The Influence of Ventilation and Shade on the Mean Radiant Temperature of Summer Outdoor

The purpose of the study was to evaluate the influence of shading and ventilation on Mean Radiant Temperature(MRT) of the outdoor space at a summer outdoor. The Wind Speed(WS), Air Temperature(AT) and Globe Temperature(GT) were recorded every minute from $1^{st}$ of May to the $30^{th}$ of September 2011 at a height of 1.2m above in four experimental plots with different shading and ventilating conditions, with a measuring system consisting of a vane type anemometer(Barini Design's BDTH), Resistance Temperature Detector(RTD, Pt-100), standard black globe(${\O}$ 150mm) and data acquisition systems(National Instrument's Labview and Compfile Techs' Moacon). To implement four different ventilating and shading conditions, three hexahedral steel frames, and one natural plot were established in the open grass field. Two of the steel frames had a dimension of $3m(W){\times}3m(L){\times}1.5m(H)$ and every vertical side covered with transparent polyethylene film to prevent lateral ventilation(Ventilation Blocking Plot: VP), and an additional shading curtain was applied on the top side of a frame(Shading and Ventilation Blocking Plot: SVP). The third was $1.5m(W){\times}1.5m(L){\times}1.5m(H)$, only the top side of which was covered by the shading curtain without the lateral film(Shading Plot: SP). The last plot was natural condition without any kind of shading and wind blocking material(Natural Open Plot: NP). Based on the 13,262 records of 44 sunny days, the time serial difference of AT and GT for 24 hour were analyzed and compared, and statistical analysis was done based on the 7,172 records of daytime period from 7 A.M. to 8 P.M., while the relation between the MRT and solar radiation and wind speed was analyzed based on the records of the hottest period from 11 A.M. to 4 P.M.. The major findings were as follows: 1. The peak AT was $40.8^{\circ}C$ at VP and $35.6^{\circ}C$ at SP showing the difference about $5^{\circ}C$, but the difference of average AT was very small within${\pm}1^{\circ}C$. 2. The difference of the peak GT was $12^{\circ}C$ showing $52.5^{\circ}C$ at VP and $40.6^{\circ}C$ at SP, while the gap of average GT between the two plots was $6^{\circ}C$. Comparing all four plots including NP and SVP, it can be said that the shading decrease $6^{\circ}C$ GT while the wind blocking increase $3^{\circ}C$ GT. 3. According to the calculated MRT, the shading has a cooling effect in reducing a maximum of $13^{\circ}C$ and average $9^{\circ}C$ MRT, while the wind blocking has heating effect of increasing average $3^{\circ}C$ MRT. In other words, the MRT of the shaded area with natural ventilation could be cooler than the wind blocking the sunny site to about $16^{\circ}C$ MRT maximum. 4. The regression and correlation tests showed that the shading is more important than the ventilation in reducing the MRT, while both of them do an important role in improving the outdoor thermal comfort. In summary, the results of this study showed that the shade is the first and the ventilation is the second important factor in terms of improving outdoor thermal comfort in summer daylight hours. Therefore, it can be apparently said that the more shade by the forest, shading trees etc., the more effective in conditioning the microclimate of an outdoor space reducing the useless or even harmful heat energy for human activities. Furthermore, the delicately designed wind corridor or outdoor ventilation system can improve even the thermal environment of urban area.

통풍과 차양이 하절기 옥외공간의 평균복사온도에 미치는 영향

통풍과 차양이 하절기 옥외공간에서 인간이 느끼는 온열쾌적성에 어떤 영향을 미치는지를 객관적으로 검증하기 위하여 통풍과 차양을 달리한 실험구를 조성하고 흑구온도와 기온 및 풍속을 측정하여 평균복사온도를 환산하여 비교 분석하였다. 미기후 측정을 위하여 개방된 잔디밭에 철제 각관을 이용하여 가로${\times}$세로${\times}$높이가 각각 $3m{\times}3m{\times}1.5m$인 프레임을 구성하고, 투명 폴리에틸렌 필름과 농업용 차광막을 이용하여 통풍과 차양의 조건을 달리한 네 가지의 실험구를 조성하였다. 각 실험구 내 중심부 지면으로부터 1.2m 높이에서 베인형 풍속계와 흑구, 측온저항체(PT-100)를 이용하여 2011년 5월 1일부터 동년 9월 30일까지 풍속과 기온, 흑구온도를 매 분 단위로 계측하였다. 기상조건과 계측자료의 유효성 등을 고려하여 총 44일 동안의 13,262건의 자료를 바탕으로 실험구별 일중 시계열적 변화를 분석하였으며, 낮 시간에 해당되는 오전 7시부터 오후 8시까지의 7,172건의 자료를 바탕으로 실험구에 따른 통계적 차이를 해석하였다. 아울러 햇볕이 가장 강렬한 시간대인 오전 11시부터 오후 4시까지의 자료를 바탕으로 평균복사온도와 풍속 및 일사량과의 관계를 분석하였다. 평균복사온도를 기준으로 해석했을 때, 통풍이 차단된 노지에서의 측정기간 중 최고값이 $58.84^{\circ}C$까지 상승한 반면, 차양이 적용되고 통풍이 원할한 실험구의 최고값은 $42.94^{\circ}C$였다. 시험결과를 종합하면, 하절기 옥외공간에서 낮 동안의 평균복사온도에 있어서 차양에 의해서는 최대 $13^{\circ}C$, 평균 $9^{\circ}C$의 냉각효과가 발생한 반면, 방풍에 의해서는 반대로 평균 약 $3^{\circ}C$의 가열효과가 있는 것으로 정리되어, 통풍이 되지 않는 태양직사광 지역은 바람이 원활하게 통하는 그림자 지역 보다 최대 $16^{\circ}C$까지 높은 것으로 나타났다. 결론적으로 본 연구를 통해서 하절기 옥외공간의 열쾌적성을 개선하는데 차양이 가장 중요하며, 그 다음이 통풍이라는 사실을 파악할 수 있었다. 따라서 옥외공간에 더 많은 녹음수와 숲을 조성하여 그림자 지역을 증가시킴으로써 인간의 하절기 옥외활동에 많은 제약을 주고 있는 불필요한 열에너지를 현격하게 저감시켜 쾌적한 미기후를 효과적으로 조성할 수 있으며, 나아가 정교하게 조성된 바람길이나 통풍 시스템을 적용한다면 도시 전체의 열환경도 효과적으로 개선할 수 있을 것이다.