Urban Heat Mitigation Effect of Tree on Microscopic Scale

채연 박; 동근 이; 호걸 김; 종훈 박

doi:10.11628/ksppe.2016.19.4.305

J. People Plants Environ > Volume 19(4); 2016 > Article

미시적 규모에서 수목의 열섬저감효과

ARTICLE

The Journal of Korean Society for People Plants Environment 2016;19(4):305-315.

DOI: https://doi.org/10.11628/ksppe.2016.19.4.305

미시적 규모에서 수목의 열섬저감효과

박채연¹, 이동근^2,^*, 김호걸³, 박종훈⁴

¹ 서울대학교 대학원

² 서울대학교 조경·지역시스템공학부

³ 서울대학교 협동과정 조경학

⁴ 텍사스 A&M 대학교 조경학과

Urban Heat Mitigation Effect of Tree on Microscopic Scale

Chae Yeon Park¹, Dong Kun Lee^2,^*, Ho Gul Kim³, Jong Hoon Park⁴

¹ Graduate School, Seoul National University, Seoul 08826, South Korea

² Department of Landscape Architecture and Rural System Engineering, Seoul National University, Seoul 08826, South Korea

³ Interdisciplinary Program in Landscape Architecture, Seoul National University Seoul 08826, South Korea

⁴ Department of Landscape Architecture and Urban Planning, Texas A&M University, College Station, Texas 77840, USA

^* Corresponding author: dklee7@snu.ac.kr

Received June 20, 2016; Revised July 18, 2016; Accepted July 26, 2016;

ABSTRACT

Urban Heat Island has become a serious problem in urban area. Tree is considered as effective measure for mitigating urban heat. The purpose of this study is reviewing urban heat island mitigation effect of tree, focusing on evaluation indices related to temperature reduction. We selected 49 previous studies and classified studies considering type of site and variables related to mitigate urban heat. Studies were classified as tree, vegetation, green roof/wall and green area. Variables of each group were categorized as space, function, individual and environment variables. Each study site showed different mitigation effects and considered different variables. Therefore, plans or designs for green area in urban area should consider differences among sites and use integrated evaluation indices including humidity and wind speed for mitigating urban heat.

Keywords: green area, green roof, thermal environment, urban temperature, urban vegetation

서론

도시화로 인해 자연 지역이 감소하고, 인공 지역이 증가함에 따 라 도시 내 축열되는 열량이 증가하였다. 이에 따라 도심지의 온도 가 외곽보다 높아지게 되었으며 이를 도시열섬현상이라고 한다 (Santamouris et al., 2001). 도시열섬현상이 증가됨에 따라 도시 의 온도를 저감할 수 있는 도시열섬 완화 정책의 필요성이 부각되 고 있다(O’Loughlin et al., 2012). 도시열섬현상은 자연 환경과 인간의 삶에 여러 부정적인 영향을 끼치는데, 기후변화에 따른 기 온 상승과 함께 앞으로 도시의 열 환경을 더욱 악화시킬 것으로 보 인다. 따라서 도시열섬완화의 필요성이 증대되었으며 여러 대책들 이 연구되고 있다(Takebayashi and Moriyama, 2007; Rizwan et al., 2008).

도시열섬을 완화시키는 대책 중 수목 식재는 효과적인 방안으 로 평가 받고 있다(Konarska et al., 2016). 온도를 저감시키기 위 해서는 태양열의 흡수를 막고 잠열을 증가시켜 주변의 현열을 감 소시켜야 하는데, 수목은 그림자를 형성하고 증발산을 일으키는 등의 작용으로 도시의 온도를 저감시킨다(Ballinas and Barradas, 2016). 따라서 지금까지 수목의 온도저감효과가 많이 연구되어 왔 으며 그 연구 대상 규모도 거시적인 공간부터 미시적인 공간까지 다양하였다.

거시적인 규모에서의 연구들은 토지피복, NDVI(Nomalized Difference Vegetation Index)와 온도와의 상관관계를 통계적인 분석방법을 통하여 산정하는 경우가 많았다(Tan and Li, 2013; Maimaitiyiming et al., 2014). 그러나 미시적인 규모에서의 연구 에서는 수고, 수관 폭과 같은 수목의 개별적인 변수부터 증발산량, 광합성량 등과 같은 기능적인 변수에 이르기까지 다양한 변수를 고 려한 열섬저감효과를 평가하였다(Yang et al., 2015; Kong et al., 2016).

특히 미시적 규모 연구에서 다루고 있는 다양한 변수는 국지적 인 수목계획에서 적용이 가능한 연구 결과와 밀접한 관계를 갖는다 (Tan et al., 2016). 도시 및 수목계획에서 수목의 온도저감효과를 고려할 필요성이 증대됨에 따라 수목의 온도저감효과에 대한 통합 적인 문헌고찰이 필요하게 되었다. 한편, 열섬저감대책으로써 수 목의 효과는 온도저감량뿐만 아니라 냉방에너지저감량, 열 쾌적성 지표 등을 통해 평가되기 때문에 여러 지표가 함께 분석될 필요가 있다. 그러나 아직까지 선행연구 분석을 통해 수목이 갖는 열섬저 감효과에 대한 평가지표들을 종합적으로 분석한 연구가 없는 실정 이다. 따라서 본 연구에서는 미시적 규모에서의 온도저감효과에 대 한 기존연구들의 경향을 분석하고 여기서 다루고 있는 수목관련변 수와 수목의 효과를 여러 지표를 통해 분석하고자 한다. 또한 이를 통해 미시적규모에서 수목이 열섬저감대책으로 적합한지 고찰해 보고자 한다. 본 연구는 수목의 온도저감효과에 대한 이해를 높이 는데 기여할 것이며, 국지적인 수목계획에 도움을 줄 수 있을 것으 로 사료된다.

연구방법

1. 자료수집 및 분석방법

본 연구는 크게 세 부분으로 나뉘게 된다(Fig. 1). 첫 번째 부분은 선행연구 수집으로 국외 학술검색 엔진 Web of Science(Durand et al., 2011)을 활용하여 게재된 논문을 검색하였다. Urban Heat Island, tree*를 키워드로 검색하였으며, 여기에서 tree*는 앞서 제 시한 학술검색 엔진에서 tree와 유사단어 포함 검색 도구인 *를 붙 인 것으로 green, vegetation, park 등 tree와 유사한 단어를 포함한 다는 의미를 지닌다. 검색기간은 수목의 온도저감효과에 대한 구체 적인 연구가 시작된 90년대부터 현재까지로 설정하였다.

Fig. 1

Research flow.

그 다음으로는 검색한 논문 중 본 연구의 주제와 부합하는 선행 연구를 선정하였으며, 두 가지 선정 기준을 거쳐서 선행연구를 선 정하였다. Filter 1의 기준은 선행 연구가 녹지 혹은 수목의 온도저 감기여도를 분석하는 것인가에 해당하며 Filter 2의 기준은 선행연 구의 대상지가 미시규모인가에 해당한다. 이는 선행연구의 초록 혹 은 연구 내용을 보고 확인하였다.

선행연구 선정 후, 연구대상별로 연구들을 분류하였다. 연구대 상은 논문의 제목 혹은 키워드를 중심으로 판별하였으며 불확실한 경우 논문 내용을 보고 판단하였다. 다음으로는 그 연구대상별로 분석된 수목의 열섬저감효과를 온도저감량, 열 저감량, 온열환경 지표를 통해 정리하였으며 각각의 연구에서 다루고 있는 수목관련 변수를 분석하였다. 열섬저감효과는 시간적 범위를 여름철 낮 혹은 낮과 밤에 초점을 맞춰서 분석이 진행되었다. 또한 각각의 연구에 서 분석한 수목변수는 공간, 기능, 개별, 환경 변수로 분류하여 정리 하였다.

2. 수집된 자료의 분류

선행연구를 검색한 결과, 총 294건의 논문이 검색되었다. 연간 출판 항목과 연간 인용 수를 살펴보면 도시열섬현상과 수목에 대한 연구가 점차 증가하고 있으며 그 관심이 크다는 것을 알 수 있다 (Fig. 2). 최종적으로 검색된 선행연구들을 두 가지 Filter를 통해서 간추린 결과 총 49개의 연구가 선정되었다.

Fig. 2

Searched studies in the Web of Science.

연구에서 사용된 49개의 연구는 수목의 열섬저감효과를 실제 대상지나 스케일 모델의 온도를 측정하여 나타내거나 통계, 수치 모델을 통해서 온도, 열, 에너지 소비량을 계산하여 나타내고 있었 다. 본 연구에서는 선행연구를 ‘연구의 대상’을 기준으로 분류하 였는데 그 결과, 수목(Tree), 식생(Vegetation), 옥상 및 벽면녹화 (Green roof/wall), 녹지(Green area) 4가지로 분류할 수 있었다. 수목은 개별 나무를 대상으로 한 연구를 의미하며 식생은 초화류 와 나무가 형성되어 있는 집단을 대상으로 한 연구를 의미한다. 옥 상 및 벽면녹화는 도시 건축물에서 사용되는 옥상녹화, 벽면녹화를 대상으로 한 연구를 의미한다. 마지막으로 녹지는 도시 내 일정 면 적을 가지고 있는 지역을 대상으로 한 연구이며 도시 공원, 정원 등 을 포함한다.

분류 결과에서, 미시규모 연구단위에서는 수목을 대상으로 선정 한 선행연구가 많았으며 특히 2010년대 출판된 선행연구에서 많 은 부분을 차지하고 있었다. 이에 반해 녹지, 옥상 및 벽면녹화, 식 생은 다소 비중이 작은 것으로 나타났다(Table 1).

Table 1.

Detail description of previous studies investigating different types of site: number of studies, number of studies which published in 1990s, 2000s and 2010s.

Type of green site	No. of studies	No. of 1990s	No. of 2000s	No. of 2010s

Tree	18	1	3	14
Vegetation	11	2	1	8
Green roof/wall	10	0	3	7
Green area	10	2	2	6

Total	49	5	9	35

결과 및 고찰

1. 연구대상별 열섬저감효과

선정된 선행연구들은 온도, 열 에너지, 냉방소비저감, 온열환경 등 다양한 지표를 사용하여 수목의 열섬저감효과를 파악했다. 본 연구에서는 여름철 낮 동안의 기온, 열 에너지, 온열환경지표의 저 감량에 집중하여 선행연구에서 분석한 수목의 열섬저감효과를 정 리하였다.

우선, 수목의 온도저감효과에 대해서는 Table 2와 같다. 수목에 해당하는 선행연구에서는 개별 수목이 낮출 수 있는 온도는 평균 3.65°C로 나타났다(표준편차 1.6°C, n=6). 식생연구의 결과는 두 가지로 나눌 수 있는데 광역적으로는 녹지면적증가로 인해 도시의 기온이 평균 0.45°C(표준편차 0.05, n=2) 저감할 수 있으며, 국지 적으로는 녹지에서 기온은 도심지 보다 평균 3.26°C(표준편차 1.69, n=4) 낮다는 것이다. 국지적인 결과는 앞선 수목연구 결과와 유사 하게 나타났다. 옥상 및 벽면녹화에 해당하는 선행연구에서는 건물 옥상 혹은 벽면녹화로 인해 평균 2.55°C(표준편차 0.43, n=4) 저 감이 가능한 것으로 나타났다. 마지막으로 녹지에 대한 선행연구에 서 녹지 공간 종류에 따른 기온 저감 결과는 평균 4.5°C(표준편차 1.2, n=5)로 나타났다.

Table 2.

Air temperature reduction effect of tree.

따라서 개별 수목과 식생, 옥상 및 벽면녹화, 녹지지역이 모두 미 시적으로 여름철 낮 기온을 2.55°C에서 4.5°C까지 낮출 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 결과는 수목이 도시 온도를 저감시킬 수 있는 효과적인 방안이라는 주장을 뒷받침 할 수 있을 것이다.

열섬저감효과로 수목의 열 에너지저감량을 나타낸 연구 결과는 Table 3과 같다. 수목에 해당하는 선행연구에서 열 에너지지표를 가장 많이 사용한 것을 알 수 있다. 수목은 201W･m ^-2 (표준편차 103.3, n=3)만큼 주위의 열을 저감시킬 수 있었으며, 대부분 바닥 재질에 따라 영향을 받는 것으로 나타났다. 식생 연구에서는 124.5 W･m ^-2 저감 할 수 있는 것으로 나타났으며, 이는 식생의 면적비 율이 높아짐에 따라 상승했다. 옥상 및 벽면녹화에 해당하는 연구 는 결과의 편차가 컸는데 Susca et al.(2011)는 옥상녹화를 통해 서 2,921W･m ^-2를 저감할 수 있다고 했으며, Takebayashi and Moriyama(2007)는 70W･m ^-2를 저감할 수 있다고 주장했다. 옥 상녹화는 대상 도시 기후에 따라 그 효과가 다르기 때문에 결과의 편차가 큰 것으로 판단된다.

Table 3.

Heat flux reduction effect of tree.

Category	Studies	The amount of heat flux reduction in studies	Avg.	S.D

Tree	Konarska et al., 2015	z206 W·m^-2	201	103.3
	Ballinas and Barradas, 2016	z72 W·m^-2
	Rahman et al., 2015	z200~450 W·m^-2 (by pavement)
	Rahman et al., 2011	1200~5700 W/Tree (by species)

Vegetation	Yang et al., 2015	z79~170 W·m^-2 (by coverage)	124.5	-

Green roof/wall	Susca et al., 2011	2921 W·m^-2 (than black)	-	-
	Djedjig et al., 2013	7 times (than not)
	Takebayashi and Moriyama, 2007	70 W·m^-2 (than concrete)

^z Used for calculating Avg. and S.D. (W·m^-2)

그 외 온열환경지표를 통해 수목의 효과를 나타낸 연구는 Table 4와 같다. 대부분의 연구에서 MRT(Mean Radiant Temperature) 혹은 SET(Standard Effective Temperature)를 사용하였으며 열 스트레스나 생리학적 지표인 PET(Physiological Equivalent Temperature)도 함께 사용한 것을 알 수 있다. 수목에 해당하는 선 행연구에서는 수목을 통해 SET를 3.7°C(표준편차 1.5, n=2) 감소 시킬 수 있다고 하였으며 식생을 연구한 Taleghani et al.(2014)은 MRT를 10°C, 옥상녹화를 연구한 Alexandri and Jones(2008)는 PET를 12.5°C 저감할 수 있다고 했다. 녹지에 대한 선행연구에서 는 다른 연구보다 조금 더 큰 저감량을 보였는데 녹지는 MRT를 39.2°C, PET를 18°C 저감한다고 밝혔다(Oliveria et al., 2011; Cohen et al., 2012).

Table 4.

Thermal environment index reduction effect of tree.

Category	Studies	Heat comfort/ stress	The amount of heat flux reduction in studies	Avg.	S.D

Tree	Ooka et al., 2008	SET	z5.27°C	3.7	1.5
	Hong and Lin, 2015	SET	z2.2°C (by building position)
	Tan et al., 2015	MRT	3°C (by building positon)

Vegetation	Shashua-bar et al., 2011	Thermal Stress	1.5-2.42 kWh	-	-
Vegetation	Taleghani et al., 2014	MRT	10°C	-	-

Green roof/wall	Alexandri and Jones, 2008	PET	z8~17°C (by building aspect)	12.5	-

	Oliveria et al., 2011	MRT	39.2°C	18	-
	Cohen et al., 2012	PET	z18°C	18	-

^z Used for calculating Avg. and S.D. (SET or PET, °C)

2. 연구대상별 수목관련변수와 이에 따른 열섬저감효과

수목의 열섬저감효과에 대한 연구들에서는 지표뿐만 아니라 분 석을 위한 수목관련변수도 다양하게 연구되고 있다. 이는 연구대상 별로 조금씩 차이를 가지고 있으며 중요하게 고려하고 있는 변수가 다르게 나타났다.

1) 수목

수목을 대상으로 진행했던 선행연구는 수목의 기능, 개별적인 변수를 가장 많이 고려하였으며 이외에 배치 혹은 생육환경 등 설 계적 요소에 따른 온도 저감 효과를 보고 있었다(Table 5).

Table 5.

Green variables used in Tree studies.

Citation	Green Variables										Index of evaluation

	Space	Function			Specific variable				Environment

	Existence	Shade	Evapo	Wind	SVF	LAI (LAD)	Size (density)	Water content	Pave	Building	Temp	Heat	Energy	Thermal environ

Taha et al., 1991		O	O	O									●
Mochida and Lun, 2008		O	O	O							●	●	●
Armson et al., 2012	O								O		●
Ballinas and Barradas, 2016			O			O						●
Hong and Lin, 2015			O			O			O	O	●			●
Konarska et al., 2016			O									●
Kong et al., 2016		O			O	O	O				●
Napoli et al., 2016		O	O			O					●
Ooka et al., 2008					O		O				●
Rafiee et al., 2016					O		O				●
Rahman et al., 2011						O	O	O	O			●
Rahman et al., 2015						O	O	O					●
Shashua-bar and Hoffaman, 2002		O	O								●
Shashua-Bar et al., 2010							O				●
Tan et al., 2016					O	O					●			●
Vailshery et al., 2013	O										●
Wang et al., 2015	O										●
Hongbing et al., 2010							O		O					●

O: Used Green Variables, ●: Used Index of Evaluation.

Evapo: Evaptranspiration, Temp: Air Temperature+ Surface Temperature, Energy: air-conditioning energy consumption, Thermal environ: Thermal environment.

여러 선행연구에서 수목은 그림자로 인한 효과 혹은 일사투과 저감효과, 증발산을 통한 잠열효과, 대류 혹은 풍속변화와 같은 기 능을 통해 주위의 온도를 낮출 수 있다고 보고했다(Akbari and Taha, 1992; Shashua-bar and Hoffaman, 2002; Wang et al., 2015; Napoli et al., 2016). Akbari and Taha(1992)는 그림자, 풍 속저감, 증발산을 통해서 수목이 도시의 미기후에 영향을 준다고 하였으며, 수목면적이 30% 증가하였을 때 냉방에너지 수요가 40% 감소될 수 있다고 주장 하였다. Wang et al.(2015) 도 같은 이유로 수목이 있는 지역의 온도가 주변보다 최대 2.5°C 낮다고 하였다.

몇몇 연구들에서는 수목의 기능을 계산 혹은 대체할 수 있는 수 목의 개별적인 변수인 수고, 수목의 부피, 엽면적지수(Leaf Area Index, LAI), 천공률(Sky View Factor, SVF) 등을 통해 수목의 온도저감기여도를 평가하였다(Shashua-Bar et al., 2010; Rahman et al., 2015; Kong et al., 2016; Rafiee et al., 2016; Ballinas and Barradas, 2016). 이러한 연구에서는 대상지 내 수목종류마다 다 르게 나타나는 변수들을 통해 온도저감차이를 나타내거나(Ooka et al., 2008; Rahman et al., 2015; Kong et al., 2016), 시뮬레 이션 내에서 입력 값을 다르게 해 온도저감기여도를 비교했다 (Hongbing et al., 2010). 그 결과, 낮에는 수목의 부피, 밀도, SVF, LAI가 클수록 온도저감효과가 클 수 있는 것으로 나타났다.

이외에도 도시 내 생육환경에 따른 수목의 열섬저감효과를 분석 하는 연구가 증가하고 있다(Rahman et al., 2011; Armson et al., 2012; Hong and Lin, 2015; Konarska et al., 2016). 이는 건물의 배치, 표면재질 등을 포함하는 것으로 연구 결과가 수목계획에서 효과적으로 활용될 수 있다는 장점이 있다. 건물과 수목은 풍향과 나란한 방향으로 배치될 경우 열섬저감효과가 더 좋게 나타났으며 (Hong and Lin, 2015), 식재표면은 불투수 표면일 때 보다 잔디일 때 온도 저감 효과가 5배나 증가했다(Rahman et al., 2011).

2) 식생

식생을 대상으로 한 선행연구들은 Table 6과 같이 구분할 수 있 다. 수목연구와 유사한 변수를 사용하여 연구를 진행했으며, 식생 의 유무와 면적률과 같은 공간 변수, 식생의 기능 및 이와 관련된 개 별적인 변수, 생육 환경이 수목을 통한 온도저감효과를 설명해주는 변수로 사용되었다.

Table 6.

Green variables used in Vegetation studies.

Citation	Green Variables										Index of evaluation

	Space	Function			Specific variable				Environment

	Existence (Area)	Shade	Evapo	SVF	LAI (LAD)	Size (density)	Albedo	Emissivity	Pave	Position	Temp	Heat	Energy	Thermal environ

Giridharan et al., 2008	O			O			O				●
Bo et al., 2012	O									O				●
Huang et al., 1987	O		O			O							●
Morille et al., 2016										O			●
Salata et al., 2015	O						O	O			●			●
Shashua-Bar et al., 2011				O			O	O	O					●
Song and Wang, 2015		O	O	O		O				O	●	●
Taha et al., 1991										O	●
Taleghani et al., 2014	O						O				●			●
Wang et al., 2011							O	O			●	●
Yang et al., 2015	O				O	O	O	O			●	●

O: Used Green Variables, ●: Used Index of Evaluation.

Evapo: Evaptranspiration, Temp: Air Temperature + Surface Temperature, Energy: air-conditioning energy consumption, Comfort: thermal comfort.

수목을 대상으로 한 연구와 가장 큰 차이점은 공간변수로, 식생 의 유무 혹은 면적에 따른 열섬저감효과를 더 많이 고려했다는 것 이다. Giridharan et al.(2008)은 식생면적이 25%에서 40% 증가 할 경우 도시의 여름철 낮 기온을 0.5°C 저감할 수 있다고 하였으 며, Taleghani et al.(2014)는 식생지역의 기온이 건물지역보다 5.8°C, 나지 보다 1.6°C 낮다고 주장했다.

식생의 기능은 그림자효과와 증발산효과로 나눠진다. Huang et al.(1987)은 식생이 그림자효과와 증발산효과를 통해 여름철 냉방 에너지사용량을 줄인다고 하였으며, 시뮬레이션으로 식생의 효과 를 나타내본 결과 그림자효과만 적용할 때보다 증발산효과를 포함 했을 때 에너지저감효과가 3배 이상 큰 것을 밝혀냈다.

식생연구 중 개별변수를 고려한 연구들 대부분은 열 수지식(heat balance equation)을 바탕으로 식생캐노피의 온도 저감 효과를 산 출하였다(Shashua-Bar et al., 2011; Wang et al., 2011; Yang et al., 2015). 식생캐노피의 SVF가 작을수록, 알베도(albedo)가 클수 록 태양 에너지의 유입이 적어지고 방출율이 작을수록 장파복사에너 지의 방출량이 작아져서 주변 온도를 낮출 수 있었다(Shashua-Bar et al., 2010).

또한 생육환경에 대해서는 식생의 배치나 거리 혹은 표면재질에 관련된 연구가 많이 이루어졌다. Taha et al.(1991)은 식생을 1열 에서 2열로 식재하는 것이 온도 저감에 탁월하다고 주장했다. 또한 Taleghani et al.(2014)는 수목만 있을 때보다 초화류가 함께 있을 때 온도 저감 효과가 크다는 것을 증명했다.

3) 옥상 및 벽면녹화

옥상 및 벽면녹화를 대상으로 한 선행연구들은 수목의 기능에 관련된 변수는 거의 고려하지 않았으며 대부분 녹화의 유무, 표면 재질에 초점을 맞춘 환경변수, 또한 이에 따른 개별적 변수인 알베 도(albedo)에 초점을 두고 있었다(Table 7).

Table 7.

Green variables used in Green roof/wall studies.

Citation	Green Variables							Index of evaluation

	Space	Function	Individuality			Environment

	Existence	Evapo	Size	Water content	Albedo	Pave	Building	Temp	Heat	Energy	Thermal environ

Alexandri and Jones, 2008	O	O	O	O	O		O	●		●	●
Digiovanni et al., 2013
Djedjig et al., 2013	O							●	●
Lee et al., 2015					O	O		●
Li et al., 2014				O		O		●	●
Ouldboukhitine et al., 2014				O	O			●
Synnefa et al., 2007	O									●
Smith and Roebber, 2011	O							●
Susca et al., 2011					O	O			●
Takebayashi and Moriyama, 2007		O			O	O			●

O: Used Green Variables, ●: Used Index of Evaluation.

Evapo: Evaptranspiration, Temp: Air Temperature + Surface Temperature, Energy: air-conditioning energy consumption, Comfort: thermal comfort.

수목 혹은 식생 연구에서는 수목의 기능에서 증발산 뿐만 아니 라 그림자도 고려했지만, 옥상이나 벽면녹화에는 교목보다는 초 화류나 세덤류 등이 많이 사용되므로 그림자는 고려하지 않았으며 증발산효과만 보고 있었다(Takebayashi and Moriyama, 2007; Alexandri and Jones, 2008).

녹화의 유무, 표면재질에 해당하는 연구는 녹화된 표면(그린 루프)과 콘크리트 혹은 흰색 표면(쿨 루프)의 온도, 열 에너지 차 이를 비교하는 것이 많았다. Lee et al.(2015)는 쿨루프의 알베도 (albedo)가 옥상녹화의 알베도(albedo)보다 크기 때문에 많은 양의 복사에너지를 반사시켜 주변의 온도를 더 저감시킨다고 주장했다. 연구에 따르면 낮 동안 옥상녹화는 3.2°C를 저감시켰으며 쿨루프는 5.2°C를 저감시켰다. 그러나 Takebayashi and Moriyama(2007) 은 녹화된 옥상이나 벽면이 수분을 포함하고 있으며 증발산작용을 일으키기 때문에 다른 것보다 열섬저감효과가 더 높다고 주장했다. 이 연구에 따르면 콘크리트 옥상의 열 에너지가 72W･m ^-2일 때 옥 상녹화는 2W･m ^-2 , 쿨루프는 20W･m ^-2으로 옥상녹화의 열 에너지 가 더 낮게 나타났다. 하지만, 그린루프와 쿨루프의 차이는 시간이 나 계절에 따라 다르게 나타나는 것으로 나타났다.

또한 옥상 혹은 벽면에만 녹화를 했을 때보다 두 가지를 동시에 했을 때 더 큰 열섬저감효과가 나타나는 것을 알 수 있다. Alexandri and Jones(2008)은 수치모델링을 이용해 홍콩의 도시캐노피온도 를 산정하였는데 그 결과, 벽면녹화만 했을 때 평균 2.5°C가 저감 되었지만, 벽면과 옥상 모두 녹화했을 경우에는 평균 6.9°C가 저감 되었다.

4) 녹지

녹지를 대상지로 한 선행연구들은 Table 8과 같은 요소를 고려 하여 온도저감효과를 보았다. 연구 대상지 특성상 공간을 다루기 때문에 수목의 기능에 초점을 맞추기보다 수목의 유무, 녹지공간의 종류(혹은 녹지에 식재된 수목의 종류) 등의 공간변수를 고려하였 으며, 이를 해석하는데 필요한 개별적인 변수를 사용하였다.

녹지공간 혹은 식재된 수목의 차이를 고려한 연구는 다음과 같 다. Spronken-Smith and Oke(1998)는 벤쿠버의 7개의 공원에 따 라 다르게 나타나는 온도를 측정하였으며 Cohen et al.(2012), Ng et al.(2012), Vidrih and Medved(2013), Zhang et al.(2013)은 녹지공간별로 식재된 수목 종류에 따라 다르게 나타나는 온도를 측 정 했다. 그 결과 공원마다 1°C에서 5°C까지 각자 다른 온도저감 효과를 갖는 것으로 나타났으며 이는 공원크기와 관련이 있는 것으 로 나타났다(Spronken-Smith and Oke, 1998). 또한 초화류보다 는 교목이, 상록수보다 활엽수가, 단일식재 일 때 보다 다층식재구 조일 때 온도저감효과가 크게 나타나는 것으로 밝혀졌다(Cohen et al., 2012; Zhang et al., 2013).

Table 8.

Green variables used in Green area studies.

Citation	Green Variables												Index of evaluation

	Space			Individuality						Environment

	Existence (Area)	Park type	Species of tree	Shade	SVF	LAI	Size (density)	Albedo	Emissivity	Pave	Building	position	Temp	Comfort

Cohen et al., 2012			O		O		O				O		●	●
Gaitani et al., 2011				O				O	O				●
Ng et al., 2012	O		O								O	O	●
Oliveira et al., 2011				O	O						O	O	●	●
Potcher et al., 2006		O	O										●	●
Spronken-Smith and Oke, 1998		O											●
Spronken-Smith and Oke, 1999		O	O		O								●
Vidrih and Medved, 2013			O			O						O	●
Zhang et al., 2013	O		O				O						●
Zoulia et al., 2009					O		O			O	O		●

O: Used Green Variables, ●: Used Index of Evaluation.

Temp: Air Temperature + Surface Temperature, Comfort: thermal comfort.

녹지공간은 클수록 그 내부에 차가운공기를 축적할 수 있기 때 문에 온도저감에 탁월하며, 공간의 길이가 약 130m 정도 일 때 최 적의 효과를 볼 수 있다(Spronken-Smith and Oke, 1999; Vidrih and Medved, 2013).

기능 변수에서는 다른 대상지변수와 마찬가지로 그림자를 많이 형성시키는 것과 수분량이 많은 수목이 온도저감효과가 크다는 것 을 알 수 있다(Spronken-Smith and Oke, 1999; Cohen et al., 2012).

또한 녹지공간의 효과는 생육환경에 의해서도 영향을 받는 것을 알 수 있다. 낮 동안 온도저감량은 수목의 그림자가 있는 곳에서 크 게 나타났으며, 주변의 건물이 동서방향이고 건물의 종횡비(aspect ratio)가 작은 오픈 스페이스에서 녹지공간의 온도차이가 더 크게 나타났다(Spronken-Smith and Oke, 1999; Oliveira et al., 2011; Cohen et al., 2012).

3. 수목의 열섬저감효과 고찰

앞서 선행연구 분석을 통해서 연구대상별로 어떠한 변수를 고려 하여 수목의 온도저감효과를 파악하고 있는지 알아보았다. 그 결과 유사한 변수를 고려하고 있지만 대상별로 다른 특징들을 나타내고 있었다. 수목연구는 수목의 기능에 초점을 맞추거나 이를 대체할 수 있는 개별적인 변수를 이용하여 온도 저감량을 계산했다. 식생 연구도 수목연구와 마찬가지로 수목의 기능 혹은 개별적인 변수를 이용하였으며 추가로 존재 혹은 면적, 식생의 위치를 주요 변수로 고려하였다. 옥상 및 벽면녹화 연구에서는 녹화의 유무와 표면의 차이에 따른 알베도(albedo)와 온도저감효과에 집중한 연구가 많 았다. 마지막으로 녹지연구에서는 수종 혹은 녹지공간의 종류와 그 공간의 건물과 식재 구조를 주요 변수로 분석하였다. 이러한 결과 는 식재설계 시 대상별로 어떤 변수를 고려해야 하는지 알 수 있는 근거가 될 수 있을 것이다.

모든 선행연구를 통합했을 때 주요한 변수를 살펴보면 Fig. 3과 같다. 수목의 유무에 따른 차이 혹은 녹지의 면적률에 따른 열섬저 감차이가 가장 많이 연구되었다는 것을 알 수 있었는데 이를 통해 수목의 열섬저감효과가 많은 연구에서 증명되었으며, 녹지가 작 은 면적일 때 보다 큰 면적일 때 열섬저감효과가 크다는 것을 확인 할 수 있었다. 다음으로 SVF, 수목의 크기 및 밀도와 같은 개별 수 목의 변수가 많이 연구되었는데, 이는 수종에 따라서도 열섬저감 효과가 달라질 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 앞으로 도시 내 수 종을 선택할 때 수관이 크거나 반사도가 높은 열섬저감에 효과적 인 수종을 고려한다면 도시열섬현상을 완화하는데 도움이 될 수 있을 것이다. 마지막으로 수목의 기능이나 개별 변수뿐만 아니라 생육 환경에 따른 차이도 연구되었다는 것을 알 수 있다. 표면재질, 건물의 형태와 향, 수목의 위치가 생육환경에 관한 변수에 포함되 고 있는데 이러한 변수들을 잘 조정해야 수목을 효과적으로 이용할 수 있을 것이다.

Fig. 3

Green variables by integrating all studies.

수목의 효과를 볼 때 많은 연구에서 온도저감량을 보지만 이뿐 만 아니라 열, 에너지저감량도 다루고 있으며 그 외에도 MRT와 같 은 온열환경지표를 함께 보는 것을 알 수 있었다. 그 이유는 온도저 감량만으로 수목의 효과를 단정지을 수 없기 때문이라고 판단된다. 수목은 온도를 저감시키지만 동시에 습도를 높이고 풍속을 낮추기 때문에(Taha et al., 1991; Potcher et al., 2006; Zhang et al., 2013), 우리나라처럼 여름철 습도가 높은 지역에서는 이 점을 고 려할 필요가 있다. 따라서 습도가 일정부분 증가하더라도 온도저 감 효과가 커서 열 쾌적성을 높일 수 있는 큰 교목을 식재하거나 (Potcher et al., 2006), 풍속을 저감하는 배치가 아닌 바람길을 형 성할 수 있는 건물 및 식재 배치가 필요할 것으로 사료된다.

적요

도시열섬현상 문제가 심각해지면서 이를 저감시키기 위한 대책 들이 필요하게 되었고, 그 중 수목이 효과적인 대책으로 평가되면 서 그 효과를 규명하기 위한 여러 연구들이 진행되고 있다. 본 연구 에서는 선행연구들을 미시적 규모에 한정하여 선정한 후 수목관련 변수와 수목의 효과를 여러 지표를 통해 분석하였으며 미시적규모 에서 수목이 도시열섬저감 대책으로 적합한지 고찰하였다.

여러 선행연구들에서 기온, 열 저감량, 온열환경지표를 사용하 여 수목의 열섬저감효과를 평가하였으며, 미시적 규모에서 수목이 있는 지역의 여름철 낮 기온이 2.55～4°C 정도 저감되는 것을 알 수 있었다. 또한 위의 결과를 내기 위해 선행연구들에서는 수목의 유무 혹은 면적, 종류와 같이 공간적인 변수, 크기, 밀도 등의 개별 적인 변수, 표면 종류, 배치 등의 생육환경변수가 고려되어 왔다. 수 목연구는 수목의 기능 혹은 그 기능을 대신할 수 있는 개별적인 변 수가, 식생은 면적률이, 옥상 및 벽면녹화는 표면재질이, 녹지는 생 육환경이 주요하게 고려되어 연구되었음을 알 수 있었다.

그동안 수목의 열섬저감효과는 선행연구를 통해 미시규모인지 거시규모인지에 따라서만 다르게 평가되어 왔다. 하지만 본 연구를 통해서 열섬저감 효과가 수목, 식생, 옥상 및 벽면녹화, 녹지라는 네 가지 대상별로 상이하게 이루어지고 있음을 알 수 있었다. 따라서 식재 설계 시 온열환경 개선을 위해서는 대상지별로 적합한 변수와 지표를 이용하여 설계 후 개선효과를 고려할 필요가 있을 것이다.

또한 수목이 온도를 저감시킬 수 있다는 사실은 모든 대상지에 동일하게 나타나지만, 대상지의 환경에 따라 그 효과는 조금씩 다 르며 고려해야 할 지표도 다를 수 있다. 따라서 대상지의 특성을 고 려한 변수 및 지표 선정과 이에 따른 적절한 수목의 선정과 배치 설 계가 필요할 것으로 사료된다.

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