그림 2. 나무와 잔디로 자동차도로와 보행도로에 그늘을 형성한 사례

3.    Benefits and Costs - 혜택과 비용

저온도로를 적용함으로 인하여 도로표면의 온도를 감소시킴으로 기대되어지는 효과는 다음과 같다.

첫째, 보행도로의 온도를 감소시킬 경우, 보행자의 도보통행시 불쾌감과 불편함을 덜어주어 보다 쾌적한 보행환경을 제공할수 있으며, 이로 인하여 도보 통행거리를 유지하거나 증가시킬수 있다. [그림 3]는 여름철 주간의 보행자 도로 표면의 온도를 측정한 결과를 보여주고 있다. 도로 표면의 온도가 보행자의 체온에 비하여 상당히 높음을 알수 있다.

둘째, 자동차 도로의 온도를 감소킬 경우, 자동차 냉방기기의 사용 절감으로 인하여, 주행 연비를 증가시켜 에너지 소비를 감소할수 있으며, 이산화탄소 등의 온실가스의 배출을 감소시킬수 있다.

세째, 도로표면으로부터 방출되는 태양열로 인한 도시의 기온 상승을 완화시키므로, 도시 건물의 에너지 소비를 감소할수 있으며, 간접적인 이산화탄소의 배출을 감소시킬수 있다.

네째, 도로표면의 온도감소로 인하여, 아스팔트 도로의 경우 도류화 파손의 발생을 줄이며, 콘크리트 도로의 경우 균열 발생 등을 감소시켜 도로의 수명 감소를 방지하며, 유지관리 비용을 감소할수 있다.

다섯째, 도시 전체의 기온을 감소시킴으로 도시열섬현상을 완화시킬수 있으며, 지구온난화 현상을 완화시킬수 있다.

그림 3 여름철 주간의 보행자 도로 표면의 온도 측정결과 (90F˚(30C˚)~153F˚(67C˚)).

4.    Cool Pavement Initiatives – 저온 도로포장의 전개와 확산

투수성(혹은 침수성/배수성, Permeability)이 좋은 도로포장 재료는 폭우나 강수량이 높을 경우에 도로의 배수성을 향상시키기 위한 목적으로 초기에는 연구되어 왔다. 그러나, 최근에는 고투수성의 도로포장 재료가 물과 공기를 표면 아래로 전달하여 도로표면의 온도를 감소시키고, 포장재료의 틈에 수분을 함유하토록 하여 수분의 증발시 열에너지를 감소시키어 도로표면의 온도 상승으로 인한 도시열섬현상 감소를 위한 방은로 더욱 활발히 연구되고 있다. 투수성을 향상시키기 위해서는 포장재료의 다공율을 증가시켜야 하는데, 이는 포장재료의 구조를 약화시켜 내구성과 수명을 감소시키는 영향을 발생시킨다. 따라서, 수명연한 동안의 교통하중을 감당하기에 충분한 구조적 강성을 가짐과 동시에 투수성이 높은 포장재료의 개발에 중점을 두고 있다. 고투수성 도로포장 재료와 기법을 적용시 도로표면의 빗물이 포장면 아래의 스며들어 유거수(流去水: runoff)를 감소시키고, 도로 지하의 토질에 수분을 공급하고, 먼지 및 공해물질들이 걸러지는 필터작용을 통하여 수질을 향상시킬수 있다. 연구결과에 의하면 고투수성 도로포장의 적용을 통하여 도로표면의 유거수를 90퍼센트 이상 감소할수 있는 것으로 나타났다.

고투수성 도로포장을 위하여 사용되어지는 주요 재료로는 재활용 타이어 등의 고무성분을 잘게 분쇄하여 혼합한 아스팔트 (Rubberized Asphalt)와 표면저항력을 높이기 위하여 돌이나 자갈을 잘게 분쇄하여 콘크리트와 혼합한 브릭이나 블럭 (Brick or Block) 콘크리트나 아스팔트(open-graded friction course)등에 부가성분(Chip seals)을 첨가한 재료 등이 주로 사용되고 있다 (그림4 참조).

그림 4 Open-Graded 고투수성 콘크리트 도로포장 재료

이러한 고투수성 도로포장의 경우 도로표면이 건조한 경우에는 일반 도로포장과 같은 온도를 유지하지만, 도로 표면에 물에 젖을 경우 공극사이로 스며들어온 수분이 증발되면서 신속하게 포장의 온도를 낮추는 작용을 하며 낮아진 온도를 유지하는 작용도 한다. 이러한 고투수성 도로포장 재료는 구조적으로는 모든 도로형태에 적용할수 있으나 그 효과를 높이기 위하여 교통하중이 적은 도로나 주차장, 좁은 주택가 도로나 보행자도로 및 산책로에 적합하다. 미국의 대도시의 경우 주차면적과 보행면적이 차지하는 도로포장 면적의 40퍼센트에서 65퍼센트를 차지하는 것으로 볼때 그 적용범위가 큰 것을 알수 있다. 또한, 여름에 적당한 습기가 있는 기후지역이나 여름 한낮의 소나기(Squall) 이 잦은 기후지역에서 그 효과가 더욱 높게 나타난다.

5.    Resources – 활용가능한 자원

일본의 경우에는 도로표면이 일정온도 이상으로 올라가면 도로에 설치되어 있는 살수(撒水)장치(Sprinkler)가 일정기간 작동하여 도로표면의 온도를 물로 식히는 사례도 있다. 이 경우에 살수된 물을 다시 집수하여 재활용할수 있도록 하고 있으며, 살수량을 조절하여 차량의 미끄러짐 현상이 발생하지 않도록 안전하게 운영하고 있다. 또한, 분무(Mist) 장치를 설치하여 미세물방울을 분사함으로 도로의 온도를 낮추는 방식도 적용되고 있다 (그림5 참조).

그림 5. 분무(Mist)장치를 설치하여 도로의 기온을 낮추는 사례

또한, 도로표면에서 태양열의 반사율 혹은 알베도(Albedo)을 높여 열을 방출하고 그 나머지 열에너지를 도로아래로 흡수할수 있는 신재료를 연구하고 있다. 일반적으로 기후와 먼지 등의 물질로 인하여 도로표면에서의 태양열 반사율은 도로연령에 따라 변하게 된다. 아스팔트 표면의 경우는 초기에는 5~10퍼센트의 반사율을 보이다가 5년 정도의 시간이 지나면 10~15퍼센트로 상승하는 반면, 콘크리트 표면의 경우는 초기에는 35~40퍼센트의 반사율을 나타내다가 5년이 지나면 25~30퍼센트로 반사율이 감소하게 된다(그림6 참조). 따라서, 도로표면의 태양열 반사율을 높이기 위하여 도로표면의 색을 밝게 하거나 부가재료를 첨가하고 있다. 로렌스 버클리 국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)의 연구결과에 의하면, 10퍼센트 태양열 반사율을 높일 경우에 도로표면의 온도를 섭씨 4도 이상 낮출수 있는 것으로 나타났다. 또한, 도시전체 도로표면의 태양열 반사율을 10퍼센트에서 35퍼센트로 증가시킬수 있다면 도시전체의 기온을 섭씨 0.6도 감소시킬수 있다고 한다.

그림 6 도로연령에 따른 아스팔트와 콘크리트의 태양열 반사율 변화 (수평축: 도로연령)

6.    Endnotes - 맺음말

지구의 기후변화와 지구온난화에 영향을 미치고 지역적으로 에너지소비를 증가시키며 친환경교통수단 이용의 감소를 발생시키는 도시 열섬현상을 완화하기 위하여 선진국에서는 도시 및 교통계획과 도로 및 주차시설의 시공과 운영에 있어서 다양한 관점에서 접근해 오고 있음을 살펴보았다. 태양열에 노출되는 도로 및 주차면적을 감소하기 위하여 녹지를 증가시키거나 나무로 그늘을 형성하는 등의 자연조화적인 방법으로부터 태양열 반사율을 증가시키고 투수성이 높은 포장재료를 개발하여 적용하는 신기술 등이 동원되어 도시열섬현상을 감소시키고 있다. 특히, 최근에 주목받고 있는 이산화탄소 발생을 감소시키는 친환경도로 연구와 깊은 연관성을 가지며, 도심내 녹지를 증가시키고 친환경교통수단인 도보 및 자전거 통행거리의 증가를 유도하기 위하여 저온도로의 연구와 적용이 적극적으로 확장되어져야 할 것이다. 자연적 조건과 첨단과학기술을 지혜롭게 조화시켜 나갈때에 도시 열섬현상을 발생하고 그로 인한 환경 피해를 유발할수 있는 태양열을 활용하여, 친환경 신대체 에너지로 전환하여 혜택을 누릴수 있다.

▣ 원문제목 : Reducing Urban Heat Islands: Compendium of Strategies – Cool Pavements

         

▣ 원문의 주요목차********************************************************************

1. How it Works - 개요
2. Potential Cool Pavement Types – 활용가능한 저온 도로포장 종류
3. Benefits and Costs - 혜택과 비용
4. Cool Pavement Initiatives – 저온 도로포장의 전개와 확산
5. Resources – 활용가능한 자원
6. Endnotes - 맺음말