풍속 연직분포 건설이전(W )················································129

그림< 5-12> 평균풍속 연직분포 건설이후(N )················································129

그림< 5-13> 평균풍속 연직분포 건설이후(E )·················································129

그림< 5-14> 평균풍속 연직분포 건설이후(S )·················································130

그림< 5-15> 평균풍속 연직분포 건설이후(W )················································130

그림< 5-16> 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우N: ( ), ( )····················132

그림< 5-17> 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우NE: ( ), ( )·················132

그림< 5-18> 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우E: ( ), ( )····················132

그림< 5-19> 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우SE: ( ), ( )··················133

그림< 5-20> 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우S: ( ), ( )····················133

그림< 5-21> 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우SW: ( ), ( )·················133

그림< 5-22> 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우W: ( ), ( )···················134

그림< 5-23> 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우NW: ( ), ( )················134

그림< 5-24> 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전좌 건설이후우N ( ): ( ), ( )·····135

그림< 5-25> 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전좌 건설이후우NE ( ): ( ), ( )·····135

그림< 5-26> 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전좌 건설이후우E ( ): ( ), ( )·······135

그림< 5-27> 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전좌 건설이후우SE ( ): ( ), ( )·····136

그림< 5-28> 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전좌 건설이후우S ( ): ( ), ( )········136

그림< 5-29> 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전좌 건설이후우SW ( ): ( ), ( )····136

그림< 5-30> 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전좌 건설이후우W ( ): ( ), ( )·······137

그림< 5-31> 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전좌 건설이후우NW ( ): ( ), ( )····137

그림< 5-32> 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면( N, 10m )·····························139

그림< 5-33> 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면( NE, 10m )···························139

그림< 5-34> 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면( E, 10m )·····························140

그림< 5-35> 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면( SE, 10m )···························140

그림< 5-36> 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면( S, 10m )······························141

그림< 5-37> 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면( SW, 10m )···························141

그림< 5-38> 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면( W, 10m )·····························142

그림< 5-39> 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면( NW, 10m )··························142

그림< 5-40> 풍향별 최대풍속 발생 누적확률밀도 함수의 선형화 그래프······150

그림< 5-41> 풍향별 최대풍속 발생 누적확률밀도 함수···································151

그림< 5-42> 보행풍환경 분석지점 개소8 ·························································154

그림< 5-43> 풍향 인 경우 보행자고도 에서 풍속분포 결과SW , 1.5m (CFD )·······154

그림< 5-44> 경기도 이천시 송말리 일원··························································159

그림< 5-45> 송말리의 시간대별 바람장미도·····················································161

그림< 5-46> 모델을 이용한 산곡풍분석 지형CFD ·········································165

그림< 5-47> 모델을 이용한 송말리 산곡풍해석 결과CFD ······························167

<그림 5-48> 수치실험용 단지모형의 평면도····················································169

그림< 5-49> 수치실험용 단지모형의 입면도····················································170

그림< 5-50> 수치실험용 단지모형의 평면도 중밀도회전: ·······························174

그림< 5-51> 연직 통풍량 분포··········································································177

그림< 5-52> 연직 풍속분포···············································································178

그림< 5-53> 연직 농도분포···············································································179

그림< 5-54> 풍하지점별 연직풍속분포······························································181

그림< 5-55> 연직 통풍량 분포··········································································183

그림< 5-56> 연직 풍속분포···············································································184

그림< 5-57> 연직농도분포·················································································185

그림< 5-58> 풍하방향 지점별 연직 풍속분포··················································186

제 장1 ․서론∣1

∣제 장 서 론1 ․ ∣바람길은 해당지역의 건물 형상이나 배치형태 등의 고정적 요인 뿐 아니라 기상학적

조건풍향 풍속 대기안정도 등 등의 가변적 요인에 따라서도 변화하며 이에 따른 기류( , , )

의 소통 혹은 차단 등에 의해 대기질에 직접적 영향을 미칠 수 있다 따라서 바람길.

변화 분석은 택지개발계획 대상지역에서 미래의 대기오염을 원천적으로 최소화할 수

있는 방안을 제시할 수 있으며 인공 구조물고층건물 등이 조밀하게 분포하는 도시지역, ( )

의 쾌적한 대기환경을 위한 바람길 조성은 최근 들어 많은 주목을 받고 있는 추세이다.

그러나 기존의 택지개발계획에서는 이러한 바람길의 대기환경영향이 전혀 고려되지

않는 경우가 많았으며 바람길이 고려된 사례는 극히 일부에서만 찾을 수 있다 바람길, .

분석이 시도된 경우에 있어서도 바람길 변화로 인한 대기오염영향의 정량적 해석 없이

흐름방해와 정체 와류현상의 방지차원에서 단순히 자 형의 폐쇄형 배치를, “ ”, “C"井

지양하거나 바람과 평행하게 건축물을 배치하는 등과 같은 원론적 수준의 택지개발전략,

을 제시하는 것으로 그치고 있으며 실제 그러한 건물배치를 통하여 얼마만큼의 대기질,

개선효과를 얻을 수 있는지에 대한 정량적 접근은 전무하다 할 수 있다 이러한 경향은.

외국의 관련 연구자료에서도 유사하게 발견되는데 이는 바람길 분석을 통한 대기질의

정량적 해석이 결코 용이하지 않다는 것을 의미한다 할 수 있겠다 표 및 표. < 1-1> <

에 국내외의 선행연구 현황이 정리되어 있다1-2> .

본 연구에서는 도시지역에서의 바람길과 대기환경의 영향관계를 수치해석을CFD

통해 정량적으로 해석함으로써 바람길의 대기환경영향을 고려한 택지개발 방향을 제시

하고자 한다.

본 연구의 주요 연구내용은 다음과 같다.

택지개발시의 바람길 및 대기영향 분석 사례 조사◦기존의 환경영향평가 사례 조사 및 문제점 파악-

2∣도시지역에서의 바람길과 대기질 영향에 관한 연구

국내외의 관련 사례 조사-

바람길과 대기환경영향의 수치해석 방법론 개발◦바람길과 대기환경영향대기질 및 보행자환경과의 정량적 분석을 위한 수치해- ( )

석 방법론 개발

기존 문헌에 나와 있는 풍동실험결과와의 비교를 통한 수치해석결과의 신뢰성-

검토

사례연구를 통한 바람길과 대기환경영향과의 관계 분석◦사례연구 고밀도로 개발된 시가지에서 고층건축물 군이 신축되었을 경우의- 1 :

대기질 및 보행자환경 영향분석

산곡풍의 역할이 대기환경에 큰 영향을 미칠 수 있는 지형적 특성을 가진 지역-

에 대규모 택지가 개발되었을 경우의 대기질 영향분석

바람길과 대기환경영향을 고려한 택지개발 방향 제시◦


표 국내 선행연구 현황< 1-1>

연구명 주요 연구내용 저자발행

기관

발행

년도

서울시 기상특성을

고려한 도시계획기법

연구(I)

서울시 및 주변지역 기상자료를 수집 ․분석하고,기상특성을 고려한 선진 외국의 도시설계 사례분

석독일 슈투트가르트 시의 도시 미기후 관리를 위(

한 바람통로 계획 및 기상 특성을 고려한 모의‘ ’ )

실험 분석을 통해 도시 미기후를 고려한 건축계획,

단지 계획 기법과 향후 도시계획 정책대안 제시

김운수

서울시정

개발연구

원

2000

서울시 기상특성을

고려한 도시계획기법

연구(II)

외국의 기상특성을 고려한 도시계획 사례 검토

서울의 기상특성 파악하고 녹지 조성을 통한 대,

기오염 및 열섬현상 완화 위주로 연구

김운수

서울시정

개발연구

원

2001

바람통로를 활용한

도시녹지계획에 관한

연구 용인시를-

대상으로-

대상 지역 중 바람의 흐름이 좋은 곳과 나쁜 곳으로

분류

바람의 흐름이 좋은 곳

․바람이 불어오는 방향에 고층 개발을 금지하고바람방향과 평행하게 건물을 세우도록 제안

․용인시를 통과한 바람이 빠져나가는 농경지역은향후 녹지를 조성하고 건축물의 고도를 제한하는

등의 규제 필요

바람의 흐름이 나쁜 곳

․개발제한구역에서 불어오는 바람으로 인해 경부고속도로상의 오염이 인접 시가지에 피해를 끼칠

우려가 있어 완충녹지 조성 등의 대책 필요,

․수원시와 인접한 지역은 겨울철 수원시에서 발생하는 대기오염의 직접적인 피해가 우려되므로 완

충녹지 조성 등의 대책 필요

엄정희

국토계「

획 제36」

권 호1

2001

바람통로를 고려한

대기환경개선 및

계획부분 활용방안

인천시의 기상특성 파악

인천시의 주요 바람 특성 파악 및 시뮬레이션

선행 연구들의 결과를 다룸

조경두인천발전

연구원2003

바람통로 계획을 위한

기후생태적 우선지역

분석 및

설정방법 성남-

판교지역을 중심으로

신선한 천공기를 만들고 도시와 간의 바람rural

순환을 일으키는 기후생태적 우선지역을 조사하여

풍향 및 풍속을 측정하여 생태 우선지역 조사

송영배

한국조경

학회지

vol. 31

No. 3

2003


표 국내 선행연구 현황 계속< 1-1> < >


기관

발행

년도

바람통로를 고려한

대기환경개선 및

계획부문 활용방안

판교 신도시 개발지구 전지역에 걸친 바람장을

파악하고 주택배치유형에 따른 미세규모 바람장의

시뮬레이션 수행

송영배

한국조경

학회지

vol. 31

No. 5

2003

신행정수도건설을

위한 친환경 바람길

해석 및 전략적

도시설계방안 연구

신행정수도 건설을 위한 바람길 해석을 위해 국지

기상모델 평가 도시기상 및 기후해석 기반의, , GIS

바람길 표출 등을 수행하고 도시 바람길에 따른 대

기오염확산 사례를 연구

구윤서

대한주택

공사

보고서

2004

모형을 이용한CFD

도시 지역 흐름 치

스칼라 분산 연구

난류 모형을 이용하여 청계천 주변지RNG k-ε

역을 대상으로 풍향에 따른 세 가지, ( = 180°,θ

수치실험을 실시 공기의 흐름과135°, 225°) ,

오염물질 분산을 모사하였다 오염원으로부터 배.

출된 오염물질의 최고 농도는 배출이 진행되는 동

안은 오염원 부근의 건물 뒤에서 형성되는 재순환

지역에서 주로 나타났다 배출이 멈춘 후에는 더.

이상의 오염물질이 유입되지 않으면서 최고 오염

물질 농도가 나타나는 지점도 점차 풍하측이로 이

동하였다.

김재진

한국기상

학회지

41, 5

2005


표 국외 선행연구 현황< 1-2>


기관

발행

년도

Climate and

urban

planning: the

example of the

planning code

for Vicente

Lopez, Buenos

Aires

연구대상 도시의 기후특성과 기존의 도시계획을 파

악한 후 새로운 도시 설계 안 제시( )

․해변의 바람을 막는 고층 빌딩을 피함․채광과 자연 환풍을 위해 건물 사이 적절한 공간유지

․보행자 수준에서 강풍을 만드는 빌딩 형태는 피함․우수의 를 줄이기 위해 빌딩 건축 및 도run-off

로 포장 등을 제한

John

Martin

Evans

Energy

and

buildings

15-16

1990

-

1991

The

significance of

country

breezes for

urban

planning

년 월부터 년 월까지 시에서1987 5 1988 8 Bochum

의 를 관측country breeze .

밤과 낮의 풍속 차이가 큰 것으로 나타남

온도 측정 결과 도시 중심부와 교외간의 온도 차이,

가 클수록 즉 도시 중심부에서 열섬 현상이 있는,

때에 가 생성되는 빈도가 커짐 온country breeze .

도 차이가 큰 저녁에 주로 가 관찰됨country breeze

시의 환기는 저속의 바람을 고려한 도시계Bochum

획을 통해 충분히 개선될 수 있을 것으로 사료되며,

를 효과적으로 적용하기 위해 도시country breeze

계획자들은 다음을 고려하도록 한다.

는 도시의 중심부로 곧게 뻗도록 한다free aisles .

도시 중심부로 유입되는 바람에 의해 움직이는 공

기들의 오염도는 최소화 시킨다.

A.B.

Barlag

Energy

and

buildings

15-16

1990

-

1991

Study of wind

flow and

pollutant

dispersion by

newly

developed

precision-imp

roving

methods

복잡한 지형에서의 공기흐름과 산업 교통오염물질/

의 분산에 관한 차원의 일시적 수치모델 제시3

모델은 mass, momentum, heat, pollutant

에 대한 지배 방정식의 유한체적transport

적분에 기초(finite-volume)

의 시뮬레이션을 통해 타당성 확Attica peninsula

인

M. Kadja

Heat

mass

transfer

vol. 23

No. 8

1996

An analysis of

winds

affecting air

pollution

concentrations

in Hong Kong

년의 대기측정 자료를 이용하여 홍콩1983~1992 ,

의 계절별 월 별 주간별 대기중 농도, ( ) , SO2, TSP月

와 바람의 방향과의 관계 검토

의 바람이 불 때 의 농도가 높고SSW-WNW SO2 ,

의 바람이 불 때 의 농도가 높은 것으로WNW TSP

나타남

Shouquan

Cheng

Atmosphe

ric

environm

ent vol.

32 No.

14/15

1998


표 국외 선행연구 현황 계속< 1-2> < >


기관

발행

년도

Effects of a

high rise

building on

wind flow and

beach

characteristics

at Atlantic city

지형학적 및 퇴적학적 특성과 풍동실험을 이용하여,

고층 빌딩이 바람의 흐름과 해변에 미치는 영향을 평

가

Karl F.

Nordstrom

Ocean

and

coastal

manag

ement

39

1998

Experimental

determination

of the effect of

mountain-vall

ey breeze

circulation on

air pollution in

the vicinity of

Freiburg

시와 주변의 바람과 대기오염물질과의 관Freiburg

계에 관한 연구

여름과 겨울의 풍향과 대기오염물질의 이동 관찰

여름에는 낮 동안 시에서 로Freiburg Black Forest

부는 바람에 의해 수평 ․수직방향으로 대기오염물질교환 및 희석이 활발하고 광화학적 반응으로 인해,

밤에 에서 도시로 부는 바람에 의해 오Black Forest

염도가 낮은 공기를 운반하여 대기질을 개선시킨다.

겨울에는 낮 동안 도시에서 발생한 대기오염물질이

로 움직였다가 밤에 도시로 되돌아오게Black Forest

되는데 겨울에는 역전층이 형성되어 수직적으로 교,

환 및 희석이 이루어지지 않으며 수평바람의 풍속이

낮아 오염된 공기가 거의 그대로 되돌아오게 된다.

Gunter

Baumbach

Atmos

pheric

enviro

nment

30

1999

An urban

climate

analysis of

Graz and its

significance

for urban

planning in the

tributary

valleys east of

Graz(Austria)

그라즈시 주변 계곡의 바람 시스템 분석 그라즈시,

전체에 걸친 온도와 열섬현상 대기오염도 파악하여,

바람과 이들과의 관계 분석

그라즈시 동쪽의 에서의 바람이tributary valley

중요한 것으로 나타남 주로 이곳에서 바람이 새롭게. ,

생성되어 도시로 유입 이 바람은 기온 역전층이 형성.

되는 것을 막아 대기오염물질의 확산을 도움.

그 외 에 비해 건물이 많이 들어서tributary valley

있는 지역의 온도가 높았는데 건물의 높이 및1~3K ,

위치로 인해 바람의 속도가 현저히 낮은 것으로 나타

남.

향후 도시계획시 작성된 도시기후지도를 이용하여

바람의 흐름을 확보할 수 있도록

Reinhold

Lazar

Atmos

pheric

enviro

nment

33

1999


표 국외 선행연구 현황 계속< 1-2> < >


기관

발행

년도

Large eddy

simulation of wind

flow around

parallel buildings

with varying

configurations

풍향이 다르고 배치가 다른 두 개의 평행한

빌딩 주변 난기류 흐름의, numerical

소개calculation

모델을 이용 이 모델이 다RNG sub-grid ,

른 모델에 비해 예측결과가 더 나은 것을 확

인

좀 더 복잡한 상황에 유한체적법(finite

으로 적용한 결과volume method(FVM)) ,

바람의 흐름에 빌딩이 미치는 영향에 관한 연

구에 을 적용한 모델이 보다FVM sub-grid

하고 종래의 의 단점을promising , Reynolds

극복할 수 있을 것으로 사료됨

M. Tutar

Fluid

dynamics

research

31

2002

A methodology for

the qualitative

analysis of winds:

natural ventilation

as a strategy for

improving the

thermal comport

in open spaces

온도와 습도의 차이에 의해 발생하는 바람

으로 인해 사람들이 느끼는 쾌적함에 관한 모

델 개발 연구

(sensitive-dynamic Bio-climatic chart

이용)

Isaac Guedi

Capeluto

Building

and

environme

nt 40

2005

The spatial

variability in

concentrations of

a traffic-related

pollutant in two

street canyons in

York, UK-Part I:

the influence of

Background winds

도로변에 있는 개의 가로등에 높이를 달리4

하여 풍속 풍향 농도를 측정, , CO

협곡과 바람의 방향에 따른 농도변화CO

관찰

J.W.D.

Boddy

Atmosphe

ric

environme

nt 39

2005

Large-eddy

simulation of wind

flow and pollutant

dispersion in a

street canyon

다양한 와 레이놀드 수canyon geometry

에 대한 를 이용하여 도시협곡에서의LES ,

다양한 과 이들의flow regime threshold

를 실증value

Ellen S.P.

Atmosphe

ric

environme

nt 39

2005

Country report

Urban climate

research in

Germany

도시 계획시 기후특성을 고려하는 것이 중

요해짐에 따라 도시 대기의 열적특성과 오염

물질 등을 포함한 도시 기후 모델을 다루는

다양한 소프트웨어소개

향후 환경정책에 있어 도시 기후의 영향을

정량적으로 분석하는 연구까지 발전해야 함

Andreas

Matzarakis

IAUC

newsletter

11

2005


제 장2 ․도시기후의 형태 및 특성∣9

∣제 장 도시기후의 형태 및 특성2 ･ ∣개요1.

날씨는 대기권의 상태에 따라 빠른 속도로 변하는 특성이 있으며 자연의 법칙을 따르,

게 된다 기후는 특정 위치에서의 대기중 기상조건을 평균한 상태로 정의되는데 지형. , ,

고도 대규모 수면의 위치 등이 중요한 역할을 한다 기후는 기온 습도 강수량 기압, . , , , ,

바람 운동량 및 복사에너지 등과 같은 기후요소들에 의해 표현된다 기후는 하나의, .

절대적인 값으로 명확하게 말하기 힘들며 다소 개념적인 정의로 볼 수 있는데 기후의,

일부분을 나타내게 되는 기온 습도 기압 풍속 등처럼 정량적으로 표현할 수 있는, , ,

일부 지표에 한해서 측량 관측 및 평가가 가능하다, .

기후를 나타내는 지표들은 보통은 시간과 비용을 많이 소비하면서 측정을 하기도 하지

만 자연계에서 간단한 관측을 통하여 누구든 인식할 수 있고 부분적으로 기후상의 세부,

내용을 평가할 수도 있다 이러한 예로는 풍향 및 기온 등급의 지표로 연기운동의. ‘

관측 기온 및 강수수준에 대한 척도로 식물의 성장관찰 찬공기 공급능력’, ‘ ’, ‘

의 지표로 강수 및 지면안개지역(local cold air pockets) (areas of ground fog cover)

과 산림면적 등을 들 수 있다’ .

인간과 기후의 관계를 연구하는 생물기후학은 각종 기후요소를 상호 복합적으로 연결

하여 기후와 인간활동과의 관계가 본질적으로 어떤 것인가를 평가하기 위하여 태동되었

다 이러한 대표적 사례로는 기온 습도 및 복사에너지의 조합으로 개발된 열지표. ,

를 들 수 있다 생물기후학은 특히 도시지역에서의 기후변화가 인간(thermal burden) .

활동의 질에 많은 영향을 미칠 수 있음이 인식된 이후 더욱 그 중요성이 높아지고 있다.

전원지역에서는 기후가 자연적인 특징에 크게 의존하지만 도시지역의 기후는 도심지,

역의 건설 환경에 의해 영향을 많이 받는다 오늘날 도시의 대기는 대기오염물질과. ,

에어로졸 등이 지나치게 과대 배출되어 자연적 구성비에 많은 변화가 초래되었으며,

이러한 인류의 영향으로 도시기후에 많은 병동이 일어나고 있다.


모든 건조물은 개개의 기후 요소들에 영향을 미치며 대규모 건물지역은 외곽의 환경,

과 기후적으로 분리된 특성을 보이기도 한다 이러한 독립된 도시기후의 생성에 기여하.

는 중요한 요인은 열수지 및 바람환경 등의 광범위한 변화일 수도 있으며 화재 교통, , ,

산업 분야 발전소 등에서 발생되는 오염입자의 농도가 되기도 한다 전형적인 도시기후, .

의 특징은 무엇보다도 먼저 도시의 크기와 관련이 있으며 지형 도시의 구조 및 개방된, ,

공간의 비율 등에 의해 좌우된다.

일조량 및 강우량과 같이 도시내의 각 위치에 따라 변화가 비교적 적은 도시기후

요소들도 있는 반면에 빌딩의 열흡수능력 토양피복 물수지 열방출 등에 의해 영향을, , ,

받는 온도 바람패턴 등과 같은 다른 기후요소들은 도시에서의 각 위치마다 변동이 크다, .


도시의 열수지2.

열수지는 태양의 단파복사와 도시의 열에 의한 장파 에너지 발산에 의해 크게 영향을

받는데 농촌 같이 개방된 지역과는 대조적으로 도시에서의 열수지는 최근 상당한 변화,

가 있었던 것으로 알려져 있다 그림 은 일반적인 도시의 열수지도를 보여준다. < 2-1> .

도시에서의 에너지 전달은 주로 지면이 아닌 건물지붕 고도 또는 그 이상의 레벨에서

일어난다 도시의 복사에너지 분산은 대기오염물질 이산화탄소 등 의 비율이 높을수록. ( )

감소되는데 대기오염물질은 장파의 열복사에너지를 흡수하여 도시 온난화를 초래한다, .

아스팔트 건축물 등의 토지피복 에 따른 녹지공간의 축소는 수분 증발을, (soil capping)

감소시켜 도시의 온도를 증가하게 한다.

태양에 의한 복사 분산 및 흡수 역시 도시 대기권의 미립자 물질 대기오염물질 및( ) (

에어로졸 에 의해서 감소된다 자외선 스펙트럼의 경우 감소범위는 여름에는 에서) . , 5%

겨울에는 까지 이른다 태양복사와 지구복사를 합한 도시의 전천복사는 미만까30% . 20%

지 그리고 일 일조시간은 까지 더 줄었다, 15% (LANDSBERG, 1981).

건물은 저장한 열을 밤새도록 느리게 방출하고 따라서 아침에도 여전히 상대적으로 따뜻

한 온도를 유지한다 즉 도시에 건축물이 많이 건설될수록 유입되는 태양복사열의 축적. ,

도가 높아지고 그 결과 주위의 교외지역과 비교하여 도시의 일 최고온도는 상대적으로,

늦게 나타나고 온도변동범위가 적다 그림 는 뮌헨지역의 도심부 및 교외지역의. < 2-2>

온도변화와 온도변동범위를 보여준다.


그림 도시의 열수지도< 2-1>

자료 : ROBEL et al., 1978


그림 뮌헨시 다운타운과 교외지역의 년 월 및 월 온도변화차< 2-2> 1981 8 12

자료 : BRUENDL et al., 1986


바람3.

바람은 거리 또는 거주지의 열이나 오염물질을 이동시키거나 바다로부터 염분을 포함

한 공기를 옮겨 오는 등 우리 주위의 공기 상태와 밀접한 관계를 갖고 있다 바람을, .

맞으면 사람의 체감 온도가 변화해 기분 좋고 시원한 느낌을 주기도 하고 풍속이 지나치,

게 강할 때에는 불쾌감을 유발하기도 한다 바람을 잘 제어해 활용하는 것은 쾌적한.

거주 환경의 형성에 매우 중요하다 할 수 있다.

도시기후의 특별한 특성 중 하나는 풍향 풍속 등의 바람패턴이 도시의 공간적 좌표에,

따라 많이 변동할 수 있다는 점이다 도시개발로 인해 증가된 거친 표면은 마찰력을.

증가시켜 풍속을 연평균 미만까지 감소시키고 공기순환 저하로 인한 오염물질의30% ,

확산이 방해되는 무풍 빈도율이 까지 증가된 것으로 조사되었다20% .

그림 은 도시 도시경계부 및 농촌지역에서의 바람 프로파일의 차이를 나타낸< 2-3> ,

다 도심쪽으로 갈수록 수직고도에 따른 풍속의 감소현상을 뚜렷하게 보여주고 있다. .

동시에 도시지역에서의 돌풍은 고층건물 옆의 소용돌이 형성 등에 의하여 증가될 수

있는데 이로 인해 부분적으로 건물주변 일부지역의 사용이 제한될 수도 있다 그림, (<

참조2-4> )(GANDAMER, 1977).

그림 는 흐름상태에 따라 소용돌이가 형성될 수 있는 건물주위의 기류에 대한< 2-4>

개략도를 나타낸다 건물근처의 공기소용돌이는 지면 가까이에 있는 오염물질 배출원에.

서의 오염물질 확산에 두드러진 효과를 발휘한다 일반적으로 건물에서의 바람장의 붕괴.

는 건물높이의 배에 해당되는 거리까지 이른다10 .


그림 도시 도시경계부 및 농촌지역에서의 수직 바람 프로파일< 2-3> ,

자료 : ROBEL et al., 1978


그림 빌딩효과로 인한 공기흐름의 변화< 2-4>

자료 : GANDEMER, 1977


광역바람장의 풍속이 약한 경우에는 국지바람장이 도시에서의 공기흐름 즉 대기질에,

매우 중요한 역할을 할 수 있는데 이때는 건축물에 의한 환경보다는 지형에 의한 영향이

일반적으로 중요하다.

산곡풍뿐만 아니라 사면풍은 지형에 의하여 형성되는데 그림 는 사면풍과 산곡, < 2-5>

풍의 순환패턴에 대한 개요도를 보여주고 있다 이러한 공기 순환을 통해 신선한 공기가.

공급될 수 있을 뿐만 아니라 오염물질의 제거에도 기여하기 때문에 골짜기와 분지형

도시에는 이러한 바람의 역할이 특히 중요하다 밤에 지면에 접하여 전형적으로 발생하.

는 냉기류의 발달은 냉기를 생산하는 지표면의 크기 및 사면경사와 밀접한 관련을 갖는

다 그림 은 시의 계곡에서의 야간 냉기류에 대하여 간단한. < 2-6> Stuttgart Rohracker

모델결과를 보여준다 이 계곡 시스템은 계곡에 시간당 신선한(KOST, 1982). Neckar

공기를 약 억 천만1 9 m3을 공급하는 것으로 예측되었다 그림 과 그림 은. < 2-7> < 2-8>

에서의 찬공기 흐름을 보여주고 있다 산곡풍Freiburg (RICHTER u. ROCKLE, 2003).

이외에도 해륙풍도 지형의 영향을 받아 형성되고 출현하는데 그림 은 해륙풍의< 2-9>

순환모델을 잘 보여주고 있다.

쾌적한 바람길 환경을 만들기 위해서는 지역에서 나타나는 계절풍과 주변 건물 및

숲의 관계로부터 부지내의 바람흐름을 파악하고 건물 등으로 인한 바람 영향을 고려하여

신축건물을 배치해야 한다 그림 참조 대규모 택지개발을 계획하는 경우에도(< 2-10> ).

바람의 흐름을 제어하는 배치가 가능하지만 단독주택 계획에 대해서도 주변 건물과의,

관계나 식물의 배치 전면 도로의 위치 등에 의해 유사한 효과를 얻을 수도 있으며, ,

따라서 고온 다습한 가고시마현의 경우는 건축개발 규모에 상관없이 바람길을 고려한( )

건물배치를 중요시 하고 있다.

주거지역에서의 도로 배치 역시 바람길에 영향을 미치며 일반적으로 도로 폭이 양측,

의 건물의 높이에 비해 큰 만큼 도로내의 평균풍속은 커진다 그림 참조, (< 2-11> ).


그림 산곡풍 및 사면풍의 개요도< 2-5>

자료 : LILJEQUIST, 1974


그림 시 계곡에서의 공기흐름 모델결과< 2-6> Stuttgart Fohracker

자료 : KOST, 1982


그림 에서의 찬공기 흐름도 공기흐름이 시작된< 2-7> Freiburg (

분 후30 )

자료 : RICHTER u. ROCKLE, 2003

그림 에서의 찬공기 흐름도 공기흐름이 시작된< 2-8> Freiburg (

시간 후5 )

자료 : RICHTER u. ROCKLE, 2003


그림 주야간의 해륙풍 순환모델< 2-9>

자료 가고시마현 홈페이지: (http://www.pref.kagoshima.jp)

그림 건물배치와 바람길 패턴< 2-10>

자료 가고시마현 홈페이지:


그림 가로폭과 기류패턴< 2-11>


태풍 이동로나 강풍 지역에서는 바람의 영향을 완화하는 방풍림의 배치에 의해 건물의

바람환경을 개선시킬 수 있다 그림 및 그림 참조 수목은 강풍에 의한(< 2-12> < 2-13> ).

물리적 파괴로부터 건물을 보호하는 것 외에도 풍속을 약화시킨 후 바람을 실내로 유도,

하여 통풍효과를 높이게 하는 효과도 있다 이때 지역의 특징적인 바람 흐름을 조사하고.

바람을 막고 싶은 계절에 부지나 건물 주위의 바람 출입구를 설정하는 것이 중요하다.

방풍효과를 높이기 위해서는 겨울철 바람의 입구측 식물 밀도를 높여 풍력을 감쇠시키거

나 건물의 위쪽으로 흘리나가게 유도해야 한다 상록의 중고목을 이용해 강풍을 그 좌우.

나 상하에 흩트리게 하고 바람을 분산 시킬 수 있다.

가코시마의 바람조절을 위한 방풍림 기준을 소개하면 다음과 같다.

풍하 방향으로는 나무 높이의 배 범위에서 풍속을 정도 경감- 10~15 50%

풍상 방향으로는 나무 높이의 배의 범위에서 풍속에 영향을 줌- 2~5

방풍효과는 잎의 소밀 단식 또는 군식 등에 따라서 차이를 보임- ,

방풍림은 건물부지로부터 이격되는 것이 원칙임-

방풍대의 제일 바깥쪽에 화수 등을 심으면 골목 경관의 향상까지도 가능-

갯바람은 아래로부터 돌발적으로 불어오는 것이 특징이기 때문에 풍상 쪽에 낮은 방풍

림을 배치하고 순차적으로 높아지게 중 중으로 구성하여 바람을 위쪽으로 유도할2 , 3

수 있다 그림 참조 조밀한 나무식재부 정도 는 높이의 약 배(< 2-14> ). (1.5 ~2.5 m ) 2


범위약 의 바람을 완화시키며 건물 상공으로 바람을 유도하여 난기류 발생을 막을( 5 m)

수 있기 때문에 갯바람 등의 방풍에 효과적인 것으로 알려져 있다 그림 의 좌측그(< 2-15>

림 참조 수관부가 높게 위치한 즉 나무기둥의 밑 부분에 가지가 적은 나무와 키가). ,

낮은 관목을 혼재 식재하여 난기류를 방지하는 방법도 있다 나무의 밑 부분으로부터.

유입된 바람은 이러한 혼합 식재부를 통과하면서 감속된 후 지붕 위로 방향을 전환하여

상공으로 흘러간다 그림 의 우측그림 참조(< 2-15> ).

그림 식물에 의한 바람의 흐름의 조절< 2-12>


그림 바람을 조절하는 조경배치 예< 2-13>



그림 갯바람을 완화하는 방풍림< 2-14>


그림 난기류의 방지< 2-15>


빌딩풍의 평가방법□

빌딩풍 환경의 평가방법에는 여러 종류가 있다 각 제안자가 거주하는 국가에서의.

풍속에 대한 발생빈도 신체구조의 차이에 따른 풍속에 대한 느낌의 정도 차이 풍속의, ,

평가시간 등이 서로 다르기 때문에 유사한 풍속을 대상으로 할지라도 허용한도가 조금씩

다르게 나타난다 아직 국내에서는 풍환경의 확률적 평가에 대한 기준이 없으나 국내. ,

상황과 가장 유사할 것이라고 판단되는 일본 무라카미 의 연구결과는( , 1983)村上周三


다음과 같다 지역 특성을 고려한 돌풍율 에 대한 정의는 표 과. (Gust Factor) < 2-1>

같으며 강풍의 발생빈도에 의한 풍환경 평가기준은 표 와 같다, < 2-2> .

표 지역에 따른 돌풍율< 2-1> (Gust Factor)

지역의 분류 Gust Factor

밀집한 시가지

변동성분은 강하지만 평균풍속이 높지 않은 지역( )2.5 ~ 3.0

보통 시가지 2.0 ~ 2.5

특히 풍속이 큰 장소

고층빌딩 부근의 속도증가지역 등( )1.5 ~ 2.0

표 강풍의 발생빈도에 의한 풍환경평가기준< 2-2>

강풍에 의한 영향의 정도

(Rank)공간의 용도

초과빈도

일최대순간풍속(m/s)

10 15 20

일최대평균풍속(m/s)

10/GF 15/GF 20/GF

매우 민감한 영향1 :주택지의 상점가

야외식당

10%

일(37 )

0.9%

일(3 )

0.08%

일(0.3 )

민감한 영향2 :주택가

공원

22%

일(80 (

3.6%

일(13 )

0.6%

일(2 )

덜 민감한 영향3 : 사무소 거리35%

일(128 )

7%

일(26 )

1.5%

일(5 )


보퍼트 풍속계급□ 1)

사람이 기분 좋다고 느끼게 되는 바람은 보통 정도이다 또 우리가0.5~5 m/sec .

똑바로 서서 걸을 수 있는 속도는 초당 이고 가 되면 몸이 기울어지기10 m/sec , 15 m/sec

시작한다 가 되면 몸을 숙이지 않으면 바람에 쓰러지게 되고 그러다가. 20 m/sec , 30

정도가 되면 더 이상 서 있지 못하고 허우적거리고 초속 가 되면m/sec , 35 m/sec

사람은 드디어 날아가 버린다 국내에서의 기록상 최고속 강풍은 로 년. 51 m/sec 1992

울릉도에서 나타났다 주변 환경의 변화로 대략적인 풍속을 알 수 있기도 하는데 이.

때 표 의 보퍼트 풍속계급을 이용하기도 한다< 2-3> .

1) www.naver.com 지식 in


표 보퍼트 풍속계급< 2-3>

등급 명칭 해상상태 육상상태풍속

(m/sec)

파고

(m)

0고요

Calm

해면이 매끈하다. 연기가 위로 똑바로 올라간

다.0.0-0.2 -

1실바람

Light Air

물거품 없이 잔물결이 인다. 풍향은 연기가 날리는 것으

로 알 수 있으나 바람개비에,

는 감각이 안된다.

0.3-1.50.08

가량

2

남실바람

Slight

Breeze

잔물결이 뚜렷해지나 흰 물

결이 나타나지 않는다.

바람이 얼굴에 감촉되고 나

뭇잎이 흔들리며 바람개비가

감각되기 시작한다.

1.6-3.30.15

가량

3

산들바람

Gentle

Breeze

물결이 약간 일고 때로는 흰

물결이 많아진다.

나뭇잎과 가는 가지가 쉴 새

없이 흔들리고 깃발이 가볍게

휘날린다.

3.4-5.40.6

가량

4

건들바람

Moderate

Breeze

물결이 높지는 않으나 파장

이 길어지고 흰 물결이 많아진

다.

먼지가 일고 종잇조각이 날

리며 작은 나뭇가지가 흔들린

다.

5.5-7.91.2

가량

5

흔들바람

Fresh

Breeze

보통정도의 파도가 일고 파

장이 길어지며 흰 물결이 많고

때로는 흰 거품이 인다.

잎이 무성한 작은 나무 전체

가 흔들리고 강물에 잔물결이

일어난다.

8.0-10.71.8

가량

6

된 바람

Strong

Breeze

큰 물결이 일기 시작하고 흰

거품이 있는 물결이 많아진다.

큰 나무 가지가 흔들리고 전

선이 흔들리며 우산을 들고

있기가 힘들다.

10.8-13.83.0

가량

7센 바람

Near Gale

물결이 커지고 물결이 부서

져서 생긴 흰 거품이 하얗게

흘러간다.

나무 전체가 흔들리고 걷기

가 곤 힘들다. 13.9-17.14.2

가량

8큰 바람

Gale

큰 물결이 높아지고 물결의

꼭대기에서 물보라가 날리기

시작한다.

잔가지가 꺾어지고 걸어갈

수 없다. 17.2-20.75.5

가량

9

큰센바람

Strong

Gale

큰 물결이 더욱 높아지고 물

보라 때문에 시계가 나빠진다.

건축물에 다소 손해가 있다.

20.8-24.47.0

가량

10노대바람

Storm

물결이 무섭게 크고 거품 때

문에 바다전체가 희게 보이며

물결이 격렬하게 부서져서 시

계가 나쁘다.

나무가 쓰러지고 건축물에

큰 피해가 있다.24.5-28.4

8.8

가량

11

왕바람

Violent

Storm

산더미 같은 파도가 일고 흰

거품으로 바다 전체가 뒤덮이

며 시계가 훨씬 더 나빠진다.

건물이 크게 부서지고 차가

넘어지고 나무가 뿌리째 뽑히

는 등 넓은 지역에서 파괴가

일어난다.

28.5-32.611.2

가량

12싹쓸바람

Hurricane

산더미 같은 파도가 일고 흰

거품이 바다 전체를 뒤덮고 시

계가 훨씬 더 나빠진다.

보기 드문 큰 손해를 일으킨

다. 이상32.711.2

이상

자료 : www.naver.com 지식 in


열섬효과4.

현대의 도시는 지속적으로 도시내부의 온도를 상승시키고 있으며 이러한 현상은 도시,

지역에서의 기후특성에 있어서 일반적으로 부정적 역할을 한다 도시는 외곽지역보다.

평균적으로 정도 더 따뜻해지고 있다 특히 큰 온도편차는 일일 최저기온을1-2 .℃

나타내는 밤에 확실하게 발생한다 그림 는 도시의 크기에 비례하는 최대 온도차. < 2-16>

를 잘 보여주고 있다 수백만의 주민들이 살고 있는 도시들은. 10 o 이상의 온도차가C

나타나며 작은 도시 지역에서는 겨우 느낄 수 있을 정도의 열섬효과만이 나타난다, .

뮌헨의 연구보고서 에 따르면 도시지역의 온도패턴은 토지피복(BRUNDL et al, 1986)

의 정도와 밀접한 관계가 있는 것으로 조사되었는데 토지피복율(soil capping) , 10%

증가는 연평균온도를 0.2 o 상승시키는 것으로 나타났다C .

이러한 온도상승은 도시의 식물에게는 상당히 긍정적 효과를 미치기도 한다 그러한.

효과는 식물생장기간이 연장된 사실과 앞뜰 및 공원에 피어있는 수많은 온대성 식물

종의 존재로 알 수 있다(warmth-loving plant) .

지표면의 개발형태에 따라 열용량 열전도도 증발능력 등에 차이가 생기는데 풍속이, ,

약한 맑게 갠 여름날에 가장 두드러지게 다양한 비율로 열을 흡수하게 된다 예를 들면.

아스팔트는 입사된 복사열의 를 흡수하는 반면 백색 벽은 단 만을80-90% , 20-35%

흡수하며 온도는 대략적으로 이하에서 사이 정도로 변동한다30 50 (LORENZ,℃ ℃

그림 는 뜨거운 여름날에 각종 물질의 표면온도에 대한 주간변동을 나타1973). < 2-17>

낸다 년(FEZER, 1975 ).

개발된 지표면의 물질속성뿐만 아니라 건물의 고도와 배열 역시 도시의 온도에 영향을

미친다 도시의 건축구조 및 건물밀도와 관련된 다양한 요소들은 열 미기후에 다양한.

영향을 미치는데 이러한 요소들이 합쳐져서 외과지역과 뚜렷한 차이를 보이는 열섬,

또는 열바다 효과를 나타낸다 그림 에서 보여주고 있는(heat archipelago) . < 2-18>

시의 열지도에서 열섬효과를 확인할 수 있는데 위치에 따라 표면온도의 변화Stuttgart

가 크다는 것을 알 수 있다.


그림 유럽 도시지역의 인구 규모별 최대 온도차< 2-16>


그림 한여름의 주간에 측정된 표면온도< 2-17>

자료 : FEZER, 1975


그림 시 저녁시간의 평균열 지도< 2-18> Stuttgart

자료 : Nachbarschaftsverband Stuttgart, 1992


습도 강우 및 식생5. ,

식물이 많이 있는 지역 특히 숲에서는 공기의 필터링효과가 수반되며 숲의 공기는

도시보다 배 정도의 먼지 및 그을음 입자 를 가지고1/200-1/1,000 (soot particles)

있는 것으로 알려져 있다 농촌지역에서는 태양복사의 상당 부분이 토양과 식물에 저장.

되어 있는 수분을 증발시키는데 사용된다 이로 인해 발생되는 온도변화는 건물 그림자.

에 의한 것보다 훨씬 더 크다.

모든 유형의 식물이 도시 미기후에서 가장 긍정적 역할을 하는 것 중의 하나가 열섬효

과와 밀접한 관계가 있는 토지피복의 방지이다 지표를 덮고 있는 건물의 표면에서는.

단지 소량의 물만이 증발되며 콘크리트 표면으로 된 플라스터에 떨어지는 강우는, 90%

가 외부로 유출된다.

대기온난화 과정에서 수분의 중요한 역할은 다음의 비교를 통하여 설명될 수 있다.

표준 대기압에서 물 리터를 기화시키기 위하여 필요한 에너지는 약 이며1 2,250 kJ ,

이와 동일한 에너지량으로 대기 100 m3의 온도를 증가시킬 수 있다18 .℃

미국 자료NASA (NASA News, 2003)에 의하면 도시의 강우일수는 전체의,

이상이고 여름날 뇌우의 수는 이상이고 폭풍우 동안의 최고 강우량은5-10% , 15-20%

특히 바람방향과 연관이 있는 것으로 조사되었다 그림 참조 독일에서는 도시(< 2-19> ).

지역에서 특히 우박이 많이 관찰되었는데 그 이유는 아직까지 명확하게 밝혀지지는 않았

다 강설일은 시골보다는 도시에서 덜 발생하였고 적설(VDI/SPRINGER, 1988). , (snow

은 높은 온도 때문에 도시에서 빠른 속도로 줄어들고 있다cover) .


그림 미국 대규모도시들의 바람방향에 따른 강수량변화 월< 2-19> (5-9 )

자료 : NASA News, 2003


제 장3 ․국내외의 바람길 적용현황∣35

∣제 장 국내외의 바람길 적용현황3 ･ ∣국내1.

가 관련 법 및 규정.

국내의 택지개발 추진단계는 크게 단계로 구분될 수 있는데 사전환경성검토5 , ,①

지구계 결정 개발계획 수립 승인 환경영향평가 협의 실시계획 및 지구단위, , ,② ③ ④ ⑤

계획 수립 승인의 절차를 밟게 된다 택지개발의 마지막 단계인 지구단위계획에서는.

건물의 층수 색채 도로와의 이격거리 울타리형태 등과 같은 건축 관련 세부사항이, , ,

결정되며 실시설계시는 상하수도 전기 토목 등과 관련된 사항이 계획된다, , , .

위와 같은 택지개발 추진단계에서 환경영향을 고려하도록 한 관련 법규 및 규정 등은

환경부의 환경정책기본법 및 환경 교통 재해 등에 관한 영향평가법 건설교통, , ,「」「」

부의 국토의 계획 및 이용에 관한 법률구 도시계획법 서울특별시의 환경 교통( ) , , ,「」「

재해영향평가조례 등이 있다.」

국토의 계획 및 이용에 관한 법률 에서는 지구단위계획에 생물서식공간의 보호,「」

조성 연결 및 물과 공기의 순환 등에 관한 사항을 포함하도록 유도하고 있다 바람길은, .

곧 공기의 순환과 직결되며 동법에서 지구단위계획 수립시 바람길을 고려하도록 하고,

있다 그러나 공기의 순환을 위해 무엇을 어떻게 고려해야 하는지에 대한 더 이상의.

구체적 사항은 언급하고 있지 않다 동법의 관련 조항은 다음의 표와 같다. .


표 국토의 계획 및 이용에 관한 법률 의 바람길 관련 조항< 3-1> 「」

국토의 계획 및 이용에 관한 법률 제 조 지구단위계획의 내용52 ( )「」

지구단위계획구역의 지정목적을 달성하기 위하여 제 종지구단위계획에는 다음 각호의 사항중1①

이상의 사항이 포함되어야 하며 제 종지구단위계획에는 다음 각호의 사항중 제 호 내지 제 호1 , 2 2 4

및 제 호의 사항을 포함한 이상의 사항이 포함되어야 한다7 4 .

용도지역 또는 용도지구를 대통령령이 정하는 범위안에서 세분하거나 변경하는 사항1.

대통령령이 정하는 기반시설의 배치와 규모2.

도로로 둘러싸인 일단의 지역 또는 계획적인 개발 정비를 위하여 구획된 일단의 토지의3. ·

규모와 조성계획

건축물의 용도제한 건축물의 건폐율 또는 용적률 건축물의 높이의 최고한도 또는 최저한도4. · ·

건축물의 배치 형태 색채 또는 건축선에 관한 계획5. · ·

환경관리계획 또는 경관계획6.

교통처리계획7.

그 밖에 토지이용의 합리화 도시 또는 농 산 어촌의 기능증진 등에 필요한 사항으로서8. , · ·

대통령령이 정하는 사항

국토의 계획 및 이용에 관한 법률 시행령 제 조 지구단위계획의 내용45 ( )「」

법 제 조제 항제 호에서 대통령령이 정하는 사항 이라 함은 다음 각호의 사항을 말한다52 1 8 " " .③

지하 또는 공중공간에 설치할 시설물의 높이 깊이 배치 또는 규모1. · ·

대문 담 또는 울타리의 형태 또는 색채2. ·

간판의 크기 형태 색채 또는 재질3. · ·

장애인 노약자 등을 위한 편의시설계획4. ·

에너지 및 자원의 절약과 재활용에 관한 계획5.

생물서식공간의 보호 조성 연결 및 물과 공기의 순환 등에 관한 계획6. · ·


사전환경성검토 및 환경영향평가의 근거가 되는 환경정책기본법 및 환경 교,「」「

통 재해 등에 관한 영향평가법 에서는 도시 및 택지개발시 고려하여야 할 환경영향요, 」

소를 별도의 규정 등에서 구체적으로 제시하고 있다 이와 관련하여 본 연구에서는 환경.

성검토서 검토업무편람 환경영향평가서 작성규정 및 환경영향평가 항목범위획정을 위,

한 가이드라인을 살펴보았다.

사전환경성검토 업무편람의 항목별 주요 검토사항에서는 대기질에 미치는 영향이 큰

사업에 한해 기상분야에서 풍량 풍속 등과 같은 부지기상을 실측하도록 하고 있다, .

이는 넓은 의미에서 바람길을 고려하도록 한 것이라고도 볼 수 있으나 대기질에 미치는

영향이 큰 사업의 예로 소각장 발전소 공장을 예로 들고 있어 택지개발시의 바람길, ,

영향에 대한 초점이 맞추어져 있지는 않은 것으로 보인다 사전환경성검토 업무편람의.

환경친화적계획기법 및 기준에 관한 참고자료 중 공원 녹지체계 부문에서는 세부 평가,

항목으로 에코코리더실개천 녹도 보행자도로 등으로 연결를 들고 있는데 이는 바람길( , , )

과 매우 관련이 있는 사항이다 그러나 여기서 에코코리더의 주 평가목적은 도시의 대기.

환경영향에 초점을 둔 것이라기보다는 그린네트워크화 및 생물이동통로의 확보 차원에

주안점을 두고 있다.

환경영향평가서 작성 등에 관한 규정 별표 의 평가항목별 주요평가내용 및 환경영향2

평가항목범위획정을 위한 가이드라인에서는 대기질 분야에서 풍량 풍속과 오염물질의,

확산관계 및 저감대책을 수립하도록 하고 있으며 이는 앞의 경우와 마찬가지로 넓은,

의미에서의 바람길 고려를 염두에 둔 것이라고 볼 수 있다 특히 환경영향평가항목범위.

획정을 위한 가이드라인의 경우는 풍량 풍속과 오염물질의 확산관계 및 저감대책을,

수립해야 할 사업으로 도시개발사업을 명시하고 있어 택지개발 등과 같은 주거지역개발,

시 바람길 영향을 주요 평가사항으로 보고 있다 그러나 국토의 계획 및 이용에 관한. 「

법률 에서와 마찬가지로 바람길의 구체적 평가방법이 제시되지 않고 있다.」


서울특별시는 환경 교통 재해영향평가 조례 에 근거를 둔 서울특별시 환경영향, ,「」

평가 업무처리지침에서 환경영향평가와 관련된 구체적 사항을 정하고 있는데 환경영향,

평가 작성과 관련된 사항 등은 환경부의 예규 및 지침 등을 준용하도록 하고 있다.

위에서 살펴본 규정 지침 등의 관련 원문은 다음과 같다, .


표 사전환경성검토 업무편람 의 바람길 관련 조항< 3-2> 「」

환경영향항목별 주요 검토사항

기 상

대기질악취 영향예측을 위한 기상자료 확보○ ․인근 기상대 또는 측후소의 최근 년간 기상자료 풍량 풍속 강우일수 등- 10 ( , , )

대기질에 미치는 영향이 큰 사업소각장 발전소 공장 등은 사업지구에서의 부지기상- ( , , )

중량 풍속 과 상층기상 상층에서의 풍량 풍속 대기혼합고 실측 자료( , ) ( , , )

주변지역의 대기악취오염 영향여부○ ․당해사업 시행으로 인한 기상변화유무 대규모 댐건설 매립조성( , )○

대기질 소음악취포함( )․대기소음관련 현황파악□ ․주변 및 대상지역의 환경기준 및 현황 대기소음의 오염원,○ ․배출원별 오염물질의 특성 대기오염 및 소음 영향권역의 토지이용상황 학교 주거지, ( , ,○

도로 공항 산업단지 등, , )

소음의 경우 건설소음 규제지역 존재여부-

대상 및 주변지역의 에너지 수급정책 및 연료사용 현황○

환경영향예측 및 저감대책□

대기오염 악취 물질의 발생량 산정 및 환경에 미치는 영향 및 대책( )○

사업지구가 공단 또는 공장인접시 충분한 거리이격 및 완충녹지대 확보-

개발계획 사업 이 산업단지 등인 경우 대기오염물질 소음악취포함 의 배출정도 주- ( ) , ( ) ,․변지역의 토지이용상황 주거지 산업지 농경지 등 을 고려한 업종 및 시설물배치계( , , )

획 적정거리 이격 및 적정폭의 완충녹지대 확보,

일본의 경우 공업입지에 대한 준칙에서 공업지와 일반 본시가지는 의 완충* 50~200m

녹지를 확보토록 하고 있음

연료사용계획의 적정성 여부 및 대책○

저유황 청정연료사용 방안강구( , )

대기 및 소음환경기준의 달성 및 유지가능성 여부○

사업지구와 인접하여 고속도로 철로 공항항로가 위치할 경우 적정 거리이격 완충녹- , ,

지대 확보

항로의 경우 항공소음도를 토대로 한 입지여부 검토*

환경친화적계획기법 및 기준에 관한 참고자료 공원녹지체계 부문- ․평가항목 세부평가항목

계획기준

최소 최대

그린네트

워크화 및

생물이동통로

오픈스페이스의 체계화 녹지회랑 설치 및 에코코리더( )

조성 실개천 녹도 보행자도로 등으로 연결( , , )

이상3m

보행자도로포함시(

이상6m )


표 환경영향평가서 작성 등에 관한 규정 의 바람길 관련 조항 별표 평가항목< 3-3> ( 2「」

별 주요평가내용 제 조제 항 관련; 5 2 )

평 가 항 목 주 요 평 가 내 용

공 통

모든(

대상사업)

주요 오염원 및 소음진동 등 환경현황 또는 예측분석된 환경의 질 등을 적절히o ․ ․고려한 토지이용계획에 대한 분석평가․주변 토지이용현황 및 계획을 고려한 시설설치 또는 배치계획에 대한 평가o

절성토에 따른 법면발생구역 위치 및 주변경관을 고려한 법면처리대책o ․멸종위기야생동식물 보호야생동식물 천연기념물 등의 분포현황 및 보호대책o , ,․ ․철새도래지 분포현황 및 보호대책o

기 상

수표면적 증감에 따른 기온 증발량 일조시간 안개일수 등 기상변화 예측o , , ,․및 대책

수림대 제거 열 방출 등으로 인한 국지기상의 변화 및 대책o ,

대기질

배출원별 오염물질의 특성 분석 및 저감방안o

적정방지시설 계획은 개안중 최적안 선정검토 포함( 2~3 )

공단 또는 공장 인접시 주거지역 등에 미치는 영향 및 저감방안충분한 거리이격o (

및 완충녹지 조성)

에너지 수급정책 등을 고려한 연료사용계획 및 열공급방식 검토분석o ․주변지역의 기존오염물질 배출원 및 배출량과 대기질현황과의 관계분석o

풍향풍속과 오염물질의 확산 관계 및 저감대책o ․적정한 굴뚝높이 산정등( )

지하구조물내의 대기오염물질관리대책o

공사시 또는 운영시의 비산먼지로 인한 영향예측 및 대책o


표 환경영향평가항목범위획정을 위한 가이드라인 의 바람길 관련 조항 도시< 3-4> (「」

개발사업의 검토사항)

항 목 구 분 평 가 범 위

기 상 현황조사 기상자료 분석∙

대기질

현황조사

환경기준항목별 현황농도 조사∙

오염물질 발생현황조사∙

환경기준 규제기준 방지대책 조사, ,∙

영향예측 및 대책

배출원별 오염물질 특성분석 및 저감방안∙

정온시설영향 및 저감방안∙

연료사용계획 및 열공급방식 검토분석∙ ․

풍량 풍속과 오염물질의 확산 관계 및 저감대책,∙

공사시 비산먼지로 인한 예측 및 대책∙

사후조사 공사시 환경관리 수행∙


표 서울특별시 환경< 3-5> 「 ․교통 ․재해 영향평가 조례 의 바람길 관련 조항」

서울특별시 환경 ․교통 ․재해 영향평가 조례별표 분야별 환경영향평가 항목 제 조제 항 관련2 ( 26 1 )【】

자연환경분야1.

가 기상 미기상 포함 나 지형지질 다 동식물. ( ) . .․ ․라 수리수문. ․생활환경분야2.

가 토지이용 녹지계획 포함 나 대기질 다 온실가스. ( ) . .

라 수질 지표지하 마 토양 토양피복 포함 바 폐기물. ( ) . ( ) .․사 소음진동 아 악취 자 전파장해. . .․차 일조장해 카 위락경관 타 위생공중보건. . .․ ․사회경제환경분야3. ․가 인구 나 주거 다 산업 라 공공시설. . .

마 교육 바 교통 교통영향평가 제외대상사업에 한한다. . ( )

사 문화재 또는 역사문화적으로 보전가치가 있는 건조물유적. ․ ․서울특별시 환경영향평가 업무처리지침

기타 환경영향평가 업무추진에 필요한 사항은 환경부 예규 및 지침 등을 준용


나 환경영향평가 적용사례 검토.

국내의 주거지역개발시 환경영향평가에 적용된 바람길 사례를 검토하기 총 건의58

환경영향평가서 및 환경성검토서가 분석되었다 먼저 대규모 택지개발시 바람길 적용현.

황을 살펴보기 위해 환경영향평가 및 환경성검토서가 분석되었고 기개발된 도심지역에,

서 고층건축물 군이 신축되었을 때의 바람길 적용현황을 파악하기 위해서 서울특별시

조례에 의해 이루어진 환경영향평가서가 분석되었다.

대규모 택지개발시의 바람길은 광역바람장이 매우 약화된 상태무풍조건일 때 발생된( )

국지순환풍산곡풍 등이 중요한 역할을 한다 기개발된 도심지역에서의 개별 건물 신축( ) .

의 경우 건물에 의한 대기영향이 전자의 경우와 비교하여 상대적으로 국지적일 수밖에,

없으며 고층건물 주위에서 순간적으로 발생하는 돌풍과 같은 강풍의 생성이 대기질보다,

주거환경에 더욱 영향을 미칠 수 있다.

대규모 택지개발시의 환경영향평가 및 환경성검토□

택지개발사업의 환경평가시 바람길에 대한 해석이 어떻게 이루어지고 있는지를 알아

보았다 이를 위해 년 및 년에 협의완료된 건의 도시개발사업을 대상으로. 2003 2004 46

동기간 동안 환경부로부터 한국환경정책평가연구원에 검토의뢰된 환경영향평가서 및․환경성검토서 총 건 표 참조을 분석하였다 총 건중 환경성검토서는 건이54 (< 3-6> ) . 54 8

다 년 동안 동일한 사업에 대해서 본안 보완서 등 여러 개의 환경영향평가. 2003~2004 ,

서가 접수된 경우도 있기 때문에 실제 분석된 평가서 수는 도시개발사업수보다 많았다.

표 의 구분세 번째 열에서 환경성은 환경성검토서를 나머지는 환경영향평가서< 3-6> ( ) ,

를 나타낸다 환경영향평가서는 다시 본안 본안 본안 등으로 표기하였으며 각각. , 1, 2 ,

환경영향평가서 본안 환경영향평가서 보완서 환경영향평가서 재보완서를 나타낸다, , .

사업지역의 지형특성을 살펴보면 거의 모든 사업지역 인근에 산지가 형성되어2 km

있음을 알 수 있으며 국토의 이상이 산악지형으로 구성된 국내의 지형특성상 대규, 70%

모 택지개발사업지 인근에 산지가 분포되어 있는 것은 자연스러운 현상으로 보인다.

인근에 산지가 분포되어 있다는 것은 산지로부터 발생한 찬공기의 흐름과 관련된 국지순


환풍이 해당 도시개발지역의 대기환경영향에 중요한 역할을 할 가능성이 높다는 것을

의미한다 특히 국지순환풍이 중요한 역할을 가능성이 더욱 높아지는 계곡부 및. ‘ ’

산지와 해안이 혼재된 지역 에 위치하고 있는 개발사업은 각각 건이 있는 것으로‘ ’ 1

조사되었다 그림 은 국지순환풍이 해당지역의 대기질에 중요한 영향을 미칠 가능. < 3-1>

성이 높은 택지개발의 한 사례인데 산악지역이 사업지역 분홍색으로 표시 의 동 남, ( ) , ,

북 방향을 에워싸고 있어 산곡풍에 의한 영향을 받을 가능성이 높으며 남서 방향에는,

바다가 위치하고 있어 해륙풍에 의한 국지순환이 중요한 역할을 할 수 있다 이러한.

사업지역의 택지개발은 광역 바람장 및 사업지역과 인근지역의 오염배출현황 등을 고려

하여 바람길에 의한 대기환경영향을 면밀하게 검토해 볼 필요가 있을 것으로 판단된다.

조사대상사업 건 중 건 은 기존의 주거지역을 확장하는 것으로 신설되는 도시46 12 (26%)

개발로 인해 기존 주거지역의 환풍환경 즉 대기질까지 영향을 미칠 수 있다, .

바람길로 인한 영향을 검토한 사업건수는 총 건중 건 이다 바람길에 대한46 25 (54%) .

분석방법론이 아직 개발되어 있지 않은 현실을 고려할 때 개발사업자또는 환경영향평가(

서 작성 전문 엔지니어링사 가 주거지역에서의 바람길 중요성을 비교적 높게 인식하고)

있는 것으로 판단된다 바람길을 고려한 토지이용계획은 개발사업 초기부터 고려되어야.

할 사항이나 조사된 총 건의 환경성검토서에서는 바람길에 대한 검토가 이루어지지8

않았다 기존 주거단지를 확장하는 사업 건중에서는 개 사업에서만 바람길 분석. 12 7 (58%)

이 이루어졌다.


표 환경영향평가서 및 환경성검토서 조사대상 목록< 3-6>

No. 사업명 구분 위치 면적( )㎡ 사업자명

1경산 사동 지구2

택지개발사업본안1

경북 경산시 사동 평산동 백천동, ,

일원922,603

한국

토지공사

2고양 행신 지구(2)

택지개발사업본안

경기도 고양시 덕양구 행신동,

도내동 일원751,500

대한

주택공사

3광명 소하지구

택지개발사업본안1 경기도 광명시 소하동 하안동 일원, 1,027,900

대한

주택공사

4광주 수완지구


광주시 광산구

수완동 장덕동 흑석동 신가동 일원, , ,4,680,000

한국

토지공사

5광주 진월지구


광주광역시 남구 진월동 노대동, ,

행암동 일원669,900

대한

주택공사

6광주 하남 지구2

택지개발사업

본안 추-

가자료

경기도 광주시 광산구

하남동 산전동 흑석동일원, ,991,400 광주광역시

7군산 수송 지구2

택지개발사업본안1 전북 군산시 수송동 일원 676,252

한국

토지공사

8군산 수송 지구1

택지개발사업본안1 전북 군산시 수송동 일원 546,562

한국

토지공사

9군포 부곡지구


경기도 군포시 부곡동 의왕시삼동, ,

초평동470,000

대한

주택공사

10김포 마송지구

택지개발사업

환경성

본안

경기도 김포시

통진읍 마송리 가현리 도사리 일원, , ,990,000

대한

주택공사

11김포 양곡지구

택지개발사업

환경성

본안

경기도 김포시 양촌면 양곡리 구래리,

일원857,000

대한

주택공사

12김포 장기지구

택지개발사업본안2 김포시 김포 동 일원2 877,327

한국

토지공사


표 환경영향평가서 및 환경성검토서 조사대상 목록 계속< 3-6> < >


13김해 율하지구

택지개발사업

본안 추-

가자료

경남 김해시 장유면

율하리 관동리 장유리 일원, ,1,852,921

한국

토지공사

14남양주 가운지구


경기도 남양주시

도농동 가운동 수택동, ,497,000

대한

주택공사

15남양주 진접지구


경기도 남양주시 진접읍

장현 연평 금곡리 오남읍 양지리, , ,2,068,587

한국

토지공사

16대구 매천지구

택지개발사업본안3 대구광역시 북구 매천동 태전동 일원, 400,677

대한

주택공사

17대구 율하 지구2

택지개발사업

환경성

본안1대구시 동구 율하동 용계동 일원, 1,033,240

대한

주택공사

18대구 율하지구

택지개발사업본안 대구시 동구 율하동 용계동 일원, 307,280

대한

주택공사

19목포 용해 지구2

택지개발사업본안 전남 목포시 용해동 연산동 일원, 337,590 목포시

20부천 여월지구


경기도 부천시 오정구

여월동 작동일원,671,871

대한

주택공사

21서울 발산지구

택지개발사업

환경성

본안1서울시 강서구 외 내발산동 일원, 584,400

서울시

도시개발공사

22성남 도촌지구

택지개발사업본안 경기도 성남시 중원구 도촌동 일원 799,000

대한

주택공사

23성남 판교지구

택지개발사업

환경성

본안1

경기도 성남시 분당구 판교동 삼평동,

등일원9,376,490

성남시 경기도, ,

한국토지공사,

주택공사

24시흥 능곡지구

택지개발사업

환경성

본안1

경기도 시흥시

능곡동 군자동 화정동 광석동 일원, , ,962,000

한국

토지공사




25아산 배방지구

택지개발사업

환경성

본안1

충남 아산시 배방면

장재리 세교리 휴대리 일원, ,3,538,000

대한

주택공사

26안산 신길지구


경기도 안산시

신길동 원곡동 선부동 시흥시, , ,

거모동 일원

812,000대한

주택공사

27양주 고읍지구


경기도 양주군 양주읍

고읍리 과사리 만송리 일원, ,1,550,726

한국

토지공사

28오산세교지구


경기도 오산시 세교동,

금암동 내외삼미동 수청동, ,3,286,352

대한

주택공사

29용인 구성지구

택지개발사업본안1 경기도 용인시 구성읍 청덕리 일원 995,840

대한

주택공사

30용인 서천지구


경기도 용인시 기흥읍

서천리 농서리 일원,1,133,000

대한

주택공사

31용인 흥덕지구

택지개발사업본안1 경기도 용인시 기흥읍 영덕리 일원 2,134,680

한국

토지공사

32울산화봉 지구(2)


울산광역시 북구 화봉동 송정동,

일원447,611

대한

주택공사

33원주 무실 지구3

택지개발사업본안1 강원도 원주시 무실동 560 535,823

한국

토지공사

34의왕청계

택지개발사업본안 경기도 의왕시 포일동 청계동일원, 339,000

대한

주택공사

35의정부 녹양지구

택지개발사업본안 경기도 의정부시 녹양동 일원 303,000

대한

주택공사

36장지지구

택지개발사업

환경성

본안1서울시 송파구 장지동 일원 593,725

서울시도시

개발공사




37전주 효자 지구4

택지개발사업본안1 전주시 완산구 효자동 737-1 376,624

대한

주택공사

38진주 평거 지구3

택지개발사업본안3 경남 진주시 평거동 일원 461,343 진주시

39청주 산남 지구3


충북 청주시 흥덕구

산남동 분평동일원,1,185,941

한국

토지공사

40춘천 거두 지구2

택지개발사업본안1 강원도 춘천시 동내면 거두리 일원 533,362

한국

토지공사

41파주 운정지구


경기도 파주시 교화면

동패 목동 야당 와당리 일원, , ,4,873,000

대한

주택공사

42평택 청북지구


경기도 평택시 청북면

옥길리 후사리 안중면 덕우리 일원, ,1,867,413

한국토지공

사 경기도/

43포항 장량지구


경북 포항시 북구

장성동 양덕동일원,651,910

대한

주택공사

44하남 풍산지구


경기도 하남시 풍산 덕풍 신장동. .

일원992,000

한국

토지공사

45화성 태안 지구3

택지개발사업본안1 경기도 화성시 태안읍 안녕리 일원 349,358

대한

주택공사

46화성 향남지구


경기도 화성시 향남면

행정리 방축리 도이리일원, ,1,684,687

한국

토지공사


그림 국지순환풍의 중요성이 높을 수 있는 택지개발사업 사례< 3-1>


건의 환경영향평가서에서 이루어진 바람길 분석방법을 살펴보면 모든 사업에서25 ,

인근 기상대의 기상자료를 이용하였다는 점이 가장 특징적이라 할 수 있다 기상대의.

기상자료를 토대로 빈도수가 가장 높은 풍향을 주풍향으로 설정한 후 여러 가지 모델툴,

풍동실험 건 등을 이용하여 바람길을 분석하고 있다(1 ) .

이러한 주풍향을 기준으로 바람길을 분석하는 방법에는 문제점이 있을 수 있다 바람.

길에 의한 여러 영향 중 대기질에 초점이 맞추어질 경우에는 가장 중요한 요소가 국지순

환풍이라는 점이다 사업지역에서의 국지적 특성을 나타내는 국지순환풍은 인근 기상대.

에서 측정된 바람 특성과는 차이를 보이는 것이 일반적이다 특히 대규모 택지개발 환경.

영향평가 과정 중 바람길에 의한 대기질 영향이 주요 사안이 될 경우에는 사업지역에서

광역바람장의 무풍상태일 경우가 중요하다 즉 인근 기상대에서의 바람특성은 무풍에. ,

가깝고 사업지역에서는 국지적 순환풍이 발생할 때가 중요한데 기상대에서의 바람자료,

를 토대로 주풍향을 설정하여 이에 따른 바람길과 대기질환경을 예측하는 것은 적절하지

않다고 보인다.

바람길이 분석된 건 모두에서 국지순환풍에 대한 검토는 이루어지지 않았다 바람25 .

길이 분석된 모든 사례에서는 주풍향을 대상으로 바람길의 패턴을 분석한 후 바람길을

고려하여 시설배치를 할 계획이라는 추상적인 사항만 제시되어 있을 뿐이다 즉 조사된. ,

모든 평가서에서 바람길 분석결과를 토대로 한 구체적 반영 또는 제안사항이 없으며,

따라서 계획된 단지배치를 통하여 얼마만큼의 대기질 개선효과를 얻을 수 있는지에 대한

정량적 해석결과가 거의 없다 또한 바람길 분석결과를 토대로 다수의 대안 비교도 이루.

어지지 않고 있다 택지의 환경영향평가에서 주거환경질의 제고를 위해 가능한 대안의.

비교를 통한 최적안 선정은 매우 중요한 과정중의 하나이다.

사업지역에서의 국지순환풍 영향을 파악하는 것은 현실적으로 많은 시간과 비용이

소요되는 작업이다 따라서 모든 사업에서 이러한 검토과정이 이루어지는 것은 불필요한.

일이라 할 수 있으며 시급히 국지순환풍에 대한 검토가 반드시 필요한 사업을 스크린할,


수 있는 방법론가이드라인 등이 개발되어야 할 것으로 판단된다 이러한 작업은 사업자( ) .

의 의뢰로 주로 환경영향평가서를 작성하게 되는 엔지니어링 회사에서 수행하기에는

현실적 어려움이 많이 따를 수밖에 없으며 따라서 환경부 또는 한국환경정책평가연구, ․원 등에서 바람길에 대한 지침을 제시해주는 것이 바람직할 것으로 보인다.


표 택지개발사업 환경영향평가시 바람길 해석을 통해 제시된 단지배치 반영사항< 3-7>

No. 바람길 해석을 통해 제시된 반영사항

1

를 이용하여 지표면에서의 풍향 풍속 측정 및 분석을 수행 대상지의 주풍향 및 평균풍AWS , ,

속을 바탕으로 대상지 전지역에 대한 바람장을 차원 공간적으로 해석하기 위한 수치 모델링3

수행

2 공기순환영향이 양호할 것으로 예상되는 바람의 이동로를 고려하여 시설배치에 반영할 계획

3기상관측자료를 이용하여 계절별 풍향분포 비율을 분석 주풍향을 고려하여 바람방향과,

수평이 되도록 공동주택을 배치하도록 계획하여야 할 것으로 판단

4

도시기후의 개요 특성 문제점 저감방안 를 다룸( , , )

사업지구 및 주변지역을 대상으로 기후톱 및 지형에 따른 바람길 분석 주요 바람길은 사업:

지구 서측의 농경지로부터의 공기 유입통로이며 양호한 식생을 존치하여 사업지구 남측과,

서측에 조성예정인 근린공원에서 생성되는 공기의 유입이 부분적인 바람길 역할을 수행할

것으로 판단됨 공동주택 구조와 배치 고려 공원 및 녹지면적 확대 등을 통한 도시기후. ,

부담 저감방안에 따른 기대효과 정리

5 번의 인접지역에 위치한 사업으로 번 사업의 바람길 내용 인용4 4

6

바람길 분석을 위해 자료를 이용하여 주풍향 분석 사업지구내 건물의 형태는 판상형AWS , ,

배치는 병렬형 건물간격은 로 설정 건물층수 제한, 35m ,

바람길 예측 지구내 건축물 등의 배치는 바람길 흐름과 수평이 되도록 하는 것이 가장,

유리한 것으로 판단 주변지역의 녹지지역과 연결되어 있어 통풍길 역할을 할 것으로 기대,

7

바람장 분석결과 각각의 풍계별로 단지내를 통과하는 바람의 순환은 대부분 원활하게 이루,

어지는 것으로 나타났으며 바람의 주풍향을 고려하여 주택배치는 남향을 지향하되 배치, ,

계획시 바람이 충분히 지구내를 순환할 수 있도록 시설물별 건축거리를 최대한 확보한다면

바람의 순환은 더욱 향상될 것으로 판단

8사업시행 후 사업지구에서 발생하는 폐열과 대기환경의 영향을 최소화하기 위하여 지형적

특성 및 주풍향을 고려하여 바람길을 확보할 계획임

9사업시행 후 사업지구에서 발생하는 폐열과 대기환경의 영향을 최소화하기 위하여 지형적

특성 및 주풍향을 고려하여 바람길을 확보할 계획임 번 사업과 거의 동일하게 언급(9 )

10

사업시행으로 인한 바람길의 변화 및 형성여부를 분석하기 위해 모델을 이용하ENVI-MET

여 바람장 분석

사업시행으로 인한 바람길의 악영향을 미비할 것으로 판단



계속< >


11사업시행으로 인한 사업지구내 풍향변화 등을 최소화하고 녹지를 확보하여 사업지구내에

찬바람 공급지를 계획

12

사업지구 주변지역의 대표적인 바람길인 강변과 접한 사업지구를 대규모 근린공원으로 가정

하고 사업지구내에는 사업지구를 동서로 가로지르는 중로 류와 사업지구 중앙으로 계획되, 1

어 있는 차 도로로 인하여 지형적인 특성 및 주풍향을 고려한 바람길 확보방안을 수립함4 .

13

사업지구의 공기흐름을 예측,

원형보존녹지와 연계된 신선한 공기 생성지역 에서 생성된 신선한 공기를 지구내로 유입하1

기 위하여 과 통하는 지역은 저층으로 배치1 ,

신선한 공기 생성지역 에서 생성된 신선한 공기는 지구 남측을 단독 및 학교 위주로 계획하2

여 유입이 용이하도록 계획

14

신선한공기생성지역에서 생성된 공기가 사업지구내로 용이하게 유입되도록 녹지공간을 조

성하여 바람통로를 확보하는 것으로 계획하였으며 지구단위 계획 수립시 바람길을 고려한,

건물배치가 이루어지도록 유도할 계획

15

인근 자료를 활용하여 풍향분포를 살펴본 결과 현 건물 배치계획에서 바람길이 막힐AWS ,

우려는 적을 것으로 예측되나 사업지구 실시계획시 북풍계열의 풍향을 고려하여 바람방향과,

수평이 되도록 공동주택을 배치할 계획임

16

주거지역의 밀집개발을 지양 외곽지역의 개발은 통풍길을 차단할 수 있으므로 가능한 원형,

녹지로 보존하여 건축물의 입지를 가능한 한 지양

중앙부 임상이 양호한 자연수림과 구릉지를 최대한 활용한 보존형 공원으로 계획하고 남북

으로 생태녹지축을 설정하여 보완

17

토지이용형태 및 건축물계획에 따른 계획층고최대 층 건물고 층별 를 고려( 15 , 44m, 2.9m)

하여 차원 바람장변화 모사3

주택배치는 남향으로 하되 공기순환영향이 가장 적은 풍계의 바람 이동로를 고려하여 바람,

순환이 원활하게 이루어질 수 있도록 시설배치 계획

18

사업전 후에 따른 풍속의 급감이나 급증지역은 없는 것으로 예측 사업지구내 기존에 존재하,

였던 풍향은 유지될 것으로 분석되어 사업지구 내에서 바람의 정체현상은 없을 것으로 보이

나 영향의 최소화를 위해 국도변 의 녹지대 설치 및 도로를 로 확보하는 등, 50~80m 26m

바람통로를 확보할 계획 풍동실험 실시,

19

모델을 이용하여 바람길 파악CALMET

사업단지의 주풍향은 서풍으로 나타나고 사업지구 주변은 평탄한 지역으로 특별한 바람길,

이 형성되지 않는 것으로 나타남

사업지구내 건물 건설 후 바람길의 변화를 살펴보기 위해 으로 계산한 결과ENVI-MET ,

사업지구로 인하여 발생하는 바람길의 변화는 미미할 것으로 판단

20

모델을 이용하여 바람길 변화형태 및 형성 여부 분석 분석ENVI-MET , AWS

사업전 후에 따른 풍속의 급감이나 급증지역은 없는 것으로 예측 사업지구내 기존에 존재하,

였던 북동풍의 바람은 유지되며 주택지역에서 바람의 정체현상이 나타나지 않아 바람길의

차단으로 인한 악영향은 없는 것으로 분석



계속< >


21

모델을 이용하여 바람길의 변화 및 사업지구내 바람길 형성 여부 분석 사업시ENVI-MET ,

행으로 인한 풍속의 급감이나 급증지역은 없는 것으로 예측되었으며 사업지구내 기존에,

존재하였던 주풍향의 바람길은 유지되며 주택지역에서의 바람길 차단은 없을 것으로 분석

22

를 이용하여 차원 바람장 변화 검토 각각의 바람이동로를 고려한 사업지구내ENVI-MET 3 ,

를 통과하는 바람의 순환은 대부분 원활하게 이루어지는 것으로 나타났고 사업시행전보다,

사업시행후에 바람의 순환이 향상되는 것으로 분석

23를 이용하여 차원 바람징 모델을 이용한 바람길 변화 예측 무풍지역과 수렴지ENVI-MET 3 ,

역은 발생하지 않는 것으로 나타남

24

모델을 이용하여 사업전후 풍속 변화 파악PHOENICS ,

택지개발 사업으로 인한 사업지구내의 영향은 일반적으로 발생하는 현상이며 주변에 미치,

는 영향은 미미할 것으로 판단

25

모델을 이용하여 사업전후 풍속 변화 파악PHOENICS ,

택지개발 사업으로 인한 사업지구내의 영향은 일반적으로 발생하는 현상이며 주변에 미치,

는 영향은 미미할 것으로 판단 번 사업과 거의 동일하게 언급함(24 )


기개발된 도시지역에서의 고층건물군 신축에 따른 환경영향평가□

기개발된 도시지역에서의 고층건물군 신축에 따른 바람길 해석 현황을 살펴보기 위해

서 서울특별시 조례에 의해 작성된 환경영향평가서 중 바람길 해석이 이루어진 건의4

환경영향평가서를 분석하였다 건의 미기상관측 미기상분석조건 바람길분석방법 바. 4 , , ,

람길영향을 위한 조치사항 등이 표 에 나와 있다< 3-8> .

건 모두 사업지역에서의 바람 온도 습도 등의 미기상측정을 위해 일간 국지기4 , , 2~4

상을 측정하였다 건에서는 가지 조건 즉 신축사업 이전의 사업지구 미기상 관측. 3 4 , ①

자료 활용 신축사업 전제후 사업지구 미기상 관측자료 활용 신축사업 이전의, ,② ③

기상청 측정 최다자료 활용 기상청 관측자료 가운데 최다 풍속 관측자료 활용( 95% ),

신축사업 전제후 기상청 측정 최다자료 활용의 조건하에서 미기상변화를 분석하였으④

며 나머지 건에서는 위의 가지 조건과 더불어 가지 조건 신축사업 이전 기상청, 1 4 2 (⑤

측정 평균기상 자료 활용 신축사업 이후 기상청 측정 평균기상 자료 활용을 추가하, )⑥

여 미기상변화가 분석되었다.


표 서울특별시 조례에 의한 환경영향평가서의 바람길 분석방법< 3-8>

구분 A B C D

미기상 관측 기간

및 관측지점 개수

월 중 일간5 3

09:00~18:40

개16

월 중 일간4 3

09:00~18:40

개15

월 중 일간7 3

09:00~17:20

개13

월 중 일간2 2

13:00~18:44

개20

미기상 변화

분석조건

현재측정 조건1)

계획측정 조건2)

현재최다 조건3)

계획최다 조건4)

현재측정 조건

계획측정 조건

현재최다 조건

계획최다 조건

현재측정 조건

계획측정 조건

현재최다 조건

계획최다 조건

현재 평균조건5)

계획 평균조건6)

현재측정 조건

계획측정 조건

현재최다 조건

계획최다 조건

바람길 분석방법주변지역 자료로 주풍향 분석- AWS ,

계획된 건물의 층수 및 형태 등에 따른 바람길 영향 분석-

바람길 분석결과

및 조치사항

신축에 따라 바-

람의 순환을 저해

하지 않을 것으로

판단

녹지공간이 충-

분히 확보된 바,

특별한 조치가 필

요 없는 것으로

판단

바람이동에 대-

한 급격한 정체변․화를 발생시키지

않을 것으로 분석

건물 형태는 모-

두 주풍향 방향으

로 자 형태“ "ㅡ

의 장방형으로 건

축

미기상 변화 영-

향 미미

건물의 배치형-

태가 주풍향과 정

면으로 마주치지

않도록 풍향과 나

란한 형태로 계획

마찰계수가 적-

은 외장재로 알미

늄복합판넬 불소(

수지 메틸락 코

팅 과 칼라복층유)

리를 채택

고층건물 신축-

시 인접한 건물

블록 중간에서 협

곡풍과 유사한 바

람영향이 다소 나

타나며 일부 지,

점에서 풍속의 약

화 및 불규칙한

와류의 발생 등이

형성

미기상 보호 관-

점에서 녹지공간

의 적극적 창출

필요

신축사업 이전의 사업지구 미기상 관측자료 활용사업지구 전반에 걸친 미기상 관측자료 활용1) ( )

신축사업 전제후 사업지구 미기상 관측자료 활용2)

신축사업 이전의 기상청 측정 최다자료 활용기상청 관측자료 가운데 최다 풍속 관측자료 활용3) ( 95% )

신축사업 전제후 기상청 측정 최다자료 활용4)

신축사업 이전 기상청 측정 평균기상 자료 활용5)

신축사업 이후 기상청 측정 평균기상 자료 활용6)


환경영향평가서 건 모두에서 바람길 분석은 택지개발시의 환경영향평가서와 마찬가4

지로 인근 지역의 자료를 토대로 주풍향을 조사하고 계획된 건물의 층수 및 형태AWS ,

등에 따른 바람길 영향을 분석하였다 바람길 영향저감을 위한 조치 역시 앞의 경우와.

유사하게 다소 추상적인 시설배치에 대한 언급만이 있을 뿐이다 모든 평가서에서 바람.

길 분석결과를 토대로 한 구체적 반영 또는 제안사항이 없으며 바람길과 대기질의 영향,

에 대한 정량적 해석결과 및 바람길 분석결과를 토대로 한 대안 비교도 이루어지지 않고

있다 이러한 경향 역시 바람길해석 방법론이 명확하게 제시되어 있지 않은 현실을 반영.

하고 있다고 보인다.

본 연구진이 조사한 바에 의하면 택지개발의 경우까지도 포함해서 이러한 경향은 외국

의 경우에서도 크게 틀려지지 않는데 그것은 바람길과 대기환경영향과의 상관관계를,

정량적으로 분석하는 방법이 아직 명확하게 개발되지 않은 상황에 기인한 것으로 보인

다.

바람환경을 한 방향의 주 풍향으로 설정하여 바람길 및 대기환경을 예측하는 것은

시시각각 변동하는 바람의 일반적 특성을 고려할 때 이러한 복잡한 상황을 지나치게

단순화한 것은 아닌가 보인다.

예를 들어 사업의 경우 개 지점의 풍향풍속 자료를 입력자료로 활용하고B , 5 AWS ․의 방법을 이용하여 남서풍을 주풍향으로 설정하였으나 사업부지에서Surfer Kriging ,

월 일 일까지 측정한 바람자료 그림 에서는 다양한 풍향의 바람이 발생한4 11 ~13 < 3-2>

것을 알 수 있다 월 의 경우 북풍 계열이 빈도수가 가장 많기는 하지만 북동풍. 4 11 , ,

및 남서풍 계열의 바람도 북풍의 빈도수에 거의 육박한다 월 일 및 일의 자료도. 4 12 13

바람환경을 한 개의 주풍향으로 설정한 바람길 해석에 많은 오차가 포함될 가능성이

높음을 보여주고 있다 이러한 경향은 그림 의 일평균 바람측정자료를 시간별로. < 3-2>

세분했을 때 더욱 뚜렷하게 나타날 것이다.


그림 사업부지에서의 바람장미도< 3-2> B


국외2.

가 독일. 2)

독일은 도시기후분석을 통해 도시의 대기순환 온도 습도 등의 최적조건을 도시계획, ,

에 반영하고 있는 가장 대표적인 국가이다 바람길 분석은 도시기후분석시 도시의 대기.

오염 열섬현상 등을 평가할 수 있는 주요한 과정이며 바람길 조성을 통해 깨끗하고, ,

찬바람이 원활하게 도시로 유입될 수 있도록 노력하고 있다.

독일의 바람길 조성을 위한 제도적 장치는 연방건축법에 근거를 두고 있으며 독일의,

각 도시별 특성에 맞도록 바람길을 고려한 도시계획이 추진되고 있다 시는. Stuttgart

도시 내외곽의 녹지를 잘 보전하고 시 특유의 지형적 조건에 따른 바람길 정책을 잘․추진하고 있는 대표적인 도시이며 시와 시도 대외적으로 많이 소개되고, Freiburg Berlin

있다.

독일은 년 및 년에 연방건축법 개정을 통하여 도시의1976 1979 (Bundesbaugesetz)

환경개선을 위한 바람길 조성과 활용에 관한 법적 근거를 마련하였으며 주된 내용으로,

찬바람생성지역의 보호 및 생성된 찬바람이 도시지역으로 원활하게 유입할 수 있도록

하는 토지이용 유도 등을 들 수 있다 이를 위해 농경지특히 밭작물 및 초원지역으로. ( )①

서 구릉지 형태의 지형을 나타내고 있는 부지 및 찬바람 통행구와 연결되어 있고②

또한 찬바람 통행구보다 높은 위치에 있는 부지 중 면적이 최소 만5 m2 이상 될 경우에는

찬바람 발생가능 지역으로 지정 보호하고 있다 원활한 바람소통을 위해 찬바람 통행구, .

또는 지역 역시 특정 지역을 지정 조성하고 있는데 통행구의 기준은 찬바람 발생지( ) , , ①

역과 연결되어 있는 부지 찬바람 발생지역보다 낮은 위치에 있는 하천저지대협곡, ② ․ ․등과 유사한 지형을 가진 지역 경사도가 도 이상인 지역 및 최소 경사길이, 1 50m③

이상 등이다 이 외에도 찬바람 정체구간의 해소 바람길 연결 녹지축 조성 찬바람. , ,

유동 및 통행을 고려한 건축물 배치 등을 토지이용계획에 반영하도록 하고 있다.

2) 김운수 서울시 기상특성을 고려한 도시계획기법 연구 서울시정개발연구원, (I), , 2000.․김운수 서울시 기상특성을 고려한 도시계획기법 연구 서울시정개발연구원, (II), , 2001.․환경부 그린시티해외연수보고서, , 2005.․


시는 바람길을 도시계획에 반영한 사례로써 가장 많이 인용되는 지역으로Stuttgart ,

독일의 바덴뷔르템베르크주에 위치하고 있다 인구는 년 기준으로 약 만명 면적. 2005 59 ,

207km2 거주지( 102km2 인구밀도 명), 2,850 /km2 도시의 해발평균높이는, 260m

이다 지형 특성을 살펴보면 높은 협곡에 위치하고 있으며 전체적으로 북동(207~549m) .

쪽을 제외하고는 면이 높은 산으로 둘러싸여 있어 도시전체의 공기순환에 어려운 조건3

을 갖고 있다 시의 평균기온은. 10 o 로서 온화하나 여름기온은 독일에서 가장 더운C ,

지역 중 하나이며 여름은 도심지역이 상대적으로 높은 온도와 더불어 습도까지 높아,

열로 인한 주민의 불쾌지수가 점차 증가하고 있다 도시지역의 온도는. 20 o 이고 숲이C ,

많은 외곽지역은 10 o 로서 큰 차이를 나타나고 있어 도심 외곽지역의 맑고 찬공기는C ,

도시의 주거환경에 긍정적 영향을 미칠 수 있는 주요한 바람 공급지의 기능을 수행한다.

시의 가장 두드러진 기후특성을 보이는 것이 바람인데 지형적 특성상 통일Stuttgart ,

되고 대표적인 바람장이 나타나지 않으며 국지적인 지형조건에 따라 각기 다른 바람,

방향 특성을 보이고 있다 전반적 풍속은 평균 로 독일에서 가장 늦은. 0.8 - 3.1m/sec

편에 속한다 전체 풍속에 있어서는 무풍 수준인 이하의 풍속을 보이는 비율이. 0.5m/sec

를 차지하고 있어 도시전체의 공기순환에 매우 열악한 조건을 갖고 있다18% . Stuttgart

시는 독일을 대표하는 중요한 공업도시로서 경제수준이 높으며 특히 전기 자동차, , ,

기계 등의 제조업이 발달되어 있는데 이러한 제조업을 바탕으로 계속해서 성장하는,

도시로서 인구밀도가 높고 시가지면적도 급격한 증가추세에 있다 이에 따라 녹지면적, .

도 대폭 감소하여 도시전체의 환경문제를 가중시키는 원인이 되고 있다 시가지면적이.

년에는 시 전체면적의 에 불과했으나 년에 년에 로 계속1900 6% 1950 28%, 1990 48%

증가추세에 있다.


그림 시 전경< 3-3> Stuttgart

자료 환경부 그린시티연수보고서: , , 2005


시에는 시장이 명 있는데 총괄시장 인 치안 및 환경을 함께 담당하는Stuttgart 8 1 ,

시장 인 등으로 구성되어 있다 환경청은 국 여명으로 구성되어 있고 바람방향1 . 6 170 , ,

속도 등을 담은 기후지도를 작성하여 도시계획청에 제공하는 역할을 담당한다 도시계획.

청은 환경청으로부터 받은 기후지도를 이용하여 도시계획에 반영하고 있으며 추가로,

입지가 가능한 지역 조치가 필요한 지역 입지가 불가능한 지역으로 구분하고 건축제한, ,

을 하는 구조하에서 바람길을 조성 유지하고 있다, .

상위개념의 토지이용계획인 에서 도시전체를 대상으로 바람길 활용에 대한F-Plan

기본지침을 제시하고 있으며 이 지침에 따라 실제 도시개발수단인 지구상세계획,

에서는 구체적인 규제방안이 강구된다(B-Plan) .

지구상세계획 의 규제방안 사례로는 도심에 가까운 구릉부에서는 녹지의(B-Plan) ①

보전도입교체 이외의 신규 건축행위 금지 도시 중심부의 통풍길이 되는 부분에서는, ②․ ․건축물에 대하여 층을 상한선으로 하고 건물의 간격을 최소 이상 유지 통풍길5 3m , ③

역할을 하는 대도로와 소공원은 의 폭 확보 통풍길이 되는 산림에는 바람이100m , ④

빠져나갈 수 있는 길 조성 높은 나무를 빽빽하게 심어 신선하고 차가운 공기가 나올, ⑤

수 있는 공기댐을 만들어 공기흐름을 원활하게 확산 주차장 등도 콘크리트로 피복하, ⑥

지 않고 구멍이 있는 블록을 깔아 식물이 살 수 있도록 하고 가능한 지표면을 녹지로,

유지하여 습도 유지 등을 들 수 있다.

시는 이외에도 지붕이 없는 건물옥상의 화초류 식재 가로 및 담장의 수목Stuttgart ,

식재 경전철 철로주변의 잔디 식재 등으로 아름다운 도시미관뿐만 아니라 쾌적한 도시,

기후 조성을 위한 노력을 기울이고 있다 그림 참조(< 3-4> ).


그림 시의 쾌적한 도시기후 조성을 위한< 3-4> Stuttgart

사례

자료 환경부 그린시티연수보고서: , , 2005


나 미국. 3)

미국 는 년 후반부터 기후 대기질 통합관리의 중요성을 인식하고 수년간EPA 1990 ·

이 분야에 대한 연구와 대책수립에 노력을 가하고 있으며 이의 일환으로 열섬저감이니,

셔티브 를 수립하였다 대기오염도 등을 고려하여 시카고 새크라멘토 휴스톤(HIRI) . , ,

바톤루지 솔트레이크시티 등 개 시범도시를 선정하여 열섬저감사업을 실시하고 있고, 5 ,

기후 대기질 개선효과를 분석하는 도시열섬효과 시범사업 을 추진하고 있다· (UHIPP) .

년부터 실시된 본 시범사업을 통해 열섬저감기술을 평가하고 이를 미국전역에 적용1998

하기 위한 관련 법 제도를 마련할 계획에 있다· .

이와 관련된 주요 정책프로그램으로는 규제강화 주차장 빌딩주변 도로에 나무심: ,①

기 의무화 반사율이 높은 빌딩옥상 건축재질 사용 의무화 그린루프 설치 비오톱, , :②

빗물 저장 그린포장 설치 투수율이 높은 도로(biotope), (evapotranspiration), : ·③

보행로 주차장 포장 교체 녹지면적 확충 공원 확장 나무심기 운동 전개· , : , ,④ ⑤

도시생태면적모델링 연계측정 개발 등 생태조사 실시 환경친화적 주택용 지붕(VOC ) , ⑥

재질 개발 지원 홍보 대기개선실천계획 수립 검토와 연계방안 모색 등을· , (SIP) ·⑦

들 수 있다.

본 사업은 중앙정부가 시범사업을 전반적으로 총괄하는 역할을 수행하며 지자체는.

중앙정부와 협력하여 열섬저감 대책을 실시하고 관련 대책의 효과를 평가하고 있다.

한편 민간단체 등은 정부와 협력하여 가로수 설치 등과 같은 사업을 지원하고 있으며,

일부 민간단체에서는 사업예산의 일부를 기부하고 있기도 하다.

미국의 건축가는 상세한 기후자료를 각종 계획에 반영한다 주거지역을 설계할 때.

기상학에 초점을 맞춘 지역적 규모의 기후분석법이 알려지면서 미국건축가협회(AIA:

는 이를 세부적인 기술정보에 이용하기 시작하였American Institute of Architects)

다 에서 제공되는 기후분석은 온도 태양광 바람 강수 습도 분석의 가지이다. AIA , , , , 5

3) 환경부 그린시티해외연수보고서, , 2005


특히 바람은 시간별 풍향과 풍속 폭풍 패턴 강풍일수를 월별과 연평균(Olgyay, 1963). , ,

을 분석하여 설계에 반영한다 특히 최근 도시화가 급속도로 진행 중인 미국 아틀란타.

시는 도시주변 녹지면적 감소와 대기환경의 영향을 인공위성 등을 통해 연구하고 있다.

이는 도시계획수립에 있어 녹지면적과 대기흐름의 관련성이 중요함을 의미한다.


다 일본.

가고시마현1) 4)

최근 들어 일본에서는 주택내부나 옥외의 건강쾌적성의 중요성이 증대되고 있으며․따라서 주변 자연환경과의 조화나 경관을 고려한 질 높은 주택 공급과 거주 환경의 정비

가 요구되고 있다 일본의 가고시마현에서 중점적으로 추진하고 있는 환경공생주택이란. ,

지구환경 문제 자원에너지 문제 주택의 질 및 거주환경의 문제에 대해 보다 효율적으로, ,․대처하고자 만들어진 주택과 거주환경 에 대한 생각과 기법체계라 할 수 있다 환경‘ ’ .

공생주택의 개 기본요건과 주된 기법이 그림 에 환경공생주택의 전형적 구조가3 < 3-5> ,

그림 에 나타나 있다< 3-6> .

그림 환경공생주택의 개 기본요건과 기법< 3-5> 3

자료 가고시마현 홈페이지: , http://www.pref.kagoshima.jp

4) http://www.pref.kagoshima.jp/home/jyutakuka/index.html


그림 환경공생주택의 전형적 구조< 3-6>



환경공생주택의 계획디자인 과정□ ․환경공생주택은 계획이나 건설단계로부터 거주 해체폐기까지를 포함하는 주택의, , ․라이프 사이클을 모두 고려한 종합적 입장에서 거주환경의 질 향상과 환경부하 저감을

도모하려 하는데 특징이 있다.

환경공생주택의 신축 거주 및 개수 과정을 살펴보면 다음과 같다, .

단계로 우선 계획대상지를 포함하는 지역의 환경특성이나 거주자의 생활양식 등을1 ,

충분히 숙지한다 예를 들면 연간 기후 일조나 바람 기온이나 습도 변화는 주택의. , ( , )

쾌적성에 지반 상황은 내구성이나 습도에 영향을 미쳐 식물의 생육 등에 강한 영향을,

준다 이것들은 측정뿐만 아니라 지형이나 주변의 집들로부터도 직접 확인할 수 있고. ,

인근 거주민들로부터 알 수도 있다 단계에서는 해당 부지가 가지는 잠재성을 찾아내면. 2

서 어떠한 환경공생주택을 계획할까 목표를 설정하게 된다 새롭게 시작되는 거주자의.

생활 이미지와 목표로 하는 환경공생의 본연의 자세를 서로 관련지으면서 검토가 이루어

져야 한다 아울러 단계 과정에서는 목표를 실현하기 위한 환경공생구조를 면밀하게. 3

검토한다 태양을 차단하는 방법과 활용하는 방법 바람을 통하는 방법 내구성을 높이는. , ,

방법 배치의 가변성 등 여러 테마나 지침 항목 가고시마현 홈페이지, , ( ,

http://www.pref.kagoshima.jp 참조을 참고로 하게 된다 단계인 설계과정에서는) . 4　

이것들을 좀 더 구체적으로 계획하게 된다 예산을 포함한 각종 사업과 관련된 조건을.

고려하면서 실현 가능한 프로그램을 구축하여 기술적 검토를 수행하며 건설시 뿐만이,

아니라 입주 후의 주택 운용을 감안하여 디자인을 진행시킨다 단계인 건설과정에서는. 5

폐기물의 배출이나 자연환경의 불필요한 개변 등 건설 행위에 따르는 환경부하의 저감을

추구하게 된다 거주과정 단계 에서는 일상적인 유지관리가 중요해진다 거주자에게. (6 ) .

효과적으로 사는 방법 필요한 유지 보수 및 관리방법을 전해 확실히 실행 할 수 있도록, ,

도와준다 또한 정기적 점검을 수행하면서 당초 목표로 하고 있던 환경공생의 구조가.

효과적으로 기능하고 있는지 검증하는 것도 필요하다 단계 실제의 생활이나 체험을(7 ).

통해 밝혀진 부지 환경특성을 재확인해 단계 보다 효과적인 환경공생 주택을 유지하기(8 )

위해 적절한 수선이나 개수를 검토 단계 및 단계 하면서 쾌적한 거주지를 실현할(9 10 )


수 있도록 한다 단계(11 ).

동경도 및 후쿠오카시2) 5)

동경도에서는 환경보전형 도시계획 지침을 마련하고 있는데 여기서는 인간 활동, ,

자연 기능 녹화추진을 고려한 도시조성과 토지이용을 추구하도록 하고 있다, .

자연기능을 고려한 토지이용으로는 자연풍로와 같은 바람흐름을 고려한 나대지①

및 시설배치 지하수 흐름과 우수의 지하침투 등과 같은 수환경을 고려한 부지이용, ②

및 건물 배치 수변의 보전과 효율적 이용을 고려하여 수변과 일체적인, open space③

계획 및 수변 접근계획 지형 변화 최소화 등과 같은 자연지형을 고려한 부지이용, ④

및 건물배치 등을 들 수 있다.

환경보전을 고려한 도시관리 시스템으로 도입되고 있는 방안으로는 나대지 확보①

및 식물의 일조를 고려한 건물배치 계획과 집약적 ․연속적 배치녹지창출 및 녹화추진을(

고려한 토지이용 공간과 녹지 등을 연속적으로 배치 자연의 바람을 이송시키는), ,②

통로확보자연기능을 고려한 토지이용 하천 호안에 건설하는 건축물 배열과 나대지( ), ③

이용 등을 수변에서의 통풍을 고려하여 계획 수변의 보전과 이용을 고려한 부지이용(

및 건물배치 사면녹지는 일조 토양수분 등 다양한 조건변화를 수용하여 생물상이), ,④

풍부하고 도시경관효과와 휴식공간을 제공하므로 지형이 변하지 않도록 토지이용 및,

건물배치를 계획하며 사면 녹지의 주변부에 오픈스페이스를 배치하여 녹지면적을 증가,

자연지형을 고려한 부지이용 및 건물배치 등이 있다( ) .

후쿠오카시는 건축물 건설시의 환경영향을 사전에 평가하도록 조례에 명시되어 있으

며 바람을 고려한 환경설계의 필요성을 강조하고 있다 바람환경 설계 방법은 표, . < 3-9>

와 같다.

후쿠오카시의 녹지기본계획에서는 바람을 고려한 녹지계획이 수립되어 있는데 그,

내용을 살펴보면 각종 보전제도를 활용해 농지 수림지 수변 등의 다양한 생태계를, ,①

5) 조경두 바람통로를 고려한 대기환경개선 및 계획부분 활용방안 인천발전연구원, , , 2003.


보호하면서 이들 지역을 물 및 녹지와 결합하여 비오톱 네트워크를 형성 환경부하를, ②

저감시키는 녹지를 창출하면서 바람길을 정비함과 동시에 물문제의 완화 리사이클, ,

에너지 보전 차원에서의 자원소비를 위한 노력을 기울임과 동시에 생태도시의 형성유지

등을 들 수 있다.

표 후쿠오카시의 바람환경 설계방법< 3-9>

기본자세

바람환경계획은 디자인 또는 실내환경계획 등과 같은 설계과제라고 인식-

건축물 주변 장소를 둘러싼 바람환경의 다면적 검토는 바람환경조성의-

기본조건

기본설계

바람환경의 변화를 택지계획 건물형상이나 용적계획 건물출입의 동선계획- , ,

등과 연계 필요

환경장애가 우려되면 방풍대책을 함께 고려하는 계획 수립-

개략설계

건축물 계획이 진행되면 주변을 대상으로 바람환경 예측-

예측방법 실제 바람관측자료를 활용하는 책상예측법 수치시뮬레이션- , ,① ②

풍동모형실험③

상세설계

건축계획 완료시점에서 정밀한 모형을 작성하고 상세한 풍동모형 실험을-

통한 건축물 주변의 바람환경 평가

환경장해를 발생할 우려가 있다고 판단되며 방풍대책 강화-

방풍대책 수립할 경우 다른 환경악화가 유발되지 않게 배려하고 경제성과- ,

효율성 관점에서의 판단 필요

방풍대책 추진에도 바람직하지 않으면 계획초기 단계로의 재차 환류로- ,

재구상 필요

자료 조경두 바람통로를 고려한 대기환경개선 및 계획부분 활용방안 인천발전연구원: , , , 2003

일반적으로 도시의 많은 대기오염물질을 원활하게 분산시켜 줄 수 있는 적당한 정도의

바람이 부는 환경이 바람직한데 적풍 환경설계를 위해서는 강풍과 약풍 모두를 포괄하,

는 접근방법이 바람직하다 후쿠오카시의 적풍환경 설계지침에서는 강풍에 대한 대책으.

로 택지내 배치 또는 건물간 배치변경 건물형상 변경 울타리 방풍네트, , , ,① ② ③

식재 등 시설물 설치 기타 아케이드 및 차양 설치 등을 제시하고 있다, .④


라 캐나다.

캐나다 토론토에서 년부터 바람과 도시형태의 영향에 관한 실험을 하였다 이를1990 .

통해 도시계획가들은 토론토 도심 빌딩가에서 바람의 상태를 고려한 효율적인 건축물

높이 ․밀도 ․배열을 찾아내려 하였다 즉 개별 건축물 보다는 비교적 넓은 개발지에서의. ,

영향을 평가하는 방법을 사용하였다 이를 통해 토론토는 개발계획에 도시의 바람을.

고려한 도로와 건축물의 적절한 통제를 가하고 있다(Bosselmann, 1995).

마 오스트리아.

오스트리아의 그라즈시는 주변이 산지로 둘러싸인 넓은 계곡에 위치해 있다 그라즈시.

는 녹지지역이 대기오염에 미치는 영향을 분석하기 위해서 장기간에 걸쳐 체계적으로

연구를 수행하였다 이를 통해 그라즈시는 도시주변 녹지가 신선한 공기를 생성하고.

공급한다는 사실을 규명하였다 또한 이를 도시계획에 반영하여 신규개발이 허용되지.

않는 지역과 최소한 범위 내에서 개발이 허용되는 지역을 정하고 있다.


제 장4 ․바람길의 대기환경영향 분석방법∣73

∣제 장 바람길의 대기환경영향 예측방법4 ･ ∣개요1.

본 장에서는 바람길 해석을 위한 이론적 근거를 살펴보고 바람길 해석방법을 제안하,

고자 한다 여기서 제안하는 바람길 해석방법은 향후 개발 보급이 시급한 것으로 판단되. ,

는 바람길 해석 가이드라인의 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

도시계획이나 택지개발을 포함한 대부분의 개발계획은 기존의 토지피복상태에 변화

를 수반하게 된다 토지피복형태의 변화는 태양열 흡수과정 및 야간의 복사에너지 전달.

과정 등에 영향을 미침에 따라 해당지역의 국지적 열환경에 교란을 유발하게 된다 그.

결과 국지적 규모로 발생하는 대기순환 형태에 변화를 초래하게 된다 아울러 도시개발.

에서는 일정 공간을 점유하는 인공구조물 고층건물 등 이 조성됨에 따라 공기흐름을( )

차단 혹은 증가시키거나 흐름의 방향을 변화시키는 등 지표면에 인접한 공기층의 이동양

상에 지속적인 영향을 미치게 된다.

이하 논의의 편의를 위하여 지표면에 인접한 공기층의 이동과 관련된 환경을 해당지

역의 통풍환경으로 지칭한다 본 장에서 언급되는 용어 열환경 및 통풍환경 은. ‘ ’ ‘ ’

논의 혹은 분석을 위하여 편의상 구분한 것으로 실제로 이 두 가지 환경요소는 유기적으,

로 서로 밀접하게 연관되어 있고 상호 영향을 미친다.

특정지역의 통풍환경이 열악할 경우 외부지역으로 대기오염물질이 원활하게 배출되,

지 않기 때문에 오염배출이 크지 않음에도 불구하고 해당지역의 대기질은 쉽게 나빠질

수 있다 환기통풍가 원활하지 않은 밀폐 공간에서 흡연을 하게 되면 담배연기와 냄새. ( )

가 짙게 조성되는 것과 같은 물리적 현상이다 통풍환경은 대기질에 매우 중요한 영향을.

미치며 대기질 여기서는 특정 오염물질의 대기중 농도는 해당지역의 통풍환경과 오염, ,

배출 및 유입조건에 의해서 결정된다 대기질 상태가 통풍환경에 의해서 결정되는 반면.

일반적으로 대기질 상태에 따라 통풍환경이 변화되지는 않는다 이는 열환경과 통풍환경.

이 유기적으로 상호영향을 미치는 것과는 대조적이다 그 결과 열환경과 통풍환경은. ,


상호 연계성을 고려하여 분석이 되어야하는 반면 대기질은 열환경과 통풍환경에 대한,

분석결과를 토대로 독립적으로 분석할 수 있다.

통풍환경의 변화는 보행자가 바람을 맞으면서 느끼는 쾌적성 혹은 불쾌감에도 변화를

유발한다 일례로 높은 건물이 건립된 이후 겨울철에 건물 사이의 차가운 골바람에. ,

의해서 체감온도가 저하되면서 보행쾌적감은 매우 낮아지는 경우가 종종 발생한다 문제.

가 심각한 경우 방풍을 목적으로 조경을 실시하는 등 사후대책을 수립할 수도 있지만,

수목을 식재할 공간을 확보할 수 없거나 수목의 방풍효과가 충분하지 못한 경우도 발생할

수 있다 따라서 계획수립시에 근원적으로 이러한 문제가 발생하지 않도록 건물배치.

등을 조정하는 것이 바람직하다.

대기질 환경의 경우 풍속이 낮을 때 문제가 되는 것과는 대조적으로 보행쾌적감은,

일반적으로 풍속이 높은 경우에 문제가 된다 대기질 환경측면에서는 특정지역의 풍속이.

높을수록 통풍환경이 개선되기 때문에 좋다 그러나 풍속이 일정 수준을 넘어서면 보행.

쾌적감이 저하되므로 개발계획에서 무한정 높은 풍속이 형성되도록 하는 것이 항상,

바람직한 것은 아니다 특히 도심에서의 고층건물 신축 등과 같이 보행환경이 중요한.

개발사업의 경우 보행쾌적감은 더욱 중요한 고려요소가 된다 기존 바람길 분석에서.

보행쾌적감이 고려된 사례를 발견하기가 어려운데 이는 보행쾌적감이 대기질환경 요소,

로 간주되지 않는 현재의 실상이 반영된 것으로 보인다 그러나 보행쾌적감은 대기질환.

경과 마찬가지로 통풍환경과 밀접하게 관련되어 있고 분석 및 대책수립을 위한 기술적

절차가 대기질 환경과 거의 동일하기 때문에 특정사업의 경우 바람길 분석시 보행쾌적,

감에 대해서도 고려하는 것이 필요하다 할 수 있다.

본 장에서는 개발계획이 해당지역의 통풍환경에 미치는 영향을 산정하고 이를 토대로,

해당지역의 대기오염농도 변화를 정량적으로 계산할 수 있는 일련의 바람길 해석절차를

제시하고자 한다 아울러 특정한 개발계획에 대해서 바람에 대한 보행자의 체감쾌적도를.

평가할 수 있는 절차도 제시하고자 한다.

제 장의 구성은 다음과 같다 절에서는 현상의 개요를 절에서는 바람길 해석과4 . 2 , 3~5

정을 세 부분의 단위작업으로 각각 구분하여 제시하였다 기상현황 분석방법과 환기환경.


변화예측방법은 각각 절과 절에서 그리고 통풍환경에 대한 분석결과를 토대로 대기질3 4

변화를 예측할 수 있는 방법은 절에 제시하였다5 .

바람장 특성2.

일정지역에 대한 개발사업은 기류상에 고층건물군 등과 같은 장애물을 배치시키기

때문에 해당지역의 바람장에 국지적인 변화 곧 퉁풍환경의 변화를 유발시킨다 택지개, .

발 혹은 도시계획 등에서 바람길해석 대상영역은 개략 에 해당한O(1 km) ~ O(10 km)

다 개발 전후의 통풍환경 변화가 정량적으로 분석되면 이를 토대로 개발에 따른 대기질. ,

변화 또한 정량적으로 예측할 수가 있다 개발로 인한 바람장의 변화를 얼마나 정확하게.

예측할 수 있는가 하는 점이 바람길해석의 신뢰도를 결정하는 핵심적 요인이 된다.

분석대상지역에 형성되는 바람장 혹은 기류형태는 광역바람장과 국지바람장‘ 6) 이’

합쳐진 것으로 간주할 수 있다 여기서 광역바람장은 크기가 이상에 달하는. O(10 km)

것으로 분석대상지역을 포함한 주변 넓은 지역에 걸쳐 형성되는 기상시스템을 의미한다.

반면 국지바람장은 산곡풍 호소풍 해륙풍 혹은 도시열섬 기류 등과 같이 분석대상지역, , ,

을 중심으로 인접지역에 국지적으로 형성되는 기상시스템을 의미한다 광역바람장과.

국지바람장의 크기는 위치와 시간에 따라 변동한다 광역바람장과 달리 국지바람장의.

경우 기상현상에 영향을 주는 국지적 요인 즉 지형이나 토지피복조건 등에 의해서 형성,

된다 산곡풍은 넓은 사면과 계곡으로 구성된 산악지형에서 발달하고 호수나 바다에. ,

인접한 지역에서는 호수풍이나 해륙풍이 형성된다 국지바람장의 경우 광역바람장에.

비해 일정한 풍향과 균질한 특성을 갖는다 예를 들어 산곡풍의 경우 자연적 지형계곡. (

등 을 따라 비교적 일정하게 형성되는 경향이 있다) .

광역바람장과 국지바람장의 크기는 계절 및 하루 중 시간대에 따라 복잡하게 변동하기

때문에 분석대상지역의 바람장은 일반적으로 간단하게 규정되기 힘들다 바람길 해석에, .

6) 이하 논의의 편의를 위하여 설정한 개념적인 구분이며 순간 바람장을 광역규모와 국지규모로 명확히,

구분하는 것은 실질적으로 불가능하다.


서 통풍환경 변화를 예측하기 위해서는 구체적인 기류조건사업대상지역의 풍향과 풍속(

등 을 선정해야 한다 바람길 해석을 위해 선정하는 기류조건은 분석대상지역에서 실제) .

로 형성되는 기류현상을 잘 대변할 수 있어야 한다 분석대상지역의 기류현상은 일반적.

으로 복합적이고 복잡하게 변동하기 때문에 바람길 해석을 위해 기류조건을 설정하는

과정은 세심한 주의가 요구된다 설정된 기류조건에 따라 바람길 해석의 주안점과 절차.

도 달라진다 본 장에서는 두 가지 극단적인 상황 곧 국지바람장이 우세한 경우와 광역. ,

바람장이 우세한 경우를 고려하였다.

가 국지 바람장 우세상황.

국지바람장이 우세할 경우에는 대상지역에서 바람장이 거의 국지적 기류흐름으로만

형성된다 이러한 상황은 일반적으로 광역바람장이 미약할 때에 발생한다 이러한 상황. .

은 고기압 기단이 한반도에 정체하는 경우 등으로 여러 지역에 위치한 기상관측소에서,

풍속이 현저히 낮거나 무풍상태인 것으로 관측된다 광역바람장이 미약할 경우 넓은. ,

영역에 걸친 대기순환이 거의 정체되기 때문에 대기 중으로 배출된 오염물질이 대기

상에 고농도로 축적되어 대기질이 나빠진다 이러한 대기정체현상이 지속될 때 오염배출.

원이 밀집된 지역일수록 대기질은 급격히 나빠져 심각한 오염문제가 발생하게 된다.

풍속은 그 지역의 대기질을 결정하는 매우 중요한 인자이다 실제로 국내 도시지역에서.

장기간에 걸친 대기질 관측자료를 분석해보면 오염농도가 높은 기간과 풍속이 낮은 기간

은 매우 높은 상관성을 지닐 뿐 아니라 대기질에 가장 큰 영향을 미치는 인자가 풍속인,

것으로 나타난다 김석철과 조승헌( , 2004).

광역 바람장이 미약한 조건 하에서는 국지순환풍이 형성될 수 있는 지역에서는 산곡풍

과 같은 국지바람장이 이상적으로 발달한다 산곡풍이 발달할 수 있는 지형 내에 분석대.

상지역이 위치한 경우를 가정해보자 대기가 정체하여 대기질이 심각하게 저하될 수.

있는 상황 하에서 이 지역을 통과하는 기류는 산곡풍이다 이 경우 대상지역을 통과하는. ,

산곡풍의 흐름에 의해서 오염물질이 제거되기 때문에 심각한 오염정체현상을 완화 혹은

해소하는데 산곡풍의 흐름은 매우 중요한 역할을 한다 따라서 대기오염물질이 고농도로.


축적될 수 있는 기상조건 하에서 산곡풍과 같은 국지기류의 역할은 중요하다 독일.

이나 오스트리아(Baden-W rttemberg Innenministerium, 1977) (Oettel et.al.,ü등지에서 기류가 정체된 조건에 대한 산곡풍이나 국지 바람장에 대한 원활한2001)

통풍환경을 조성하는데 주안점을 두는 것은 이 때문이다 도시 바람길 계획으로 국내에.

많이 알려진 독일의 경우 에는 바람(Baden-W rttemberg Innenministerium, 1977)ü길 계획을 아예 국지 바람장에 국한하고 있다 찬 공기가 생성되는 지역을 확인하여.

오염원의 입지를 제한함으로써 신선한 기류가 형성되도록 하고 형성된 공기흐름이 국지

적으로 원활하도록 바람길 관리를 수행하는데 주안점을 두고 있다 광역 바람장 자료에.

근거한 주풍향에 대해서 통풍환경을 분석하는 국내 사례와는 대조적이다.

보다 쾌적한 대기질환경을 목적으로 바람길 조성계획을 수립하기 위해서는 분석대상,

지역에서 국지 바람장의 발생특성을 파악하는 것이 매우 중요하다 국지기상현황에 대한.

정보 무풍 혹은 저풍속 조건이 얼마나 자주 발생하는지 무풍 혹은 저풍속 조건 하에서( ,

산곡풍과 같은 국지 바람장이 발달하는지 발달한다면 그 특징은 어떠한지 등를 토대로, )

고농도 오염축적현상이 발생할 수 있는 상황에 적합한 통풍통로를 계획할 수 있다 사업.

대상 지역에서 국지 바람장이 강하게 발달할 수 있는 조건을 갖추고 있을 경우 사업대상,

지역의 관측자료에 포함된 광역 바람장 기여부분을 배제하는 것이 바람길 해석에서 매우

중요할 수 있다 고농도 오염상황을 완화하기 위해서는 국지적 규모로 형성되는 기류에.

대해서 원활한 통풍통로가 형성될 수 있도록 하는 것이 효과적이기 때문이다.

나 광역 바람장 우세상황.

광역바람장이 우세한 경우는 대상지역에서 바람장이 거의 광역 기상시스템에 의해서

형성되는 상황이다 이러한 상황에서는 국지적 기류보다 훨씬 강한 바람이 광역기상시스.

템에 의해서 유발되는데 대표적인 예는 열대성저기압 예 태풍 이나 온대성 저기압이, ( , )

지나가는 경우이다 이런 경우에는 대상지역 전역에서 바람이 강하게 형성된다 지역에. .

따라 토지피복조건이 균질한 넓은 평야지대 등 국지적인 순환기류가 강하게 형성될( )

수 없는 곳도 있는데 이 경우 대상지역의 기류는 광역바람장으로만 형성된다 광역바람, .


장이 우세한 경우는 당시 대상지역을 통과하는 광역기상시스템에 의해서 기류가 형성되

기 때문에 국지 바람장과 달리 풍향 등이 매번 바뀌는 등 관측시기별로 바람장의 변화가,

크다 광역 바람장에 대한 관측자료의 경우 발생빈도가 다양한 풍향 및 풍속범위에. ,

대해서 산개하여 분포하는 경향이 있다 따라서 통풍환경 분석을 위한 기류조건의 경우.

의 수가 그만큼 증가한다.

전술한 바와 같이 풍속이 적정 수준 이상으로 높아질 때에 보행환경이 악화된다 높은.

풍속이 발생하는 경우는 주로 광역바람장이 우세할 때이다 따라서 쾌적한 보행환경.

목적으로 바람길 조성계획을 수립하기 위해서는 광역 바람장의 발생특성을 파악해야

한다 대상지역에서 발생할 수 있는 고풍속 조건을 토대로 사업시행에 따른 통풍환경변.

화곧 보행고도에서 풍속증감 분포를 예측할 수 있고 적절한 통풍통로 계획혹은 방풍계( ) (

획 을 수립할 수가 있다 표 은 이상의 논의를 표로 정리한 것이다) . < 4-1> .

표 바람길해석과 기류현상< 4-1>

현상구분 발생조건 및 특징 바람길해석 주안점

국지바람장 우세

광역바람장이 미약할 경우에 발생▪국지적 기류순환 발달▪광역 대기정체로 고농도 대기오염▪발생가능

통풍환경▪대기질환경▪

광역바람장 우세

광역 기상시스템 예 열대성 혹은( ,▪온대성 저기압 통과시 발생)

고층건물 주위의 강풍발생에 따른▪보행쾌적성 저하가능

보행환경▪


기상현황 분석3.

가 대기경계층.

분석대상지역의 대기경계층 구조는 직접적인 관측이나 측정을 통해서 파악하는 것이

이상적이다 그러나 현실적으로 분석대상지역의 대기경계층 구조를 관측 혹은 측정에.

의해서 파악하기는 대단히 어렵다 따라서 단순화된 조건에 대해서 성립하는 일반적.

이론을 활용하게 된다 대기경계층 구조 특히 표면조건이 균질하고 평탄한 지형 이하. , (

균질평탄지형에 대해서는 기존연구가 많이 수행되었다 대기경계층에 대해 제시된 기존) .

이론 혹은 경계층모델은 거의 균질평탄지형에 대한 것이다 균질평탄지형은 일정 공간범.

위에 대해서 건물높이나 형상인자 그리고 지형변화가 통계적 측면에서 일정한 것으로

간주될 수 있는 지형이다 개별 건물의 형상은 다르지만 평균높이나 높이분포가 일정.

공간범위에서 균질한 경우는 균질평탄지형으로 간주될 수 있으므로 실제로 도시지역이

균질평탄지형에 해당하는 경우가 흔히 존재한다.

균질평탄지형에 대한 이론 혹은 경계층모델에서 각종 미기상 인자들은 일반적으로

연직방향으로만 변화하는 것으로 설정된다 즉 풍속과 풍향의 시간평균과 난류량 그리. ,

고 기온 등이 공간상에서 연직고도 만의 함수로 근사된다 경계층 모델이론은 대기유동.

현상에 대한 관측과 물리적 법칙 등에 근거하여 구성된 것으로 많은 연구가 수행된 바

있다 여기에서는 자세한 소개는 생략하고 본 연구의 목적에 부합되는 내용을 중심으로. ,

간략하게 경계층 모델이론을 설명하고자 한다.

바람길을 분석하기 위해서는 분석대상 주변 지역의 대기경계층 내 기류특성에 대한( )

정보가 필요하다 기본적으로 필요한 자료는 풍속분포 곧 평균풍속과 난류성분 분포이. ,

다.

나 지수함수 대기경계층 모델.

균질평탄지역의 대기경계층에서 평균풍속은 다음과 같은 지수함수로 나타낼 수 있다

(Hellman 1916, Davenport 1960).


∞

·······················································································(1)

식 에서 는 지면으로부터의 연직고도이며 는 대기경계층 높이이고(1) z , H , V∞와 는v(z)

각각 대기경계층 고도 및 임의 고도 에서의 평균풍속이다 식 은 경계층 내의(z=H) z . (1)

풍속분포에 대한 기존 모델 가운데 가장 단순한 형태의 한가지로 폭 넓게 사용되어 왔다.

그 이유로는 식 이 비교적 단순하여 사용이 용이하다는 점 외에도 복잡한 형태의 다른(1)

모델에 비해서 더 부정확하다는 증거가 없기 때문이다(Davenport, 1963).

식 에서 지수 은 지면 거칠기 와 대기안정도에 따라 달라진다(1) n (roughness length) .

중립안정도 조건 하에서 은 개략(neutrally stable or adiabatic condition) , n 0.1~0.6

의 범위를 지닌다 값은 해수면 등과 같이 표면상태가 매끈한 지역 지면 거칠기가. n (

매우 작은 지역 에서 약 주택가 등의 저층건물이 산재한 지역지면 거칠기가 다소) 0.1, (

큰 지역에서는 약 그리고 초고층 건물이 밀집한 지역지면 거칠기가 매우 큰 지역) 0.2, ( )

에서는 약 정도이다 중립안정도 조건에서 지수 은 지면거칠기의 함수이며 경험식0.3 . n ,

이 제안되어 있다(Counihan, 1975).

지면 거칠기의 길이는 지면조건에 따라 결정된다 지면 거칠기 길이는 실제지면에.

위치한 장애물의 높이에 비해서 훨씬 작으며 초고층건물이 입지한 도심에서 지면거칠기,

의 길이는 를 넘지 않는다 중립안정도 조건 하에서 식 의 대기경계층 높이 는1m . (1) (H)

개략 로 풍속과 지면거칠기에 따라 크게 달라지지 않는다600m , (Counihan, 1975).

중립안정도가 아닌 대기조건 즉 대기가 안정하거나 불안정한 경우에서는 식 의, (1)

지수 은 지면거칠기 외에도 대기안정도의 함수가 된다 대기가 불안정한 조건에 대해서n .

는 중립안정도와 유사하게 지수 은 거의 지면거칠기의 함수이다 반면 대기가 안정한n . ,

조건에서 지수 은 거의 대기안정도의 함수이며 지면거칠기에 따라서는 별로 차이를n

나타내지 않는다 중립안정도가 아닌 대기조건에 대해서도 지수 에 대한 정량적 관계식. n

혹은 도표가 제시된 바 있으나 여기서는 보행환경해석과 관련된 중립안(Snyder, 1981),

정도 조건에 대해서만 살펴보자.

풍속이 높을 때 열적환경과 상관없이 대기는 중립안정도 상태로 수렴한다 보행환경에.


대한 해석은 보행자에게 불쾌감을 유발하거나 보행 장애를 일으키는 높은 풍속 상황을

대상으로 한다 따라서 보행환경해석은 실질적으로 대기조건이 중립안정도인 경우에.

해당한다 중립안정도 조건에서 난류강도는 다음 식으로 표시될 수 있다. (Kaimal et

al. 1972; Busch 1973).

·················································································(2)

식 에서 는 각각(2) Aj Au=1.0, Av=0.8, Aw 이며 는 직교좌표계에서의=0.5 , u, v, w

축을 나타낸다x, y, z .

중립안정도 조건에서 난류강도를 표시하기 위해 널리 사용되는 또 다른 방법에서는

평균풍속과 유사한 형태로 지수함수를 사용한다.

·················································································(3)

식 에서 지수 은 동일한 지면조건에서 식 의 지수 과 같다 대상지역의 노풍도(3) n (1) n .

에 따라 적정한 지수를 적용할 수 있다(wind exposure) .

대기경계층의 특징을 보다 분명하게 규정하기 위해서 식 과 식 혹은 식 의 평균(1) (2) (3)

풍속과 난류성분 외에도 각 방향 난류성분에 대한 파워 스펙트럼, (power spectral

과 개의 적분길이척도 등이 명시되어야 한다 각 물리density) 9 (integral length scale) .

량에 대한 모델 방정식은 선행연구 를 통하여 자세히 제시되어(ASCE, 1999; p.59-60)

있다 대기경계층 내에서 발생하는 현상에 대해서 보다 엄밀한 모델 혹은 풍동실험을.

수행하기 위해서는 상기의 추가적인 물리량에 대한 조건을 고려해야 한다 그러나 현실.

적으로 통풍환경과 오염확산에 대한 분석을 위해서는 평균풍속과 난류성분만으로 대게

는 적당할 것으로 여겨진다 이는 본 연구자들의 제한된 경험에 근거한 것이므로 향후. ,

보다 엄밀한 검증이 필요할 것이다.

다 대기경계층 모델. AERMOD

균질평탄지형의 대기경계층에 대해서는 지금까지 중립안정도를 중심으로 살펴본 내용


외에도 많은 기존 연구결과가 존재하며 새로운 관측 혹은 연구가 추가되면서 대기경계,

층에 대한 기존이론이 지속적으로 수정 보완되고 있다 지금까지 대기경계층에 대해.

발표된 이론과 모델은 지표층7) 에 거의 집중되어 있다고 해도 과언이(surface layer)

아니다 지표층은 지면에 인접하여 형성되는 대기층으로 대기가 안정된 경우에 그 높이.

가 지면에서 약 정도에 달하며 불안정한 경우 중립안정도 포함 에는 지표면에서10m , ( )

약 정도까지 형성된다 지표층 이상의 대기경계층에 대한 정보는 제한적이고150m . ,

특히 강안정 상태의 대기경계층에 대해서는 아직도 규명되어야 할 부분이 많다.

그럼에도 불구하고 지표층을 포함한 대기경계층 전반에 대한 모델을 구성하고자 하는,

노력은 지금까지 많이 시도되었다 다양한 안정도 조건의 대기경계층 전반에 대한 모델.

이하 대기경계층 모델 은 여러 연구자에 의해 수행된 다양한 측면의 기존 연구결과를( )

종합함으로써 구성된다 대기경계층 모델이 가장 널리 사용되고 있는 곳이 대기확산모델.

이다 대기확산모델은 대기경계층 전반에 걸쳐 오염물질이 확산되는 과정을 취급하기.

때문에 반드시 대기경계층 전체에 대한 정보가 필요하다 여기서는 미국 환경청. (US

에서 최근에 개발한 대기확산모델 에 적용된 대기경계EPA) AERMOD(Cimoreli, 1982)

층 모델을 소개하고자 한다.

대기경계층 모델은 일군의 연구자로 구성된 모델개발 위원회에AERMOD AERMOD

의해 완성된 것으로 대기경계층에 대해서 최근까지 수행된 연구결과를 종합한 것으로,

이해할 수 있다 때로는 상반되기도 하는 다양하고 많은 연구결과를 종합하는 과정에서.

는 특정 연구결과가 선택되면서 유사상황에 대한 다른 연구결과가 기각될 수밖에 없는

데 이러한 선택에는 명확한 객관적 기준이 없다 이러한 불확실성은 대기경계층에 대해, .

향후 보다 정확한 정보가 확보되기까지 불가피하다 따라서 대기경계층모델. AERMOD

이 가장 정확한 대기경계층 모델이라고는 확언할 수 없으며 실제로 대기경계, AERMOD

층 모델과 유사한 모델이 다수 존재한다 그럼에도 불구하고 여기서 대기경. , AERMOD

7) 지표층 는 층 내에서 연직방향 난류유속 이 일정한 특징이 있어(surface layer) (turbulent flux) constant

라고 불리며 모든 안정도 조건에서 근사법칙 이 성립하는flux layer , Monin-Obukov (similarity law)

층임


계층 모델을 상세하게 제시하는 까닭은 비교적 최근까지의 기존 연구결과가 반영된 모델

이라는 점 외에도 대기경계층 모델의 일반적인 특징과 구성요소를 잘 나타내기 때문에

목적에 따라 변형 및 활용이 용이하기 때문이다 결국 대기경계층모델은 지금. AERMOD

까지 대기경계층에 대한 다양한 연구결과의 집대성 혹은 발췌요약이라 표현할 수 있을

것이다.

대기경계층모델은 매시간 단위의 연속된 지상 기상관측자료와 특정시각의AERMOD

일부 기상요소에 대한 상층 기상관측자료대기혼합고 등를 토대로 평균풍속과 난류성분( )

등의 공간분포를 생성할 수 있는 일련의 자료처리 절차8)로 구성된다 대기경. AERMOD

계층모델은 지상 기상관측자료와 상층기상관측자료를 입력자료를 바탕으로 대기가 안,

정한 경우 대기로부터 지표면을 향해 현열흐름이 형성되는 경우로 차가운 지표면으로(

인해 인접한 대기층이 냉각되는 경우 와 불안정한 경우 지표면으로부터 대기를 향해) (

현열흐름이 형성된 경우로 뜨거운 지표면으로 인해 인접한 대기층이 가열되는 경우 를)

구분하여 대기경계층 내 각종 물리량 풍속 온위 등 의 분포를 순차적으로 계산한다( ) .

부록 에 대기경계층모델의 계산절차를 자세히 소개하였다A AERMOD .

대기경계층모델은 이상화된 조건 즉 일정규모에 대해서 평균적인 지표조건AERMOD

이 균질하고 지형 또한 평탄한 지역에 대해서 구성된 모델로서 제반 기상인자는 연직방향

으로는 변하지만 수평방향으로는 일정하다 실제를 이상화한 단순화된 모델임에도 불구.

하고 대기경계층모델에 의해 기술되는 기상인자는 입력인자의 연속함수이기AERMOD

때문에 입력인자를 약간만 바꾸어도 즉 지표관측풍속 혹은 현열유속이 조금만 바뀌어도,

대기경계층 모델에 의해 생성되는 기상인자 즉 평균풍속 혹은 난류성분의AERMOD ,

연직분포 등은 달라진다 따라서 대기경계층모델에서는 전술한 나 지수함. AERMOD ‘ .

수 대기경계층 모델 에서 제시된 모델과 같이 노풍도 구분에 따라 혹은’

대기안정도 등급구분에 따라 불연속적으로 경계층모형이 달라지는Pasquill-Gifford

문제점이 없고 다양한 대기경계층 조건을 생성할 수 있다는 이점이 있다 와, . AERMOD

8) 대기경계층 모델의 자료처리 절차는 으로 작성되어 있으며 원시 프로그램AERMOD FORTRAN , (source

이 일반에 공개되어 있다program) .


같은 단순한 대기확산모델에서는 모델의 계산과정이 간략하기 때문에 대기경계층 조건,

즉 각종 기상인자의 연직분포가 다양하게 달라져도 문제가 되지는 않지만 바람길해석에,

사용하는 정교한 기류해석모델 예컨대 모델이나 풍동실험 등에서는 해석해야할, CFD

대기경계층의 형태가 너무나 많다는 것은 현실적으로 문제가 된다 대기경계층의 조건이.

달라질 때마다 새롭게 모델해석 혹은 풍동실험이 수행되어야 하는데 모델해석이나 풍동,

실험에 소요되는 시간과 자원이 작지 않기 때문이다 따라서 대기경계층 모델. AERMOD

을 이용하여 바람길 해석을 위한 대기조건을 설정하기 위해서는 대단히 다양한 대기경계

층을 몇 가지로 유형화함으로써 모델해석이나 풍동실험 경우의 수를 줄이는 것이 필요하

다.

라 기상현황자료 수집.

개발계획에 대한 바람길해석은 대상지역의 기상현황자료를 필요로 한다 대상지역에.

서 산곡풍이나 해륙풍 등의 국지적 규모의 순환풍이 발생하는지 풍속이 대체로 강한,

지역인지 특정한 방향으로 풍향이 집중되는 경향이 있는지 계절별 월별 시간별 기상현, ,

상에 특기할 규칙성이 있는지 등의 기상현황에 대한 분석에 근거하여 특정한 개발계획,

에 대한 바람길 해석을 수행할 수 있다 국내 기존 바람길해석 사례에는 특정한 한 가지.

풍향주 풍향에 대해서 단지계획이나 건물배치에 따른 통풍조건을 분석한 경우가 많은( )

데 이러한 바람길해석이 타당하기 위해서는 실제로 사업대상지역의 풍향빈도가 분석,

조건으로 설정한 그 풍향에 대부분 집중되어야만 한다 풍향발생빈도가 주 풍향이 아닌.

다른 방향에 대해서도 높다든지 대기오염도가 높아지는 저풍속조건에서 국지적으로,

발생하는 순환풍의 방향과 주풍향이 일치하지 않는 경우에는 주 풍향에 대한 바람길해석

은 무의미해질 수 있다 분석대상지역과 동떨어진 기상조건으로 바람길해석을 시도할.

경우 근본적으로 잘못된 풍향으로 접근하게 되므로 이후 과정에서 아무리 정확하게,

작업이 수행되더라도 부적절한 결과가 산출된다 사업대상지역의 기상현황에 대한 정확.

한 정보는 정확한 바람길 해석을 위한 기본이라 할 수 있다.

분석대상지역에 대해 수집되는 가장 일반적인 기상자료는 지상 수 내지 수십 미터의


일정고도 분석공간상의 일정 점에서 관찰한 풍향 풍속 온도 습도 일사량 운량, , , , , ,

등의 지표기상관측자료이다 에어존데 등을 이용해 수집된 상층기상자료가 존재할 경우. ,

풍향 풍속 온도 압력 등에 대한 고도별 분포자료가 추가적으로 확보된다 이러한, , , .

기상자료는 대기경계층 모델 나 지수함수 경계층모델 혹은 다 대기경계층( . . AERMOD

모델 을 통해 분석공간의 대기경계층 구조를 파악하거나 분석대상지역의 국지순환풍)

특성을 분석하는데 활용된다.

분석대상지역에 대한 기상현황자료를 수집하는 한 가지 방법은 인접한 기상대의 관측

자료를 확보하는 것이다 국내 대부분 지역에서 장기적으로 관측된 기상대 지표기상.

관측자료가 존재한다 기상대 자료를 이용하는 경우 기존자료를 이용할 수 있기 때문에. ,

새로운 관측을 위한 추가시간을 소비하지 않으면서 분석대상지역의 기상특성을 파악하

는데 필요한 장기관측자료를 확보할 수 있다 그러나 기상관측위치가 분석대상 지역에.

충분히 인접하지 않을 경우 분석대상지역에 국지적으로 존재하는 기상특성 국지순환, (

풍이 제대로 파악될 수 없다는 한계가 있다 바람길해석에서 국지순환풍은 매우 중요하) .

다 많은 경우 분석대상지역의 국지기상특성을 보다 정확히 파악하기 위해서는 해당위. ,

치에서 기상관측을 수행해야 한다 특히 산곡풍과 같이 하루 주기를 지니는 국지순환풍.

의 경우 사업지역에서 연속적으로 관측한 풍향 및 풍속자료와 기상대에서 제공되는 지역

규모 기상관측자료 등을 토대로 그 존재여부와 특성을 파악할 수가 있기 때문에 국지적,

인 기상현상이 중요할 것으로 여겨지는 지형에 대해서는 직접관측을 수행하는 것이 바람

직하다.

직접관측을 수행할 경우 각 계절별 영향을 파악할 수 있도록 충분히 긴 시간동안

기상자료를 수집해야 한다 산곡풍이나 해륙풍 등의 국지순환풍은 고기압이 머물면서.

넓은 지역에서 대기가 정체되어 풍속이 약한 조건에서 하루주기로 강하게 발생하는 특성

이 있다 따라서 국지순환풍을 파악하기 위해서는 시간단위로 관련 기상항목을 연속적으.

로 관측할 필요가 있다 국내 기존사례에는 일평균 혹은 월평균 기상자료가 사용된 경우.

가 있는데 이러한 자료로는 국지순환풍의 특성을 파악할 수 없다, .

보행환경 분석을 위해서는 높은 풍속의 발생자료가 필요하다 보행환경에 대한 분석은.


두 가지 상황으로 구분할 수가 있는데 한 가지는 강풍으로 인해 보행이 위험 혹은 곤란한,

경우에 대한 분석이며 나머지 한 가지는 바람으로 인해 보행자가 불쾌감을 느끼는 경우에

대한 분석이다 보행이 위험 혹은 불가능한 경우는 매우 높은 풍속이 형성되는 경우로.

국내의 경우 주로 여름철 태풍 내습시기에 해당될 것이다 따라서 그 발생빈도는 일반적.

으로 낮다 반면에 보행자의 불쾌감을 유발하는 경우는 겨울철에 비교적 높은 풍속이.

불 때로 발생빈도는 상대적으로 높다 보행환경 분석을 위한 고풍속 발생현황은 관측자, .

료에 대한 통계적 모델을 사용할 경우 보다 신뢰도는 높일 수가 있다 태풍내습 등과.

관련된 강풍발생 연최대풍속 등 에 대해서는 분포 혹은 분포 등이( ) Gumbel Weibull

자주 사용되고 있고사단법인 대한건축학회 보다 일상적인 고풍속발생일최대풍( , 1981), (

속 등 에 대해서는 분포가 적합한 것으로 알려져 있다) Weibull (Davenport, 1968;

Gomes and Vickery, 1977).

통풍환경 변화예측4.

사업대상지역의 기상현황에 대한 분석이 완료되면 절 기상현황 분석결과를 토대로(3 ),

사업이 시행된 이후 해당지역의 바람흐름이 어떻게 바뀔 것인지 예측하여야 한다 즉. ,

개발계획 시행에 따른 통풍환경 변화를 예측하게 되는데 여기에 모델, 9) 시뮬레이션

혹은 그리고 풍동실험 등이 수행된다 바람길분석을 목적으로 특정 개발계획에 따른( ) .

통풍환경변화를 모델 시뮬레이션 혹은 풍동실험을 통하여 예측하고자 하는 경우 사용,

모델 혹은 풍동은 다음의 현상을 해석하기에 적합해야 한다.

구획별 토지이용형태에 따른 기류 및 오염확산형태를 예측할 수 있어야 한다 바람.①

길 분석대상인 개발계획에 건물을 포함한 각종 인공구조물의 형상 및 배치형태가

결정된 경우에 각 구조물의 형상과 위치가 기류 및 오염확산형태에 미치는 영향을,

적절히 예측할 수 있어야 한다 이 경우 모델에서는 해상도가 수 내지 수십. , m

9) 컴퓨터 모델을 의미함


이내이다.

국지순환현상이 중요한 경우에 해당현상산곡풍 해륙풍 등을( , , country breezes )②

적절히 예측할 수 있어야 한다 다양한 안정도조건 하의 대기현상을 적절히 분석할.

수 있어야 한다 특히 대기안정조건 하에서 성층화된 경우에 발생하는 기류현상. ,

예 건물에 의한 기류 차단효과 등 을 적절히 분석할 수 있어야 한다( ) .

가 컴퓨터 모델 시뮬레이션.

모델￭컴퓨터 모델을 이용한 시뮬레이션은 개발계획 시행에 따른 통풍환경 변화를 예측할

때 가장 흔히 사용되는 방법이다 모델은 바람길 현상과 관련된 제반현상을 모델방정식, .

으로 표현하여 해석하는 도구이다 모델의 적용범위나 정확도는 모델방정식과 밀접하게.

관련이 있다 모델방정식은 잘 알려진 물리법칙에 근거하거나 경험적 인과관계 혹은.

가정 등으로부터 유도될 수 있다.

물리법칙 질량보존법칙 뉴턴운동법칙 열역학방정식 등 으로부터 유도되는 모델방( , , )

정식으로는 연속방정식 운동방정식 에너지방정식 열전달방정식 물질전달방정식 등, , , ,

이 대표적이다 이하 논의를 위하여 상기 모델방정식 곧 물리법칙에 근거한 모델을. ,

보편모델 이라고 한다 현재 사용되는 대부분의 보편모델 은 이러한 모델방정식‘ ’ . ‘ ’

의 해답을 수치해석적으로 찾을 수 있도록 고안된 것인데 그 적용대상이 매우 넓다, .

모델이 기초하고 있는 모델방정식 곧 물리법칙이 폭넓은 경우에 대해서 성립하기 때문,

이다.

반면에 물리법칙이 아닌 경험적 인과관계나 완전하게 검증되지 않은 가정에 근거하는

모델도 있다 전술한 보편모델 과 구분하기 위하여 이러한 모델을 경험모델 이. ‘ ’ , ‘ ’

라고 하자 산곡풍이나 성층화된 대기에 대해 적용하는 반경험식이나 난류현상에 대한. ( )

가정으로부터 구성된 다양한 모델이 경험모델 에 해당한다 경험모델 은 모델이‘ ’ . ‘ ’

근거한 모델방정식의 한계 곧 경험적 인과관계나 가정이 성립되는 조건을 벗어나는,

경우에는 사용할 수가 없다 경험모델 은 전술한 보편모델 에 비해서 적용대상과. ‘ ’ ‘ ’


조건이 매우 제한적이다 그러나 이러한 제약에도 불구하고 경험모델 이 사용되는. ‘ ’

까닭은 보편모델 을 적용할 수가 없는 경우가 현실적으로 발생하기 때문이다 게다가‘ ’ .

경험모델 은 보편모델 에 비해서 일반적으로 매우 단순하여 연산과정이 간단하‘ ’ ‘ ’

다는 장점이 있다.

실제로 사용되고 있는 모델은 보편모델 과 경험모델 이 혼합된 형태가 대부분‘ ’ ‘ ’

이다 순수한 보편모델 의 예로는 난류모델을 사용하지 않고 유동방정식곧 연속방. ‘ ’ ( ,

정식 운동방정식 등 을 수치해석하는 코드가, ) DNS (direct numerical simulation)

있지만 수가 낮은 유동에 대해서만 사용할 수가 있기 때문에 바람길해석과, Reynolds

관련된 대기현상에는 적합하지 않다 다양한 분야에서 유동현상을 정교하게 시뮬레이션.

하기 위해 흔히 사용되는 수치해석모델 혹은 전산유체역학모델(Computational Fluid

이하 모델 은 보편모델 과 경험모델 이 혼합된 형태이Dynamics model, CFD ) ‘ ’ ‘ ’

다 이러한 모델 모델은 상기의 유동방정식 외에 추가적으로 흔히 등의. CFD ( k-e, LES

난류모델로 알려진 난류가정 등에 의존한다 현재 사용되고 있는 다양한 난류가정 혹은) .

난류모델은 그 어떤 것도 온전히 검증된 것이 아니기 때문에 모델의 정확도는 이로CFD

인해 제약을 받는다 특정문제에 대해 특정한 모델이 적합한가 하는 문제는 모. CFD CFD

델에 적용된 난류모델에 의해서 결정되기도 한다.

기상분야에서는 예보능력 유무에 의해서 모델을 예보모델 과 진단(prognostic model)

모델 로 구분하기도 한다 이러한 구분의 기준 곧 모델의 예보능력(diagnostic model) . ,

은 운동방정식에 의해서 결정된다 예보모델은 운동방정식 방정식. (Navier-Stokes 10))

을 해석하는 반면 진단모델은 해석하지 않는다 예보모델과 진단모델 모두 보편모, . ‘

델 과 경험모델 의 절충된 모델이지만 예보모델은 보편모델 에 가까운 반면’ ‘ ’ , ‘ ’

진단모델은 경험모델 에 가깝다 기상청에서 수치예보를 위해 사용되는 는 예‘ ’ . MM5

보모델이며 환경이나 산업안전분야에서 차원 바람장을 생성하는데 종종 사용되는, 3

은 진단모델이다CALMET(Scire et.al, 2000) .

진단모델은 예보모델에 비해서 간단하고 수치해석적으로 안정된 연산과정만을 수행하

10) 비선형 편미분 방정식으로 수치해석을 위해서는 방대한 연산과정이 요구됨,


기 때문에 모델 수행속도가 매우 빠르고 운영이 훨씬 간편하다 예를 들어 예보모델을. ,

사용할 경우 슈퍼컴에서 수 시간 계산을 해야 하는 문제가 진단모델로는 에서 수PC

분내에 처리될 수도 있다 이러한 이유로 인해 진단모델이 자주 사용되는 경향이 있지만. ,

진단모델의 사용에는 각별한 주의가 필요하다 진단모델은 거의 경험모델 이기 때문. ‘ ’

에 당초에 모델이 목표로 하는 제한된 조건 하에서만 운용되어야 한다 적정한 적용범위, .

를 벗어나는 경우 모델결과에는 심각한 오류가 포함될 수 있다 건물이 배치된 지형조건.

이나 수 내지 수십 미터의 고해상도 바람길해석 모델링에 진단모델을 적용할 경우에는

매우 신중해야 할 필요가 있다 산악지형에 대한 풍동실험과 비교했을 때 은. CALMET

그리 정확하지 않은 것으로 나타났다 심우섭( , 2006).

예보모델은 일반적으로 경험모델 의 요소보다 보편모델 의 요소를 더 많이‘ ’ ‘ ’

지닌다 경험모델 은 적용한계가 제한되지만 진단모델에 비해서 예보모델은 다양한. ‘ ’ ,

대기현상에 타당하게 적용할 수가 있다 따라서 바람길 해석을 목적으로 기상모델을.

적용할 경우 예보모델을 사용하는 것이 유리한 경우가 많다 기상분야에서 주된 관심이.

대상이 되는 공간규모수 십 의 모델해상도는 바람길 해석시 요구되는 수 내지 수십( km )

미터에 이르는 모델해상도에 비해서 훨씬 크다는 것에 유의할 필요가 있다 이는 기존.

예보모델에 포함된 경험모델 요소가 바람길 해석에 요구되는 규모에 대해서 적합하‘ ’

지 않을 가능성이 많다는 것을 의미한다 일례로 의 경우 모델링격자가 수. , MM5 km

이하인 경우에는 오차가 매우 커지는 것으로 알려져 있다.

예보모델은 물리법칙에 근거한 각종 유동방정식을 수치해석적으로 해석하기 위해 고

안된 모델이므로 모델에 해당한다 즉 모델 가운데 기상 예보를 목적으로 상대CFD . , CFD

적으로 넓은 공간영역에 적용하기 위한 것이 예보모델이다 본 연구에서 사용되고 있는.

모델은 특정 모델이나 구체적인 코드를 지칭하는 것이 아니라 보편적 유동방정식에CFD ,

대한 모든 종류의 수치해석 모델을 의미한다 제반 조건을 고려할 때 모델은 바람길. CFD

해석에 요구되는 공간해상도로 관련 물리현상을 모델링할 수 있는 가장 현실적인 모델인

것으로 판단되지만 실제 모델의 종류는 매우 다양하고 모델구성을 위한 수치해석적, CFD

기법 또한 매우 많아서 모두 열거할 수 없을 정도이다 따라서 바람길 해석과 관련하여.


구체적으로 모델 선정 및 적용기준을 설정하는 것은 매우 방대한 작업으로 본 연구CFD

의 범위를 넘는다 다만 바람길 해석에 특정한 수치모델 혹은 모델을 적용할 경우. CFD ,

수치해석도구에 대해 상식적으로 통용되는 기준을 적용하여 해당 모델의 정확도 및 적합

성에 대해서는 반드시 사전검증을 해야 할 것이다.

모델링 시공간적 범위 경계조건:￭모델 혹은 수치모델을 사용하여 개발계획에 대한 바람길 해석을 수행할 경우CFD ,

즉 개발에 따른 통풍환경변화를 분석할 경우 시간 및 공간적으로 충분한 범위에 대하여,

모델링을 수행하여야 한다 대표성 있는 분석결과를 얻기 위해서는 대상지역에서 다른.

시기에 발생하는 다양한 기상현상을 고려해야 하고 대상지역의 기류특성이 왜곡되지,

않을 정도로 충분히 넓은 영역을 포함해야 하기 때문이다 그러나 분석대상지역을 포함.

하는 충분히 넓은 모델영역에 대해서 긴 시간예컨대 년 이상에 대해서 매시간별 기류( 1 )

현상의 변화를 모델을 사용하여 시뮬레이션 하는 것은 현실적으로 불가능하다 유동CFD .

방정식에 대한 반복계산 혹은 기타 수치해석적 처리를 위해서 많은 계산과정이 포함되는

모델의 경우 시뮬레이션 소요시간이 너무나 많이 걸리기 때문이다CFD , .

분석대상 지역에 대해서 모델에 의한 분석결과가 대표성을 지니기 위해서는 실제CFD

로 발생할 수 있는 기류조건을 충실히 고려하여야 한다 모델 해석결과가 얼마나 충실하.

게 대표성을 지니는가 하는 점은 모델이 얼마나 정확한가 하는 점과는 별개이다 설령.

완벽하게 정확한 모델을 사용하여 시뮬레이션을 수행한다 할지라도 시뮬레이션을 위해,

설정한 조건이 분석대상지역의 실제조건과 다르다면 시뮬레이션에 의해 예측된 퉁풍환

경변화는 부정확할 수밖에 없다 분석대상지역에서 실제 발생할 수 있는 다양한 기류현.

상을 모두 시뮬레이션하는 것이 대표성 있는 결과를 얻기 위해 가장 좋겠지만 모델, CFD

에 의한 시뮬레이션 횟수가 그만큼 많아져서 시뮬레이션 시간이 이에 비례하여 늘어나므

로 현실적으로 가능한 방법이 아니다 따라서 대표성을 적정수준으로 확보하는데 필요한.

최소한의 시뮬레이션 조건 즉 경계조건 및 초기조건을 설정하여 시뮬레이션을, CFD

수행해야 한다.


바람길분석을위한모델링에서각각의시뮬레이션은주어진경계조건에대해서수행된

다 따라서분석대상지역에대한바람길해석모델링에서고려해야할 서로다른 경계조. ( )

건의총회수가시뮬레이션회수가된다 경계조건은모델영역의경계에서모델변수에부.

과되는조건이다 기류가형성되는공간의바닥면 지표면 과같이자연적으로구별되는. ( )

경계면이아닌모델경계에서의경계조건 예컨대수평경계면에서의경계조건은모델영역,

내부 곧분석대상으로설정된영역 와물리적으로상호작용하는모델영역외부의영향을( )

명시한것으로볼수있다 기류현상에대한 시뮬레이션은경계조건에민감하게종속. CFD

되기때문에경계조건에따라달라지기마련이다 타당한시뮬레이션결과를얻기위해서.

는모델의수치해석적오차가적정수준으로제어되어야하고아울러명시된경계조건이

적절해야 한다.

바람길 해석을 위한 모델링에서 가장 중요한 경계조건 중의 하나는 접근류 조건이다.

분석대상지역의 풍상측 기류 경계조건 즉 모델 입구면에서 평균풍속과 난류성분의 분포,

혹은 순간 풍속분포는 시뮬레이션에 결정적인 영향을 미친다 분석대상지역의 실제조건.

을 반영하기 위해서는 대상지역에서 충분히 긴 기간동안 기상현황풍향 풍속 안정도조건(

등을 관측한 후 혹은 인접한 기상관측소로부터 충분한 기존자료를 확보한 후에 관측) ( ),

결과를 토대로 모델 입구면 경계조건을 설정하는 방안을 고려해볼 수 있다 기상관측자.

료로부터 접근류 조건을 명시하는 과정의 예는 앞에서 제시하였다 얼마나 긴 기간동안.

의 기상관측자료를 활용해야 적절한지는 명확한 기준이 없지만 우리나라 기후가 년 계1 (4

절 을 주기로 유사하게 반복된다는 점을 감안하면 년 정도의 자료가 적용되는 것이) 1

바람직하지 않을 까 판단된다 참고로 환경영향평가시 사업대상지역의 기상특성을 파악.

하기 위해 직접 관측을 하는 경우에 일반적으로 최소 년 동안의 기상변화를 연속적으로1

관측한다.

만약 시간 단위로 년 연속의 기상관측자료를 토대로 경계조건을 설정하여 순차적으1 1

로 시뮬레이션을 수행한다고 할 경우 총 시뮬레이션 회수는CFD , 8,760 (=365×24)

회이다 모델링 격자개수가 개이고 일반적인 에서 안정 혹은 불안정상태. 1,000,000 PC

의 유동해석 시뮬레이션을 수행할 경우 효율적으로 작성된 모델을 사용하여, CFD


상태의 유동변수를 분석하는데 걸리는 시간 곧 회 시뮬레이션에 소요되는stationary , 1

시간은 개략 시간 혹은 일 정도이다 따라서 회의 시뮬레이션을 수행하O(10) 1/2 . 8,760

는데 소요되는 시간은 개략 일 년 에 달한다 대단히 효율적인 모델을4,380 (= 12 ) . CFD

사용하고 연산속도가 빠른 컴퓨터슈퍼컴 등를 사용하여 시뮬레이션 속도를 증대시킨다( )

고 하더라도 통풍환경변화를 분석하기 위한 시뮬레이션 소요시간이 너무 과대하다, .

모델링 격자수가 더 많은 경우나 몇 가지 개발방안을 비교하여 최적대안을 설정하는

경우에는 시뮬레이션 시간이 더 길어진다 따라서 년 기간에 대해서 시간 단위로 순차. 1 1

적으로 시뮬레이션을 수행하는 것은 실질적으로 불가능한 방법이다 분석대상지역의.

기상현황을 고려하기 위해 요구되는 분석조건의 경우의 수가 너무나 많다 이러한 문제.

는 모델이 아니라 풍동실험을 통하여 통풍환경변화를 예측하는 경우에도 마찬가지CFD

로 발생한다 풍동실험을 수행하는 경우에도 가지의 조건을 모두 고려하는 것은. 8,760

불가능하다.

분석조건의 횟수를 줄일 수 있는 방안으로 장기 대기질 영향을 계산하는데 사용되는

방법을 고려해 볼 수 있다 장기 대기질 예측모델 등의 경우 년 평균 대기오염. (ISC3LT ) , 1

농도를 계산하기 위해서 시간 농도를 제공하는 단기 대기질 예측모델 등 을1 (ISC3ST )

년 기간에 대해서 연속하여 적용하지 않는다 계산 경우의 수가 너무 많기 때문이다1 . .

대신 발생 가능한 기상상태를 몇 가지로 경우로 구분한 후 방위 풍향 등급 풍속(16 , 6 ,

등급 대기안정도 등 각 경우에 대한 발생빈도 함수6 ), (Joint Frequency Function,

와 대기질농도로부터 년 평균 대기오염농도를 계산한다 즉 모델계산을 효율적으JFF) 1 . ,

로 수행하기 위해서 년에 해당하는 회의 경우를 가지 풍향 풍속 안1 8,760 576 (=16 ×6 ×6

정도 로 축소시킨 것인데 축소의 요점은 단기모델결과가 유사하게 나오는 기상조건을) ,

일일이 고려하는 대신 한 번만 고려하는 것이다 바람길 해석을 위한 시뮬레이션은. CFD

단기 대기확산모델에 비해서 계산시간이 훨씬 길기 때문에 장기 대기질 예측모델에,

사용하는 항목 수를 더 줄일 필요가 있다 적정한 항목의 수나 항목설정 방안에JFF . JFF

대해서는 현재로서는 명확한 기준을 제시하기 어렵다 여기에 대해서는 향후 추가적인.

연구가 필요하지만 구체적 개발계획을 바탕으로 바람길 해석결과에 대한 풍향조건이나,


대기안정도 풍속 등의 민감도를 분석하여 항목의 수를 적절히 감소시켜야 할 것이JFF

다 장기대기확산모델 등에서 채택하고 있는 안정도등급 안정도구. (Pasquill-Gifford

분 과 앞에서 설명한 대기경계층모델에 사용되는 연속적인 대기안정도 간에) AERMOD

는 일정한 관계가 성립한다 대기경계층모델의 매 시간별 대기안정도 조건을. AERMOD

몇 가지 유형화된 등급으로 분류하기 위해서 이러한 관계를 참조할 수 있다.

통풍환경변화에 대한 분석을 대기질 영향이 심각하게 발생할 수 있는 경우로 국한시킬

경우 시뮬레이션이 요구되는 횟수는 현저히 줄어들 수 있다 전술한 바와 같이 대기질, .

영향이 심각하게 발생하는 경우는 기류가 정체된 경우로 산곡풍과 같은 국지순환풍이

우세하게 형성되는 때이다 국지순환풍은 지형적인 요인에 의해서 생성되기 때문에 중규.

모 기상현상보다 상대적으로 일정한 풍향을 지향하고 더욱 균일한 특성을 지니는 경우가

많다 따라서 국지순환풍을 대상으로 시뮬레이션을 수행하는 경우 중규모 기상현. CFD ,

상에 대한 것과는 달리 분석대상 횟수가 현저히 줄어들 수 있다 또한 통풍환경변화에. ,

대한 분석이 보행환경과 관련될 경우에도 시뮬레이션 횟수가 현저히 줄어들 수CFD

있다 앞에서 설명된 바와 같이 보행환경에 대한 분석은 고풍속조건에 해당한다 고풍속. .

조건 곧 풍속이 높을 때에 대기안정도는 중립안정도로 수렴하는 등 시뮬레이션이CFD

필요한 분석횟수가 현저히 줄어들 수 있다.

나 모형실험.

풍동 이나 수조설비 를 통한 모형실험(wind tunnel) (water channel) (physical

은 모델과 더불어 개발계획 시행에 따른 통풍환경 변화를 예측할 수 있는 대표적model)

인 수단이다 모형실험에서는 분석대상지역을 본떠 만든 축소모형을 대상으로 풍동 혹은.

수조설비에서 기류측정 및 확산실험이 수행된다 분석대상지역의 현상 곧 실제규모의.

현상은 몇 가지 물리적 상사법칙 에 근거하여 축소모형에 대한 실험결과(similarity law)

로부터 유추할 수 있다 그림 은 대형경계층 풍동에서 도시지역의 건물모형을. < 4-1>

대상으로 기류측정 실험을 하는 사진이다.


그림 풍동실험 사례< 4-1>

자료 국방과학연구소: , 2005

적절히 수행된 모형실험은 정확도가 높은 결과를 생산할 수 있기 때문에 풍동 혹은,

수조실험은 신뢰도 높은 예측수단으로 간주된다 모형실험과 모델수치모델 혹은. ( CFD

모델 은 통풍환경 예측수단으로서 상호보완적인 측면을 지닌다 수치모델 혹은 모) . CFD

델과 비교하여 모형실험의 강점은 모델이 지니는 오차요인들이 없다는 점일 것이다.

척도까지 모든 규모의 난류에디 가 온전히 반영된 모형Kolmogorov (turbulent eddy)

실험 결과에는 수치모델 혹은 모델과 같이 불완전한 난류가정으로 인한 오차가CFD

포함되지 않는다 또한 모형실험에는 차분오차와 기타 수치해석적 오차가 전혀 없다. .

반면 모형실험의 경우 컴퓨터만으로 결과를 얻을 수 있는 모델에 비해서 분석자료를,

획득하는 과정이 훨씬 복잡하다 모형실험에서 수 이상에 달하는 대상지역 규모에. km

대해 타당한 실험결과를 얻기 위해서는 경계층풍동(Boundary Layer Type Wind

과 같은 큰 규모의 설비가 필요하다 바람길해석과 관련하여 모형실험의 가장Tunnel) .

심각한 한계는 실제대기에서 발생하는 다양한 안정도 조건과 접근류 조건을 실험환경에

서 구현하기가 어렵다는 점이다 바람길해석 대상지역과 같이 수 이상에 달하는. km

영역의 대기경계층 조건에 대한 모형실험은 중립안정도 조건에 대해 수행되는 것이 대부


분이다 대규모설비를 갖춘 조건 하에서도 지면냉각 혹은 가열 등의 안정도실험설비가.

구비되지 않을 경우11) 바람길해석 모형실험은 중립안정도 조건의 보행환경에 대한 예측,

이나 강한 바람이 부는 경우곧 중립안정도 대기조건의 건물 주변 기류측정 등에 국한된( )

다 특히 대기질환경 변화를 예측하고자 하는 경우 대기가 정체된 조건하에서 산곡풍. ,

등의 국지순환풍이 발달할 때가 주요한데 이 경우는 대기경계층이 강안정조건일 때이, ( )

므로 중립안정도 풍동실험을 통한 분석이 곤란하다, .

수치모델 혹은 모델의 경우와 마찬가지로 타당한 모형실험을 위해서 여러 가지CFD ,

요건이 만족되어야 한다 모형실험을 통해 구현된 축소모형 주변의 기류현상과 실제지형.

에서 형성되는 유동현상이 상호 유사해야 하기 때문이다 여러 가지 풍동실험 조건 중에.

중요한 것 하나가 분석대상 모형의 풍상측 기류형태 곧 접근류 분포이, (approach wind)

다 대상지역에서 실제로 발생하는 다양한 기상현상이 고려된 유효한 분석결과를 얻기.

위해서 앞의 모델링 시공간적 범위 경계조건 에 서술된 바와 같이 접근류 조건을‘ : ’

설정해야 한다 모델과 마찬가지로 모형실험에서도 다양한 풍향에 대해서 요구되는. CFD

형태의 접근류를 정확히 설정하는 것이 매우 중요하다 바람길 해석에서 통풍환경변화를.

분석하기 위해 수행하는 모형실험은 환경분야나 토목분야 등에서 대기경계층 내 모형실

험과 기본적으로 동일하다 대기경계층 내에 위치한 지형 혹은 건물모형 등에 대한 실험.

에 대해서는 많은 선행연구가 수행된 바 있다 그 중에서도 실험수행 절차와 자료해석.

방법에 관해서 포괄적으로 기술한 및 자료는 유용하다Snyder(1981) ASCE(1999) .

모형실험과 수치모델은 바람길해석에서 개발계획시의 통풍환경변화에 대한 분석자료

를 생성한다는 측면에서 매우 유사하다 다만 각각의 정확도와 분석자료 생성과정이.

상이하므로 분석목적에 맞도록 모형실험 혹은 수치모델을 활용하면 될 것이다 모형실, .

험과 수치모델의 각각의 장점은 각각의 단점을 서로 보완할 수 있기 때문에 병행하여,

사용될 경우 통풍환경변화에 대한 분석의 정확도를 향상시킬 수가 있다.

11) 조사결과 국내의 경우 안정 및 불안정상태의 대기경계층 생성이 가능한 대형 경계층풍동설비는 없음,

년 월 기준(2006 6 )


대기질 영향예측5.

사업시행에 따른 통풍환경변화는 대기질환경에 직접적인 영향을 미친다 여기서는.

앞서 서술한 모델 혹은 모형실험을 통해 분석된 통풍환경변화로부터 대기질환경변화를

추정할 수 있는 방안을 도출해보고자 한다 개발사업으로 인한 대기질환경변화는 두.

가지 요인에 의해서 결정되는데 한 가지는 통풍환경의 변화이고 나머지는 오염배출조건,

의 변화이다 사업시행으로 설치되는 각종 인공구조물이 자연적 기류흐름을 차단함으로.

써 대상지역의 통풍환경이 나빠진다면 해당지역 내에서 오염물질이 정체하게 되므로

대기질이 열악해질 것이다 또한 개발사업이 시행될 경우 대상지역 내의 대기오염배출량.

이 변화주로 증가하게 되므로 이에 따라 대기질이 악화될 수 있다 따라서 대기질변화( ) , .

를 예측하기 위해서는 통풍환경 및 대기오염배출조건의 변화에 대한 분석이 선행되어야

한다.

퉁풍환경에 대한 분석자료가 제시된 경우 대기오염배출자료로부터 사업대상지역의

오염농도를 계산하는 과정은 일반적인 대기확산모델링 절차와 동일하다 대기오염물질.

배출조건 곧 각 오염물질의 배출량과 배출원의 공간분포는 개발계획만으로 는 정확히

추정하기가 일반적으로 불가능하다 그러나 각종 오염물질에 대해서 오염배출형태별로.

배출량을 추정할 수 있는 방법국립환경연구원 등이 제시되어 있기 때문에 개발( , 2005 ) ,

계획에 포함된 토지이용형태로부터 오염배출분포를 개략적으로 산정할 수 있다 배출량.

분포와 통풍환경에 대한 분석자료를 토대로 사업대상지역에서 대기오염농도를 산정하는

과정은 기존의 확립된 절차를 따라 수행될 수 있다 개발계획에 대한 바람길해석의 최종.

결과가 대기오염농도 혹은 대기질 변화로 표시되면 해석결과가 명료해지고 이해가 쉽다.

아울러 대기환경기준을 토대로 해당 개발계획의 적합성 여부를 판단할 수도 있고 각각의

개발대안이 대기질환경에 미치는 영향을 직접적으로 비교 확인할 수 있는 등 바람직한,

측면이 많다.

대기질 변화로써 바람길해석결과가 제시되는 것이 바람직하지만 배출량추정과정이

불확실하기 때문에 대기오염변화 예측에 적용된 배출량이 실제 배출조건과 크게 다를


가능성이 있다 그 결과 대기질변화에 대한 예측신뢰도가 낮아지는 문제점이 발생한다. .

설사 통풍환경변화가 정확하게 분석된다고 하더라도 배출량추정이 불확실할 경우 대기

질변화에 대한 예측 또한 불활실할 수밖에 없기 때문이다 이러한 문제를 피하기 위해서.

정확한 배출조건이 주어지지 않은 조건 하에서 대기질 변화를 가늠할 수 있는 방법을

모색하고자 한다.

가 대기오염민감도.

대기오염민감도는 오염배출 단위증가 대비 오염농도 증가비율로 특정지역의 대기환경

이 대기오염에 얼마나 취약한지를 표현하는 수치이다 대기오염민감도가 높다고 해서.

반드시 그 지역의 대기질이 열악하게 되는 것은 아니다 오염배출이 없을 경우 대기오염.

민감도가 높아도 대기질은 청정한 상태를 유지하게 된다 반대로 대기오염민감도가 낮아.

도 오염배출이 많을 경우 대기질은 열악하게 된다 어떤 지역의 대기질은 대기오염민감.

도 뿐 아니라 오염배출량에 의해서 결정된다는 것에 유의할 필요가 있다 그럼에도 불구.

하고 대기오염민감도는 택지개발 혹은 도시계획에 대한 바람길해석과 같이 배출량조건

이 확실하지 않은 경우에 유용한 대기질 평가지표가 된다 대기오염민감도는 오염배출량.

조건의 불확실성에 의해서 영향을 받지 않는 지표이기 때문이다.

대기오염민감도는 여러 가지 수치적 형태로 표현될 수 있을 것이다 본 연구에서는.

통풍량을 사용하여 표현하고자 한다 통풍량은 단위 시간당 일정 면적을 평균적으로.

통과하는 공기의 평균 체적으로 정의된다 통풍량은 정량적으로 표현가능한 물리량이며. ,

통풍량에 대한 단위는 이다 개발지역 내에서 고층건물 등의 장애물이MKS m3/sec .

위치할 때 개발지역에서 통풍량의 변화 일반적으로 감소 가 발생하게 된다 통풍량의( ) .

변화는 대기질 오염농도에 변화를 야기한다는 당연한 관찰로부터 통풍량과 대기오염농

도의 관계식을 아래와 같이 유도할 수가 있다.


그림 통풍량과 대기오염농도 관계식 유도를 위한 공간설정< 4-2>

Z=0

Z=Lv

접근류Qi Ci Q C

qem

QT CT

단지신축지역

오염배출

상부면

입구

출구

Y=Ly Y=0Z=0

Z=Lv

접근류Qi Ci Q C

qem

QT CT

단지신축지역

오염배출

상부면

입구

출구

Y=Ly Y=0

통풍량을 구체적으로 정의하기 위해서는 좌표계가 필요한데 여기서는 직교좌, x, y, z

표계를 고려한다 좌표계의 방향은 접근류의 풍향은 에서 방향을 향하도록 풍향에. +y -y

따라 좌표계를 설정한다 예를 들어 북풍의 경우 좌표축은 동쪽 을 향하고 좌표축. , x (E) y

은 북쪽 을 향하며 좌표축은 지상에서 상공을 향하는 연직방향을 지향한다 논의를(N) , z .

위하여직교좌표계에 적합하도록 개발지역을 포함하는 하나의 직육면체 공간을 생각해( )

보자 그림 참조 이때 수평면 상에 위치한 개발지역은 직육면체 공간에 완전히(< 4-2> ).

포함되며 직육면체의 바닥면은 수평면과 일치한다고 하자 직육면체의 한쪽 측면이 접근.

류 벡터와 수직이 되도록 직육면체 공간의 방향을 설정하자 이렇게 정의된 직계 좌표계.

에서 접근류 곧 개발지역의 풍상 측에서 그림 에서 개발지역으로 유입되, (< 4-2> y=Ly)

는 통풍량 곧 유입통풍량, (Qi 은 다음 식으로 주어진다) .

······························································(4)

식 에서 는 통풍량을 정의하기 위해 설정한 바람 방향에 직각인 연직단면 평면(4) A (yz )


의 면적 곧 그림 의 직육면체 공간의 입구부 측면 면적이다 는 분석목적에, , < 4-2> . A

따라 그 범위가 정해진다 경계층모델 등과 같이 접근류. AERMOD (Vi 가 연직고도) (z)

만의 함수로 표시될 수 있는 경우 식 는 다음과 같이 단순화된다, (4) .

·····················································································(5)

식 에서(5) Lh는 통풍량을 정의한 연직단면의 수평폭 곧 바람방향에 직각이면서 지면,

에 수평한 방향의 폭을 의미한다 는 연직단면의 높이이다 풍하방향으로 개발지역을. Lv .

완전히 벗어난 지점 즉 그림 의 직육면체 공간의 출구측면에서 마찬가지, < 4-1> (y=0)

방법으로 유출통풍량 을 계산할 수 있다(Q) .

··························································(6)

유출통풍량 식 에서 는 풍하방향 끝에 위치한 평면상에서 방향 풍속성(6) v(x,z;t) xz- y

분으로 및 의 함수로 주어진다 를 시간 동안 평균한 값을x,z t . v(x,z;t) T 로

표시하면 유출통풍량 식 은 다음과 같다, (6) .

···········································································(7)

한편 공기 및 오염물질의 질량보존법칙으로부터 통풍량과 오염농도에 대해서 다음

관계식이 성립한다.

·········································(8)

여기서 Ci는 풍상측 유입공기 곧 접근류의 평균오염농도이며, , CT는 그림 의< 4-1>

직육면체 공간의 상부면을 통해 바깥으로 나가는 평균오염농도이고 는 유출공기 곧, C

풍하위치에서 평균오염농도이다. qem은 개발지역에서 대기 중으로 단위시간당 방출되는

단위면적당 오염물질의 량이다 따라서 식 의 좌변은 단위시간당 개발지역의 상부공간. (8)


으로 유입되는 오염물질과 개발지역에 위치한 배출원으로부터 상부공간으로 유입되는

오염물질의 총합이다 식 의 우변의 첫 번째 항은 단위시간 당 개발지역 상부공간의. (8)

상부면을 통해 바깥으로 나가는 오염물질의 량이다 식 의 우변의 두 번째 항은 풍하위. (8)

치에서 기류의 흐름에 의하여 개발공간 상부공간으로부터 단위시간당 빠져나가는 오염

물질의 량이다 따라서 식 의 우변은 단위시간당 개발지역의 상부공간으로부터 바깥으. (8)

로 빠져나가는 오염물질의 량이다 이상의 해석을 종합하면 식 은 모든 오염물질에. (8)

대해서 성립하는 질량보존 법칙이다 이때 화학반응에 의해 오염물질이 개발지역 상부공.

간 내에서 생성 혹은 소멸되는 효과는 무시될 수 있는 것으로 가정하였다.

식 에서 상부면을 통해 바깥으로 빠져나가는 오염물질의 량이 이류 및 난류확산의(8)

합으로 구성된다고 가정하면 다음 등식이 성립한다.

························································(9)

식 를 식 에 대입하면 다음 관계식을 얻는다(9) (8) .

····························(10)

개발지역 내에 건물이 전혀 없는 가상적인 경우를 고려할 경우 풍하지역에서 통풍량,

과 농도를 다음과 같이 표기한다.

············································································································(11)

·············································································································(12)

건물이 없는 경우에는 건물에 의한 기류흐름의 감소가 없기 때문에 가 성립

한다 따라서 식 으로부터 다음식이 성립한다. (10) .

···················································(13)

식 을 식 에 대입하여 정리하면 다음 식을 얻는다(13) (10) .


·········································································(14)

한편 기류가 개발지역을 통과하면서 발생하는 통풍량 감소 즉 그림 에서 유입, , < 4-1>

통풍량과 유출통풍량의 차이를 아래와 같이 표시하자.

································································································(15)

식 를 식 에 대입하여 정리하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다(15) (14) , .

········································································(16)

한편 상부면으로 오염물질의 난류확산이 수평방향 이류량에 비해서 작고 개발지역으,

로 인해 발생하는 통풍량 감소가 유입풍량에 비해서 작은 경우를 고려하자.

≪

≪ ·········································································································(17)

식 은 조건식 하에서 더욱 단순화되어 아래의 근사식이 성립한다(16) (17) .

·······················································································(18a)

혹은

·····················································································(18b)

제 장의 사례에서 확인할 수 있듯이 조건식 은 많은 경우에 대해서 참이기 때문에5 , (17)

식 는 폭넓게 성립한다 식 의 물리적 의미는 간결하다 즉 유입(18a, 18b) . (18a, 18b) .

통풍량에 대한 통풍량 감소즉 상대적 통풍량 감소는 오염농도 에 대해 정의한 상대( ) C*

적 오염농도증가와 동등하다 식 로부터 상대적 통풍량감소와 상대적 오염농도. (18a, 18b)

증가는 등가라는 것을 알 수 있다 상대적 오염농도증가분은 상대적 통풍량감소량에.

정확히 비례한다 그러나 여기서 상대적 오염농도 증가분 간략하게 상대농도 증가분의. ,


환산기준이 C* C╶ i에 대한 것이라는 점에 주의가 필요하다 는 개발지역에 건물은. C*

없고통풍감소효과 없음 오염배출만 있는 가상적인 경우에 풍하위치에서의 평균오염농( )

도이므로 C* C╶ i는 이러한 가상적인 경우에 대해서 기류가 개발지역을 통과하면서

증가하는 오염농도 증가분이다 개발지역의 오염배출량. (qem 이 작을 때에) C* C╶ i 역시

작은 값이 된다 오염배출이 전혀 없는 경우. (qem 에는=0) C* C╶ i 역시 이 되고 이0 ,

경우에는 식 에서 분모가 이 되기 때문에 상대농도가 정의될 수 없다 환기량(18a, 18b) 0 .

감소와는 상관없이 오염배출이 없으므로 농도증가분은 이 된다0 .

나 다풍향 대기오염민감도.

한 개 방향을 가정하여 유도한 식 혹은 식 는 다양한 풍향에 대해서(16) (18a, 18b)

적용가능하도록 일반화시킬 수 있다 기상관측자료로부터 특정한 범위의 방위각에 대해.

서 풍향 발생빈도를 산정할 수 있으며 방위각 에 대한 풍향빈도를 라고 표시하였, f( )θ θ

다 기상관측시 일반적으로 북풍의 풍향각은 로 표기한다 방위로 풍향을 구분하는. 0° . 16

경우 북풍은 방위각 를 중심으로 방위 범위의 바람을 의미한다, 0° 22.5°(=360°/16 ) .

이 경우 는 전체 관측시간에 대해서 북풍이 부는 시간의 비율이 된다 따라서f(0°) .

풍향빈도에 대해서는 아래 등식이 성립한다.

··································································································(19)

풍향의 함수로 주어지는 임의의 물리량 에 대해서 풍향빈도를 고려한 전체 방위, P( )θ

각 에 대한 평균 를 다음과 같이 정의하자(360°) P( ) .θ〈〉

·······································································(20)

식 으로부터 풍향별 의 평균은 다음과 같다(20) C* Ci .╶

·······································(21)


식 에서(21) C* C〈 ╶ i 는 건물이 없는 가상적인 경우에 대한 농도증가분으로 각〉

풍향에 대한 농도증가분 C* C╶ i를 전체 방위각에 대해서 평균한 값이다 한 가지 풍향만.

존재하는 경우 C* C〈 ╶ i 는 C* C〉 ╶ i와 같다.

이제 도시지역의 건물 신축사업 예컨대 초고층단지를 신축하고자 하는 경우를 고려하,

자 도시지역에서는 일반적으로 신축공사를 하기 이전에 부지주변은 이미 다수의 건물이.

입지되어 있는 상태로 초고층건물이 입지하기 이전에도 주변건물에 의해서 통풍량 감소,

및 오염농도증가가 발생하고 있다 초고층건물을 신축하기 이전의 풍하지역 오염농도를.

통풍량 감소를CR, QΔ R로 표시하면 식 로부터 다음 식을 얻을 수 있다, (18b) .

···················································································(22)

초고층건물을 신축한 이후에 풍하지역 오염농도를 CB 통풍량 감소를, QΔ B로 표시하

면 식 로부터 다음 식을 얻는다, (18b) .

···················································································(23)

식 와 식 으로부터 다음 관계식을 얻을 수 있다(22) (23) .

························································································(24)

식 에서(24) 와 는 초고층건물 신축으로 인하여 추가적으로 발생하는 통풍량

감소효과와 오염농도증가를 의미하며 다음과 같이 정의된다.

······························································································(25)

······························································································(26)

전체의 모든 방위각에 대해서 평균한 상대오염농도 증가분( 을 다음과 같이 정의)

하자.

·············································································(27)


여기서 는 식 으로 정의된 평균값을 의미한다 식 와 식 에서(20) . (24) (27)〈〉 를

소거하면,

··························································(28)

그런데 식 으로부터 조건 하에서 다음 관계식이 성립한다(13) (17) .

········································································(29)

식 우변의 분자는 풍향에 대해서 일정하므로 식 로부터 다음 식을 얻는다(29) , (29) .

·······························································(30)

식 을 식 에 대입하면(30) (28) ,

··································································(31)

접근류(Vi 가 연직고도 만의 함수로 표시될 수 있는 경우를 고려하자 그 중에서도) (z) .

접근류의 풍속이 지수법칙으로 묘사되는 경우를 고려하자.

···············································································(32)

식 에서 풍속계수 은 주변건물의 특성에 의해서 결정된다(32) n . Vref는 지상으로부터

고도 zref인 위치에서의 풍속이다 보편적으로 풍속관측은 지상고도 에서 수행된다. 10m .

따라서 지상관측 풍속자료, Vref로부터 식 의 풍속분포를 산출하는 경우 통상(32) ,

zref 인 경우가 일반적이다 풍향에 따라 관측풍속은 일반적으로 다르기 때문에=10m . Vref

는 풍향의 함수 즉, Vref=Vref 이다 식 를 식 에 적용하여 입구통풍량( ) . (32) (5) Qθ i를 산정


하면 다음과 같다.

·····························································(33)

식 을 식 에 대입하면 전체 방위각에 대해서 평균한 상대오염농도 증가분(33) (31) ,

( 에 대해서 아래와 같은 등식을 얻는다) .

··································································(34)

여기서 와 은 각각 빌딩통풍함수 및 기상통풍함수로 다음과 같,

이 정의되는 무차원 함수이다.

······································································(35a)

······················································(35b)

식 의 빌딩통풍함수(35a) 는 기류가 신축건물단지를 통과할 때 발생하는 통풍량

감소로 접근류의 풍량 Qi에 대한 상대적 통풍량 감소를 나타낸다 식 에서 괄호. (35b) 〈

는 식 으로 정의한 평균연산자이다(20) .〉 는 신축건물 단지배치 각도이다 기상통풍함.

수 은 풍향 곧 방위각의 함수인데 반해 빌딩통풍함수, 는 방위각과 단지

배치각도의 차 의 함수로 간주될 수 있다 단지배치각도. 는 단지내에서 건

물간의 상대적 배치가 같은 조건하에서 단지전체의 방향만을 다르게 하는 경우를 고려하

기 위한 것이다 배치각도. 를 다르게 할 경우 빌딩통풍함수, 또한 같은 각도로

회전하여 동일하게 혹은 유사하게 나타날 것이기 때문이다.


제 장5 ․ 모델을 이용한 바람길 분석결과CFD ∣107

∣제 장 모델을 이용한 바람길5 CFD･분석결과∣

본 연구에서는 모델을 이용하여 개의 사례지역에 대한 바람길해석을 수행하였CFD 2

다 모델은 바람길해석을 수행할 수 있는 여러 가지 수단 중 하나이다 전술한 바와. CFD .

같이 모델 외에도 바람길 해석을 위해서는 풍동실험 등과 같은 다양한 기술적 수단CFD

이 존재한다 바람길해석과 관련하여 모델은 매우 유용한 도구이지만 모델예측의. CFD

정확성에 대해서는 의문이 제기될 수 있다 따라서 다양한 형태의 건물구조물로 인해.

발생할 수 있는 매우 복잡한 기류패턴을 모델 등의 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 통하CFD

여 얼마나 정확하게 예측할 수 있을 것인지에 대한 확인작업도 병행되어야 한다 현재까.

지는 바람길 해석과 관련하여 모델구성요건 적용기법 결과분석 등의 구체적 사항에, ,

대한 명확한 기준이 정립되어 있지 않다 이러한 모든 것에 대해 명료한 기준을 세울.

수 있기까지는 향후 많은 연구가 추가적으로 수행되어야 할 것이다.

본 연구에서는 바람길해석에 있어서 모델을 사용한 하나의 선행사례를 제시하고CFD

자 한다 이를 위해서 대표적인 사례지역을 선정하여 앞장에서 제시한 절차에 따라. ,

바람길 해석작업 통풍환경 대기질환경 보행환경 분석 을 수행하였다 바람길 해석을( , , ) .

위해 선정한 대상사업은 두 가지로 도심지역에서의 초고층건물 신축사업과 국지, ① ②

순환풍이 통풍환경에 주요한 요소로 작용되는 지형적 특성을 지닌 지역에서의 택지개발

사업이다.

첫 번째 사례에서는 서울 등의 도시지역에서 최근 빈번하게 수행되고 있는 고층건물

신축사업 특별히 층고가 수백 미터에 달하는 초고층건물 건립에 따른 대기환경상의,

영향을 분석했다 초고층건물 신축부지 주변은 이미 완전히 개발된 넓은 도시의 일부이.

며 주변건물 및 건립예정인 건축물의 형상과 배치형태가 자세하게 주어진 상태에서,

바람길 해석작업을 수행하였다.


두 번째 사례는 주변이 도시화되지 않은 지역에 대한 택지개발사업 혹은 도시개발사업

으로 산지가 많은 국내지형조건 하에서 일반적으로 산곡풍을 적절히 고려해야하는 경우

이다 전술한 바와 같이 산곡풍은 무풍 혹은 약풍시에 국지적으로 발달하는 바람으로.

신선한 공기를 개발지역 내부로 공급하기 때문에 개발 이후에도 그러한 바람 흐름을

잘 보존할 필요가 있다 아울러 택지개발 혹은 도시개발사업의 경우 구체적인 건물형상. ,

은 바람길 해석이 수행되는 시점 곧 계획단계나 환경영향평가 단계에서는 구체적으로,

결정되지 않는 경우가 대부분이다 전반적인 구획안과 도로망과 녹지축 그리고 용적률과.

허용층고 등만의 조건만 확정된 상태에서 개별 개발사업이 향후 대기환경에 미치는 영향

을 분석해야 한다.

본 장은 개의 절로 구성되며 절에서는 모델을 간단하게 소개했다 절과 절에3 , 1 CFD . 2 3

서는 두 가지 사례에 대한 바람길 해석결과를 보여주며 도시지역의 초고층신축사업과,

전원지역 택지개발사업에 대한 분석사례를 차례대로 제시하였다.

수치해석모델1.

가 모델개요.

지배방정식□

바람길 해석에서 요구되는 기류현상과 대기오염물질의 분포를 계산할 수 있는 필드

방정식 은 다음과 같다(field equation) .

---- (36)

---- (37)

--- (38)


식 식 은 유동장 방정식비압축성 방정식으로 유체의 운동(36)~ (38) ( Navier-Stokes )

을 표현한다 는 직교좌표계 에서 각 방향의 속도성분이다. u, v, w (x,y,z) . 와 는 각각P

밀도와 압력이다. f[=(fx,fy,fz 는 압력과 중력 및 점성력을 제외하고 유체에 작용하는)]

나머지 힘으로 유동장 내에 위치한 물체의 표면에 분포된 델타함수형태의 힘이나 코리올

리 힘 등을 나타낸다. ν는 유체의 동정섬계수이다 공기에 대한 질량보존방정식 즉. ,

연속방정식은 다음과 같이 주어진다.

----------------------- (39)

바람길 해석을 위한 유동현상에서 공기의 압축성효과는 극히 미미하므로 비압축성

유동으로 가정할 수 있다 비압축성 유동에서는 밀도가 항상 일정하므로 식 는 보다. , (39)

단순한 형태로 축약된다.

----------------------------- (40)

바람길에서 중요한 산곡풍 등의 기류현상은 위치간 온도차이밀도차에 의해서 발생하( )

므로 온도장 에 대한 방정식이 필요하다 열역학 제 법칙 혹은 에너지보존법칙으로부(T) . 1

터 공기의 온도장 방정식은 다음과 같이 주어진다.

------ (41)

∇⋅

여기서 와k Cp는 각각 공기의 열전도계수와 정압비열이며, SE는 발열체로부터 온도장

으로 공급되는 발열량이고, ∇⋅는 복사에 의한 열전달량이다 식 은 일반적인. (41)

조건에서 성립하는 온도장 방정식의 특수한 형태이지만 산곡풍이나 국지적인 대류순환,

풍을 묘사하기에 적합하다 근사법을 활용하면 온도차에 의한 밀도변화가. Boussineque

중력장 내에서 유동을 일으키는 과정을 적절하게 묘사하는 비압축성 Navier-Stokes

방정식을 구성할 수 있다 근사법에 의해서 유동장 및 온도장에 대한. Boussineque

지배방정식은 식 식 그리고 식 만으로 완전하게 갖추어진다(36)~ (38) (41) (Sherman,


1990).

대기오염물질은 기류흐름에 따라 수동적으로 확산되는 경우를 고려한다 외기 중에서.

대기오염물질은 혹은 농도단위로 존재하기 때문에 이류확산 과정에서 비중의ppm ppb ,

영향은 극히 미미하다 이러한 농도단위에서는 오염물질은 공기의 움직임에 의해서 주변.

지역으로 퍼져나가게 되며 오염물질의 종류와는 상관이 없다 대기오염확산방정식 물, . (

질전달방정식 은 다음과 같이 표현된다) .

----- (42)

식 에서 는 대기오염물질 농도이고 는 확산계수이다(42) C , D . SC는 단위체적당 오염물

질 배출량이다 식 는 모든 종류의 대기오염물질에 대해서 성립한다. (42) .

수치모델의 구성 및 난류모델LES□

모델링을 위한 수치모델 방정식은 유동방정식 연속방정식 온도CFD (36)~(38), (40),

방정식 및 농도방정식 에 대해 유한차분법이하 을 적용 구성하였다 공간(41) (42) ( FDM) , .

에 대한 차분오차는 차 정확도이다 시간에 대해서는 차분오차가 차 정확도에 해당하2 . 3

는 기법을 적용했다 시뮬레이션 시간의 흐름은Runge-Kutta . fully explicit time

기법을 적용하여 묘사하였다 표고차가 크고 다양하고 복잡한 지형모형을 직splitting .

교좌표계 내에서 효과적으로 모델링하기 위해서 가상경계기법(Virtual Boundary

을 사용했다 격자크기 이하의 난류성분을 모델링하기 위해서Method, VBM) .

의 모델을 적용했다 에 의하Smagrorinsky(1963) LES(Large Eddy Simulation) . LES

여 운동방정식 의 점성계수 는 난류에디 점성계수(36)~(38) ( ) (turbulent eddy) (ν νT 로)

대체된다 유사한 방법으로 식 과 식 의 열확산계수. , (41) (42) (k/ρCp 와 분자확산계수) (D)

도 난류에디 점성계수의 함수로 치환된다.

--------------------------- (43) ⋅

식 의(43) DF는 유동의 변형텐서 이다 는 상수(deformation tensor) . C Smagorinsky

로 여기서는 을 적용했다 식 에서, C=0.17 . (43) 는 평균 격자크기이


다 는 각각 방향의 격자간격이다. x y z x, y, z .Δ Δ Δ

가상경계기법□

복잡한 형태를 지니는 빌딩이 기류에 미치는 영향을 고려하기 위해서 가상경계기법

을 적용했다 은 고정격자를 사용하여 유동경계면이 변화하는 문제를(VBM) . VBM FDM

해석하기 위해 고안된 것으로 최초의 제안자인 은 심장 내 혈류를 모델링, Peskin(1977)

하는데 을 적용했다 본 연구의 은 방식을 보완한 것으로 김석철VBM . VBM Peskin ( ,

다양한 형상에 대해 유연하게 적용할 수 있고 조건이 만족되면 수치안정도2003), CFL

가 보장된다(Lee, 2003).

운동방정식 의 우변에 있는 에는 가상경계기법에 의해 모델링하는(36)~(38) fx, fy, fz

힘이 포함된다 유체로 채워진 공간 즉 유동장이 형성된 공간에 고체면을 지닌 형상이.

존재하는 경우 고체표면에서는 마찰력 때문에 유속이 항상 이 된다 점착속도조건, 0 ( ,

가상경계기법은 고체표면에 작용하는 마찰력을 직접 시no-slip velocity condition).

뮬레이션할 수 있도록 해준다 가상경계기법에서 고려하는 마찰력의 크기와 작용위치는.

고체표면 상에서 점착속도조건이 수치모델링 오차범위 안에서 항상 만족하도록 설정된

다.

나 모델 및 실험결과의 비교.

본 연구에서 사례지역으로 선택한 첫 번째 개발사업 초고층건물 신축 의 경우 동일( ) ,

사업에 대하여 풍동실험이 기 수행된 바 있다심우섭 이러한 기존 문헌의 풍동실( , 2006).

험결과를 토대로 본 연구에서 적용된 모델의 정확도를 검토하였다CFD .

심우섭의 풍동실험에서는 타입의 대형 경계층풍동에서 규모의 축소모형Eiffel 1/400

을 사용하여 모형 각 위치에서 풍속분포를 계측하였다 그림 참조 본 연구에서는(< 5-1> ).

풍동실험과 동일한 조건에 대해서 모델링을 수행한 후 모델예측치와 실험결과를CFD ,

비교하였다.

그림 우측 에 모델예측치 종축 과 풍동실험결과 횡축 에 대한 산포도를< 5-1>( ) CFD ( ) ( )


제시하였다 비교자료쌍의 개수 개 풍속이 낮은 일부 영역에서는 실험결과에 비하( 267 ).

여 모델의 예측치가 낮은 경향이 있지만 일정 풍속이상에서는 모델과 풍동실CFD , CFD

험은 비슷하게 일치하고 있다 풍동실험과 비교하여 모델의 예측정확도를 나타내는. CFD

각종 오차지표를 표 에 제시하였다 모델과 풍동실험 간의 상관계수< 5-1> . CFD R2는

로 높은 편에 속한다 상대편중도 가 약 상대오차 가 약0.86 . FB 6%, NMSE 3%, F2

값이 약 로 모델예측치는 풍동실험과 잘 일치하고 있는 것을 보여준다92% , CFD .

그림 도시모형사례연구 대상지역에 대한 풍동실험좌과 모델 비교< 5-1> ( ) ( )

우( ): R2=0.86

표 모델과 풍동실험 비교< 5-1> CFD

통계량 결과

R21) 0.861

FB2) 0.064

NMSE3) 0.029

F24) (%) 91.76

평균풍속 풍동실험(m/sec) ( )

모델CFD ( )

4.12

4.39

비교자료 쌍 개수( ) 267

상관계수1)

2) FB(Fractional Bias) =

3) NMSE (Normalized Mean Square Error)= ⋅

전체 비교쌍 개수 중 배 범위내에서 일치하는 비교쌍의 백분률4) F2 (Percentage of Factor Two): , 2


그림 는 도시모형 상에 균등한 격자형으로 구성한 개의 측정지점< 5-2> 20 (W1~W20)

에서의 연직풍속분포를 비교한 것이다 실험에서 관찰된 연직풍속분포 패턴이 모델. CFD

에 의해서도 매우 유사하게 나타난다 사각기호. (■ 는 풍동실험이며 실선은 모델) , CFD

예측치이다 이상의 비교는 단순화된 기하학적 형상 건물형상 에 대해 특별한 수준의. ( )

고해상도 모델링결과를 토대로 한 것이 아니다 건물크기와 형상 그리고 배치형태가.

다양한 실제 도시지형에 대해서 통상적인 해상도실지형 규모에서 격자간격 에 해당( 8m )

의 모델결과를 토대로 비교작업이 수행되었다CFD .

이상의 비교결과를 토대로 다음 가지 사항을 추측할 수 있다 첫 번째는 빌딩의2 .

형상과 배치형태가 실제처럼 복잡한 경우에 대해서도 모델을 통해서 풍속분포를CFD

합리적으로 예측할 수 있다는 점이다 즉 모델을 통해서 상대오차 이내. CFD (NMSE) 3%

로 혹은( R2 이상으로 대형풍동 모형실험과 일치하는 풍속 예측결과를 생산할=0.8 )

수가 있다 두 번째로는 통상적인 초고층 건물신축에 대한 풍환경모델링시 난류모델로. ,

를 사용하고 격자해상도가 정도일 때 꽤 정확한 결과LES 10 m 12)를 얻을 수 있다는

점을 들 수 있다 참고로 이 정도 규모 및 해상도의 시뮬레이션에 요구되는 계산부하는.

일반 사양의 에서도 충분히PC(CPU: Pantium (R) 4 CPU 3.22GHz, RAM: 2.0GB)

처리가능한 수준이다.

12) 모델링영역의 수평 폭, 800 m


그림 풍동실험 사각기호 과 모델 실선 의 비교< 5-2> ( ) CFD ( )


도심의 초고층 건물 신축에 따른 대기환경영향2.

가 대상지역의 특성.

도심지역에 초고층 건물을 신축할 때의 바람길과 대기환경영향을 분석하기 위해 현재

진행되고 있는 개발사업을 분석대상으로 선정했으며 그림 에 사업지역의 위성사, < 5-3>

진이 나와 있다 그림 에서 황색원으로 표시한 영역내의 사각형 공지가 초고층. < 5-3>

건물군의 신축예정지이다 초고층건물의 높이는 약 이며 사각형 공지의 폭은. 450 m ,

정도이다 신축예정부지 주변은 기개발된 도시지역으로 다양한 층고의 건물이500 m .

밀집되어 있는 상태이다 그림 의 위성사진에서 위가 정북 방향을 나타낸다. < 5-3> (N) .

신축예정부지에서 동남 남 및 남서방향에 높은 건물 고층 아파트 단지 이 위치하고, ( )

있다 나머지 지역 또한 층 혹은 이하의 건물들이 밀집한 상태이다 신축 건물군은. 4 .

최근 대도시에서 흔히 볼 수 있는 형태를 갖고 있으며 신축예정부지 및 주변 지형은,

거의 평탄한 편으로 구릉이나 산지가 없다.

도시지역에서 주요 오염원은 운행차량에 의한 것이다 대상지역 및 주변에도 현재.

크고 작은 도로가 복잡한 형태로 형성되어 있다 특히 신축예정부지의 서측에 바로 인접.

하여 그림 사업부지의 좌측 도로 교통량이 많은 간선도로가 위치하고 있다 도로(< 5-1> ) .

에서 배출되는 대기오염물질이 신축예정부지 및 인근지역으로 확산되어 오염영향이 발

생할 것으로 여겨진다 그러나 전술한 바와 같이 본 대상지역 규모에서 요구하는 공간해. ,

상도 수준으로 도로교통에 의한 오염배출량에 대한 정보를 확보하는 것은 현실적으로

대부분 불가능하다 도시지역에서 초고층건물 건립과 관련한 바람길 해석은 통상 수백미.

터 혹은 이내로 설정되는 분석대상 영역에서 정확한 건물형상을 대상으로 수행되기1km

때문에 대기질 영향을 분석하기 위해 요구되는 오염배출원 분포정보 또한 세밀해야 하기

때문이다.

사례연구에서는 신축예정부지에 인접한 간선도로에서 배출된 오염물질의 확산형태가

초고층건물 신축으로 인하여 어떠한 영향을 받는지 바람길 해석과 함께 오염확산 시뮬,

레이션을 수행하여 검토하였다.


그림 사례분석지역의 위성사진< 5-3>

나 모델 해석조건.

초고층 건물신축에 따른 대기환경영향을 분석하기 위해 건물신축 이전과 이후에 대해

서 각각 모델링 해석작업을 수행했다 그림 는 모델링 해석시 적용한 실제의CFD . < 5-4>

건물배치도이다 그림 의 아래 그림은 현재 상황 즉 부지가 공지인 상태를 나타내. < 5-4> ,

며 그림 의 위 그림은 초고층건물이 건립된 이후를 나타낸다 신축부지 주변에, < 5-4> .

건물이 전혀 없다면 건립이전의 상황에 대해서는 따로 모델해석을 수행할 필요가 없을,

것이다 그러나 도시지역의 경우 신축예정부지 주변에는 이미 많은 건물이 들어서 있고. , ,

이들로 인한 통풍감소 및 대기질 악화현상이 일정 수준으로 이미 발생하고 있다 따라서.

건물신축으로 인해 추가적으로 발생하는 영향을 검토하기 위해서는 신축 이전 및 이후의

상황에 대한 비교분석이 요구된다.

분석대상지역이 평탄하기 때문에 자연적 지형요인구릉이나 산지 등으로 인한 통풍감( )

소효과는 거의 없다고 볼 수 있으며 건물과 같은 인공적 구조물에 의해서만 기류의,

차단과 왜곡이 발생하는 것으로 가정하였다 따라서 모델링 공간내에서 기류의 흐름을.

방해하는 물체는 인공구조물이 전부인 것으로 해석되었으며 가상경계기법 에 의, (VBM)


해서 인공구조물의 배치조건과 형상이 기류에 미치는 영향을 검토하였다.

모델영역의 크기는 방향 방향 방향 이며 모델 격800m(x- )×959m(y- )×520m(z- ) ,

자수는 개 방향 개 방향 개 방향 개이다 따라서 모델해상도는100 (x- )×120 (y- )×70 (z- ) .

수평방향 곧 혹은 방향으로 이며 연직방향 방향 으로 이다 모델의, x y- 8m , (z- ) 7.5m .

좌표축 는 접근류가 항상 에서 방향을 향하도록 설정하였다 즉 모델링x, y, z +y -y .

영역을 접근류의 방향에 맞추어 회전하여 설정하였다 모델영역에서 방향이 방향에. y x

비해서 약 더 길게 설정된 까닭은 모델링시 입구경계조건이 분석대상지역 주변160m

풍속에 미치는 비물리적 영향을 줄이기 위해서이다 풍향에 대해서는 방위 풍향을 고려. 8

하였다 따라서 모델링 경우의 수는 도합 회 방위 신축전후 이다. 16 (= 8 × 2 ) .

접근류의 연직풍속 분포는 지수함수법칙을 가정하였으며 식 또는 식 참조[ (1) (32) ],

풍속계수 은 노풍도 에 대한 값 을 적용했다 시뮬레이션은 초에서n B (n=0.22) . t=0

초까지 연속적으로 수행하였다 시간평균 값을 구하는 경우에는 초기 시뮬레이t=2,000 .

션 자료에 포함된 초기조건의 영향을 배제하기 위해서 초 이후의 시뮬레이션 자료t=200

만을 사용했다 즉 시간평균값은 초에서부터 초까지의 구간 즉 초. t=200 t=2,000 , 1,800

분 동안에 대해서 산출했다(30 ) .


그림 모델링 지형건물조건 신축이후 상 신축이전 하< 5-4> CFD : ( ), ( )


다 통풍 및 대기질 환경영향.

가지 경우에 대한 모델 해석작업을 수행하여 이로부터 통풍환경과 대기질환경을16

분석했다 모델을 통해 예측된 지상고도 수평면에서의 풍속맵을 고층건물 신축이전. 10m

과 이후로 구분하여 그림 와 그림 에 각각 제시하였다 각 풍속맵에서 풍속< 5-5> < 5-6> .

의 크기는 색으로 표시하였다 의 풍속이 발생하는 위치는 붉은 색으로 풍속이. 4 m/sec ,

인 지역은 파란 색으로 표시했고 풍속맵에 도시한 색인에 따라 중간범위의 풍속을0 ,

각기 다른 색으로 구분하였다 방위 풍향에 대한 모델결과를 모두 제시하였고 이해를. 8 ,

쉽게 하기 위하여 시간평균 풍속벡터화살표의 길이는 풍속크기에 비례하며 화살표 방향(

은 풍향과 일치 를 풍속맵과 중첩하여 도시하였다 고층건물 신축으로 인해 발생하는) .

풍속분포의 변화는 신축 이전과 이후에 대한 결과를 비교함으로써 파악할 수 있다 예를.

들면 그림 의 와 그림 의 를 비교함으로써 북풍 조건하에서 초고층건, < 5-5> (a) < 5-6> (a)

물 신축시의 풍환경 변화가 어떠한지를 알 수 있다 초고층건물 주변에서 풍속변화가.

가장 현저히 나타나고 모델영역 출구에 인접한 넓은 지역에 걸쳐 나타나는 저풍속 지역,

의 모양에도 변화가 나타난다 풍향에 따라 또한 비교위치에 따라 초고층건물신축에.

따른 풍속변화가 매우 다양하다 초고층건물이 들어섬으로써 모든 지역에서 일제히 풍속.

이 감소하는 것이 아니라 국부적으로 풍속이 증가하는 곳이 생긴다는 점도 특징적이다, .

아울러 풍속증가 혹은 감소지역이 상대적으로 좁게 나타난다는 점에 유의할 필요가 있

다.


그림 시간평균 풍속벡터 고층건물 신축이전 지상고도< 5-5> : , 10 m

풍향(a) N 풍향(b) NE

풍향(c) E 풍향(d) SE


그림 시간평균 풍속벡터 고층건물 신축이전 지상고도 계속< 5-5> : , 10 m < >

풍향(e) S 풍향(f) SW

풍향(g) W 풍향(h) NW


그림 시간평균 풍속벡터 고층건물 신축이후 지상고도< 5-6> : , 10 m




그림 시간평균 풍속벡터 고층건물 신축이후 지상고도 계속< 5-6> : , 10 m < >




제 장에서 유도한 통풍량과 오염농도의 관계식을 검토하기 위해서 모든 풍향에 대한4 ,

모델결과를 토대로 입구 및 출구에서의 통풍량을 계산했다 바람의 입구 및 출구에서.

통풍량을 계산하기 위해서는 우선 해당지역에서 연직 풍속분포가 필요하다 그림. < 5-7>

에 연직풍속을 계산하기 위해 배치한 풍속산정 위치가 나타나있다 평면도 상에 적색.

사각기호로 표시된 위치가 풍속산정 위치이다 입구 및 출구에 각각 개씩의 풍속산정. 15

지점을 배치하였다 각 풍속산정 지점에서 연직방향으로 개 고도. 15 (z=25, 50, 75, 100,

에서 풍속을 계산했다125, 150, 175, 200, 225, 250, 375, 500, 750, 1,000, 1,200 m) .

설정된 풍향에 따라 바람의 입구 및 출구 위치가 달라지는데 그림 에는 방위, < 5-7> 8

풍향에 대해 적용한 풍속산정 위치가 표시되어 있다.

입구 및 출구 각 개 위치에서의 연직풍속분포 입구면 및 출구면 평균 연직풍속분포15 ,

에 대한 모델링 결과를 그림 그림 에 제시하였으며 여기서 풍속은 최고< 5-8>~< 5-15> ,

점 위치의 평균풍속으로 나누어 무차원화된 형태로 표시하였다.

그림 의 연직풍속분포에 대한 그림을 설명하면 다음과 같다 그림 에서< 5-8> . < 5-8>

좌측 그래프가 입구 및 출구의 각기 개소 위치에서의 연직풍속분포이다 적색실선은15 .

입구 녹색실선은 출구의 풍속분포를 나타낸다 각 실선은 입구 혹은 출구의 한 지점에서, .

계산된 연직평균풍속 그래프인데 여기서 풍속은 시간평균 풍속이다 적색실선의 입구, .

연직풍속분포는 서로 유사한 반면 녹색실선의 출구 연직분포는 서로 차이가 많다 이는, .

출구에서의 시간평균 풍속 연직분포가 위치에 따라 차이가 많다는 것을 의미한다 그림. <

의 우측 그래프는 입구면과 출구면에 대한 연직풍속분포의 평균이다 적색실선은5-8> .

입구평균 연직풍속분포이고 녹색실선은 출구에 대한 것이다 입구면 평균 연직풍속분포, .

는 개소의 입구 연직풍속분포를 각 고도에서 대수평균하여 계산하였다 그림 의15 . < 5-8>

좌측 개 적색 그래프로부터 그림 의 우측에 개의 적색그래프가 얻어지게 된다15 < 5-8> 1 .

입구면 평균 연직풍속분포는 입구폭에 대해서 평균화된 연직풍속분포에 해당한다 출구.

평균 연직풍속분포 또한 마찬가지 방법으로 계산되었다 각 그래프에서 흑색실선은 출구.


평균풍속에서 입구평균풍속을 뺀 값이다 흑색실선은 각 고도별로 입구와 비교하여 출구.

의 풍속이 얼마나 증가했는지를 보여준다 따라서 흑색실선이 음수 범위에 있을 때. ,

입구보다 출구풍속이 낮다.


그림 연직풍속분포 계산지점 풍향< 5-7> : N, NE, E, SE




그림 연직풍속분포 계산지점 풍향 계속< 5-7> : S, SW, W, NW < >




그림 평균풍속 연직분포 건설이전< 5-8> (N )

그림 평균풍속 연직분포 건설이전< 5-9> (E )

그림 평균풍속 연직분포 건설이전< 5-10> (S )


그림 평균풍속 연직분포 건설이전< 5-11> (W )

그림 평균풍속 연직분포 건설이후< 5-12> (N )

그림 평균풍속 연직분포 건설이후< 5-13> (E )


그림 평균풍속 연직분포 건설이후< 5-14> (S )

그림 평균풍속 연직분포 건설이후< 5-15> (W )


입구 및 출구의 평균 연직풍속분포를 초고층건물 신축전후로 구분하여 방위 풍향에8

대해서 그림 그림 에 제시하였다 각 그래프에서 흑색실선은 앞에서< 5-16> ~ < 5-23> .

와 마찬가지로 출구풍속을 해당고도의 입구풍속으로 뺀 값이다 모든 풍향에서 초고층건.

물 건립 이전에도 주변건물의 영향으로 인해 지면에서부터 일정고도까지 입구에 비해서

출구의 풍속이 낮다 즉 기존의 건물들에 의한 통풍감소현상을 확인 할 수 있다 초고층. .

건물 건립 이후를 보면 풍속감소 폭이 더 크고즉 통풍감소현상이 더 심화되고 풍속감, ( ),

소 고도 또한 더 높은 위치까지 영향을 미치는 경향이 모든 풍향에 대해서 일관성 있게

나타난다.

입구 및 출구의 평균 연직풍속분포로부터 통풍량은 쉽게 계산된다식 참조 입구( (7) ).

퉁풍량 Qin 는 입구평균 연직풍속을 연직방향으로 고도 에서부터 고도 까지 적분하(z) 0 z

여 산출한다 여기서는 사다리꼴 공식을 사용한 수치적분으로 입구 및 출구 통풍량을.

계산했다 물리적 의미를 살펴보면. , Qin 는 지면에서 고도 에 이르는 입구면을 통과하(z) z

는 시간평균 무차원 풍량이다 여기서 풍량의 단위가 무차원인 까닭은 풍량계산에 적용.

된 풍속이 최고도 풍속으로 무차원화된 값이기 때문이다 마찬가지 방법으로 출구통량.

Qout 도 출구평균 연직풍속분포로부터 산출한다 입구 및 출구의 통풍량 분포를 초고층(z) .

건물 신축전후로 구분하여 방위 풍향에 대해서 그림 그림 에 제시하8 < 5-24> ~ < 5-31>

였다 각 그림에서 적색실선은 입구풍량 연직분포이고 녹색실선은 출구풍량 연직분포이. ,

다 흑색실선은 해당고도에서 입구풍량을 출구풍량으로 뺀 값이다 따라서 흑색실선은. .

기류가 개발지역을 통과하면서 나타나는 풍량감소분에 해당한다 이하 흑색실선을 통풍. ,

감소곡선이라고 부르기로 한다 초고층건물 신축전후 통풍감소곡선 흑색실선 은 모든. ( )

고도에서 양수이다 즉 모든 고도에서 초고층건물 건립 이후 뿐 아니라 이전에도 이미.

주변 건물로 인하여 풍상측에 비해서 개발지역의 풍하위치에서 통풍량은 감소한다는

것을 의미한다 층고와 개발밀도 배치형태 그리고 풍향 등과 상관없이 도시지역에 형성. ,

된 건물군은 시간평균 통풍량을 모든 고도에서 감소시키는 경향이 있음을 보여준다( ) .


그림 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우< 5-16> N: ( ), ( )

그림 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우< 5-17> NE: ( ), ( )

그림 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우< 5-18> E: ( ), ( )


그림 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우< 5-19> SE: ( ), ( )

그림 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우< 5-20> S: ( ), ( )

그림 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우< 5-21> SW: ( ), ( )


그림 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우< 5-22> W: ( ), ( )

그림 평균풍속 연직분포 건설이전 좌 건설이후 우< 5-23> NW: ( ), ( )


그림 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전 좌 건설이후 우< 5-24> N ( ): ( ), ( )

그림 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전 좌 건설이후 우< 5-25> NE ( ): ( ), ( )

그림 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전 좌 건설이후 우< 5-26> E ( ): ( ), ( )


그림 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전 좌 건설이후 우< 5-27> SE ( ): ( ), ( )

그림 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전 좌 건설이후 우< 5-28> S ( ): ( ), ( )

그림 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전 좌 건설이후 우< 5-29> SW ( ): ( ), ( )


그림 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전 좌 건설이후 우< 5-30> W ( ): ( ), ( )

그림 평균 통풍량 연직분포 통풍량 건설이전 좌 건설이후 우< 5-31> NW ( ): ( ), ( )


그림 그림 에 제시된 각 풍향별 통풍감소곡선의 연직분포에는< 5-24> ~ < 5-31>

일정한 패턴이 있다 모든 고도에서 양수라는 점 외에도 지면 에서 고도가 증가함에. , z=0

따라 통풍감소곡선도 증가하면서 일정 고도에서 최대치에 이른 후 고도가 증가함에,

따라 통풍감소곡선은 감소하여 영으로 점진적으로 수렴한다 통풍감소곡선이 최고치로.

도달하는 고도까지의 증가기울기가 그 이상의 감소기울기보다 더 급하다 초고층건물.

신축이후의 사례를 보면 통풍감소곡선이 최대치에 도달하는 고도는 풍향에 따라 약간의,

차이가 발생하지만 대체로 사이에 해당한다 통풍감소 최대치도 풍향에150m~180m .

따라 차이가 있다 초고층건물 신축이후 통풍감소 최대치가 가장 큰 풍향은 북풍 이. (N)

다.

앞장에서 이론적으로 고찰한 바와 같이 기류가 개발지역을 통과하면서 나타나는 풍량,

변화는 개발로 인해 발생할 수 있는 잠재적 대기오염농도에 대한 척도가 될 수 있다.

통풍량 감소가 심할수록 상대적으로 더 심각한 대기오염이 초래된다 그러나 통풍감소가.

심하게 나타난다고 해서 반드시 대기질환경이 심하게 나빠지는 것은 아니다 대기질환경.

의 악화수준 곧 대기오염농도 증가는 통풍조건의 변화 외에도 개발지역 내에서의 오염,

물질 배출규모와도 상관이 있기 때문이다 개발지역 내에 대기오염배출량이 미미하다면.

통풍감소가 꽤 크게 발생해도 실제 오염농도의 증가는 미미할 수 있다 따라서 초고층.

건물신축 등으로 인한 개발사업으로 인해 발생하는 대기질 영향을 예측평가하기 위해서

는 바람길 분석 모델링 작업시에 대기오염현상에 대한 시뮬레이션을 같이 수행하는 것이

좋다 모델의 경우 대기오염 확산과정은 기류 시뮬레이션과 비교하여 더 정확한. CFD ,

결과를 보여준다 따라서 모델을 사용하여 바람길 시뮬레이션과 동시에 오염원정보. CFD

로부터 대기오염영향 분석작업을 효과적으로 수행할 수 있다 사업대상지역에 인접한.

간선도로에서 배출된 대기오염물질의 확산양상에 대한 시뮬레이션 결과를 그림<

그림 에 제시하였다 각 그림에서 오염농도는 배출농도로 무차원화하였5-32>~< 5-39> .

다 곧 도로상 배출위치 선오염원 에서의 오염농도는 배출농도와 동일하므로 무차원. , ( )

농도는 이 된다1 .


그림 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면< 5-32> ( N, 10m )

건설이전(a) 건설이후(b)

그림 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면< 5-33> ( NE, 10m )



그림 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면< 5-34> ( E, 10m )


그림 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면< 5-35> ( SE, 10m )



그림 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면< 5-36> ( S, 10m )


그림 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면< 5-37> ( SW, 10m )



그림 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면< 5-38> ( W, 10m )


그림 시간평균오염농도 풍향 지상 고도면< 5-39> ( NW, 10m )



그림 그림 로부터 고층건물 신축에 따른 풍향별 대기오염농도 변화< 5-32>~< 5-39>

를 명료하게 파악할 수 있다 각 방위각에 대해서 관측된 풍향발생빈도와 평균풍속을.

참조하면 해당지역의 기상청 관측자료를 참조하면 이러한 농도모델링 결과로부터 평( ),

균적인 오염농도변화를 계산할 수 있다 대기환경기준에 제시된 평균화 시간에 대해서.

대기오염농도 변화를 직접 예측할 수가 있기 때문에 고층건물신축으로 인한 바람길변화

가 유발하는 대기오염농도 변화를 명료하게 예측할 수 있을 뿐 아니라 대기질환경기준

초과유무를 검토함으로써 해당개발사업의 친환경성을 판단할 수도 있다.

그러나 현실적으로 바람길 분석시에는 오염배출에 대한 정보가 매우 불확실하거나

오염배출에 관한 일체의 정보를 알 수 없는 경우가 대부분이다 그림 그림. < 5-32>~<

에 제시된 오염농도분포는 사업지역에 인접한 간선도로에서 선 오염원 형태로5-39>

일정한 규모의 대기오염물질이 배출된다는 가상적인 조건을 전제로 시뮬레이션한 결과

이다 이러한 배출형태는 가상적인 것이며 실제오염원의 분포와 오염배출형태는 정확하.

게 알기 어렵다 정확한 오염원을 파악하기 위해서는 주변지역의 도로에 대해서 차종별.

교통량을 장기적으로 조사해야 할 것이고 계절별로 난방 등에 따른 오염배출량과 대형오

염원에 대해서도 장기적으로 조사를 해야 할 것이다 이러한 조사작업을 바람길해석시에.

매번 수행한다는 것은 현실적으로 쉬운 일이 아니다 오염원에 대해서 신뢰할 만한 정보.

가 없는 경우에는 대기오염 확산과정을 시뮬레이션하여 그 영향을 분석하는 것은 불가능

하다 이에 전술한 제 장에서는 오염배출규모와는 무관하게 잠재적 대기오염농도를 정. 4

의하고 통풍감소와 관계식을 제시한 바 있다 잠재적 대기오염농도의 개념은 오염원정보.

를 필요로 하지 않는다는 점에서는 편리하지만 실제로 대기오염농도와 다를 수 있다는,

점에 대해서는 오해가 발생하지 않도록 주의가 필요하다.

통풍량감소에 대한 모델 예측결과를 토대로 초고층건물 신축에 따른 잠재적 대기오염

영향을 분석하여 표 에 제시하였다 통풍량은 지상고도 의 값이다 풍향에< 5-2> . 150m .

따라 다소 차이가 있지만 는 통풍감소곡선이 거의 최대치에 도달하는 고도이다, 150m .

그림 그림 에 통풍감소곡선이 제시되어 있으나 본 사례연구 지역에< 5-24> ~ < 5-31> ,

서와 같이 입구 및 출구에서 평균풍속의 연직분포가 고도에 따라 단조증가하는 경우에는


통풍감소곡선이 최대가 되는 고도에서 출구평균풍속이 입구평균풍속과 같게 된다 이러.

한 성질을 이용하면 그림 그림 에 제시된 풍속분포로부터 통풍감소, < 5-17> ~ < 5-23>

곡선이 최대가 되는 고도를 쉽게 파악할 수 있다 따라서 지상고도 의 통풍량 차이. 150m

는 최대 통풍감소량에 근접한다 아울러 지상고도 는 물리적으로 독특한 성질을. 150m

지니는 대기경계층의 지표층 높이와 유사하기도 하다 참고로 지표층의(surface layer) .

높이는 대략적으로 정도이다100m .

표 에서< 5-2> ΔQR/Qi, ΔQB/Qi은 각각 초고층건물 신축 이전 및 이후의 접근류에

대한 상대적 통풍감소이며, 과 은 제 장에서 각각 식 와 식 로4 (35a) (35b)

정의된 빌딩통풍함수와 기상통풍함수이다 빌딩배치각도는 이다. 0° ( 관측풍).

속 Vref와 풍향빈도 단위 는 분석대상지역의 기상대 자료로 지상 고도에서의f (% ) , 10m

관측결과이다 초고층건물 신축이전에 풍량감소가 가장 큰 풍향은 북서풍 일 때로. (NW) ,

북서풍에 대해서 상대적풍량감소가 이다18.8% (ΔQR/Qi 반면 초고층건물 신=0.188). ,

축이후에 풍량이 가장 많이 감소하는 풍향은 북풍 으로 북풍이 부는 경우에 상대적(N) ,

풍량감소가 이다35.6% (ΔQB/Qi 초고층건물 신축으로 인하여 추가적으로 발=0.356).

생하는 통풍감소가 가장 많은 풍향이 북풍으로 추가적 풍량감소가 약 정도이다, 17%

( 초고층건물 신축으로 인하여 추가적으로 발생하는 통풍감소가 가장).

작은 풍향은 북서풍 일 때로 추가적 통풍감소량이 약 정도이다 즉 현재 설계(NW) , 6% . ,

방안대로 단지내 건물을 건립할 경우에 건물신축으로 인하여 추가적으로 발생하는 상대,

적 통풍감소량이 풍향에 따라 적게는 에서 많게는 까지 발생하게 된다 풍향에6% 17% .

따라 통풍량감소의 편차가 큰 것을 알 수 있다.

관측풍속과 풍향발생빈도를 고려하여 전체방위각에 대해서 평균한 상대오염농도 증,

가분( 을 구하면 제 장 식 참조 현재의 건물배치각도) [ 4 (27) ], ( 에서 상대오염)

농도 증가는 이다 표14% (< 5-2>, 현재 설계 방안대로 단지내 건물을).

건립할 경우에 건물신축으로 인하여 추가적으로 발생하는 상대적 오염농도증가는, 14%

정도로 예측된다 여기서 상대적 오염농도증가는 오염원이 초고층건물 건립이후와 동일. ,


한 조건하에서 초고층건물이 없는 가상적인 조건하의 오염농도증가[=<C* C– i 제 장>, 4

식 참조에 대한 것이다 즉 나머지 조건은 동일하게 유지된 상태에서 건물신축으로(21) ] . , ,

인하여 추가적으로 발생하는 통풍환경의 악화 때문에 추가적으로 발생하는 대기오염농

도 증가가 건물이 없는 경우의 에 해당한다 이러한 결과를 반대로 해석하면 오염배14% . ,

출이 동일하게 유지되더라도 건물신축으로 인한 통풍환경변화를 전혀 없게 만들었을

때 분석대상지역의 대기오염농도는 개략 가량 감소한다14% .

풍향에 따라 빌딩통풍함수와 기상통풍함수의 편차가 크다는 점에 착안하여 단지의,

배치각도( 를 바꿀 때에 상대적 오염농도증가) ( 가 어떻게 변화하는 지 살펴보았다) .

배치각도( 를 방위 풍향각 단위로 회전시킬 경우에 대해서 상대적 오염농도증가) 8 ()

를 표 에 계산과정과 함께 제시하였다 배치각도< 5-3> . ( 의 변화에 따라 오염농도증가) ,

( 는 최소) 11.0%( 에서 최대) 14.2%( 까지 변화한다 즉 배치) . ,

각도를 바꿈으로써 기대할 수 있는 오염농도 감소효과는 정도이다 현재의 배치방향3% .

( 에서 오염농도증가는 로 최대 오염농도증가 와 거의 비슷하다 만약) 14% 14.2% .

단지계획 수립시에 배치각도를 선택할 여지가 있다면 현재의 단지배치 방향은 거의,

최악에 가깝다.

오염농도가 최소가 되는 단지배치각도( 는 현재의 단지를 시계방향으로)

혹은 반시계방향으로 회전시킨 경우로 이 방향은 통풍이 가장 잘 되는315° ( 45°) ,

단지방향곧( , 가 최소인 방향으로, 일 때 방향이 기상통풍함수NW ) ( 가 최)

대인 방향곧 방향과 정렬된 경우이다 제 장 식 로 정의된 기상통풍함수( , W ) . 4 (35b) ()

가 최대가 되는 방향은 일반적으로 최다빈도 풍향과 일치할 이유가 없다 본 분석대상지.

역의 경우 최다빈도 풍향 방향 표 에서 최대치 의 방향이 기상통풍함, (W , < 5-2> f 38.1% )

수가 최대인 방향과 일치한 것은 우연히 발생한 것으로 보여진다 기존의 바람길 해석에.

서 주풍향은 최다빈도 풍향을 기준으로 선정되는 경우가 많다 그러나 풍속도 오염농도.

에 영향을 주기 때문에 바람길 해석을 위한 주풍향은 기상통풍함수가 최대가 되는 방향으

로 선정하는 것이 더 합리적이다 한편 바람길 해석에서 한 가지 방향으로 주풍향을.


선정하는 과정에는 주의가 요구된다 실제로 발생할 수 있는 다양한 풍향 대신 한 가지.

주풍향만을 고려하여 바람길 해석작업을 수행할 경우 비록 해석작업은 간단해지겠지만,

해석결과에 많은 오차가 포함될 우려가 있다 현재의 분석대상 지역에서는 한 가지 주풍.

향만을 고려한 결과와 모든 풍향을 고려한 상기 분석결과는 일치하는데 이 또한 일종의,

우연으로 생각된다 현재의 분석대상의 경우 한 방향에 대해서만 빌딩통풍함수가 특별. ,

히 낮은 반면 표 에서(< 5-2> 일 때 방향에서NW 기상통풍함수는),

한 방향에 대해서만 유별나게 높다 표 에서 방향에서(< 5-2> W 이러한).

조건하에서는 결과 한 가지 방향에 대해서 최적화된 빌딩배치가 전체 풍향에 대해서

최적화된 빌딩배치와 일치하게 된다 그러나 일반적으로 기상통풍함수나 빌딩통풍함수.

가 특정한 풍향에 대하여 유별나게 높거나 낮은 경우가 발생할 가능성은 그리 높지 않을

것이므로 모든 풍향을 고려하여 단지배치의 최적성 여부를 검토하는 것이 안전할 것이,

다.

표 통풍량감소와 오염농도증가< 5-2> ( )

풍향 QR/QiΔ 1) QB/QiΔ 2) Vref (m/s) f (%)

N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

0.184

0.150

0.103

0.095

0.061

0.113

0.112

0.188

0.356

0.279

0.253

0.207

0.186

0.243

0.267

0.245

1.0

1.5

2.0

1.6

2.3

3.2

2.7

2.0

2.7

12.7

15.8

0.8

5.0

8.9

38.1

5.3

0.172

0.129

0.150

0.112

0.126

0.131

0.156

0.057

0.065

0.205

0.191

0.012

0.053

0.067

0.342

0.064

0.011

0.027

0.029

0.001

0.007

0.009

0.053

0.004

0.140

초고층건물 신축이전 주변건물만으로 인한 통풍량감소1) QR = Qi QR, ,Δ –주변건물 및 초고층건물로 인한 통풍량감소2) QB = Qi QB,Δ –


표 고층건물 단지배치 각도< 5-3> ( 변화에 따른 오염농도증가)

0.172

0.129

0.150

0.112

0.126

0.131

0.156

0.057

0.065

0.205

0.191

0.012

0.053

0.067

0.342

0.064

0.011

0.026

0.029

0.001

0.007

0.009

0.053

0.004

0.057

0.172

0.129

0.150

0.112

0.126

0.131

0.156

0.065

0.205

0.191

0.012

0.053

0.067

0.342

0.064

0.004

0.035

0.025

0.002

0.006

0.008

0.045

0.010

0.156

0.057

0.172

0.129

0.150

0.112

0.126

0.131

0.065

0.205

0.191

0.012

0.053

0.067

0.342

0.064

0.010

0.012

0.033

0.002

0.008

0.008

0.043

0.008

0.131

0.156

0.057

0.172

0.129

0.150

0.112

0.126

0.065

0.205

0.191

0.012

0.053

0.067

0.342

0.064

0.009

0.032

0.011

0.002

0.007

0.010

0.038

0.008

0.126

0.131

0.156

0.057

0.172

0.129

0.150

0.112

0.065

0.205

0.191

0.012

0.053

0.067

0.342

0.064

0.008

0.027

0.030

0.001

0.009

0.009

0.051

0.007

0.112

0.126

0.131

0.156

0.057

0.172

0.129

0.150

0.065

0.205

0.191

0.012

0.053

0.067

0.342

0.064

0.007

0.026

0.025

0.002

0.003

0.012

0.044

0.010

0.150

0.112

0.126

0.131

0.156

0.057

0.172

0.129

0.065

0.205

0.191

0.012

0.053

0.067

0.342

0.064

0.010

0.023

0.024

0.002

0.008

0.004

0.059

0.008

0.129

0.150

0.112

0.126

0.131

0.156

0.057

0.172

0.065

0.205

0.191

0.012

0.053

0.067

0.342

0.064

0.008

0.031

0.021

0.002

0.007

0.010

0.019

0.011


라 보행환경영향.

가지 경우에 대한 모델 해석작업을 수행하여 이로부터 보행환경영향을 분석하였다16 .

대기질환경은 통풍량감소로 인해 악화되는 반면 보행환경은 지나치게 높은 풍속으로,

인해 문제가 발생한다 초고층 건물에 인접한 주변 지역에는 접근류에 비해서 풍속이.

증가하는 위치가 존재한다 초고층건물로 인해 유동단면적이 좁아지면서 풍속이 증가하.

는 골바람효과 때문이다 일정 높이 이하에서 건물을 향해 부는(channeling effect) .

기류는 건물의 상단을 통과하지 못하고 측면으로 우회하게 된다 그 결과 골바람 효과로.

풍속이 증대하게 되는데 건물이 높고 전면적의 넓이가 넓을수록 건물 측면에 인접한,

지상에서 매우 높은 바람이 형성되는 경향이 있다 그림 에 제시된 풍속맵에서도. < 5-6>

고층빌딩 주변에서 이러한 풍속증가 효과를 확인할 수 있다 접근류에 비해서 풍속이.

증가하는 효과가 클수록 해당위치의 보행환경이 기준을 초과하여 악화될 가능성이 높아

지게 된다 실제로 보행환경이 악화되는 상황은 해당지역 전체에 대해서 강풍이 부는.

경우태풍이나 겨울철 돌풍 등에 고층건물 주변에서 골바람이 형성되는 위치에서 발생( )

하게 된다 보행자가 빈번하게 이용하는 옥외공간에 대해서는 적정한 위치를 선정하여.

각 위치에서 보행환경에 대한 검토가 필요하다 보행환경을 검토하기 위해서는 해당. ①

지역의 강풍발생특성 자료와 초고층건물 신축에 따른 위치별 풍속증감 정보가 필요하②

다.

보행환경 분석을 위한 해당지역의 강풍발생특성은 일최고풍속에 대한 장기관측자료를

이용하여 파악할 수가 있다 기상청에서는 국내 대부분 지역에 대해서 수십 년 에 달하는.

일최고풍속에 대한 장기 관측자료를 제공하고 있다 본 연구에서는 사례지역의 기상청.

일최대풍속 관측자료를 사용하여 분석대상지역의 강풍발생빈도에 대한 통계적 모델을

구성했다 기상청 관측자료로는 년 월 일부터 년 월 일까지 분 평균. 1950 1 1 1998 12 31 10

일최대 풍속자료 개를 사용하였다 선행연구에 의하면 일최대풍속 발생확률에16,676 .

대한 통계모델로는 다음에 제시한 함수가 적당한 것으로 알려져 있다Weibull .

------------------------ (44)


식 에서(44) CdF 는 누적확률밀도 함수로서 일최대풍속이 이하로 발생할 확률(v) , v

혹은 발생빈도를 의미한다 와 는 함수의 형태를 결정하는 조절인자로 관측. c k Weibull ,

풍속이 식 의 함수와 유사하도록 와 가 결정된다 일최대풍속에 대한(44) Weibull c k .

관측자료를 방위 풍향별로 구분하여 각 풍향에 일최대풍속 관측결과와 식 의8 , (44)

함수가 근접하도록 최소자승법에 의해서 와 를 결정했다 식 에 대해서Weibull c k . (44)

두 번 를 취하게 되면 와log , log(v) log[-log(1-CDF 는 선형 방정식으로 표현된다)] .

최소자승법으로 선형방정식으로 변형된 함수와 관측자료의 차이가 최소화되도Weibull

록 와 를 결정하였다 그림 은 각 풍향별로 선형화된 함수와 일최대풍c k . < 5-40> Weibull

속 관측자료를 도시한 것이며 그림 은 함수와 일최대풍속 관측자료를, < 5-41> Weibull

도시한 것이다 높은 풍속영역에서 함수가 관측자료를 정확히 묘사하는 것이. Weibull

요구되므로 최소자승법에 의해서 와 를 결정할 때에 관측자료 가운데 가장 낮은 풍속, c k

영역의 개 데이터는 제외시켰다 그 결과 그림 및 그림 에 나타난2 . < 5-40> < 5-41>

바와 같이 함수는 높은 풍속영역의 관측자료와 더 잘 일치한다 모든 풍향에Weibull .

대해서 선형화된 함수와 관측자료 간의 상관계수Weibull (R2 는 범위에) 0.94 ~ 0.99

속하는 것으로 나타났다.


그림 풍향별 최대풍속 발생 누적확률밀도 함수의 선형화< 5-40>

그래프 관측자료 사각기호 함수 실선: ( ), Weibull ( )■


그림 풍향별 최대풍속 발생 누적확률밀도 함수 관측자료< 5-41> :

사각기호 함수 실선( ), Weibull ( )■


분석대상지역에서 초고층건물 신축에 따른 보행풍환경 분석지점을 그림 의< 5-42>

개 위치로 설정했다 본 연구에서 예시를 위해 선택한 곳의 분석지점은 초고층8 . 8

건물 한 개 동 주변으로 임의로 설정한 것이나 실제의 경우에는 시설이용 계획을 참조하,

여 다수의 보행자가 이용하는 장소나 영향이 민감할 수 있는 중심으로 설정하여야 할

것이다.

접근류 풍속에 대해서 각 분석대상 지점에서 풍속의 증가비율은 모델을 통하여CFD

결정할 수 있다 그림 은 접근류의 풍향이 남서풍일 때 보행자고도지상 에. < 5-43> ( 1.5m)

서 평균풍속분포를 도시한 것이다 표 는 남서풍일 때 개소 분석대상지점에서. < 5-4> 8

모델에 의해 계산된 풍속증가비율 을 각 지점 좌표와 함께 표시한 것이다 분석지점(%) .

에서는 접근류에 비해서 풍속이 낮게 나타나는 반면 나머지 지점에서Site 1, 3, 4, 5, 8 ,

의 풍속은 접근류보다 높다 특히 의 경우 풍속이 접근류의 즉 배 가량. Site 6 146%, 1.5

높다 이 지역에 강한 남서풍이 부는 경우 그리고 인접위치 에서는 대단히. , Site 6 ( )

강한 바람이 형성되어 보행풍환경에 문제가 발생할 수 있다 나머지 풍향에 대해서도.

개소 분석대상지점에서 풍속증가비율을 계산하여 전체 방위각에 걸쳐 발생하는 모든8

풍향의 강풍영향을 분석하였다.

일본의 권고기준 을 적용하여 개소 분석위치에 대한 풍환경기준을( , 1983) , 8村上周三

분석 표 에 제시하였다 일본의 권고기준과 비교하면 번에서 강풍발생빈, < 5-5> . , Site 6

도가 두 번째 기준빈도 와 세 번째 기준빈도 를(E2: 1.07 > 0.90%) (E3: 0.14 > 0.08%)

초과한다 강풍발생 요인을 보다 자세히 분석하기 위해서 각 풍향별로 강풍발생빈도를. ,

분석하였다 각 분석위치에서 풍향별로 계산한 기준강풍 발생빈도는 표 표. < 5-6> ~ <

에 제시된 바와 같다 번에서 기준초과 강풍발생빈도가 높은 것은 표5-13> . Site 6 <

에 제시된 바와 같이 남서풍향 에서 기준을 초과하는 강풍발생빈도가 높기5-11> (SW)

때문이다 번의 경우 남서풍 에 대해서만 기준풍속. Site 6 (SW) , E2 (=15/G m/s, G=1.5

적용 을 초과하는 빈도수가 이고 기준풍속 적용을 초과) 0.92% E3 (=20/G m/s, G=1.5 )


하는 강풍빈도수가 이다 모두 해당 기준빈도를 초과한다 따라서 번 지역0.14% . . Site 6

및 인접지역에 대해서는 남서풍 의 방풍대책 수목식재 방풍펜스설치 혹은 건물배(SW) ( ,

치 조정 등 이 적극적으로 검토될 필요가 있다) .


그림 보행풍환경 분석지점 개소< 5-42> 8

6

7

8

543

2

1

6

7

8

543

2

1

그림 풍향 인 경우 보행자고도 에서 풍속분< 5-43> SW , 1.5m

포 결과(CFD )


표 접근류 풍속에 대한 풍속증가비율 풍향 모델결과 보행풍환경 분석< 5-4> : SW, CFD ,

지점 Site 1 ~ Site 8

풍향 남서풍: (SW)

좌표 좌표 풍속증가비율Site X- Y- (%)

1 0.56899E+00 0.13395E+01 0.94102E+02

2 0.46899E+00 0.10998E+01 0.11634E+03

3 0.36899E+00 0.86001E+00 0.71975E+02

4 0.50899E+00 0.78009E+00 0.46507E+02

5 0.66899E+00 0.76011E+00 0.75443E+02

6 0.76899E+00 0.95991E+00 0.14629E+03

7 0.88899E+00 0.12197E+01 0.10748E+03

8 0.70899E+00 0.12996E+01 0.18404E+02

표 분포를 이용한 보행풍환경기준 검토 전방위 풍향종합< 5-5> Weibull :

전방위풍향 강풍발생빈도(%) 기준빈도1)

Site 1 2 3 4 5 6 7 8

E12): 6.46 2.57 0.44 2.42 2.30 5.69 1.94 0.09

E22): 0.64 0.32 0.00 0.12 0.08 1.07 0.13 0.00

E32): 0.04 0.02 0.00 0.00 0.00 0.14 0.00 0.00

10.0%

0.90%

0.08%

일본 권고기준1) (Murakmai, 1983)

기준풍속 돌풍률2) (m/sec): E1=10/G, E2=15/G, E3=20/G, G( )=1.5


표 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토 풍향< 5-6> Weibull : N

Dir = N

Freq [%]= 1.858959

c= 3.599837

k= 2.256200

R2= 0.9430763

Site 1 2 3 4 5 6 7 8

E1: 0.00 0.00 0.03 0.00 0.26 0.19 0.00 0.00

E2: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.00 0.00

E3: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

표 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토 풍향< 5-7> Weibull : NE

Dir = NE

Freq [%]= 5.900696

c= 2.830125

k= 1.465029

R2= 0.9801217

Site 1 2 3 4 5 6 7 8

E1: 0.20 0.58 0.00 0.01 0.24 0.23 0.00 0.05

E2: 0.01 0.09 0.00 0.00 0.02 0.02 0.00 0.00

E3: 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

표 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토 풍향< 5-8> Weibull : E

Dir = E

Freq [%]= 13.78028

c= 3.232801

k= 1.849967

R2= 0.9914250

Site 1 2 3 4 5 6 7 8

E1: 0.12 0.01 0.01 0.27 0.17 0.46 0.00 0.02

E2: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00

E3: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00


표 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토 풍향< 5-9> Weibull : SE

Dir = SE

Freq [%]= 0.5816743

c= 2.643339

k= 1.452750

R2= 0.9540039

Site 1 2 3 4 5 6 7 8

E1: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

E2: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

E3: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

표 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토 풍향< 5-10> Weibull : S

Dir = S

Freq [%]= 3.807868

c= 4.325082

k= 1.954976

R2= 0.9952305

Site 1 2 3 4 5 6 7 8

E1: 0.00 0.04 0.16 0.12 0.00 0.43 0.28 0.00

E2: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.01 0.00

E3: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

표 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토 풍향< 5-11> Weibull : SW

Dir = SW

Freq [%]= 9.072919

c= 4.604038

k= 2.091750

R2= 0.9814566

Site 1 2 3 4 5 6 7 8

E1: 0.77 1.87 0.12 0.00 0.18 3.41 1.40 0.00

E2: 0.03 0.23 0.00 0.00 0.00 0.92 0.12 0.00

E3: 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.14 0.00 0.00


표 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토 풍향< 5-12> Weibull : W

Dir = W

Freq [%]= 58.41329

c= 3.512336

k= 1.605254

R2= 0.9444673

Site 1 2 3 4 5 6 7 8

E1: 5.36 0.08 0.09 0.98 1.45 0.00 0.00 0.00

E2: 0.60 0.00 0.00 0.02 0.05 0.00 0.00 0.00

E3: 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

표 분포를 이용한 강풍발생빈도 기준초과 여부검토 풍향< 5-13> Weibull : NW

Dir = NW

Freq [%]= 6.584313

c= 3.846456

k= 2.035117

R2= 0.9635855

Site 1 2 3 4 5 6 7 8

E1: 0.00 0.00 0.03 1.03 0.00 0.98 0.25 0.01

E2: 0.00 0.00 0.00 0.10 0.00 0.09 0.00 0.00

E3: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00


대규모 택지개발에 따른 대기환경영향3.

가 대상지역의 기상특성.

대규모 택지개발사업으로 인한 바람길변화와 대기환경영향을 분석하기위해 경기도

이천시 송말리 지역을 사례지역으로 선정하였다 송말리가 실제 택지개발사업 대상지역.

이 아님에도 불구하고 사례지역으로 선정한 것은 송말리의 지형이 산지와 임한 평탄①

한 형상으로 국내 택지개발시 가장 흔히 볼 수 있는 형태이고 타 연구고인수, ( , 2006)②

에서 상세히 수행된 국지기상관측 자료를 활용할 수 있기 때문이다 그림 는. < 5-44>

송말리의 지형을 도시한 것으로 좌측은 표고분포이며 우측은 항공사진이다, .

그림 경기도 이천시 송말리 일원 가상적 택지개발에 따른 대기환경영향< 5-44> :

분석대상 지역 좌표고분포 우항공사진 황색원 내에서 기상관측, ( ) , ( ) ,

수행

자료 고인수: , 2006


송말리 지역에 대한 국지기상관측이 수행된 곳은 그림 우측의 항공사진에< 5-44>

황색원으로 표시한 영역으로 여러 개의 기상탑을 설치하여 연속적으로 기상자료를 수집,

한 바 있다 고인수 본 연구에서는 이 기상자료 중 년 월 일부터 월( , 2006). 2005 3 1 5

일까지의 풍향 및 풍속관측자료를 활용하였다24 .

그림 는 송말리 관측자료를 토대로 시간대별 평균풍속 및 풍향을 나타낸 바람< 5-45>

장미도이다 시간대별 송말리 바람장미도로부터 주야간의 바람발생특성에 현저한 차이.

가 나타난다는 것을 알 수 있다 특히 야간밤 시부터 다음날 낮 시까지 중에 비교적. ( 10 10 )

낮은 풍속이 북서 풍향에 집중되는 경향이 뚜렷하다 반면 주간에는 바람이 강해(NW) . ,

지면서 풍향 또한 다양하게 나타난다 주간의 풍향은 남동에서 남서 방위각에 넓게 분포.

하는데 야간의 북서풍과는 거의 반대에서 바람이 분다, .

그림 의 송말리 지형을 참조하면 관측지점을 기준으로 북서방향은 계곡의< 5-44> ,

발달방향과 일치한다 이러한 관찰로부터 송말리 지역은 계곡을 따라 형성되는 산곡풍의.

영향을 강하게 받는 지역일 가능성이 높음을 알 수 있다 월부터 월까지 약 일에. 3 5 80

걸친 관찰결과만으로 산곡풍의 발달특성에 대해서 단정적인 평가를 할 수는 없지만,

적어도 관찰기간 동안에는 분석대상 지역에 매우 강한 산곡풍이 형성된다 일정 시간주.

기로 특정한 방향으로 기류가 형성되는 것은 강한 산곡풍의 일반적인 특징일 것으로,

추측된다 산곡풍은 지형적 요인에 의해 발달하기 때문에 지형조건이 고정되어 있는. ,

한 일정한 방향성을 지닐 것이기 때문이다.


그림 송말리의 시간대별 바람장미도 자료 고인수< 5-45> ( : , 2006)


광역바람장이 약할 때 산곡풍은 국지적인 규모로 강하게 발달하는 경향이 있다 따라.

서 대기정체시 곧 대기오염이 심각하게 발생할 수 있는 기상조건 하에서 개발지역의,

공기소통이 원활하기 위해서는 산곡풍의 흐름이 잘 보존되는 것이 중요하다 바람길.

해석시에 분석대상지역에서 산곡풍의 존재를 정확히 파악하는 것이 매우 중요한 것은

이 때문이다 공기의 흐름에 영향을 주는 단지배치나 녹지축 도로망 등을 계획함에 있어.

서 대상지역에 형성되는 산곡풍의 흐름이 단지개발 이후에도 잘 보존되도록 하는 것이,

필요하다.

산곡풍은 국지적인 현상이다 기상장의 변화규모로 서서히 그 특성이 변하는 것이라.

능선과 계곡 평지와 구릉 등의 지형적 요소의 변화규모에 따라 산곡풍은 그 흐름의,

방향과 세기가 달라진다 따라서 분석대상지역에 충분히 가까운 곳에서 관측되지 않았을.

경우에는 관측된 기상자료만으로 대상지역의 산곡풍을 파악하는 것은 매우 어려운 일이

다.

표 와 표 는 송말리에서 기상이 측정된 동일 기간동안의 이천기상대< 5-14> < 5-15>

관측자료로부터 시간대별 풍향발생 빈도를 분석한 것이다 표 는 야간 관측자료. < 5-14>

로 시부터 시까지 그리고 표 는 주간관측자료로 오후 시부터 시까지 한, 0 1 < 5-15> 2 3

시간 동안의 풍속 및 풍향빈도이다 표 와 표 의 이천기상대 자료를 비교. < 5-14> < 5-15>

하면 주간에 비해서 야간에 풍속이 낮고 풍향도 현저히 다른 경향이 나타난다 그러나, .

동일시간의 송말리 바람장미도를 비교해보면 매우 다른 경향을 보인다는 것을 알 수,

있다 특히 야간의 경우 이천기상대는 송말리의 경우와는 달리 서풍이 우세한 경향이. ,

강하다 참고로 표 에서 이하의 풍속에 대해서 북풍이 로 높게. , < 5-14> 0.5m/sec 15%

나타난 것은 무풍시의 풍향을 북풍으로 계산하였기 때문이나 풍속이 이하로, 0.5m/sec

낮을 경우 풍향을 정확히 파악하기는 쉽지 않다, .

결국 분석대상지역의 국지풍 권역을 벗어난 지역에서 수집된 관측자료로부터 분석대,

상지역의 산곡풍 국지풍 특성을 파악하기는 어렵다 바람길분석 기존사례에서 사업지( ) .

역에서 가장 가까운 기상청 관측자료를 사용하는 경우가 많은데 여기에 대해서는 각별,

한 주의가 필요하다.


표 이천기상대 시간대별 풍향발생빈도 누적월통계 월 월 시 시< 5-14> (%): 3 ~5 , 0 ~1

풍향

풍속N NE E SE S SW W NW 전풍향

이하0.5 m/sec 15 2 2 0 0 0 1 0 21

0.5 ~ 1.0 m/sec 0 1 5 1 1 0 11 3 23

1.0 ~ 1.5 m/sec 0 0 1 0 1 0 14 2 18

1.5 ~ 2.0 m/sec 0 0 0 1 0 2 11 0 4

2.0 ~ 2.5 m/sec 0 0 2 0 1 1 5 1 11

2.5 ~ 3.0 m/sec 0 1 1 0 0 0 4 0 7

3.0 ~ 3.5 m/sec 0 0 0 0 1 1 2 0 4

이상3.5 m/sec 0 1 0 0 1 0 0 0 2

표 이천기상대 시간대별 풍향발생빈도 누적월통계 월 월 시 시< 5-15> (%): 3 ~5 , 14 ~15

풍향

풍속

N NE E SE S SW W NW 전풍향

이하0.5 m/sec 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0.5 ~ 1.0 m/sec 0 0 3 0 0 0 0 0 3

1.0 ~ 1.5 m/sec 0 1 7 1 0 1 3 3 16

1.5 ~ 2.0 m/sec 1 0 2 0 5 1 7 1 17

2.0 ~ 2.5 m/sec 1 1 1 0 0 1 5 1 11

2.5 ~ 3.0 m/sec 0 0 1 0 2 2 2 2 10

3.0 ~ 3.5 m/sec 0 1 1 1 1 1 2 1 9

이상3.5 m/sec 0 0 3 0 2 0 26 2 34


나 산곡풍 분석.

모델을 이용하여 송말리에서 관측된 산곡풍 국지풍 을 시뮬레이션하였다 산곡CFD ( ) .

풍을 정확히 모델링하기 위해서는 고려해야할 요인이 많다 산곡풍은 지표면 조건에.

따라 민감하게 달라지는 복사열전달과 광역바람장 상태 등에 영향을 받는다 따라서.

좁은 지역에서 발생하는 산곡풍을 모델링하기 위해서는 지형고도 분포정보 외에도 토지

피복상태토지피복종류 토양수분함량 등에 대한 세밀한 정보가 필요하다 아울러 분( , ) . ,

석대상지역에서 관측되는 광역 기상정보를 토대로 다양한 조건에 대해서 수치실험을

수행하여야 한다 여기서는 분석대상지역인 송말리에 형성되는 산곡풍의 특성을 수치모.

델링을 통해 세밀하게 파악하는 대신 산곡풍 시뮬레이션에 있어서 가장 기본적인 정보를

토대로 단순화된 해석을 수행해 보았다.

일반적인 산곡풍 발생메커니즘과 마찬가지로 송말리에서 관측되는 야간 산곡풍은 복

사열 방출로 인해 지표면이 기층보다 더 빨리 냉각되는 과정에서 발생할 것이다 지표면.

이 냉각될 경우 지면에 인접한 공기는 지면으로 열을 빼앗기게 되므로 차갑게 되며, ,

산 사면을 따라 차가운 공기층이 형성되게 된다 차가운 공기는 따뜻한 공기보다 무겁기.

때문에 고도가 높은 지표면에 인접한 무거운 공기층은 낮은 곳으로 흘러내려 오게 된다, .

지표면의 피복상태에 따라 인접한 기층의 냉각속도가 다르겠지만 여기서는 단순화된,

경우를 고려하였다 즉 모든 위치에서 지표면과 기층의 온도차가 시뮬레이션 초기에. ,

인 것으로 가정했다15 .℃

그림 에는 모델영역이 제시되어 있다 차원 지형분포를 도시한 좌측 그림에< 5-46> . 3

서 황색원으로 표시된 위치가 송말리 모델분석 대상지역이다 송말리 마을주변을 확대하.

여 평면으로 도시한 우측 그림에서 황색 사각영역이 모델링영역이다 모델링 영역의.

크기는 수평 수평 연직 이다 모델링 영역은 송말2,000m( -x)×2,000m( -y)×1,000m( ) .

리 관측지점을 통과하는 전체 산곡풍을 포함할 수 있도록 충분히 크게 설정할 필요가

있다 산곡풍은 어느 정도는 빗물이 떨어져 계곡을 따라 낮은 곳으로 흘러내려가는 것과.

유사한 측면이 있으므로 산곡풍을 모사하기 위해 설정되어야 할 모델링영역의 규모는,

집수면적을 포함해야 할 것으로 생각된다 모델링 격자의 수는 수평 수평. 100( -x)×100(


연직으로 설정했다 따라서 각 방향으로 모델링 해상도는 이다 광역바람-y)×50( ) . 20m .

장에 의한 풍속성분은 없는 것으로 가정하였다 즉 모델링 공간 내에서 온도차가 존재하.

지 않는다면 전혀 공기가 움직이지 않는 경우로 기단이 정체한 조건에 해당한다 이러한, .

조건 하에서는 관측기류는 순전히 산곡풍에 의한 것이다.

그림 모델을 이용한 산곡풍분석 지형 좌송말리 차원 지형분< 5-46> CFD : ( ) 3

포 우 모델링 영역황색 사각형과 풍속벡터 분석위치적, ( ) CFD ( ) (

색 점)


모든 위치에서 초기속도가 으로 설정된 상태에서 지표면의 온도를 기온보다0 , 15℃

낮은 것으로 부여한 이후 초 동안 시뮬레이션을 수행하였다 그림 의 좌측3,600 . < 5-46>

그림에서 황색 사각형 모델링 영역 내에 바둑판 형태로 일정하게 분포시킨 위치 적색( ) (

점 에서 기류변화를 관찰하였다 각 위치에서 시간 평균 풍속벡터를 그림 에) . < 5-47>

제시하였다 시간평균은 시뮬레이션 시작이후 초부터 시뮬레이션 종료시간 초. 180 3,600

까지 각 지점의 풍속벡터를 평균하여 계산했다 풍속벡터의 분포를 살펴보면 모델링. ,

영역에서 위치에 따라 산곡풍의 풍향은 서풍에서 북서풍 사이에 분포하고 위치에 따라,

풍향에 변화가 많은 것을 알 수 있다 그럼에도 불구하고 송말리 기상관측 위치 그림. (<

우측 황색원 내부 에서는 시뮬레이션된 산곡풍이 거의 북서풍으로 형성된다5-44> ) .

또한 모든 관측 공간에서 산곡풍이 강하게 형성된다 이러한 사항들은 흥미롭게도 송말.

리 관측결과 그림 밤 시부터 다음날 오전 시까지 바람장미도 참조와 일치한(< 5-45> 10 10 )

다.

송말리에 인접한 이천기상대 관측자료가 송말리 관측자료와 판이하게 다른 결과를

제공한 것을 고려할 때 단순화된 조건을 토대로 수행한 시뮬레이션이 오히려 관측자료,

와 부합된다는 점은 고무적이다 지형고도자료와 모델예측 수단만으로 사업대상부지의.

산곡풍을 예측할 수 있다면 현실적으로 매우 유용할 것이다 지형고도자료는 손쉽게, .

확보할 수 있고 모델링 도구 또한 다양하게 제시되어 있기 때문이다 또한 모델도구는, .

산곡풍의 시간별 변화와 차원 공간구조 산곡풍의 깊이와 수평범위 를 제공할 수도 있3 ( )

다 반면에 택지개발 계획시 산곡풍을 조사하기 위해 기상관측을 수행해야 하는 경우. ,

장기관측에 따른 시간비용적 측면에서 매우 많은 부담이 될 뿐 아니라 관측장비가 설치된

위치에서 차원적인 기상정보만을 얻을 수 있다1 .

그러나 송말리 부지를 대상으로 본 연구에서 수행된 산곡풍 모델링 결과가 관측자료와

유사하게 도출되었다 하더라도 모델을 포함한 모델링 도구가 부지에서 수행된 관측, CFD

작업을 얼마나 효과적으로 대체할 수 있을 지에 대해서는 현재로서는 판단하기 어렵다.

여기에 대해서는 향후 보다 엄밀한 분석 및 추가의 연구가 필요할 것이다.


그림 모델을 이용한 송말리 산곡풍해석 결과 시간평균< 5-47> CFD :

풍속벡터


다 통풍 및 대기질 환경영향.

산곡풍의 강한 영향을 받을 것으로 보이는 송말리 부지에 가상의 택지개발사업을 가정

하고 바람길해석을 수행하는 작업은 앞에서 제시한 도심지역의 초고층건물 신축사업에

대한 바람길해석과 몇 가지 측면에서 차이가 있다.

우선 도심지역의 경우 초고층건물 신축부지 주변은 기개발되어 많은 건물이 입지하여

있고 넓고 평탄한 지형조건을 지니고 있는 경우가 많다 반면에 송말리의 경우 주변은.

녹지로 구성되고 산곡풍이 발달할 수 있는 지형구조를 지닌다 산곡풍은 오염원이 없는.

주변 산지에서 개발지로 공급되는 신선한 바람이고 특히 대기오염이 심해지는 약풍,

혹은 무풍시에 발달하기 때문에 바람길 해석작업에 중요하게 고려해야할 항목이다 가급.

적 현재의 산곡풍 유형이 개발 이후에도 잘 유지되도록 바람길 해석시 유의해야 한다.

또 다른 차이점은 건물배치정보의 구체성이다 초고층건물 신축사업의 경우 바람길 해석.

시 건물의 형상과 배치에 대한 구체적 정보가 주어진다 여러 가지 대안을 비교하는.

경우에도 마찬가지이다 각 대안의 건물형상 및 배치에 대해서 세부 정보가 제공된다. .

반면에 송말리의 경우 택지개발사업이므로 바람길 해석시에 개별 건물의 형상이나 구체,

적인 배치형상을 알 수가 없다 택지개발사업이나 도시계획수립시에는 토지이용형태별.

로 단지구획 공동주택단지 상업용지 가로망 녹지축 등 안이 결정될 따름이다( , , , ) .

본 사례연구에서는 산곡풍 흐름방향북서풍으로 최적의 통풍효과가 발생하기 위해서( )

단지구획안을 어떻게 선택해야할 것인지 수치실험을 통하여 검토해 보았다 실제의 경우.

에는 구체적인 단지구획안을 두고 비교분석을 수행하겠지만 본 연구에서는 일반화시킬,

수 있는 단순모형에 대해서 분석하였다 택지개발 사업시 건물배치와 관련하여 결정.

가능한 항목이 단지별 용적률과 층고 그리고 각 동간 이격거리 등인 것에 착안하여,

이러한 조건을 변화할 경우에 단지내에서 바람길이 어떻게 변화하는지 모델을 이용CFD

하여 분석하였다 수치실험을 수행한 단지모형에서 개별 건물은 육면체 박스형태이고. ,

개별단지 내의 각 건물형태 및 인접 건물과의 배치형태는 단지 내에서는 균일하도록

설정하였다 그림 과 그림 에 수치실험을 위해 설정한 단지모형을 제시. < 5-48> < 5-49>

하였다.


그림 수치실험용 단지모형의 평면도< 5-48>

HghNy1 HghNy2 HghNy4

MidNy4MidNy2MidNy1

LowNy1 LowNy2 LowNy4


그림 수치실험용 단지모형의 입면도< 5-49>


MidNy4MidNy2MidNy1



송말리의 가상 택지개발에 적용된 모델좌표는 제 장과 동일하다 접근류는 에서4 . +y

축 방향으로 진행하고 축은 지면에 평행하면서 접근류의 진행방향과 직각을 이룬-y , x

다 축은 지면에서 연직방향이다. z .

수치실험을 위해 설정한 단지모형의 종류는 모두 가지이다 각각의 단지모형에는9 .

방향 곧 기류방향을 따라 열의 건물이 배치되어 있다 건물의 수평단면은 장방형으y , 8 .

로 방향으로 이고 방향으로 이다 건물열 사이의 거리는 로 모든 단지, x 40m y 20m . 10m

모형에서 동일하게 적용되었다 즉 그림 에서 횡축 축 을 따라 배열된 인접한. < 5-48> (x )

두 건물 사이의 이격거리가 이다 방향 즉 기류방향의 건물간 이격거리는 가지10m . y , 3

경우를 검토하였다 그림 과 그림 에 표시된 바와 같이 단지모형 내의. < 5-48> < 5-49> ,

건물이 방향으로 각각 개동 개동 개동 이 배치된 경우가y 4 (Ny1), 8 (Ny2), 16 (Ny4)

고려되었다 방향으로 개동이 배치된 경우 방향으로 인접한 두 건물간 이격거리. y 4 , y

는 이다 개동이 배치된 경우 는 이격거리 가 이고 개동이(Ly) 115m . 8 (Ny2) (Ly) 47.5m , 16

배치된 경우 는 이격거리는 가 된다 수치실험을 위해 선정한 단지모형은(Ny4) 13.75m .

총 가지이지만 기류방향의 건물간격 은 가지 이다9 , (Ly) 3 (Ny1, Ny2, Ny8) .

단지모형의 용적률 은 가지 곧 고밀도 중밀도 저밀도를 고려했으며 그림(V) 3 , , , , <

및 그림 에서는 로 표시되어 있다 고밀도의 용적률은5-48> < 5-49> Hgh, Mid, Low .

가장 높은 경우로 이며 중밀도는 저밀도는 이다 여기서 고밀도697% , 348%, 149% . ,

중밀도 저밀도는 용적률을 구분하기 위해서 본 연구에서 편의상 선택한 용어이며 용적, ,

률의 고 중 저 구분은 위의 수치가 기준이 되는 것은 결코 아니다 참고로 본 연구의, , .

고밀도 조건은 도시 상업용지의 용적률에 해당한다 수치실험을 위해 선정한(V=697%) .

단지모형은 모두 가지이지만 용적률은 가지인 셈이다 가지 단지9 , 3 (Hgh, Mid, Low). 9

모형은 종류의 기류방향 축 건물간격 과 종류의 용적률3 (y ) (Ny1, Ny2, Ny4) 3 (Hgh,

을 각각 조합하여 구성된다 가지 단지모형은 건물간격과 용적률의 조합명Mid, Low) . 9

으로 구분했다 예를 들어 단지모형 은 용적률이 고밀도이고. , HghNy1 (V=697%, Hgh),

기류방향으로 건물의 이격거리가 가장 큰 경우 를 의미한다(Ly=115m, Ny1) .

배치된 건물의 개수가 다름에도 용적률 은 동일하도록 하기 위해서 건물층수를(V) ,


조절하였다 예를 들어 고밀도 단지모형 의 경우 단지모. , HghNy1, HghNy2, HghNy4 ,

형에 배치된 건물개별 건물의 수평단면적은 으로 모두 동일의 총수는 각각( 40m×20m )

개 개 개 이나 각 단지모형의 용적률32 (=4×8), 64 (=8×8), 128 (=16×8) (V=697%,

은 모두 동일하다 의 건물층수를 각각 층건물고Hgh) . HghNy1, HghNy2, HghNy4 56 (

층 건물고 층건물고 으로 설정하였기 때문이다 여기서156.8m), 28 ( 78.4m), 14 ( 39.2m) .

각 건물의 층 높이는 로 정하였다1 2.8m .

표 에는 수치실험 모형단지의 제원이 요약 정리되어 있다 표 에서< 5-16> , . < 5-16>

중밀도회전 으로 표시된 단지모형은 중밀도 단지모형(RotMid) (MidNy1, MidNy2,

을 회전한 경우로 중밀도회전 단지모형의 수평배치도가 그림 에MidNy4) 90° , < 5-50>

나와 있다 중밀도회전 단지모형 에서는 방향. RotMidNy1, RotMidNy2, RotMidNy4 x ,

곧 바람 진행방향의 직각으로 건물간 이격거리가 크기 때문에 다른 단지모형에 비해서

통풍통로의 폭이 넓다 통풍통로의 폭이 바람길에 미치는 영향을 조사하기 위한 목적으.

로 중밀도회전 단지모형을 고려했다 따라서 수치실험 수행횟수 즉 모델을 통해. , CFD

분석하게 될 단지모형은 총 가지이다12 .

모델영역의 크기는 방향 방향 접근류방향 방향이595m(x ) × 714m(y , )× 500m(z )

고 모델격자수는 개 방향 개 방향 개 방향 이며 모델해상도는, 80 (x ) × 96 (y )× 72 (z ) ,

방향 방향 방향이다 모델영역의 수평중심에 각 단지모7.4m(x ) × 7.4m(y )× 6.9m(z ) .

형의 수평중심이 일치하여 위치한다.

본 사례연구에서도 기류와 오염농도가 모델링되었는데 모델영역 입구에서, (y=714m

평면 연직풍속은 식 의 지수함수분포를 적용하였고 모델영역 측면) (32) , (x=0, x=595m

평면 과 상부면 평면 에서는 미끄러짐 속도조건) (z=500m ) (slip velocity boundary

을 적용하였다 모델영역출구 평면 에서는 개방조건condition) . (y=0 ) (open boundary

을 적용하였으며 오염배출원은 지면에 고루 분포하여 일정한 농도 의condition) , (C=1)

오염물질을 균등한 속도약 로 대기 중으로 방출하는 것으로 가정하였다 오( 0.1m/sec) .

염물질 배출속도는 일 때 를 기준으로 모든 단지모형에서 오염배출 총량Ny1 0.1m/sec ,

이 동일하며 이를 위해 건물로 인해 차폐되는 면적을 고려하여 오염배출량을 조정하였,


다 산으로부터 불어오는 접근류의 오염농도는 으로 가정하였고 따라서 단지 풍하위치. 0 ,

의 오염농도는 모형단지 내의 오염배출원에 기인한 것이다.

표 수치실험용 모형단지 제원< 5-16>

구분 Ny=1 Ny=2 Ny4

저밀도

Low

CFD case LowNy1 LowNy2 LowNy4

층수(n)

층고 (H: m)

Ly (m)

Ly/H

용적률(V: %)

12

33.6

115

3.4226

149

6

16.8

47.5

2.8274

좌동

3

8.4

13.75

1.6369

좌동

중밀도

Mid

CFD case MidNy1 MidNy2 MidNy4

층수(n)

층고 (H: m)

Ly (m)

Ly/H

용적률(V: %)

28

78.4

115

1.4668

348

14

39.2

47.5

1.2117

좌동

7

19.6

13.75

0.7015

좌동

고밀도

Hgh

CFD case HghNy1 HghNy2 HghNy4

층수(n)

층고 (H: m)

Ly (m)

Ly/H

용적률(V: %)

56

156.8

115

0.7334

697

28

78.4

47.5

0.6059

좌동

14

39.2

13.75

0.3508

좌동

고밀도 회전

RotMid

CFD case RotMidNy1 RotMidNy2 RotMidNy4

층수(n)

층고 (H: m)

Ly (m)

Ly/H

용적률(V: %)

28

78.4

10.0

0.1276

348

14

39.2

10.0

0.2551

좌동

7

19.6

10.0

0.5102

좌동


그림 수치실험용 단지모형의 평면도 중밀도회전< 5-50> :

MidNy1

RotMidNy1 RotMidNy2 RotMidNy4

MidNy2 MidNy4


가지 모형단지에 대한 수치실험을 통하여 각각의 모형단지에서 기류가 통과하면서12 ,

발생하는 통풍감소와 오염증가를 검토하였다 각각의 물리량을 계산하는 과정은 전술한.

도시지역 초고층건물 신축사업에 대한 사례분석시와 동일하다.

풍속과 농도에 대해서 연직분포를 분석한 위치는 그림 과 그림 에< 5-48> < 5-50>

백색점으로 표시되어 있다 접근류를 기준으로 각각 단지입구와 출구에 축과 평행하. x

게 즉 접근류 이동방향과 수직한 위치에 개소 분석위치를 설정했다 아울러 단지내부, 15 .

에도 개소 분석위치를 설정했다6 .

통풍감소를 계산하기 위해서는 단지입구와 단지출구에서 방향으로 적분평균된 풍속x

분포의 차이가 필요하므로 입구 및 출구의 각각 개소 모든 위치에서 풍속을 계산했다, 15 .

오염농도의 경우에는 출구의 개 위치에서만 그 값을 계산했다 단지내부 개소에서는15 . 6

풍속과 농도를 모두 계산했다 풍하방향으로 단지내부에서 풍속과 농도의 변화추이를.

관찰하기 위해서이다 시뮬레이션은 초기 초 에 모델공간내의 풍속과 오염농도가. (t=0 )

인 조건부터 초까지 진행하였다 시간에 대한 평균량을 계산할 때에는 인위적0 t=1,200 . ,

인 초기조건의 영향을 피하기 위해 초기 초까지의 결과를 제외했다 즉 초부터300 . t=300

초에 대해서 각 물리량 풍속 오염농도 의 시간평균을 계산하였다t=1200 ( , ) .

그림 에 고밀도 중밀도 및 저밀도 단지모형에 대한 연직통풍량 분포를 제시하< 5-51> ,

였다 그림 에서 그래프의 수평 축은 통풍량이며 그래프의 수직 축은 연직고도. < 5-51> ,

이다 통풍량은 입구 고도의 통풍량에 대한 상대 값으로 무차원화된 값이다(m) . 200m .

그래프에서 적색실선과 녹색실선은 각각 입구 통풍량(Qin 과 출구 통풍량) (Qout 이다 흑) .

색실선은 통풍감소곡선(ΔQ=Qin-Qout 으로 해당고도의 입구통풍량에서 출구통풍량을)

뺀 값이다 각 단지모형에서 통품감소곡선의 패턴은 비슷하며 전술한 도시지역 초고층. ,

건물 신축사례에 대한 결과와도 유사하다 통풍감소곡선. (Δ 은 모든 고도에서 양의Q)

값을 지닌다 즉 기류가 단지를 통과하면서 모든 단지모형에서 고도와 무관하게 통풍량. ,

은 감소한다 통풍감소곡선. (Δ 은 지면에서 일정고도에 이르기까지 빠르게 증가하여Q)

최고치에 도달한 이후 그 이상의 고도에서는 고도와 함께 서서히 감소한다 각 단지모형.

에 대해서 통풍량감소곡선을 비교하면 그림 의 그래프배치에서 대각선방향 우, < 5-51> (


측상단에서 좌측하단을 향하는 방향으로 그 형태가 유사하다 즉 와) . , HghNy2 MidNy1

이 유사하다 또한 와 그리고 이 유사하다 그리고 와. HghNy4 MidNy2 LowNy1 . MidNy4

가 유사하다 통풍감소곡선이 유사한 그룹의 공통점은 건물높이 가 같거나LowNy2 . (H)

비슷하다는 점이다 표 참조 이러한 결과로부터 통풍감소곡선의 형태에 직접적(< 5-16> ).

영향을 주는 주요 요소중 하나가 건물높이라는 것을 알 수 있다 반면 용적률 이나. , (V)

풍하방향 건물이격거리는 통풍감소곡선의 형태에 그다지 큰 영향을 미치지 못하는 것으

로 보인다 용적률이 서로 동일한 단지모형 그룹 내에서도 또한 방향 접근류 방향. , y ( )

건물배치간격이 동일한 그룹 내에서도 각 모형간 통풍감소곡선은 상당히 다르게 나타나

기 때문이다 통풍감소 최고치와 발생고도가 서로 판이하다( ).

입출구에서의 연직 풍속분포는 그림 에 제시하였다 그래프에서 적색과 녹색< 5-52> .

실선은 각각 입구와 출구에서의 평균풍속이다 흑색실선은 입구풍속에서 출구풍속을.

뺀 풍속감소곡선(=Vin-Vout 이다 앞서 그림 에서 제시된 통풍량곡선은 연직평) . < 5-51>

균풍속을 좌표에 대하여 수치적분한 값이다 따라서 각 단지모형에 대해서 연직풍속분z .

포의 형태를 비교했을 때 각 단지모형에서 그 경향이 통풍량 곡선에 대해서와 매우,

유사하다 아울러 전술한 도시지역에서 초고층 건물신축사업에 대한 사례분석과 마찬가.

지로 현재의 사례에서도 통풍감소곡선이 최대가 되는 고도는 입구풍속과 출구풍속이,

같은 고도이다 이는 현재의 모든 단지모형 사례에서도 고도에 대해서 평균풍속이 단조.

증가하기 때문이다.

출구에서 오염농도 연직분포를 그림 에 제시하였다 각 그래프에서 녹색실선< 5-53> .

은 출구의 개 분석위치에서 시간평균 농도곡선이며 적색 일점쇄선은 개 위치에15 , 15

대해서 평균을 취한 농도곡선이다 일점쇄선으로 표시된 농도곡선은 개의 시간평균. 15

농도곡선을 공간에 대해 출구평면에 대해 수치적으로 적분평균된 값이다 각 단지(y=0 ) .

모형에 대한 결과를 비교해 보면 농도에 대해서도 통풍량 및 풍속과 다소 유사한 패턴이,

관찰된다.


그림 연직 통풍량 분포< 5-51>

MidNy1



MidNy2 MidNy4


그림 연직 풍속분포< 5-52>


MidNy1


MidNy2 MidNy4


그림 연직 농도분포< 5-53>


MidNy1


MidNy2 MidNy4


그림 는 모형단지 입구 내부의 일정 지점 및 출구에서의 연직풍속분포이며< 5-54> , ,

연직풍속이 입구에서 출구까지 풍하방향으로 이동하면서 변화하는 것을 보여준다 각.

분석위치는 그림 에 제시된 바와 같다 백색 점 는 모형단지의 중심선< 5-48> ( ). O1~O5

을 따라 배치된 점이다 는 모형단지의 중심선에서 축을 따라 평행(x=595/2m ) . P1~P5 x

이동한 선 상에 배치된 점이다 입구에 위치한 과 출구에 위치한(x=595/2m+20m) . O1

사이에 입구에서부터 순서대로 일정한 간격을 유지하면서 가 배치된다O5 , O2, O3, O4 .

도 마찬가지 방법으로 배치된다 과 은 같은 축 선상에 있고 와P1~P5 . O1 P1 x , O2 P2,

와 와 그리고 와 또한 각각 같은 축 선성에 있다 는O3 P3, O4 P4, O5 P5 x . O1~O5

통풍통로 중앙에 위치한 반면 는 건물후면에 위치한다 는 접근류 방향과, P1~P5 . O1~O5

같은 통풍통로 상에 위치하므로 기류가 입구에서 각 위치까지 도달하는 경로상에 건물,

과 같은 장애물이 전혀 없다 그럼에도 불구하고 풍하방향으로 단지입구로부터 일정거. ,

리 이상 진행하게 되면 통풍통로 상의 연직풍속분포와 이웃한 건물후면의 연직풍속분포

가 거의 비슷해진다 기류의 진행방향으로 완전히 개방된 통풍통로일지라고 통풍효과는.

풍하방향 일정거리까지만 발생한다는 것을 알 수 있다 그림 에 제시된 수치실험. < 5-54>

결과를 각 단지모형에 대해 상호 비교해보면 통풍효과가 발휘되는 풍하방향 거리 곧, ,

단지입구에서 통풍효과가 사라지는 통풍통로 상의 위치까지 측정한 거리는 주변건물

조건에 의해서 크게 영향을 받는다 뒤의 그림 해석결과에서 다시 설명하겠지. < 5-58>

만 통풍효과의 유효거리는 통풍통로의 폭에 의해서도 영향을 받는다 이상의 결과로부, .

터 단지계획시 녹지축이나 가로망 등으로 통풍통로바람길를 배치할 경우에 통풍통로, ( )

를 산곡풍 방향과 일치시키는 것만으로는 기대한 통풍효과를 충분히 기대하지 못할 수도

있다 시각적으로 단지내를 관통하는 완전히 개방된 통풍통로라고 할지라도 통풍통로의.

폭이 충분히 넓지 못한 경우에는 공기흐름의 측면에서 원활한 통로구실을 못할 수 있다.

따라서 통풍로 확보를 목적으로 녹지축 등을 계획할 경우 녹지축의 방향을 산곡풍의,

흐름과 일치시키도록 해야 할 뿐만 아니라 녹지 폭 또한 통풍효과를 발휘하기에 충분하도

록 넓게 설정해야 할 것이다


그림 풍하지점별 연직풍속분포< 5-54>


MidNy1


MidNy2 MidNy4


회전중밀도 단지모형 에 대해서도 수치실험(RotMidNy1, RotMidNy2, RotMidNy4)

을 수행하여 그 결과를 그림 그림 에 제시하였다 그래프를 쉽게< 5-55> ~ < 5-58> .

비교할 수 있도록 중밀도 단지모형 에 대한 결과와 대비하, (MidNy1, MidNy2, MidNy4)

여 모든 그래프를 작성하였다 연직 통풍량 및 풍속은 각각 그림 와 그림. < 5-55> < 5-56>

에 제시하였다 그림 에는 농도분포를 제시하였고 그림 에는 풍하방향. < 5-57> , < 5-58>

이격거리별로 연직풍속분포를 제시하였다.

회전중밀도 단지모형과 중밀도 단지모형에 대한 결과를 비교하면 그 결과가 상당히,

다름을 알 수 있다 두 단지의 용적률과 층고가 동일해도 통풍통로의 폭에서 큰 차이가.

있을 경우에는 기류가 주택단지를 통과하면서 발생하는 통풍감소와 오염농도 증가에

큰 변화가 발생할 수 있다.

회전중밀도 단지모형과 중밀도 단지모형은 단지내 건물배치 조건이 동일하나 접근류,

의 풍향만 다른 경우에도 해당한다 이상의 결과는 단지배치시 바람길 소통이 최적화되.

어야 할 풍향을 정확히 선정하는 것이 중요하다는 점을 시사한다 만약 분석대상지역에.

대해서 이천시 기상청자료를 적용하여 바람길해석작업을 수행한 경우를 가정해 보자.

이천시 기상자료에 의하면 산곡풍이 서풍 으로 해석될 것이므로 서쪽으로부터 불어(N) ,

오는 바람이 최대한 잘 소통되도록 단지배치안이 결정될 것이다 그러나 송말리에서.

실제로 형성되는 산곡풍 흐름방향은 서풍이 아니라 북서풍이므로 두 풍향 간에는, 45°

차이가 있다 따라서 서풍에 대해 최적화된 단지배치안은 실제상황에서는 열악한 통풍환.

경을 조성할 가능성이 있다.


그림 연직 통풍량 분포< 5-55>

MidNy1

RotMidNy1 RotMidNy RotMidNy

MidNy2 MidNy4


그림 연직 풍속분포< 5-56>

MidNy1


MidNy2 MidNy4


그림 연직농도분포< 5-57>

MidNy4MidNy2MidNy1



그림 풍하방향 지점별 연직 풍속분포< 5-58>

MidNy1


MidNy2 MidNy4


단지모형에 대한 지금까지의 수치실험 결과를 요약하여 표 에 제시하였다< 5-17> .

여기서 Qi Q– o는 해당 고도에서의 입구풍량에서 출구풍량을 뺀 값으로 풍량감소량을,

나타낸다 대기오염농도 는 지표면에서 해당고도까지 적분평균한 값이다 각 분석모형. C .

에 대해서 개의 고도 곧 지상 높이와 각 건물높이에서의 통풍감소와 적분평균농2 , 10m

도가 표에 제시되어 있다 지상 까지 적분평균 농도이하 지상오염농도는 보행자에. 10m ( )

게 노출되는 지상농도를 나타내는 지표로 본 연구에서는 지면에서 오염물질이 방출되기,

때문에 오염농도가 가장 높은 공간이다 건물높이까지의 적분평균 농도이하 건물평균오. (

염농도 는 건물에 거주하는 사람들에게 평균적으로 노출되는 오염농도이다 오염원이) .

지표면에 있기 때문에 오염농도는 지상으로부터 멀어질수록 낮아진다 따라서 건물이.

높을수록 건물 거주자가 평균적으로 노출되는 오염농도 즉 건물평균오염농도는 낮아지,

는 경향이 있다.

표 단지모형에 대한 수치실험 결과요약< 5-17>

구분

Ny1 Ny2 Ny4

고도

mQi-Qo C*

고도

mQi-Qo C*

고도

mQi-Qo C*

Low10

30

0.015

0.072

0.821

0.684

10

15

0.017

0.029

0.860

0.814

10

10

0.014

0.014

0.754

0.754

Mid10

80

0.009

0.268

0.752

0.404

10

40

0.014

0.108

0.893

0.715

10

20

0.018

0.045

0.937

0.848

Hgh10

150

0.004

0.693

0.748

0.223

10

80

0.010

0.266

0.923

0.570

10

40

0.014

0.110

0.983

0.807

RotMid10

80

0.009

0.072

0.730

0.258

10

40

0.013

0.065

0.892

0.613

10

20

0.015

0.037

0.892

0.796

주 농도 는 지면에서 해당고도까지 적분평균치임: * (C)

용적률 용적률 용적률 용적률: Low( 150%), Mid( 350%), Hgh( 700%)

단위블록내 풍하방향 동수 개동 개동 개동: Ny1(1 ), Ny2(2 ), Ny4(4 )


표 의 오염농도 결과로부터 다음 사항을 관찰할 수 있다< 5-17> .

용적률이 같은 단지모형들건물고 및 배치된 건물의 수는 틀림의 오염농도를 비교해( )

보면 지상오염농도 및 건물평균오염농도가 모두 다르게 분포한다 즉 용적률이 동일해, . ,

도 단지내에서 건물높이와 배치조건을 달리할 경우 오염농도 또한 달라진다 특이하게, .

도 대부분의 수치실험용 단지모형에서 용적률이 동일한 상태에서 건물층고를 낮출수록

오히려 오염농도는 증가한다 건물층고가 낮고 건물이 가장 빽빽하게 입지한 경우.

에서만 이러한 경향이 나타나지 않았다(LowNy4) .

배치된 건물의 수가 동일한 단지모형들에 대한 오염농도를 비교해보면 용적률에 따라,

서도 지상오염농도 및 건물평균오염농도 모두 다르게 분포한다 용적률이 증가함에 따라.

건물의 배치간격은 동일하나 건물고를 높게 할수록 오염농도는 증가 또는 감소하는( )

등 일정한 경향을 보이지 않는다 이것은 용적률이 증가할수록 오염농도가 증가할 것이.

라는 일반적인 생각과는 다소 다른 결과로 오염농도는 건물밀도와 건물고 등의 여러,

요소들에 의해 복합적으로 변화함을 의미하는 것으로 보인다 지상농도의 변화를 보면. ,

배치간격이 큰 경우 에서는 건물층고를 올릴수록즉 용적률을 높일수록 지상오염(Ny1) ( , )

농도는 감소한다 배치간격이 작은 경우 에는 그 반대경향이 나타난다 건물. (Ny2, Ny4) .

평균오염농도의 경향도 지상오염농도와 비슷하다 건물평균오염농도의 변화를 보면. ,

배치간격이 크고 건물층고가 높은 경우 에는 건물층고를(Ny1, Ny2, HghNy4, MidNy4)

올릴수록즉 용적률을 높일수록 건물평균오염농도는 감소한다 그러나 배치간격이 작( , ) .

고 건물층고 또한 낮은 경우 의 경우에는 경향이 반대이다(LowNy4) .

모든 조건을 동일하게 유지한 상태에서 통풍통로 폭만을 변화시키는 경우중밀도 단지(

모형과 회전중밀도 단지모형 를 보면 통풍통로를 넓게 확보할 경우 지상오염농도는) , ,

물론 건물평균오염농도 또한 감소한다 통풍폭 개 과 비교하여. MidNy1( 10m×7 )

통풍폭 개 오염농도는 약 감소하고 통풍폭RotMidNy1( 115m×3 ) 36% , MidNy2(

개 와 비교하여 통풍폭 개 오염농도는 약 감소한다10m×7 ) RotMidNy2( 48m×7 ) 14% .

또한 통풍폭 개 와 비교하여 통풍폭 개 오염농MidNy1( 10m×7 ) RotMidNy1( 14m×15 )

도는 약 감소한다 통풍통로의 폭을 많이 넓힐수록 당연히 오염농도는 많이 감소한6% .


다 그런데 통풍통로의 증가비율에 대한 오염농도의 감소비율을 비교해 보면 흥미로운. ,

결과를 얻을 수 있다 의 경우 이 비율은 이다 와 에. Ny1 , 0.073(=36%/493%) . Ny2 Ny4

대해서는 각각 와 이다 통풍통로증가 대비 오염농도감소의 비가 에서0.029 0.020 . Ny1

현저히 크고 가 그 다음이며 가 가장 작다 와 는 거의 비슷하다, Ny2 Ny4 . Ny2 Ny4 .

비율차이가 크게 발생하는 과 의 경우 모형단지 내에 형성된 모든 통풍통로의Ny1 Ny2 ,

폭의 총합은 서로 비슷하다 의 경우 개 의 경우(Ny1 345m=115m×3 , Ny2

개 그러나 각 경우에서 개별 통풍통로의 폭에는 차이가 있다 의336m=48m×7 ). . Ny1

경우 한 개 통풍통로의 폭은 에 달하는 반면 의 경우 에 불과하다 좁은115m , Ny2 48m .

통풍통로를 다수 설치하는 것보다 통풍통로 몇 개를 합하여 넓은 통풍통로를 설치하는

것이 오염감소에 유리하다 이러한 결과는 앞서 살펴본 내용 즉 통풍통로의 폭이 넓을수. ,

록 풍하방향으로 먼 거리까지 통풍능력이 유지된다는 점과 부합된다 따라서 상기결과로.

부터 다음과 같은 결론을 유추해볼 수 있다 통풍통로를 확보하기 위해 녹지축을 설정할.

경우 좁은 폭의 녹지축을 단지전체에 걸쳐 평행하게 여러 개 확보하는 것보다 넓은,

녹지축을 확보하는 것이 유리하다 그러나 상기결과는 본 연구에서 수행한 단지모형에.

대해서만 성립하는 것으로 본 연구에서 고려된 조건을 벗어난 경우에는 보다 포괄적인,

검토가 필요하다.

회전중밀도 모형을 제외한 가지 단지모형에 대한 결과를 비교해보면 고도 에서9 , 10m

통풍감소와 오염농도 증가에는 뚜렷한 상관관계가 있다 단지모형의 종류와 상관없이.

통풍감소가 큰 경우에 오염농도증가가 더 심하다 회전중밀도 단지모형 가지 끼리. (3 )

상호비교해도 마찬가지 경향이 나타난다 그러나 전체 단지모형에 대해서는 이러한 경향.

이 성립하지 않는다 회전중밀도 단지모형을 중밀도 단지모형 혹은 고밀도 단지모형과.

비교하면 회전중밀도의 통풍감소가 같거나 더 크지만 오염농도는 더 작다, .


제 장6 ․종합 및 결론∣191

∣제 장 종합 및 결론6 ･ ∣본 연구의 주요 소주제별 연구결과를 정리하면 다음과 같다.

국내외의 바람길 적용현황■

국내의 바람길 관련 법규 및 규정○

국내의 택지개발 추진단계에서 환경영향을 고려하도록 한 관련 법규 및 규정 등은

환경부의 환경정책기본법 및 환경 교통 재해 등에 관한 영향평가법 건설교통, , ,「」「」

부의 국토의 계획 및 이용에 관한 법률구 도시계획법 서울특별시의 환경 교통( ) , , ,「」「

재해영향평가조례 등이 있다 이러한 환경영향 관련 법규 및 규정 등에서는 개발사업.」

시 공기의 순환 풍량 등과 같은 통풍과 관련된 요소들을 검토하도록 하고 있다 이는, .

넓은 의미에서의 바람길 효과를 고려하도록 한 것이라 볼 수 있으나 이러한 통풍요소들,

을 검토하기 위해 무엇을 어떻게 해야 하는지에 대한 더 이상의 구체적 사항은 언급하고

있지 않다.

환경영향평가 적용사례 검토○

국내의 주거지역 개발시 환경영향평가에 적용된 바람길 사례를 검토하기 총 건의58

환경영향평가서 및 환경성검토서가 분석되었다 먼저 대규모 택지개발시 바람길 적용현.

황을 살펴보기 위해 환경영향평가 및 환경성검토서가 분석되었고 기개발된 도심지역에,

서 고층건축물 군이 신축되었을 때의 바람길 적용현황을 파악하기 위해서 서울특별시

조례에 의해 이루어진 환경영향평가서가 분석되었다.

환경영향평가가 수행된 모든 사업지역13)의 지형특성을 살펴보면 거의 모든 사업지역

인근에 산지가 형성되어 있음을 알 수 있으며 인근에 산지가 분포되어 있다는2 km ,

13) 도심지역에서의 건물신축에 따라 수행되는 서울특별시 조례에 의한 환경영향평가서 제외


것은 산지로부터 발생한 찬 공기의 흐름과 관련된 국지순환풍이 해당 도시개발지역의

대기환경영향에 중요한 역할을 할 가능성이 높다는 것을 의미한다.

바람길로 인한 대기환경영향을 검토한 사업은 전체의 로 바람길에 대한 분석방법54% ,

론이 아직 개발되어 있지 않은 현실을 고려할 때 개발사업자또는 환경영향평가서 작성(

전문 엔지니어링사가 주거지역에서의 바람길 중요성을 비교적 높게 인식하고 있는 것으)

로 판단된다 바람길을 고려한 토지이용계획은 개발사업 초기부터 고려되어야 할 사항이.

나 조사된 총 건의 환경성검토서에서는 바람길에 대한 검토가 이루어지지 않았다8 .

환경영향평가서에서 이루어진 바람길 분석방법을 살펴보면 모든 사업에서 인근 기상,

대의 기상자료를 이용하였다는 점이 가장 특징적이라 할 수 있다 기상대의 기상자료를.

토대로 빈도수가 가장 높은 풍향을 주풍향으로 설정한 후 여러 가지 모델툴 풍동실험, (1

건 등을 이용하여 바람길을 분석하고 있다) .

이렇게 주풍향을 기준으로 바람길을 분석하는 방법에는 문제점이 있을 수 있다 바람.

길에 의한 여러 영향 중 대기질에 초점이 맞추어질 경우에는 국지순환풍이 중요한 역할을

하게 된다 사업지역에서의 국지적 특성을 나타내는 국지순환풍은 인근 기상대에서 측정.

된 바람 특성과는 차이를 보이는 것이 일반적이다 특히 대규모 택지개발 환경영향평가.

과정 중 바람길에 의한 대기질 영향이 주요 사안이 될 경우에는 사업지역에서 광역바람장

의 무풍상태일 경우가 중요하다 즉 인근 기상대에서의 바람특성은 무풍에 가깝고 사업. ,

지역에서는 국지적 순환풍이 발생할 때가 중요한데 기상대에서의 바람자료를 토대로,

주풍향을 설정하여 이에 따른 바람길과 대기질환경을 예측하는 것은 적절하지 않다고

보인다 바람환경을 한 방향의 주 풍향으로 설정하여 바람길 및 대기환경을 예측하는.

것은 시시각각 변동하는 바람의 일반적 특성을 고려할 때 이러한 복잡한 상황을 지나치게

단순화한 것은 아닌가 보인다.

바람길이 분석된 건 모두에서 국지순환풍에 대한 검토는 이루어지지 않았다 바람25 .

길이 분석된 모든 사례에서는 주풍향을 대상으로 바람길의 패턴을 분석한 후 바람길을

고려하여 시설배치를 할 계획이라는 추상적인 사항만 제시되어 있을 뿐이다 즉 조사된. ,

모든 평가서에서 바람길 분석결과를 토대로 한 구체적 반영 또는 제안사항이 없으며,


따라서 계획된 단지배치를 통하여 얼마만큼의 대기질 개선효과를 얻을 수 있는지에 대한

정량적 해석결과가 거의 없다 또한 바람길 분석결과를 토대로 다수의 대안 비교도 이루.

어지지 않고 있다 택지의 환경영향평가에서 주거환경질의 제고를 위해 가능한 대안의.

비교를 통한 최적안 선정은 매우 중요한 과정중의 하나이다 이러한 결과는 바람길과.

대기환경영향과의 상관관계를 정량적으로 분석할 수 있는 바람길해석 방법론이 아직

명확하게 개발되지 않은 현실을 반영하고 있다고 보인다.

기개발된 도시지역에서의 고층건물군 신축에 따른 바람길 해석 현황을 살펴보기 위해

서 서울특별시 조례에 의해 작성된 환경영향평가서 중 바람길 해석이 이루어진 건의4

환경영향평가서를 분석하였다 이들 환경영향평가서에서 수행된 바람길 분석방법 및.

저감방안 역시 위의 경우와 거의 동일한 경향을 보이고 있다.

바람길을 고려한 도시계획에 있어서 선도적인 국가독일 등 에서는 바람길의 정량적( )

해석을 어떻게 하고 있는지에 대한 조사를 자문위원들의 도움 등을 받아 폭 넓게 수행하

였다 그러나 본 연구진이 조사한 바에 의하면 일반적인 예상과는 달리 외국의 경우에서.

도 바람길의 정량적 해석에 대한 연구결과는 찾을 수가 없었는데 이는 바람길 분석을,

통한 대기질의 정량적 해석이 결코 용이하지 않은 작업이라는 것을 의미한다 할 수 있겠

다.

국내에서수행되고있는택지개발환경영향평가에서는약 정도가바람길해석을통한1/2

대기영향평가를시도하고는있으나 해석방법에있어서개선의여지가있으며정량적해석,

을통한여러단지계획안에대한대안의검토가이루어지지않고있다 이러한경향은바람길.

과 대기환경영향과의 상관관계를 정량적으로 분석할 수 있는 바람길해석 방법론이 아직

명확하게 개발되지 않은 현실을 반영하고 있다고 보인다.

바람길 변화 분석은 택지개발지역의 대기오염을 최소화하여 도시민에게 좀 더 쾌적한

대기환경을 제공할 수 있는 원천적인 저감방안이라 할 수 있다 바람길에 대한 환경영향.

평가가 충실히 이루어지기 위해서는 환경정책기본법 및 환경 교통 재해 등에, ,「」「

관한 영향평가법 의 하위 규정환경영향평가 작성규정 등에 도시개발시의 주요 검토사( )」


항으로 바람길 해석부분을 명시하고 구체화할 필요가 있다 바람길 분석에 있어서 매우.

중요한 과정이 바로 사업지역의 오염현황 및 국지순환풍의 영향여부를 파악하는 일이다.

국지순환풍에 의한 영향은 차적으로 해당 지역의 지형적 조건을 토대로 검토되어야1

한다 이러한 과정은 사업초기 즉 사전환경성검토 단계에서 수행되어야 한다 국지순환. , .

풍에 의한 바람길이 중요한 역할을 할 수 있을 것이라는 결과가 도출되면 실측 또는,

모델링 등을 통하여 사업지역의 국지순환풍을 분석하기 위한 향후 계획을 사전환경성검

토서에 포함시켜야 할 것이다 국지순환풍을 실측하게 될 경우 최소 년간의 측정기간이. , 1

소요되는데 개발사업자는 사전환경성검토서의 계획에 맞추어 실측을 한다 환경영향평.

가 단계에서는 그동안 축적된 국지순환풍 자료를 토대로 향후 단지배치시 고려되어야

할 개략적 방향바람길 방향 및 폭의 범위 등을 제시하는 것이 바람직할 것으로 판단된( )

다.

사업지역에서의 국지순환풍 영향을 파악하는 것은 현실적으로 많은 시간과 비용이

소요되는 작업이다 따라서 모든 사업에서 이러한 검토과정이 이루어지는 것은 불필요한.

일이라 할 수 있으며 시급히 국지순환풍에 대한 검토가 필요한 사업을 스크린하고 바람,

길을 해석 평가할 수 있는 방법론가이드라인 등이 개발 보급되어야 할 것으로 판단된, ( ) ,

다 이러한 작업은 사업자의 의뢰로 주로 환경영향평가서를 작성하게 되는 엔지니어링.

회사에서 수행하기에는 현실적 어려움이 많이 따를 수밖에 없으며 따라서 환경부 또는,

한국환경정책평가연구원 등에서 바람길에 대한 방법론을 제시해주는 것이 바람직할․것으로 보인다.


바람길의 대기환경영향 분석방법■

본 장에서는 바람길 해석을 위한 이론적 근거를 살펴보고 바람길 해석을 위한 기초,

적 방법을 제안하였다 여기서 제안된 바람길 해석방법은 향후 개발의 필요성이 시급한.

바람길 해석 가이드라인의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

특정지역의 통풍환경이 열악할 경우 외부지역으로 대기오염물질이 원활하게 배출,

되지 않기 때문에 오염배출이 크지 않음에도 불구하고 해당지역의 대기질은 쉽게 나빠질

수 있다 통풍환경은 대기질에 매우 중요한 영향을 미치며 대기질은 해당지역의 통풍환. ,

경과 오염배출 및 유입조건에 의해서 결정된다 또한 통풍환경의 변화는 보행자가 바람.

을 맞으면서 느끼는 쾌적성 혹은 불쾌감에도 변화를 유발한다 일례로 높은 건물이 건립.

된 이후 겨울철에 건물 사이의 차가운 골바람에 의해서 체감온도가 저하되면서 보행쾌,

적감은 매우 낮아지는 경우가 종종 발생한다 문제가 심각한 경우 방풍을 목적으로 조경.

을 실시하는 등 사후대책을 수립할 수도 있지만 수목을 식재할 공간을 확보할 수 없거나,

수목의 방풍효과가 충분하지 못한 경우도 발생할 수 있다 따라서 계획 수립시에 근원적.

으로 이러한 문제가 발생하지 않도록 건물배치 등을 조정하는 것이 바람직하다 대기질.

환경의 경우 풍속이 낮을 때 문제가 되는 것과는 대조적으로 보행쾌적감은 일반적으로,

풍속이 높은 경우에 문제가 된다.

기존 바람길 분석에서 보행쾌적감이 고려된 사례를 발견하기가 어려운데 이는 보행,

쾌적감이 대기질환경 요소로 간주되지 않는 현재의 실상이 반영된 것으로 보인다 그러.

나 보행쾌적감은 대기질환경과 마찬가지로 통풍환경과 밀접하게 관련되어 있고 분석

및 대책수립을 위한 기술적 절차가 대기질 환경과 거의 동일하기 때문에 특정사업의

경우 바람길 분석시 보행쾌적감에 대해서도 고려하는 것이 필요하다 할 수 있다, .

본 장에서는 개발계획이 해당지역의 통풍환경에 미치는 영향을 산정하고 이를 토대로,

해당지역의 대기오염농도 변화를 정량적으로 계산할 수 있는 일련의 바람길 해석절차를

제시하였다 아울러 특정한 개발계획에 대해서 바람에 대한 보행자의 체감 쾌적도를.

평가할 수 있는 절차도 제시하였다.


모델을 이용한 바람길 분석결과CFD■

본 연구에서는 개의 대표적인 사례지역을 선정하고 수치해석을 통해 바람길2 , CFD

해석작업 통풍환경 대기질환경 보행환경 을 수행하였다 바람길 해석을 위해 선정한( , , ) .

대상사업은 도심지역에서의 초고층건물 신축사업과 국지순환풍이 통풍환경에 주① ②

요한 요소로 작용되는 지형적 특성을 지닌 지역에서의 택지개발사업이다.

본 연구에서 사용된 모델은 유동방정식 연속방정식 온도방정식 및 농도방정식CFD , ,

에 대해 유한차분법 이하 을 적용 구성하였다 공간 및 시간에 대한 차분오차는( FDM) , .

각각 차 및 차 정확도에 해당하는 기법을 적용했다 시뮬레이션 시간의 흐름은2 3 . fully

기법을 적용하여 묘사하였다 표고차가 크고 다양하고 복잡한explicit time splitting .

지형모형을 직교좌표계 내에서 효과적으로 모델링하기 위해서 가상경계기법을 그리고,

격자크기 이하의 난류성분을 모델링하기 위해서는 모델을 적용했다 본 연구에서LES .

사례지역으로 선택한 첫 번째 개발사업 초고층건물 신축 의 경우 동일 사업에 대하여( ) ,

풍동실험이 기 수행된 바 있다 이러한 기존 문헌의 풍동실험결과를 토대로 본 연구에서.

적용된 모델의 정확도를 검토하였으며 모델 예측치는 풍동실험과 잘 일치하고CFD , CFD

있는 것을 보여준다.

첫 번째 사례에서는 서울 등의 도시지역에서 최근 빈번하게 수행되고 있는 고층건물

신축사업 특별히 층고가 수백 미터에 달하는 초고층건물 건립에 따른 대기환경상의,

영향을 분석했다 초고층건물 신축부지 주변은 이미 완전히 개발된 넓은 도시의 일부이.

며 주변건물 및 건립예정인 건축물의 형상과 배치형태가 자세하게 주어진 상태에서,

바람길 해석작업을 수행하였다.

두 번째 사례는 주변이 도시화되지 않은 지역에 대한 택지개발사업 혹은 도시개발사업

으로 산지가 많은 국내지형조건 하에서 일반적으로 산곡풍을 적절히 고려해야하는 경우,

이다 산곡풍은 무풍 혹은 약풍시에 국지적으로 발달하는 바람으로 신선한 공기를 개발.

지역 내부로 공급하기 때문에 개발 이후에도 그러한 바람 흐름을 잘 보존할 필요가 있다.

아울러 택지개발 혹은 도시개발사업의 경우 구체적인 건물형상은 바람길 해석이 수행되,


는 시점 곧 계획단계나 환경영향평가 단계에서는 구체적으로 결정되지 않는 경우가,

대부분이다 전반적인 구획안과 도로망과 녹지축 그리고 용적률과 허용층고 등만의 조건.

만 확정된 상태에서 개별 개발사업이 향후 대기환경에 미치는 영향을 분석해야 한다.

도심의 초고층 건물 신축에 따른 대기환경영향○

도심지역에 초고층 건물을 신축할 때의 바람길과 대기환경영향을 분석하기 위해 현재

진행 중인 개발사업을 대상으로 수치해석을 수행하였다CFD .

모델을 통해 예측된 지상고도 수평면에서의 풍속분포에 따르면 초고층건물 주변10m ,

에서 풍속변화가 가장 현저히 나타나고 모델영역 출구에 인접한 넓은 지역에 걸쳐 나타,

나는 저풍속 지역의 형태에도 변화가 나타난다 풍향에 따라 또한 비교위치에 따라 초고.

층건물신축에 따른 풍속변화는 매우 다양하다 초고층건물이 들어섬으로써 모든 지역에.

서 일제히 풍속이 감소하는 것이 아니라 국부적으로 풍속이 증가하는 곳이 생긴다는,

점도 특징적이다.

입구 및 출구의 통풍량 분포를 초고층건물 신축전후로 구분하여 방위 풍향에 대해서8

분석하였다 모든 고도에서 초고층건물 건립 이후 뿐 아니라 이전에도 이미 주변 건물로.

인하여 풍상측에 비해서 개발지역 풍하위치의 통풍량은 감소하는 형상을 보인다 초고층.

건물 건립 이후의 경우 이로 인해 통풍감소현상이 더 심화되고 풍속이 감소되는 고도, ,

또한 더 높은 위치로 이동하는 경향이 모든 풍향에 대해서 일관성 있게 나타난다 각.

풍향별 통풍감소곡선의 연직분포에는 일정한 패턴이 있다 모든 고도에서 양수라는 점.

외에도 지면 에서 고도가 증가함에 따라 통풍감소폭도 증가하면서 일정 고도에서, z=0

최대치에 이른 후 점차적으로 감소하다가 일정 고도 이상에서는 통풍감소현상이 나타나

지 않는다.

기류가 개발지역을 통과하면서 나타나는 통풍량 변화는 개발로 인해 발생할 수 있는

잠재적 대기오염농도에 대한 척도가 될 수 있다 통풍량 감소가 심할수록 상대적으로.

더 심각한 대기오염이 초래된다 그러나 통풍감소가 심하게 나타난다고 해서 반드시.

대기질환경이 심하게 나빠지는 것은 아니다 대기질환경의 악화수준 곧 대기오염농도. ,


증가는 통풍조건의 변화 외에도 개발지역 내에서의 오염물질 배출규모와도 상관이 있기

때문이다 개발지역 내에 대기오염배출량이 미미하다면 통풍감소가 꽤 크게 발생해도.

실제 오염농도의 증가는 미미할 수 있다 따라서 초고층 건물신축 등으로 인한 개발사업.

으로 인해 발생하는 대기질 영향을 예측평가하기 위해서는 바람길 분석 모델링 작업시에

대기오염현상에 대한 시뮬레이션을 같이 수행하는 것이 좋다.

통풍량 감소에 대한 모델 예측결과를 토대로 초고층건물 신축에 따른 잠재적 대기오염

영향을 풍향별로 분석하였다 초고층건물 신축 이후에 풍량이 가장 많이 감소하는 풍향.

은 북풍 으로 기존 건물로 인한 풍량감소분을 제외할 경우 약 의 풍량이 감소된(N) , 17%

다 초고층건물 신축으로 인하여 추가적으로 발생하는 통풍감소가 가장 작은 풍향은.

북서풍 일 때로 추가적 통풍감소량이 약 정도이다 즉 현재 설계 방안대로(NW) , 6% . ,

단지내 건물을 건립할 경우에 건물신축으로 인하여 추가적으로 발생하는 상대적 통풍감,

소량이 풍향에 따라 적게는 에서 많게는 까지 발생하게 되며 풍향에 따라 통풍량6% 17% ,

감소의 편차가 크다는 것을 알 수 있다.

국내의 환경영향평가에서 바람길 해석은 일반적으로 가장 빈도수가 많은 개 풍향을1

주풍향으로 설정하고 이에 대해서만 분석이 이루어진다 본 연구에서는 풍향을 개로. 8

구분하여 관측된 풍속 및 발생빈도를 고려한 바람길 영향을 분석하였다 이렇게 개. 8

풍향을 고려하여 산정된 건물 신축 이후의 상대오염농도 증가분을 구하면 현재 설계

방안대로 단지내 건물을 건립할 경우에 건물신축으로 인하여 추가적으로 발생하는 상대,

적 오염농도증가는 정도로 예측된다 풍향에 따라 통풍량의 편차가 크다는 점에14% .

착안하여 단지의 배치각도를 바꿀 때에 상대적 오염농도증가가 어떻게 변화하는 지를,

살펴보았는데 현재의 단지배치 방향은 거의 최악에 가까우며 현재의 단지를 시계방향, ,

으로 혹은 반시계방향으로 회전시켰을 때가 오염농도 증가폭 이 가장315°( 45°) (11%)

작게 나타난다 즉 현재의 단지를 반시계방향으로 회전시킬 경우 대기질 측면에. , 45° ,

서 약 의 개선효과를 기대할 수 있는 것이다27%(3%p) .

대기질환경은 통풍량감소로 인해 악화되는 반면 보행환경은 지나치게 높은 풍속으로,

인해 문제가 발생한다 초고층 건물에 인접한 주변 지역에는 풍속이 증가하는 위치가.


존재한다 초고층 건물로 인해 유동단면적이 좁아지면서 풍속이 증가하는 골바람효과.

때문이다 일정 높이 이하에서 건물을 향해 부는 기류는 건물의 상단을 통과하지 못하고.

측면으로 우회하게 된다 그 결과 골바람 효과로 풍속이 증대하게 되는데 건물이 높고. ,

전면적의 넓이가 넓을수록 건물 측면에 인접한 지상에서 매우 높은 바람이 형성되는

경향이 있다.

본 연구에서 수행된 모델링 결과에서도 고층빌딩 주변의 풍속증가 효과를 확인할 수

있다 초고층건물 한 개동 주변의 개 지점에서 평균풍속분포 지상 를 분석한. 8 ( 1.5m)

결과 개 지점에서의 풍속이 초기 접근류 보다 배 증가하며 일본의 권고기준을, 1 ( ) 1.5 ,

초과하는 것으로 나타났다 기상관측자료 및 함수로부터 약 의 발생확률을. Weibull 10%

갖고 있는 강풍의 풍속은 약 이다 이러한 풍속은 거의 태풍 수준에 육박하는37 km/hr .

속도로써 이 위치에서의 활동인구보행자 야외카페의 이용자 등들은 불편한 심지어, ( , ) ,

는 위험할 수 있는 풍환경에 노출되게 된다 이러한 경우 사후대책으로서 수목식재. , ,

방풍펜스설치 등과 같은 방풍대책이 수립될 수도 있지만 공간상의 제약 때문에 이러한,

사후저감방안이 용이하지 않은 경우도 있을 수 있기 때문에 건물계획 초기부터 이러한

바람환경에 대한 검토가 사전에 이루어지는 것이 바람직할 것으로 보인다 국내의 경우. ,

대기환경분야에 이러한 보행자들의 풍환경 부분이 포함되지 않고 있지만 이 부분 역시,

향후 대기환경분야에서 적극 검토되어야 할 것이며 이에 대한 추가적인 연구가 이루어,

져야 할 것이다.

대규모 택지개발사업으로 인한 바람길변화와 대기환경영향을 분석하기위해 경기도

이천시 송말리 지역을 사례지역으로 선정하였다 송말리가 실제 택지개발사업 대상지역.

이 아님에도 불구하고 사례지역으로 선정한 것은 송말리의 지형이 산지와 임한 평탄한

형상으로 국내 택지개발시 가장 흔히 볼 수 있는 형태이고 타 연구에서 상세히 수행된,

국지기상관측 자료를 활용할 수 있기 때문이다.

송말리 지역의 관측자료를 토대로 시간대별 평균풍속 및 풍향을 살펴보면 주야간의,


바람발생특성에 현저한 차이가 나타난다는 것을 알 수 있다 특히 야간 밤 시부터. ( 10

다음날 낮 시까지 중에 비교적 낮은 풍속이 북서 풍향에 집중되는 경향이 뚜렷하10 ) (NW)

다 반면 주간에는 바람이 강해지면서 풍향 또한 다양하게 나타난다 주간의 풍향은. , .

남동에서 남서 방위각에 넓게 분포하는데 야간의 북서풍과는 거의 반대에서 바람이,

분다 송말리의 지형을 고려했을 때 북서방향으로 발달되어 있는 계곡을 따라 산곡풍이. ,

형성되는 지역임을 알 수 있으며 이는 바람장의 관측자료와 일치한다 그러나 송말리의, .

바람 관측자료는 인접해 있는 이천의 기상자료와는 많은 차이를 보인다 이러한 결과는.

분석대상지역의 국지풍 권역을 벗어난 지역에서 수집된 관측자료로부터 분석대상지역의

산곡풍 국지풍 특성을 파악하기는 어렵다는 점을 시사한다 바람길분석 기존사례에서( ) .

사업지역에서 가장 가까운 기상청 관측자료를 사용하는 경우가 많은데 여기에 대해서는,

좀 더 신중한 접근이 필요한 것으로 보인다.

모델을 이용하여 송말리에서 관측된 산곡풍국지풍을 시뮬레이션 하였다 산곡CFD ( ) .

풍을 정확히 모델링하기 위해서는 고려해야할 요인이 많으나 본 연구에서는 모든 위치,

에서 지표면과 기층의 온도차가 시뮬레이션 초기에 인 것으로 단순 가정하였다15 .℃

모델링 결과인 풍속벡터의 분포를 살펴보면 모델링 영역에서 위치에 따라 산곡풍의,

풍향은 서풍에서 북서풍 사이에 분포하고 위치에 따라 풍향에 변화가 많은 것을 알,

수 있다 그럼에도 불구하고 송말리 기상관측 위치에서는 시뮬레이션된 산곡풍이 거의.

북서풍으로 형성된다 또한 모든 관측 공간에서 산곡풍이 강하게 형성된다 이러한 사항. .

들은 흥미롭게도 송말리 관측결과와 일치한다 송말리에 인접한 이천기상대 관측자료가.

송말리 관측자료와 판이하게 다른 결과를 제공한 것을 고려할 때 단순화된 조건을 토대,

로 수행한 시뮬레이션이 오히려 관측자료와 부합된다는 점은 고무적이다 지형고도자료.

와 모델예측 수단만으로 사업부지의 산곡풍을 예측할 수 있다면 현실적으로 매우 유용,

할 것이다 지형고도자료는 손쉽게 확보할 수 있고 모델링 도구 또한 다양하게 제시되어. ,

있기 때문이다 또한 모델도구는 산곡풍의 시간별 변화와 차원 공간구조를 제공할 수도. 3

있다 반면에 택지개발 계획시 산곡풍을 조사하기 위해 기상관측을 수행해야 하는 경우. ,

장기관측에 따른 시간비용적 측면에서 매우 많은 부담이 될 뿐 아니라 관측장비가 설치․


된 위치에서 차원적인 기상정보만을 얻을 수 있다1 .

그러나 송말리 부지를 대상으로 본 연구에서 수행된 산곡풍 모델링 결과가 관측자료와

유사하게도출되었다하더라도 모델을포함한모델링도구가부지에서수행된관측작업, CFD

을 얼마나효과적으로대체할수있을지에대해서는현재로서는판단하기어렵다 여기에.

대해서는 향후 보다 엄밀한 분석 및 추가의 연구가 필요할 것이다.

본 사례연구에서는 산곡풍 흐름방향북서풍으로 최적의 통풍효과가 발생하기 위해서( )

단지구획안을 어떻게 선택해야할 것인지 수치실험을 통하여 검토해 보았다 실제의 경우.

에는 구체적인 단지구획안을 두고 비교분석을 수행하겠지만 본 연구에서는 일반화시킬,

수 있는 단순모형에 대해서 분석하였다 택지개발 사업시 건물배치와 관련하여 결정.

가능한 항목이 단지별 용적률과 층고 그리고 각 동간 이격거리 등인 것에 착안하여,

이러한 조건을 변화할 경우에 단지내에서 바람길이 어떻게 변화하는지 모델을 이용CFD

하여 분석하였다.

수치실험을 위해 설정한 단지모형의 종류는 모두 가지이다 각각의 단지모형에는9 .

방향 곧 기류방향을 따라 열의 건물이 배치되어 있다 건물의 수평단면은 장방형으y , 8 .

로 방향으로 이고 방향으로 이다 건물열 사이의 거리는 로 모든 단지, x 40m y 20m . 10m

모형에서 동일하게 적용되었다 방향 즉 기류방향의 건물간 이격거리는 가지 경우를. y , 3

검토하였다 단지모형 내의 건물이 방향으로 각각 개동 개동 개동이 배치된. y 4 , 8 , 16

경우가 고려되었다 방향으로 개동이 배치된 경우 방향으로 인접한 두 건물간. y 4 , y

이격거리는 이다 개동이 배치된 경우는 이격거리가 이고 개동이 배치115m . 8 47.5m , 16

된 경우는 이격거리는 가 된다 단지모형의 용적률은 가지 곧 고밀도 중밀도13.75m . 3 , , ,

저밀도를 고려했으며 고밀도의 용적률은 가장 높은 경우로 이며 중밀도는, 697% , 348%,

저밀도는 이다 여기서 고밀도 중밀도 저밀도는 용적률을 구분하기 위해서 본149% . , ,

연구에서 편의상 선택한 용어이며 용적률의 고 중 저 구분은 위의 수치가 기준이, , ,

되는 것은 결코 아니다 배치된 건물의 개수가 다르나 용적률이 동일한 경우는 개동의. 1

층수에 차이가 있도록 설정하였다 예를 들어 고밀도 단지모형 가지의 경우 단지모형. , 3 ,


에 배치된 건물의 총수는 각각 개 개 개 이나 각32 (=4×8), 64 (=8×8), 128 (=16×8)

단지모형의 용적률은 모두 동일하다 가지의 건물층수를 각각 층 건물고. 3 56 ( 156.8m),

층 건물고 층건물고 으로 설정하였기 때문이다 이외에도 중밀도28 ( 78.4m), 14 ( 39.2m) .

단지모형을 회전한 경우도 고려하였는데 통풍통로의 폭이 바람길에 미치는 영향90° ,

을 조사하기 위한 목적으로 선정하였다 이 모형은 방향 즉 바람 진행방향의 직각으로. x ,

건물간 이격거리가 크기 때문에 다른 단지모형에 비해서 통풍통로의 폭이 넓다 따라서.

수치실험 수행횟수 즉 모델을 통해 분석하게 될 단지모형은 총 가지이다, CFD 12 .

가지 모형단지에 대한 수치실험을 통하여 각각의 모형단지에서 기류가 통과하면서12 ,

발생하는 통풍감소와 오염증가를 검토하였다 각각의 물리량을 계산하는 과정은 도시지.

역 초고층건물 신축사업에 대한 사례분석시와 동일하다.

고밀도 중밀도 및 저밀도 단지모형에 대한 연직통풍량 분포를 비교해보았다 통풍량, .

감소 및 대기오염의 영향은 주로 건물수의 밀집도 및 건물높이 등 다양한 인자들의 복합

적 작용에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있으나 본 연구에서 설정된 조건에서는,

건물높이가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다 이러한 경향은 항상 적용될 수.

있는 것이 아니며 실제 주어진 조건용적률 건폐율 건물고 등의 제한범위을 고려하여, ( , , )

시뮬레이션을 수행한 후 해당 사업에서 바람길에 가장 영향을 많이 미칠 수 있는 인자를,

도출하고 이를 적절하게 관리하여 통풍환경을 개선시키는 것이 바람직할 것이다.

바람이 단지를 통과할 때의 풍속분포를 살펴보면 기류의 진행방향으로 완전히 개방된,

통풍통로일지라도 통풍효과는 풍하방향 일정거리까지만 발생한다는 것을 알 수 있다.

즉 통풍효과가 발휘되는 풍하방향 거리 곧 단지입구에서 통풍효과가 사라지는 통풍통, ,

로 상의 위치까지 측정한 거리는 주변건물 조건에 의해서 크게 영향을 받는다 단지계획.

시 녹지축이나 가로망 등으로 통풍통로 바람길 를 배치할 경우에 통풍통로를 산곡풍( )

방향과 일치시키는 것만으로는 기대한 통풍효과를 충분히 기대하지 못할 수도 있다.

시각적으로 단지내를 관통하는 완전히 개방된 통풍통로라고 할지라도 통풍통로의 폭이

충분히 넓지 못한 경우에는 공기흐름의 측면에서 원활한 통로구실을 못할 수 있다 따라.

서 통풍로 확보를 목적으로 녹지축 등을 계획할 경우 녹지축의 방향을 산곡풍의 흐름과,


일치시키도록 해야 할 뿐만 아니라 녹지 폭 또한 통풍효과를 발휘하기에 충분하도록

넓게 설정해야 할 것이다

좁은 통풍통로를 다수 설치하는 경우와 동일한 통풍통로 몇 개를 합하여 넓은 통풍통

로를 설치하는 경우를 비교해보면 후자의 경우가 대기질 환경 측면에서 유리한 것으로,

나타났다 이러한 결과는 앞서 살펴본 내용 즉 통풍통로의 폭이 넓을수록 풍하방향으로. ,

먼 거리까지 통풍능력이 유지된다는 점과 부합된다.

이상의 본 연구로부터 도출된 성과는 다음과 같이 정리될 수 있을 것이다.

국내 환경영향평가서상의 바람길 적용 현황 파악 및 보완사항 도출․쾌적한 도시환경 조성을 위한 바람길 평가 도입 제도 방향 제시․바람환경을 실제 상황에 좀 더 가깝게 고려할 수 있는 바람길 해석을 통한 통풍환경․및 대기질환경 평가방법 기초 제시

바람길 해석을 통하여 강풍으로 인한 보행환경평가 시도․직접 측정을 대신할 수 있는 국지순환풍 산곡풍 의 모델링 기법 기초 제시( )․도시개발시 통풍효과를 제고하기 위해 고려해야 할 방향 및 인자 제시․


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부 록∣211

부록 대기경계층 모델A. AERMOD

평탄지형 곧 지형조건이 적정한 면적규모 이상으로 균질한 경우의 연직 풍속특성은,

지상관측자료로부터 추정할 수 있다 연직 풍속 및 난류강도 분포는 대기 경계층의 열적.

성층화 효과에 따라 달라진다 대기상태가 안정한 경우와 불안정한 경우를 구분하여.

지상관측인자로부터 평균풍속과 각 방향 난류성분의 연직분포를 산정하는 방법은 다음

과 같다(Cimoreli et.al., 1998).

대기경계층이 불안정한 경우 현열유속이 지면에서 대기로 향할 때( )□

태양으로부터 지면으로 복사열이 전달되는 경우주간 지면의 온도는 인접한 공기층( )

의 온도보다 높아져서 지면으로부터 대기로 열전달이 발생하고 대기경계층은 열적으로

불안정한 상태가 된다 현열유속 이 양의 값으로 주어졌을 때 이로부터 마찰속도를. (H) ,

계산할 수 있다 이 경우의 마찰속도. , u*는 상사법칙으로부터 다음Monin-Obukhov

식으로 계산될 수 있다(Panofsky and Dutton, 1984).

··································(A1)

여기서 는 상수, k Karman (=0.4), zref는 풍속(Uref 을 측정한 고도이며) , z0는 지면거

칠기 고도 이고 은 길이이다 식 에서(roughness height) , L Monin-Obukhov . (A1)

은 임의의 변수 에 대해서 다음과 같이 정의되는 함수이다.

··············(A2)

에서 매개변수 는(A2) μ 의 함수로 다음과 같이 정의된다.

·······················································································(A3)

길이 는 다음 식으로 정의된다Monin-Obukhov (L) (Wyngaard, 1988).


·······················································································(A4)

에서(A4) Cp는 공기의 정압비열이며, Tref는 기온이며 는 중력가속도이며 는, g , H

현열유속이다 현열유속 가 주어졌을 때 식 과 식 로부터 마찰속도. H , (A1) (A4) (u* 그리고)

길이 를 구할 수 있다 본 연구에서는 반복계산법을 적용하여 계산Monin-Obukhov (L) .

했다.

열적 대기혼합고(convective mixing height, zic 는 차원 에너지수지 모델로부터) 1

다음과 같이 계산할 수 있다(Carson, 1973; Weil and Brower, 1983).

······························(A5)

식 에서(A5) zic는 열적 대기혼합고이며, θ 는 연직고도 의 함수로 표시된 온위(z) (z)

이고 는 지면의 현열유속 이다 시간(potential temperature) , H (sensible heat flux) .

는 일출 후부터 경과시간이며t , ρ와 cp는 각각 공기의 밀도와 정압비열이다 는 무차원. A

상수로 를 적용한다0.2 (Deardorff, 1980).

불안정 대기경계층 내에서 큰 규모의 난류에디는 다음 식으로 표현되는 대류속도(w*)

에 의해서 적절하게 묘사된다(Wyngaard, 1988).

······················································································(A6)

지면에서의 현열유속이 전혀 없는 경우 곧 열적인 교란이 없는 경우에도 기류의,

난류성분에 의해서 대기혼합과정이 진행되어 역학적 대기혼합고(mechanical mixing

height, zim 가 형성된다 바람의 흐름이 강하고 지면에 기류를 차단하는 거칠기 요소가) .

많을수록 역학적 대기혼합고(zim 는 높게 형성된다 역학적 대기혼합고의 시간별 변화는) .

다음 모델식으로 표현될 수 있다.

·············(A7)

식 에서(A7) τ는 시간척도로 다음으로 정의된다.

부 록∣213

·····················································································(A8)

여기서 βτ 는 경험상수이며(=2) , u*는 마찰속도 이다 식 에(friction velocity) . (A7)

서 zie는 길이 단위 를 갖는 양으로 다음과 같이 마찰속도(m) (u* 단위 의 함수로, m/sec )

표시할 수 있다(Venkatram, 1980).

·····························································································(A9)

식 으로부터 역학적 대기혼합고의 시간별 변화를 계산하기 위해 필요한 초기조(A7)

건 곧 일 때의 역학적 대기혼합고는 식 를 적용하여 계산한다, t=0 (A9) : zim(t=0)=zie.

열적 대기혼합고 식 와 역학적 대기혼합고(convective mixing height, (A5))

식 를 비교하여 큰 값이 불안정 대기경계층에서 대기(mechanical mixing height, (A7))

혼합고(hmix 로 계산된다) .

···················································································(A10)

식 에서(A10) hmix는 불안정 대기경계층에서 대기혼합고이다.

불안정 대기조건 하에서 연직 평균풍속분포는 다음 식으로 표현된다.

≦

≦

····

·······························································································································(A11)

식 에서(A11) 은 식 로 정의된 함수이다(A2) .

불안정 대기조건 하에서 연직방향 난류성분( 은 열적 난류성분) ( 과)

운동학적 난류성분( 의 합으로 구성된다) .

························································································(A12)

열적 난류성분의 연직분포는 다음 모델 식으로 나타낸다.


≦ ≦

··························(A13)

식 에서(A13) w*는 식 로 정의된 대류속도이다(A6) .

식 의 운동학적 난류성분(A12) ( 은 대기혼합고 상하 부분의 기여도를 구분하)

여 다음과 같은 합의 형태로 나타낼 수 있다.

····················································································(A14)

여기서 σwml은 다음과 같이 표현된다.

≧ ·········································(A15)

식 에서(A13) σwmr은 대기혼합고 이상의 고도에서 잔류하는 난류성분이 대기혼합고

층 내로 유입되는 량을 표시하는 것으로 다음과 같이 선형분포로 근사시킬 수 있다.

··································································(A16)

식 에서(A16) σwmx은 대기혼합고 고도에 생성되는 잔류층 에서 발생(residual layer)

하는 최대 운동학적 난류강도인데 관측치가 없는 경우 대기혼합고 높이에 대한 평균풍,

속(= u(z=hmix) 의 로 적용한다) 2% .

불안정 대기조건 하에서 연직방향 난류성분과 유사하게 수평방향 난류성분( )

또한 운동학적 난류성분( 과 열적 난류성분) ( 의 합으로 구성된다) .

··························································································(A17)

운동학적 난류성분 σvm은 다음과 같이 고도 에 대한 선형함수로 표현된다(z) .

부 록∣215

≦

··································(A18)

식 에서(A18) zim은 식 에서 정의된 역학적 대기혼합고(A7) (mechanical mixing

이며height) , 과 는 다음과 같다.

················································(A19)

바람이 매우 약한 경우 식 로부터 계산된 수평방향 운동학적 난류성분은 지나치(A18)

게 작아지게 되므로 이러한 문제를 피하기 위해, 에 대해서 다음과 같은 하한을

설정한다.

··················································(A20)

식 에서 는(A20) u 과 동일한 고도에서 풍속이다.

식 에서 수평방향 난류성분 가운데 열적 난류성분(A17) ( 은 불안정 대기혼합)

층 내에서 일정한 것으로 산정한다(Reading et.al., 1974; Kaimal et.al., 1976).

≦ ·······································································(A21)

대기혼합층보다 높은 위치에서는 고도가 증가함에 따라 열적 수평난류성분은 선형적

으로 감소해서 고도가 1.2zic인 지점에서는 가 되도록 설정한다 그 이상의 높이에서0.25 .

는 열적 수평난류성분이 일정하게 유지되는 것으로 간주한다.

대기경계층이 안정한 경우 현열유속이 대기에서 지면으로 향할 때( )□

지면이 대기보다 온도가 낮은 경우야간 대기경계층은 하층부가 냉각되면서 안정된( )

구조를 갖는다 이 경우의 마찰속도는 다음 식으로 계산한다. (Perry, 1992).


≧ ·····(A22)

······························································································(A23)

·····················································································(A24)

···································································································(A25)

···········································································(A26)

에서 은 이며(A26) n cloud cover(0.0~1.0) , 이다.

식 식 으로부터 대기가 안정한 경우의 마찰속도를 계산할 수 있다(A22)~ (A26) .

길이는 식 로부터 산정한다Monin-Obukhov (A4) . Uref가 uCR보다 작은 경우에는 마찰

속도는 다음 식으로 구한다.

···················································(A27)

···················································(A28)

현열유속 은 다음 식으로 구한다(H) .

···························································································(A29)

위에서 제시한 일련의 과정을 거쳐 안정된 대기경계층에 대한 기상인자를 계산할

때 비현실적인 추정결과를 피하기 위해 지면으로의 현열유속이 60W/m2를 초과하지

않도록 한다 이 조건은 다음 식으로 표현된다. .

≦ ···········································································(A30)

부 록∣217

식 의 조건이 위배될 경우 식 대신(A30) , (A28) 을 적용하여 앞의

과정을 반복한다 의 조건이 만족될 때까지 이 과정을 반복하여 타당한 값을 구한. (A30)

다.

열적으로 안정된 대기경계층에서 대기혼합고(hmix 는 운동학적인 대기혼합고)

(mechanical mixing height, zim 만 존재하므로 열적 혼합고의 높이는 영으로 설정할) ,

수 있다 따라서 대기 상태가 안정한 경우의 대기혼합고는. 인 조건하에서

식 식 으로부터 계산한다(A7)~ (A10) . 안정한 대기경계층에서 풍속의 연직분포는 식(A11)

로부터 계산한다 단 이때 식 의. , (A11) 은 다음과 같이 정의된다.

··································································(A31)

대기 상태가 안정한 경우의 풍속 연직분포는 식 과 식 로부터 산정할 수(A11) (A31)

있다 열적으로 안정된 대기경계층에서 열적 난류성분은 없다 따라서 각 방향의 난류성. .

분은 인 조건하에서 식(A12)~식 로부터 계산한다(A21) .


Abstract∣219

AbstractStudy on Wind flow and Air Quality

in Urban Terrain

Bioclimatology is recently becoming more important as it is known that urbanclimate impacts human activity largely. Especially wind, one of three climateelements, is coming into the spotlight these days. Efficient wind flow networkin urban terrain can afford a good air environment.In this study, we examined EISʹs(Environment Impact Statements) performed

in Korea. It was found that some EISʹs did not analyse wind flow at all eventhough most of developing area has its topography showing mountain andvalley winds would be dominant in wind environment. Some of EISʹs triedto analysed wind flow qualitatively for better air quality but only suggestedambiguous idea about urban plan. It is noticed that they analysed wind flowqualitatively not quantitatively. Therefore they could not show how much airquality in urban area can be improved through wind flow analysis.We brought up the CFD wind flow analysis method which is able to measure

wind effect quantitatively in terms of impacts of ventilation, air quality andwalking in street. As far as we know, this work is performed first in Korea.In addition, we applied this wind flow analysis method into two case studies.

One of case studies aimed to examine the effect of new skyscraper constructionin a civic center. We assumed imaginary urban development in Songmal‐ri,Kyungki Province, Korea in the other case study. Songmal‐ri is a typical terraininfluenced by mountain and valley winds mainly according to its topographyand weather observation. We could introduce some important factors whichis able to enhance air environment from two case studies. This work can bea basis for urban planing to achieve better environment.

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도시지역에서의바람길과 대기질영향에관한연구webbook.me.go.kr/DLi-File/023/164650.pdf · 바람길과대기환경영향의수치해석방법론개발-( )바람길과대기환경영향대기질및보행자환경과의정량적분석을위한수치해