[2] 선행연구_도시열섬 및 에너지 수요 분석 관련 논문 정리

📜 도시열섬 및 에너지 수요 분석 관련 논문 정리

도시 기후 시뮬레이션과 공간 기반 에너지 수요 모델링을 위해 참고한 주요 논문들을 정리한 글입니다. 각 논문의 중심 내용과 프로젝트 설계에 반영 가능한 아이디어와 방법론을 중심으로 요약하였습니다.

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1. 김인무, 김창식, 박성근 (2011) – 에너지 상대가격 변화에 따른 에너지 수요 예측

• 핵심 내용: 이 연구는 에너지 가격 변화가 계절에 따라 전력과 도시가스 수요에 어떤 대체효과를 발생시키는지를 정량적으로 분석합니다. 특히 겨울철 난방 수요에서 상대가격 차이에 따라 전력이 도시가스로 대체되거나 그 반대가 일어나는 현상을 ‘기온-가격 교차반응함수’를 통해 모델링하였고, 이를 바탕으로 예측력이 높은 에너지 수요 예측모형을 제시하였습니다.
• 활용 포인트:
  • 기온과 가격 민감도를 반영한 에너지 수요 예측 시나리오 설계 가능
  • 전기·도시가스 선택 패턴 분석을 통한 동계 에너지 정책 대응 모형에 적용
  • 에너지 전환 비용 시뮬레이션의 기초 데이터로 활용 가능

2. 여인애, 윤성환 (2012) – 도시계획단계의 에너지 수요예측 방안에 관한 연구

• 핵심 내용: 도시계획 단계에서 공간정보 기반 에너지 수요 예측 정확도를 높이기 위한 알고리즘을 제안합니다. E-GISDB를 활용해 각 도시시설별 에너지 부하를 구분하고, 계절별로 다른 알고리즘(여름은 열섬 반영, 겨울은 난방시스템 반영)을 적용하여 공간 단위에서의 예측 신뢰도를 높였습니다.
• 활용 포인트:
  • 도시 블록 또는 개발구역 단위의 계절별 에너지 소비량 산정에 활용 가능
  • 열환경 시뮬레이션 기반 설계 시 입력값의 정밀도 향상
  • 개발계획 초기단계의 수요 시뮬레이션 구조 설계에 참고

3. 유기정 (2008) – 바람길 계획을 통한 도시열섬현상 완화에 관한 연구

• 핵심 내용: 공동주택 밀집 지역에서 바람길을 유도해 열섬현상을 완화하고 체감온도를 낮추는 도시계획적 접근을 다룹니다. 주동의 배치 방향, 필로티 구성, 바람 통로 확보, 차폐율 관리 등 구체적인 설계 전략을 제시하며, 실제 단지 재구성 시 어떻게 바람 유입이 달라지는지를 시뮬레이션 기반으로 검토합니다.
• 활용 포인트:
  • 바람길 확보를 위한 설계 기준 수립 시 참고
  • 도시재생 및 리디자인 도면에서 통풍 구조 반영 기준으로 적용
  • 건물 배치 및 단지 형식별 통풍 성능 평가 지표 설계에 활용

4. 이형호, 김상미, 구영완 (2016) – 확률변경함수를 이용한 우리나라의 주거용 에너지 수요함수 추정

• 핵심 내용: 확률변경함수(Stochastic Frontier Analysis, SFA)를 활용하여 광역시도 단위의 주거용 에너지 수요 결정 요인을 분석하고, 지역별 에너지 효율성을 추정한 연구입니다. 난방도일, 인구, 가족원수는 에너지 수요에 유의한 영향을 미쳤으며, 소득은 유의하지 않았습니다. 또한 지역 간 효율성 차이가 뚜렷하게 나타났으며, 기존의 에너지 원단위 방식이 실제 소비 구조를 반영하지 못한다는 점을 지적합니다.
• 활용 포인트:
  • 지역별 에너지 효율성 진단 지표로 활용 가능
  • 정책 타겟팅 및 에너지 수요 시뮬레이션 시 지역 격차 반영
  • 기존 원단위 접근과 비교되는 대안적 분석 프레임 구축에 유용

5. 전범석, 김학열 (2010) – 3차원 도시공간정보를 이용한 도시열섬현상의 분석

• 핵심 내용: 3D 도시 공간 모델을 기반으로 도시 구조적 특성과 열섬 강도 간의 상관관계를 회귀 분석한 연구입니다. LiDAR 기반의 건축물 기하학 정보와 Landsat 영상을 통해 추출된 식생지수(NDVI), 건물 표면적, 공극률 등의 변수를 활용하여 온도 변화에 대한 설명력을 높였고, 도시의 형태와 구조가 열환경에 미치는 영향력을 정량화했습니다.
• 활용 포인트:
  • 열환경 회귀모델 설계 시 공간구조 변수(공극률, NDVI 등) 반영 가능
  • 건물 단위 열부하 추정 또는 시뮬레이션 가중치 설계 참고
  • 공간 밀도나 녹지 비율 개선 시 열섬 저감 효과 수치화에 활용

6. 정종철 (2008) – 도시열섬효과의 공간 요인 분석

• 핵심 내용: GIS 기반 공간 통계 기법을 이용해 도시열섬에 영향을 미치는 다양한 물리적 요인을 분석한 연구입니다. 건물 밀도, 도로포장률, 녹지율 등의 공간적 속성이 도시온도에 미치는 영향을 다층적으로 검토하였으며, 고밀 개발 지역일수록 열섬 효과가 심화되고, 녹지 비율이 높을수록 완화된다는 사실을 실증적으로 입증했습니다.
• 활용 포인트:
  • 공간요인 기반 열섬 위험도 평가 지도 작성
  • 열섬 리스크 기반 맞춤형 공간계획 수립 근거로 활용
  • 녹지계획 또는 토지이용 조정 시 전략 설정 자료로 적용

7. 주현수, 김석철, 반지영, 최순심 (2006) – 도시지역에서의 바람길과 대기질 영향에 관한 연구

• 핵심 내용: 바람길(wind corridor)의 확보 여부가 도시 내 통풍과 대기질, 체감온도에 어떤 영향을 미치는지를 CFD(전산유체역학) 기반 시뮬레이션으로 분석한 연구입니다. 고층 건물 배치가 통풍 흐름을 막고 오염물 확산을 저해하는 반면, 바람길을 고려한 설계는 오염물 분산과 쾌적성 향상에 기여함을 실증적으로 보여줍니다.
• 활용 포인트:
  • 바람길 확보 유무에 따른 시나리오 비교 시뮬레이션 설계
  • CFD 기반 열환경 모델의 유효성 검증 또는 보완 자료로 활용
  • 도시 개발계획에서 대기질 영향 사전 평가 시 근거자료로 활용 가능

 

해당 논문들은 모두 공간 기반 도시 기후 분석과 에너지 시뮬레이션 기획에 큰 도움을 주는 참고 자료입니다.

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🧭 마무리 – 데이터로 도시를 읽는 항해

이 7편의 논문은 마치 복잡한 도시라는 바다 위에서 항로를 찾기 위한 별자리와도 같습니다.
각각의 연구는 도시의 열, 바람, 에너지라는 요소를 다른 시선으로 조망하며, 우리가 설계할 도시 시뮬레이션의 나침반이 되어줍니다.

이번 항해는 아직 초입입니다. 하지만 이제 우리는 도시라는 복합계를, 수치와 구조로 해석할 수 있는 도구를 조금씩 손에 쥐기 시작했습니다.
다음 여정에서는 이 이론들을 실제 공간 모델에 적용하고, 계절의 흐름에 따라 달라지는 도시의 열환경을 추적해 볼 예정입니다.

현실을 해석하는 도구로서의 데이터, 도시를 움직이는 열과 흐름의 구조에 대한 이해의 여정의 끝에서 우리는 조금 더 나은 선택을 할 수 있을 것입니다.

🚢 이 항해가 끝나는 그날까지, 탐색은 계속됩니다.

 

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Reference

1. 김인무, 김창식, 박성근, 에너지 상대가격 변화에 따른 에너지 수요 예측

2. 여인애, 윤성환, 도시계획단게의 에너지 수요예측 방안에 관한 연구

3. 유기정, 바람길 계획을 통한 도시열섬현상 완화에 관한 연구  

4. 이형호, 김상미, 구영완, 확률변경함수를 이용한 우리나라의 주거용 에너지 수요함수 추정

5. 전범석, 김학열, 3차원 도시공간정보를 잉용한 도시열섬현상의 분석

6. 정종철, 도시열섬효과의 공간 요인 분석

7. 주현수, 김석철, 반지영, 최순심, 도시지역에서의 바람길과 대기질 영향에 관한 연구

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🚢 데이터의 바다는 넓고, 우리의 항해는 계속됩니다. 😎🌊