열쾌적성(UTCI) 지도

「04 열쾌적」 시트는 기상 자료, 바람 시뮬레이션, 건물·수관 그늘, 지표면 자료를 합쳐 지점별 UTCI를 계산하고 등급 지도로 출력합니다.

개요

열쾌적성 지도는 옥외 공간이 여름에 앉아 있을 수 있는 곳인지를 조기설계 수준에서 판단하는 도판입니다. 같은 질문은 보통 SOLWEIG·ENVI-met 같은 전문 소프트웨어로 분석합니다.

입력 자료의 대부분은 다른 시트가 이미 만든 결과이며, 새로 받아오는 데이터는 없습니다.

사용 방법

1. 대지와 반경을 정함
2. 「04 열쾌적」 시트에서 기간(봄·여름·가을·겨울·연간)을 선택함
3. 시각(10·14·18시)을 선택함
4. 「계산하기」를 누름

같은 대지·기간의 바람 시뮬레이션 결과가 있으면 계산은 몇 초 걸립니다. 결과가 없으면 바람 시뮬레이션이 먼저 실행되며, 반경에 따라 30초~3분이 걸립니다.

UTCI와 등급

UTCI(Universal Thermal Climate Index, 범용 열기후지수)는 기온·습도·풍속·복사를 합쳐 사람이 느끼는 온도 하나로 나타낸 지표입니다. 기준 환경(무풍·그늘·습도 50%)에서 같은 생리 반응을 일으키는 기온으로 정의되며, 단위는 ℃입니다. 국제 공동연구(COST Action 730)에서 만들어졌고, 도시 열환경 연구에 널리 쓰입니다.

등급은 UTCI에 정의된 이름을 그대로 씁니다.

한랭 쪽 등급(0~9℃ 약한 한랭, 그 아래 보통·강한·매우 강한·극한 한랭)도 같은 방식으로 정의되어 있으며, 겨울 계산에 쓰입니다.

계산 방법

입력은 네 가지이며, 그중 세 가지는 다른 시트가 이미 쓰는 자료입니다.

이 네 가지 입력으로 지점마다 평균복사온도(MRT)를 구하고, 기온·습도·풍속과 합쳐 UTCI를 계산합니다.

UTCI 계산식은 6차 다항식 210항입니다. 손으로 옮기면 오류를 피할 수 없으므로, 검증된 공개 구현에서 스크립트로 추출한 식을 그대로 씁니다. 공개 검증표의 9개 사례를 코드에 넣어 매번 대조합니다(허용 오차 0.1℃).

수관 그늘

수관 그늘이 없으면 공원이 시가지와 같은 등급으로 계산됩니다. 공원에는 건물이 없어 그림자가 생기지 않기 때문입니다. 남산 남측 반경 300m는 녹지가 69%이지만, 수관 그늘이 없는 계산에서 그늘 비율은 4.3%입니다.

녹지의 지표면 효과(잔디가 덜 뜨거움)는 UTCI로 약 1.8℃이고, 수관 그늘 효과는 8~15℃입니다. 공원이 시원한 원인은 대부분 그늘입니다.

이에 따라 항공영상에서 검출한 나무에 높이 8m를 가정하고, 건물과 같은 방식으로 그림자를 계산합니다. 나무 그늘은 완전하지 않으므로 직달 일사의 15%가 통과하는 것으로 봅니다(투과율 0.15). 수관 아래 하늘열림은 0.30을 상한으로 합니다.

8m는 가정값입니다. 항공사진으로는 나무의 위치는 알 수 있지만 키는 알 수 없습니다. 실제 나무가 더 크면 이 지도보다 시원하고, 나무가 어리면 더 덥습니다. 화면 경고문에는 “수고는 알 수 없어 8m로 가정” 문구가 상시 표시됩니다.

수관을 장애물 높이에 넣으면 나무 밑에 선 사람의 눈높이가 8m로 처리되어 햇볕으로 판정됩니다. 이를 막기 위해 관측 높이를 지면으로 따로 넘깁니다. 이 처리가 없으면 나무를 넣어도 그늘 효과가 나타나지 않습니다.

결과 해석

지점별 UTCI 값(예: 이 지점 UTCI 35.1℃)은 이 도구가 보증하는 값이 아닙니다. 화면 경고문과 같이, 결과는 숫자를 인용하지 않고 자리끼리 비교하는 데 씁니다.

그늘이라 초록으로 표시되는 골목과 볕이 들어 붉게 표시되는 광장의 차이, 가로수 열이 끊긴 구간의 색 변화는 형태에서 나오는 판단이며 이 도판에서 충분히 구분됩니다.

이 도판은 기간과 시각을 바꿔 가며 비교하는 방식으로 씁니다. 같은 명동이 여름 14시(태양고도 66°)에는 그늘 27%로 붉게, 18시(태양고도 20°)에는 그늘 83%로 초록으로 표시됩니다. 광장 설계에서는 하루 중 사람이 머무는 시간대와 함께 검토합니다.

배치 대안 비교에도 씁니다. 매스 배치에 따라 그늘이 떨어지는 위치와 그 자리의 등급 변화가 나타나므로, 옥외 공간의 위치를 정하는 근거가 됩니다.

제한 사항

열쾌적 도판은 옥외에 머물 수 있는지를 판단하는 지표라 오독의 영향이 바람 도판보다 큽니다. 알려진 편향과 누락은 다음과 같습니다. 앞의 두 항목은 모두 결과를 실제보다 덥게(겨울에는 덜 춥게) 만듭니다.

• 보행자 높이 바람이 약하게 계산됨: 바람 시뮬레이션은 지면 가까운 바람을 실제보다 약하게 냄. 명동·시부야 예시에서는 칸의 81~89%가 UTCI 계산식이 받는 가장 약한 바람(0.5m/s)으로 들어가, 바람이 시원하게 해 주는 효과가 거의 빠져 있음. 바람이 잘 드는 열린 곳은 실제보다 덥게(겨울에는 덜 춥게) 나올 수 있음
• 수목 검출 누락: 수목 검출 재현율 70%로 나무 열 그루 중 세 그루를 놓침. 놓친 나무는 그늘을 만들지 않으므로 더운 쪽 편향
• 지형은 10m 간격 표고: 바람·그늘·하늘열림 계산에 지형이 들어가지만 표고 자료가 국토지리정보원 등고선·표고점으로 만든 10m 격자(바다는 Copernicus GLO-30)라 옹벽·계단·작은 둔덕은 빠짐. 비탈면 방향에 따른 지표면 온도 차이는 넣지 않음
• 표면 물성은 문헌 대표값: 아스팔트·콘크리트·잔디의 알베도·방사율을 실측하지 않음. 같은 이유로 지표면 온도 지도는 따로 출력하지 않음. 표면 에너지수지를 풀려면 열관성·토양수분·증발산 자료가 필요하나 이 자료가 없음
• 높이를 모르는 건물 제외: 바람과 같은 높이맵을 쓰므로 같은 21%가 빠짐

「PNG 저장」으로 저장한 결과 이미지에는 “수목 그늘은 수고 8m 가정 · 지형 반영 · 표면 물성은 문헌 대표값 · 숫자를 인용하지 말고 자리끼리 비교하세요” 문구가 들어갑니다. 「도판만 PNG」로 저장하면 이 문구가 빠지므로 캡션을 따로 답니다.

자료 출처

관련 문서

• 바람
• 수목
• 일조시간
• 데이터 출처

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