A Study on Greenspace Planning Strategies for Thermal Comfort and Energy Savings

The purpose of this study is to quantify human energy budgets for different structures of outdoor spatial surfaces affecting thermal comfort, to analyze the impacts of tree shading on building energy savings, and to suggest desirable strategies of urban greenspace planning concerned. Concrete paving and grass spaces without tree shading and compacted-sand spaces with tree shading were selected to reflect archetypal compositional types for outdoor spatial materials. The study then estimated human energy budgets in static activity for the 3 space types. Major determinants of energy budgets were the presence of shading and also the albedo and temperature of base surfaces. The energy budgets for concrete paving and grass spaces without tree shading were $284\;W/m^2$ and $226\;W/m^2$, respectively, and these space types were considerably poor in thermal comfort. Therefore, it is desirable to construct outdoor resting spaces with evapotranspirational shade trees and natural materials for the base plane. Building energy savings from tree shading for the case of Daegu in the southern region were quantified using computer modeling programs and compared with a previous study for Chuncheon in the middle region. Shade trees planted to the west of a building were most effective for annual savings of heating and cooling energy. Plantings of shade trees in the south should be avoided, because they increased heating energy use with cooling energy savings low in both climate regions. A large shade tree in the west and east saved cooling energy by 1~2% across building types and regions. Based on previous studies and these results, some strategies including indicators for urban greenspace planning were suggested to improve thermal comfort of outdoor spaces and to save energy use in indoor spaces. These included thermal comfort in construction materials for outdoor spaces, building energy savings through shading, evapotranspiration and windspeed mitigation by greenspaces, and greenspace areas and volume for air-temperature reductions. In addition, this study explored the application of the strategies to greenspace-related regulations to ensure their effectiveness.

열쾌적성과 에너지절약을 위한 녹지계획 전략 연구

본 연구의 목적은 옥외공간의 표면재료 구성에 따라 열쾌적성에 작용하는 인체 에너지수지를 산정하고, 수목차양이 건물에너지 절약에 기여하는 효과를 분석하여 도시녹지계획의 바람직한 전략을 제시하는 것이다. 옥외공간의 대표적 구성재료 유형을 반영하여, 수목차양이 부재하는 콘크리트 포장공간과 잔디공간, 수목차양의 마사토 포장공간 등 3개 공간유형별 휴식활동의 인체 에너지수지를 산정하였다. 이들 공간유형별 에너지수지 차이에 기여한 결정변수는 차양 여부와 지표면 알베도 및 온도이었다. 차양이 부재하는 콘크리트 포장공간과 잔디공간의 인체 에너지수지는 각각 $284W/m^2$, $226W/m^2$로서, 열쾌적성 측면에서 상당히 불량한 것으로 나타났다. 따라서, 옥외 휴식공간은 증발산이 가능한 차양교목 및 자연재 바닥면으로 구성함이 바람직하다. 수목차양에 의한 건물에너지 절약은 남부지방 대구시를 사례로 컴퓨터 모델링 프로그램을 활용하여 계량화하고, 중부지방 춘천시의 기존연구와 비교하였다. 건물 서향에 식재한 차양수목이 연간 냉난방에너지 절약 상 가장 효과적이었다. 반면, 남향의 차양수목은 중부 및 남부지방 모두 냉방에너지 절약효과가 낮고 난방에너지 소비를 가중시키므로 그 식재를 회피해야 한다. 서향과 동향의 대형 차양수목은 건물유형 및 지방에 따라 냉방에너지를 1~2%/주 절약하였다. 저자의 기존연구와 이들 연구결과를 바탕으로, 옥외공간의 열쾌적성 증진과 옥내공간의 에너지절약을 위한 도시녹지계획의 지표를 포함한 전략을 제시하였다. 본 지표 및 전략은 공간구성 재료에 따른 열쾌적성, 녹지의 차양, 증발산 및 풍속감소에 의한 건물에너지 절약, 기온저감을 위한 녹지의 면적과 체적 등을 포함하며, 아울러 제시한 전략의 실효성을 감안하여 녹지분야 주요 법제에의 적용안을 모색하였다.