기후변화 대응 에너지 저감형 지구단위계획을 위한 형태기반 계획모델개발

에너지 저감을 위한 지구단위계획 형태기반 계획모델을 개발했다.

양차 세계대전 이후, 자본주의와 개인주의의 확장은 풍부한 에너지원을 바탕으로 인류 세계에게 더 없는 편리함과 풍요로움을 선사하였다. 하지만 1970년대의 1·2차 오일쇼크와 함께 인류의 발전에 경종이 울렸고, 지금까지 에너지원의 고갈, 환경오염, 기후변화 등의 위기에 직면해있다. 이에 대응하기 위해 성장의 한계와 지속가능한 발전을 시작으로 다양한 국제사회의 노력들과 관련 연구들이 진행되었다. 이러한 상황에의 대응 필요성은 도시·건축분야에서 마찬가지로 높다. 인류의 절반 이상이 이미 도시공간에 집중하여 살고 있음에도 우리의 도시·건축은 기후변화와 에너지 저감을 고려하지 않았기 때문에 더욱 그러하다. 이러한 배경 하에서 본 연구는 도시·건축의 에너지 저감방안을 고찰하였다. 특히, 기건설된 다수의 소규모 일반 건축물군의 에너지 성능을 제고하는 것을 목적으로 삼았다. 이를 위해서 지구(District)차원에서 블록 및 가로와 다수의 건축물군을 관리하는 대표적인 제도인 지구단위계획을 에너지 저감형으로 개선할 필요가 있다고 판단하였다. 이를 보완하기 위해서 본 연구는 형태기반의 계획모델을 개발하고자 한다. 우리의 지구단위계획은 에너지 측면을 고려하여 개발된 제도가 아님에도 에너지 효율적인 단지 및 지구를 조성하기 위해서 지구단위계획이 이용되고 있다.

하지만 현행 지구단위계획은 에너지 효율적인 단지 및 지구 조성에 있어서 몇 가지 한계점을 노정하고 있다. 첫째로, 본래의 의도와 달리 도시·건축의 형태를 제어하기 보다는 사실상의 밀도제어에 더 주력하고 있다. 그럼에 따라 지구의 미래 모습을 예측이나 시뮬레이션을 통한 의사결정이 어렵다. 둘째, 도시·건축의 형태를 조절하여 근본적인 에너지 성능을 제고하는 패시브 기법의 도입 보다는 관련 요소기술의 도입을 중심으로한 엑티브 기법에 초점을 맞춰 에너지 성능을 제고하려고 하고 있다. 셋째, 인센티브를 중심으로 기존의 녹색건축물인증제, 건축물 에너지 효율등급제 등과의 연계를 꾀하고 있으나 모든 건축물에 적용되지 못하고 있다. 또한 언급한 바와 같이 지구단위계획에서 주로 연계를 꾀하는 녹색건축인증제, 건축물 에너지 효율등급제 등은 도시·건축의 에너지 성능을 제고하기 위해서 만들어진 제도임에도 역시 한계점을 노정하고 있다. 첫째, 주로 중대형규모나 특수용도 등의 건축물을 의무대상으로 삼고 있을 뿐 모든 건축물에 적용되기 어렵다. 둘째, 단지 또는 개발지구를 대상으로 할 수 없으며, 단위 요소기술의 평가에만 주력하고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해서 해외에서는 기존의 도시계획 특히, 도시설계를 보완하기 위해서 도시·건축의 형태를 기반으로 한 비법정 계획모델을 운영하고 있다.

그 중 본 연구에서 주목한 사례는 영국의 디자인코드(Design Codes), 독일의 게슈탈퉁 계획(Gestaltungsplan), 미국의 형태기반코드(Form-based Codes) 등이다. 이들은 기존의 도시설계제도를 보완하여 도시·건축형태를 구체적으로 규정할 수 있도록 도움으로써 단지 및 지구의 미래 모습의 의사결정이 가능하도록 하고 있다. 또한 도시·건축형태를 조절하여 에너지 성능은 물론 지속가능한 측면에서의 도시기능을 증진을 꾀하고 있다. 본 연구는 지구공간범위의 에너지 성능을 제고하기 위해서 에너지 성능 뿐 아니라 미기후에도 주목하였다. 미기후는 도시·건축형태와 관계를 맺으며, 지구범위의 에너지 성능에 영향을 주는 것으로 알려져 있기 때문에 중요하게 다루었다. 본 연구에서 주목한 미기후 요소는 평균 온도, 평균 습도, 평균 픙속, 평균 일사량 등이다. 지구단위계획을 보완할 수 있는 형태기반의 계획모델의 구성요소로 지구를 구성하는 요소들 중 에너지 성능 제고를 위해서 제어가 필요한 요소들을 도출하였다. 본 연구에서 도출한 형태기반 계획모델의 구성요소들은 공공공간의 폭, 건축물 간의 인동간격, 식재에 의한 음영, 식재의 간격, 건축물들의 높이·체적·(사선후퇴에 의한)상부후퇴 형상·1층부 높이·1층부 후퇴깊이, 건축물들의 향을 포함한 창면적 비율·입면적 등이다.

이들 요소들이 미기후 및 지구범위의 에너지에 미치는 영향을 분석하기 위해서 에너지 저감형 지구단위계획을 위한 형태기반 계획모델의 도시·건축형태요소들이 미기후 및 건축물 에너지 사용량에 미치는 영향관계 및 영향력을 분석하는 실증분석을 실시했다. 서울특별시 전체 중 기상청에서 설치한 23개 자동기상관측시스템(AWS: Automatic Weather System) 설치 지점 반경 500m 내의 주변지역과 그 지역내 건축물 22,439동의 자료를 이용했다. 다만, 각 건축물의 관련 데이터를 추출하여 정리하되 본 연구의 목표가 개별 건축물의 형태요소와 개별 건축물의 에너지 사용량을 다루는 것이 아니라 에너지 저감형 지구단위계획을 보완하는 계획모델의 개발이므로 그 분석 단위를 블록 단위로 재정리했다. 이렇게 재정리된 블록의 개수는 모두 187개였으며, 개별 건축물 22,439동은 모두 이들 블록에 속하므로 이를 기준으로 재정리하였다. 이 실증분석을 위해서 상관분석, 감마회귀분석, 구조방정식 등의 통계분석을 이용하였다. 이를 위해서 ArcGIS v10.3, Stata v13.0, Amos v21.0 등이 이용되었다. 에너지 저감형 지구단위계획을 위한 형태기반 계획모델의 도시·건축형태요소들이 미기후 및 에너지 성능과 맺는 관계를 도출했다.

마지막으로 본 연구에서 제안하는 모델의 검증을 위해서 기상청 AWS설치 지점 중 본 연구의 목적에 적합한 영등포구 영등포1지구단위계획 구역을 대상으로 모델을 적용하여 그 결과를 검증했다. 모델 적용 및 결과 검증을 위해서는 Star-CCM+ v9.06과 LC-UD가 이용되었다. 검증결과 본 연구에서 제안하는 모델이 미기후 조절 및 에너지 저감 측면에서 원안에 비해서 효과가 있음을 밝혀낼 수 있었다.