바람장미와 바람 시뮬레이션

「03 바람」 시트는 가장 가까운 관측소의 바람장미와 대지 주변 건물 사이의 바람 흐름 시뮬레이션을 도판으로 출력합니다.

개요

「03 바람」 시트는 바람장미(관측 통계)와 건물 사이 흐름(시뮬레이션)을 한 화면에 표시합니다.

건물 사이 흐름은 대지 주변에서 바람이 통하는 곳과 막히는 곳을 보여 줍니다. 이 정보는 보통 CFD 용역을 거쳐야 얻을 수 있습니다. 이 시뮬레이션은 조기설계 단계의 검토용입니다.

사용 방법

1. 대지와 반경을 정함
2. 「03 바람」 시트에서 기간(연간·봄·여름·가을·겨울)을 선택함
3. 「바람장미」에서 관측 빈도를 확인함
4. 「시뮬레이션 평면」 또는 「시뮬레이션 3D」를 선택하고 「계산하기」를 누름

바람장미

바람장미는 관측소가 기록한 시간별 풍향·풍속의 빈도를 집계한 도판입니다. 모델로 만든 값은 포함하지 않습니다.

자료는 EPW/TMYx 기상 파일입니다. 건축 시뮬레이션 업계의 표준 기상 파일이며, Ladybug·그래스호퍼에서 쓰는 파일과 같습니다. 전 세계 17,311개 지점을 담고 있어 서울과 뉴욕 모두 같은 방식으로 만들어집니다.

16방위

바람장미는 16방위로 그립니다. 한국 기상청 원자료의 풍향은 36방위 눈금으로 기록되지만, 실제로 기록되는 값은 0, 2, 5, 7, 9, 11, 14, 16, 18, 20, 23, 25, 27, 29, 32, 34, 36입니다. 0은 정온이며, 나머지 방위 값은 16개입니다.

서울·부산·대구·강릉의 2005년과 2025년 자료를 교차 확인한 결과도 같습니다. 관측 자체가 16방위로 양자화되어 있으므로, 36방위로 그리면 20개 방위가 항상 비게 됩니다.

기간

기간은 연간·봄·여름·가을·겨울 중에서 선택합니다. 서울은 겨울에 서·서북서 방위의 빈도가 크게 늘어납니다(북서계절풍).

관측소 정보

바람장미는 관측소 지점의 바람이며, 대지의 바람과 같지 않습니다. 관측소는 대지에서 수 km 떨어져 있습니다. 그 사이에 능선·강·고층동이 하나라도 있으면 대지의 실제 바람은 달라집니다.

이 때문에 화면에는 관측소 이름, 대지까지의 거리, 관측 기간이 항상 함께 표시됩니다. 예를 들어 사막 한복판을 지정하면 248km 떨어진 관측소(관측 기간 1950~2014년)가 선택됩니다.

풍속은 관측소 풍속계 높이에서 잰 값이며, 풍속계 높이는 지점마다 다릅니다. 따라서 지점 간 풍속은 그대로 비교할 수 없습니다.

시뮬레이션 계산 방법

「계산하기」를 누르면 선택한 기간의 주풍향 한 방향으로 대지 주변 공기의 흐름을 계산합니다.

계산 방법은 격자볼츠만법(LBM)에 스마고린스키 LES 난류 모델을 결합한 것입니다. 유한체적법으로 나비에-스토크스 방정식을 직접 푸는 대신 입자 분포의 충돌·이동을 계산하므로 GPU에서 빠르게 계산됩니다.

결과는 계산 마지막 구간의 시간 평균입니다. 난류는 매 순간 변동하므로 한 시점의 스냅샷은 재현되지 않습니다. 구간 평균으로 안정적인 결과를 얻습니다.

격자

계산 격자는 4m로 고정되어 있습니다. 도시 골목의 폭은 보통 4~8m이며, 폭 8m 골목은 셀 2개로 표현됩니다.

격자가 8m이면 골목이 셀 1개가 되어 통로 자체가 사라집니다. 격자가 2m이면 계산량이 8배가 되지만, 얻는 정밀도보다 다른 오차가 더 큽니다.

이 계산에서 가장 큰 오차 요인은 격자 크기보다 높이를 모르는 건물의 누락입니다. 국토부 건축물 자료는 높이(m)의 채움률이 낮아 층수로 높이를 환산하며, 층수도 없는 건물은 모형에 세울 수 없습니다. 명동 반경 300m 기준으로 821동 중 172동(약 21%)이 여기에 해당합니다. 격자를 2m로 줄여도 이 21%는 계산에 들어가지 않습니다.

계산 영역

계산 영역은 도판 범위보다 사방으로 400m 넓게 잡습니다(분석 반경 + 400m). 여유 구간은 결과에서 버리고 도판 범위만 표시합니다.

계산 경계는 인위적인 조건입니다. 유입면에서는 바람이 균일하다는 조건을 강제로 줍니다. 건물이 경계면에 가까우면 건물이 만든 교란이 경계에서 되튀어 결과를 왜곡합니다. 여유 구간은 이를 막기 위한 것입니다.

CFD 실무 지침(COST Action 732, 일본건축학회)은 이 여유를 최고 건물 높이 H의 5배 이상으로 규정합니다. 이 도구는 5H 대신 고정값 400m를 씁니다. H는 극단값 하나에 따라 크게 달라지기 때문입니다. 예를 들어 종로 북촌은 평균 높이 7m의 저층 한옥 지역이지만, 반경 안에 194m 건물이 한 동 있으면 5H 기준 계산 영역이 1km로 늘어납니다.

고정 400m는 실제 시가지 높이(상위 5%) 기준으로 3~27H에 해당합니다. 지침 기준을 실질적으로 충족하면서 대지 성격에 따라 계산 영역이 바뀌지 않습니다.

반경 한도

시뮬레이션은 반경 1km까지 지원합니다. 그보다 넓으면 계산량이 반경의 세제곱으로 늘어나 실용적이지 않기 때문입니다. 도판 자체는 반경 1.5km까지 만들어집니다.

보기 종류

• 「바람장미」: 16방위 관측 빈도. 살의 길이는 빈도, 색 단계는 풍속, 가운데 숫자는 정온(무풍) 비율
• 「시뮬레이션 평면」: 색은 풍속, 무늬는 흐름 방향. 무늬는 백색 잡음을 유동 방향으로 번지게 해 만든 LIC 표현으로, 화살표 없이 흐름 방향을 나타냄. 높이를 바꿔 볼 수 있음(예: 지상 4m에서 막힌 골목이 48m 높이에서는 뚫려 있음)
• 「시뮬레이션 3D」: 실제로 추적한 유선을 가는 선으로 표시. 한 유선 안에서도 색이 바뀌어 골목에서의 가속과 건물 뒤에서의 감속이 나타남

평면 도판은 풍속이 센 곳과 약한 곳을 한 장으로 보여 주고, 3D 보기는 그 원인을 보여 줍니다. 위 그림에서는 서쪽 큰길을 따라 들어온 흐름이 가운데 고층 건물군에서 갈라집니다. 평면 도판에서 같은 자리가 빨갛게 표시되는 원인이 이 분기입니다.

평면 도판은 보고서 수록에, 3D 보기는 발표 중 질의 대응에 적합합니다.

결과 해석

지점별 풍속 값(예: 이 지점 풍속 2.3 m/s)은 이 도구가 보증하는 값이 아닙니다. 결과는 숫자를 인용하는 데 쓰지 않고 공간 구조를 확인하는 데 씁니다.

서풍이 어느 길을 타고 들어오는지, 어느 블록 뒤가 정체되는지는 형태에서 나오는 판단이며 4m 격자에서도 충분히 구분됩니다.

배치 대안 비교에 특히 적합합니다. 같은 대지에 매스를 다르게 놓고 각각 계산하면, 바람길을 막는 안과 통로를 남기는 안이 구분됩니다.

제한 사항

계산에서 빠진 항목은 다음과 같습니다.

• 주풍향 한 방향만 계산: 실제 평가는 16방위 전부를 빈도로 가중함
• 지형 미포함: 언덕과 계곡은 도시 규모 바람에 큰 영향을 주나 모형에 넣지 않음
• 수목 미포함: 가로수와 공원 수목은 실제로 바람을 상당히 걸러 냄
• 높이를 모르는 건물 제외: 명동 반경 300m 기준 약 21%(격자 항목 참조)
• 풍동 검증 없음: 같은 대지를 실제로 측정해 결과를 맞춰 본 적 없음

「PNG 저장」으로 저장한 결과 이미지에는 “조기설계 참고용”, “풍동 검증 없음” 문구가 들어갑니다. 「도판만 PNG」로 저장하면 이 문구가 빠지므로 캡션을 따로 답니다.

자료 출처

관련 문서

• 열쾌적
• 일조시간
• 데이터 출처

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