KR102656413B1 - 옥상정원을 lid로 설계하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건물의 구조체 위에 방수층, 배수층, 여과층, 식생토층 및 식생층이 차례로 적층되어 형성되는 옥상정원을 LID로 설계하는 방법에 있어서, 상기 옥상정원이 위치한 대상지역의 강우시 유출되는 비점오염물질의 성상 및 농도를 분석하는 단계; 분석된 상기 비점오염물질을 저감하기 위한 저감기작을 결정하는 단계; 및 결정된 상기 저감기작을 구현하기 위하여 상기 여과층, 상기 식생토층 및 상기 식생층의 토양, 여재, 식물, 미생물 중 적어도 하나에 대한 세부조건을 결정하는 단계를 포함하는 옥상정원을 LID로 설계하는 방법에 관한 것이다.

Description

옥상정원을 LID로 설계하는 방법{METHOD FOR DESIGNING ROOF GARDEN BASED ON LID}
본 발명은 LID 기법이 적용된 옥상정원을 설계하는 방법에 관한 것이다.
사회 인프라는 경제활동 기초를 형성하는 사회적 생산 기반을 의미하며, 도로, 하천, 상하수시설 등을 포함한다. 사회 인프라는 비용효율성 및 기술발전에 따라 단일 기능에서 다기능으로 전환되고 있다. 특히 그린 인프라(green infra)라 하여 기술 발전과 비용효율성을 고려하여 합적 기능을 가지는 기반 시설들이 증가하고 있으며, 예를 들어, 하수처리시설이 녹지를 포함하거나 에너지를 생산하는 기능을 포함할 수 있다. 이러한 그린 인프라는 사람과 자연에게 복합적으로 혜택을 줄 수 있다.
그린 인프라는 LID 시설과 연계될 수 있다. LID 시설은 LID(low impact development: 저영향개발) 기법이 적용된 시설로서 우수를 지하로 스며들게하여 수생태계를 도시화 이전의 상태와 가깝게 만드는 시설이다.
이에, 본 발명의 발명자는 도시 등의 대상지역에 LID 시설, 특히 옥상정원을 LID로 설계하는 방법을 오랫동안 연구하고 시행착오를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 배경에서, 본 발명의 일 목적은, LID 기법에 따라 옥상정원을 설계하는 방법을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예는, 건물의 구조체 위에 방수층, 배수층, 여과층, 식생토층 및 식생층이 차례로 적층되어 형성되는 옥상정원을 LID로 설계하는 방법에 있어서, 상기 옥상정원이 위치한 대상지역의 강우시 유출되는 비점오염물질의 성상 및 농도를 분석하는 단계; 분석된 상기 비점오염물질을 저감하기 위한 저감기작을 결정하는 단계; 및 결정된 상기 저감기작을 구현하기 위하여 상기 여과층, 상기 식생토층 및 상기 식생층의 토양, 여재, 식물, 미생물 중 적어도 하나에 대한 세부조건을 결정하는 단계를 포함하는, 옥상정원을 LID로 설계하는 방법을 제공한다.
상기 방법에서, 상기 저감기작을 결정하는 단계에서, 상기 비점오염물질에 입자상 물질이 포함된 경우, 상기 저감기작은 침전, 여과, 흡착 중 적어도 하나로 결정되고, 상기 비점오염물질에 중금속이 포함된 경우, 상기 저감기작은 흡착, 이온교환 중 적어도 하나로 결정되며, 상기 비점오염물질에 유기물, 유류, 영양염류 중 적어도 하나가 포함된 경우, 상기 저감기작은 미생물과 식물을 통한 분해로 결정될 수 있다.
상기 방법에서, 상기 세부조건을 결정하는 단계에서, 상기 식생토층의 양분양, 상기 식생토층의 공극, 상기 식생토층의 함수량, 식생토층의 pH, 상기 여재의 깊이, 상기 여재의 유기성, 상기 식물의 종류, 상기 미생물의 종류 중 적어도 하나가 결정될 수 있다.
상기 방법에서, 상기 식생층은, 유기성 소재로 멀칭(mulching)될 수 있다.
상기 방법에서, 상기 여과층은, 유기성 여재를 포함하는 제1 층 및 상기 제1 층상에 무기성 여재를 포함하는 제2 층으로 구성될 수 있다.
상기 방법에서, 상기 제2 층의 공극은 상기 제1 층의 공극보다 클 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 대상지역의 우수를 최적의 LID 기법으로 설계된 옥상정원을 통해 관리할 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 일 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법에 의해 설계된 LID 시설의 배치도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 여재의 예시도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 무기성 여재와 유기성 여재에서의 반응을 나타내는 도면이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법에 의해 설계된 옥상정원의 구성도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 옥상정원의 설계 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법에 의해 설계된 옥상정원의 예시도이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 옥상정원을 LID로 설계하는 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법을 나타내는 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법에 의해 설계된 LID 시설의 배치도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법은, 대상지역에 LID 시설을 설립하기 위한 방법으로, LID 시설은 LID 기법이 적용된 시설로서, 우수를 공급받고 우수를 내부로 투수시켜 우수를 관리하고 활용하는 시설이다.
LID 시설은 주기능에 따라 식생체류형, 침투형, 여과형, 습지형 등으로 분류될 수 있다 식생체류형은 우수를 식생으로 피복된 공간으로 유입시켜 체류, 여과, 침전, 침투의 효과를 얻는 시설이다 침투형은 우수를 불포화지층을 통해 지하로 침투시켜 여과 흡착 작용에 따른 효과를 얻을 수 있는 시설이다 여과형은 모래, 여재를 통해 여과 효과를 얻는 시설이다 습지형은 저류 및 증발산을 통해 물순환에 효과적인 것으로 식물, 미생물 등을 오염물질 저감기작으로 활용하는 시설이다
구체적인 LID 시설은 식생체류형으로서 생태저류지(bioretention basin), 식생수로(bio swale), 식물재배화분(planter box) 등이 있고, 침투형으로 침도랑(infiltration trench), 식생사면(bio slope), 투수성포장(permeable pavement) 등이 있고, 여과형으로 나무여과상자(treebox filter), 모래여과(sand filter) 등이 있고, 습지형으로 인공습지, 도로노변용 소규모 습지, 레인가든(rain garden) 등이 있다.
다만, 본 발명에서 LID 시설의 종류가 한정되는 것은 아니며, 상술한 구체적인 LID 시설 외에도 LID 기법을 사용한 시설이라면 모두 본 발명에 포함될 수 있다.
LID 시설은 대상지역으로 정의되는 특정 지역에 설립될 수 있다. 본 발명은 대상지역에 LID 시설을 설립하기 위한 설계 방법을 제공한다. 대상지역은 도시 등의 적어도 일부구역일 수 있고, 도시는 신도시 또는 기존도시일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법은, LID 시설의 규모를 결정하는 단계(S110), 비점오염물질의 성상 및 농도를 분석하는 단계(S120), 비점오염물질을 저감하기 위한 저감기작을 결정하는 단계(S130), 상기 LID 시설의 토양, 여재, 식물, 미생물 중 적어도 하나에 대한 세부조건을 결정하는 단계(S140), 하부 토양의 치환 여부를 결정하는 단계(S150), LID 시설이 설립된 대상지역을 도면화하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.
LID 시설의 규모를 결정하는 단계(S110)는 대상지역에 설치하고자 하는 LID 시설의 규모를 산정하는 단계이다. 본 단계에서는 강우 유출량의 목표 저감율을 고려하여 LID 시설의 규모가 산정될 수 있다. 강우 유출량은 강우량 해석을 통해 산출될 수 있다.
여기서, 새로 개발하는 신도시 외 기존도시를 대상으로 하는 경우에, 강우량 해석을 통해 90% 발생빈도에 해당하는 누적 강우량을 관리 대상의 강우량으로 선정하여, LID 규모를 산정할 수 있다.
특히, 새로 개발하는 신도시를 대상으로 하는 경우에는, 개발 이후에도 개발 이전의 물 순환이 가능하도록 LID 규모를 산정할 수 있다. 이를 수학식 1로 나타내면 아래와 같다.
여기서, α는 감소 계수(상수), RVafter는 개발 후 강우 유출량(m3), RVbefore는 개발 전 강우 유출량(m3), Vuse는 강우 사용량(m3)을 의미한다.
한편, 대상지역 대비 LID 시설의 최소 면적은 1~5%일 수 있다.
비점오염물질의 성상 및 농도를 분석하는 단계(S120)는, 대상지역에서 채취된 우수 내의 비점오염물질을 분석하여 비점오염물질의 성상과 농도를 분석하는 단계이다.
여기서, 비점오염물질의 성상은 종류에 따라 달라질 수 있다. 비점오염물질의 종류는 입자상 물질(토사 등), 유기물질, 영양염류(N, P 등), 중금속(As, Cd, Cr, Cu, Pb, Zn 등), 유류(oil & grease), 미생물(대장균 등) 등으로 구분될 수 있으나, 제한되는 것은 아니다.
비점오염물질의 농도는 시간대별, 강우량별로 다르기 때문에, 유량가중평균농도(event mean concentration: EMC)에 따라 산출될 수 있다.
유량가중평균농도(EMC)는, 아래의 식에 따라 계산될 수 있다.
강우시 발생하는 비점오염물질의 유출은 실시간으로 변화되는 유출량과 농도의 변화가 있을 뿐 만 아니라, 모니터링 지점에 대하여 샘플채취가 일정간격으로 이루어지지 않기 때문에, 산술평균에 의한 평균농도는 대표성을 갖지 못하는 단점이 있고, 이러한 이유로 지역특성에 따른 모니터링을 통한 산술적인 평균으로는 강우시 유출되는 비점오염물질의 대표성을 가진 평균농도를 산정하는 것에 대하여 불확실하기 때문에, 확률통계학적 방법을 이용하여 비점오염물질의 농도와 유출율을 고려하는 유량가중평균농도를 산정하는 것이 바람직하다.
EMC는 모니터링 지역에서 강우지속시간 T시간 동안 유출된 전체 누적 비점오염물질의 양을 전체 누적 유출량으로 나누어 계산할 수 있다. EMC는 아래의 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
여기서, C(t)와 Q(t)는 강우 지속시간 t에 대한 오염물질의 농도와 유출율을 의미하며, T는 전체 유출시간을 나타낸다.
본 단계에서, 대상지역에서 분석되는 비점오염물질의 성상과 농도를 토대로, 관리 대상이 되는 오염물질의 종류를 선정하고, 농도 범위를 한정할 수 있다.
저감기작을 결정하는 단계(S130)는, 분석된 상기 비점오염물질을 저감하기 위한 저감기작을 결정하는 단계이다.
저감기작은 물리적 기작(physical reaction), 화학적 기작(chemical reaction), 생물학적 기작(biological reaction) 등으로 구분될 수 있다.
물리적 기작에는 dilution(희석), sedimentation(침강), re-suspension(재부유), coagulation(응결), filtration(여과), adsorption(흡착), volatilization(휘발), evaporation(증발), dissolution(용해), heat transfer(열전달), dispersion(확산) 등이 해당될 수 있다.
화학적 기작에는 photolysis(광분해), hydrolysis(가수분해), precipitation(침전), ionization(이온화), oxidation(산화), reduction(환원)이 해당될 수 있다.
생물학적 기작에는 bio-degradation(생물분해), bio-accumulation(생물농축), photosynthesis(광합성)이 해당될 수 있다.
저감기작의 결정은 비점오염물질의 성상, 종류, 농도에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 비점오염물질에 입자상 물질이 포함된 경우, 저감기작은 물리적 기작으로서 침전, 여과, 흡착 중 적어도 하나로 결정될 수 있다. 또한, 비점오염물질에 중금속이 포함된 경우, 저감기작은 흡착과 같은 물리적 기작, 이온교환과 같은 화학적 기작 중 적어도 하나로 결정될 수 있다. 또한, 비점오염물질에 유기물, 유류, 영양염류 중 적어도 하나가 포함된 경우, 저감기작은 생물학적 기작(미생물과 식물을 통한 분해)으로 결정될 수 있다.
LID 시설의 토양, 여재, 식물, 미생물 중 적어도 하나에 대한 세부조건을 결정하는 단계(S140)는, 결정된 상기 저감기작을 구현하기 위한 상기 LID 시설의 토양, 여재, 식물, 미생물 중 적어도 하나에 대한 세부조건을 결정하는 단계이다.
예를 들어, 침전, 여과, 흡착의 저감기작이 결정된 경우, 토양, 여재가 무기성으로 결정될 수 있다. 또한, 생물분해의 저감기작이 결정된 경우, 토양, 미생물과 관련하여, 미생물이 호흡, 질산화-탈질산화 반응할 수 있는 조건으로 결정될 수 있다. 저감기작이 광합성으로 결정된 경우, 식물의 구체적인 수종이 결정될 수 있다.
구체적으로, 토양의 경우, 토양 중 식생토의 양분양, 식생토의 공극, 식생토의 함수량이 결정될 수 있다.
양분양은 식생토에 함유된 양분의 양으로서, LID 시설에 식물이 포함되는 경우 주요한 요소가 될 수 있다. 식생토의 공극과 관련하여, 우수의 저류, 침투 기능을 위해서는 거대공극(0.3~0.5)이 필요하고, 오염물질 제거와 미생물, 식물의 활동을 위해 미세공극이 필요할 수 있다. 함수량은 미생물, 식물의 활동을 위해 20~60%로 결정될 수 있다. 이 외에 식생토의 온도(25~40℃나 pH(4.5~8.0)의 최적 조건이 결정될 수 있다.
또한, 입자상 물질(200㎛ 이상의 입자)의 제거를 위해서는 소규모의 침강지를 설치하고 위치에너지를 소산하기 위한 에너지 감쇄공을 설치하도록 결정될 수 있다.
여재의 경우, 여재의 깊이, 길이, 유무기성 등이 결정될 수 있다.
미생물의 경우, 비점오염물질의 성상에 따라 다른 미생물을 선정할 수 있다.
식물의 경우, 오염물질 저감효율이 높고, 내염성이 강하며, 극한 기후(가뭄과 홍수)에도 적응 가능하며, 시비를 요구하지 않는 것으로 결정되되, LID 시설의 규모, 비점오염물질의 성상에 맞게 선정할 수 있다. 식물은 단일종보다는 복합적으로 식재하여 기능이 증폭되고록 하며 경관을 고려할 수 있다.
구체적인 식물의 선정 예시는 아래 표 1과 같다.
분류 식생명 성장율 수고(cm) 성장환경 오염물질
저감효율		 LID 적용
가능성
내건성 내양성 내음성 내한성 내습성 내염성
목본 메타세콰이어
(Metasequoiaglyptostroboides)		 fast 200-250 ○ ○ ○ 나무여과
상자
영산홍
(Rhododendron
indicum)		 Slow 15-90 ○ ○ ○ 빗물정원
식생체류지
관목 조팝나무
(Spiraeaprunifoliavar. simpliciflora)		 fast 150-200 ○ ○ 빗물정원
식생체류지
남천
(Nandina domestica)		 Medium 100-300 ○ ○ ○ 빗물정원
식생체류지
교목 주목
(Taxus cuspidata S. et Z.)		 Medium 1700 ○ ○ 식생체류지
나무여과상자
동백나무
(Camellia japonica L.)		 Medium 1000 ○ ○ ○ 식생체류지
나무여과상자
초본 창포
(Acorus calamus)		 fast 60-120 ○ ○ 인공습지
하늘매발톱
(Aquilegia flabellata var. pumila)		 fast 15-30 ○ ○ 빗물정원
식생체류지
물싸리
(Potentilla fruticosa)		 Medium 15-30 ○ ○ ○ ○ 빗물정원
식생체류지
개미취
(Aster tataricus)		 Medium 50-60 ○ ○ ○ TSS: 93~94%Total Zn: 93~97%
Total Pb: 100%
Total Cu: 89~100%
Total Cd: 100%		 빗물정원
식생체류지
패랭이
(Dianthus chinensis L.)		 Medium 10-20 ○ ○ 빗물정원
식생체류지
옥상녹화
패랭이
(Dianthus c hinensis L.)		 Medium 10-20 ○ ○ 빗물정원
식생체류지
옥상녹화
메리골드
(Tagetes erecta L.)		 Medium 25-30 ○ ○ 빗물정원
식생체류지
옥상녹화
맥문동
(Liriope platyphlla)		 Medium 30-50 ○ ○ 빗물정원
식생체류지
또한, 분석된 비점오염물질에 염분이 다량 포함된 경우(예를 들어, 겨울철 제설 작업에 따라 염분 성분이 강한 경우), 염분에 강한 수종으로 결정될 수 있다.
염분에 따른 식물의 선정 예시는 아래 표 2와 같다.
구분 주요 수종
염분에
강한
수종		 초화: 버뮤다글래스, 땅채송화, 갯방풍, 해당화, 골담초, 모감주 등
관목: 눈향, 다정큼나무, 팔손이, 우묵사스레피, 협죽도, 개비자, 사철나무, 돈나무, 매자, 병아리 꽃, 붉은 병꽃, 개나라, 쥐똥나무 등
교목: 동백, 곰솔, 녹나무, 후박나무, 벚나무, 생달나무, 가시나무, 가중나무, 갈참, 감나무, 굴피나무, 말채나무, 모과나무, 물푸레나무, 태산목, 히말라야시다, 리기다소나무, 해송, 비자나무, 노간주 나무, 누운향나무, 섬쥐똥나무, 해당화, 사철나무, 회양목, 찔레나무, 위성류 등
염분에
약한
수종		 삼나무, 독일 가문비나무, 소나무, 낙엽송, 히말라야시다, 목련, 가시나무, 오리나무, 일본목련, 중국단풍, 피나무, 왕벚나무, 메타세콰이어, 칠엽수, 느티나무, 산벚나무 등
또한, 식물을 이용하여 울타리(생태울타리)를 형성하도록 결정할 수 있다.
한편, 선정된 세부조건에 근거하여 LID 시설의 구체적인 종류와 구체적인 구조도 결정될 수 있다. 즉, 어떤 LID 시설을 설립할 것인지가 결정되고, 그 시설을 위한 구체적인 구조가 결정될 수 있다. 예를 들어, LID 시설의 상부에 20~30㎝의 담수심을 확보할 수 있고, 상면 커버가 필요한 LID 시설인 경우, 경량 소재의 커버가 설치되도록 할 수 있다.
하부 토양의 치환 여부를 결정하는 단계(S150)는 대상지역의 하부 토양이 LID 시설에 적합한지 판단하여 하부 토양을 치환 여부를 결정하는 단계이다. 여기서, 하부 토양은 LID 시설이 설립되는 위치의 지반으로 이해할 수 있다.
토양의 유형은 사질토, 롬(loam), 점토의 비율에 따라 4가지 유형(Type A~D)으로 구분될 수 있다. 사질토의 비율이 높은 토양은 Type A, 점토의 비율이 높은 토양은 Type D에 해당하며, 롬과 점토의 비율이 높은 토양은 Type B, 롬의 비율이 높은 토양은 Type C로 구분될 수 있다. 토양의 유형별 특징은 아래 표 3과 같다.
Soil Type Soil Characteristics Infiltration Rate(mm/h) LID 시설
Type A → Least outflow, highest permeability
→ Sand and gravel layer containing a little silt and clay		 7.62-11.43 침투도랑
침투저류지
침투화분
Type B → Relatively low outflow rate, relatively high permeability
→ Drainage is generally good because of sandy soil mixed with gravel		 3.61-7.62 식생체류지
빗물정원
식생수로
나무여과박스
Type C → Relatively high outflow rate, relatively low permeability
→ Contains a lot of clay and colloidal material		 1.27-3.81 식생체류지
빗물정원
식생수로
나무여과박스
Type D → Highest outflow, lowest permeability
→ Most are made of clay which makes the drainage poor		 0-1.27 인공습지
연못
지하저류조
침투시설이 토양 Type B, C, D에 설치되어야 하는 경우, 하부 토양은 Type A로 치환되는 것으로 결정될 수 있다. 특히, 식물을 포함하지 않는 LID 시설로서, 하부 토양이 Type B, C, D인 경우, 하부 토양은 Type A로 치환되는 것으로 결정될 수 있다.
식물을 포함하는 LID 시설로서, 하부 토양이 Type A인 경우, 하부 토양은 Type B, C 및/또는 D로 치환되는 것으로 결정될 수 있다.
한편, 식물을 포함하는 LID 시설로서, 하부 토양이 Type A인 경우, 하부 토양을 치환하지는 않되, 토양의 함수량을 확보할 수 있도록 별도의 우수 유출 차단시설을 구비하거나, 복수의 LID 시설을 연계하도록 결정될 수 있다.
LID 시설이 설립된 대상지역을 도면화하는 단계(S160)는 최종적으로 결정된 LID 시설과 그 세부사항들을 반영하여 대상지역에 LID 시설이 설립된 것을 도면화하는 단계이다.
LID 시설은 건축물, 도로, 주차장, 교차로, 공원녹지 등과 연계하여 다양하게 설립될 수 있다. 본 단계에서는 설립된 LID 시설의 배치도를 도면화할 수 있다. 도 2를 참조하면, 설립된 LID 시설의 배치도의 예시를 나타낸다. 특히, 건축물에 적용된 것, 도로에 적용된 것, 주차장에 적용된 것, 교차로에 적용된 것을 각각 도시한다.
본 단계에서, LID 시설은 단독으로 또는 복수로 연계되도록 결정될 수 있다. 특히, 연계되도록 설계되면 강우 유출량 저감 및 비점오염물질 저감 효과가 극대화될 수 있다.
LID 시설이 단독으로 설계되는 경우, 우수가 침투 후에 식물 측으로 이동할 수 있도록 하며, LID 시설이 연계되도록 설계되는 경우, 침투를 주 기능으로 하는 시설과 식생을 주 기능으로 하는 시설이 차례로 기능을 발휘하도록 설계될 수 있다.
본 단계에서는 LID 시설을 단독으로 설립할 것인지, 복수로 연계되게 설립할 것인지를 결정하며, 그 결정을 반영하여 도면화할 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 여재의 예시도이다.
도 3을 참조하면, 유기성 여재와 무기성 여재의 예시와 실제 사진이 도시되어 있다. 일 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법에 의하여 LID 시설에 여재가 마련될 수 있다. 본 도면에 예시된 유기성 여재와 무기성 여재는 LID 시설에 사용될 수 있다. LID 시설에 여재를 설치하는 방법은 다음과 같을 수 있다.
LID 시설 내부에 유기성 여재를 포함하는 제1 층을 배치하는 단계; 및 상기 제1 층 상에 무기성 여재를 포함하는 제2 층을 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
유기성 여재는 유기물을 포함하는 여과 부재로서, 천연고분자물질; 아크릴아마이드, 페놀계수지, PS 등 합성고분자; 꼬막패각, 호두껍질 및 은행껍질 등의 친환경적인 자연여재; 나무; 우드 칩; 목편들에 소량의 톱밥이나 낙엽·왕겨 등을 더 첨가하여 혼합한 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다만, 유기성 여재는 상술한 것들로 제한되는 것은 아니며, 유기물을 포함하는 여과 부재라면 모두 본 발명에 적용될 수 있다.
제1 층은 유기성 여재를 포함하는 여재층이며, 오로지 유기성 여재만을 포함할 수도 있고, 상대적으로 유기성 여재보다 더 적은 비율로 무기성 여재가 혼합된 것일 수도 있다.
무기성 여재는 유기물을 포함하지 않는 여과 부재로서, 모래(sand), 자갈(gravel), 활성탄, 화산암, 알루미나, 유리, 세라믹, 바텀애쉬, 제올라이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다만, 무기성 여재는 상술한 것들로 제한되는 것은 아니며, 유기물을 포함하지 않는 여과 부재라면 모두 본 발명에 적용될 수 있다.
제2 층은 무기성 여재를 포함하는 여재층이며, 오로지 무기성 여재만을 포함할 수도 있고, 상대적으로 무기성 여재보다 더 적은 비율로 유기성 여재가 혼합된 것일 수도 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 무기성 여재와 유기성 여재에서의 반응을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 무기성 여재에서는 질산화 반응이 발생하며, 유기성 여재에서는 탈질산화 반응이 일어나기에 상부에 무기성 여재를 배치하고 하부에 유기성 여재를 배치할 수 있다.
LID 시설로 유입된 우수는 무기성 여재, 유기성 여재 순으로 이동될 수 있다.
무기성 여재는 다공성일 수 있다. 무기성 여재의 공극은 유기성 여재의 공극보다 클 수 있다. 이에 따라, 제2 층의 공극은 제1 층의 공극보다 클 수 있다. 제1 층의 공극은 0.5 이상일 수 있다.
LID 시설의 여재는 지면으로부터 50cm 이상 깊이에 설치될 수 있다. 즉, 제2 층은 지면으로부터 50cm 이상 깊이에 매립될 수 있다. 또한, 제1 층 및 제2 층의 지면과 평행한 방향으로의 길이는 1m 이상일 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법에 의해 설계된 옥상정원의 구성도이고, 도 6은 또 다른 실시예에 따른 옥상정원의 설계 방법을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 생태적 LID 설계 방법이 적용된 옥상정원(500, 이하 '옥상정원'이라 함)이 도시된다. 옥상정원(500)은 본 발명의 일 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법으로 설계되고, 다른 실시예에 따른 여재를 포함할 수 있다. 옥상정원(500)은 크게 구조부(A), 식재기반(B) 및 식생층(C)으로 구성될 수 있다.
구조부(A)는 옥상정원(500)의 기반이 되는 층으로서 건축물-예를 들어 건물-의 최상부를 의미할 수 있다. 예를 들어 구조부(A)는 옥상의 바닥이 될 수 있다. 구조부(A)는 구조체(510), 단열층(520) 및 방수층(530)으로 형성될 수 있다.
구조체(510)는 건축물의 일부로서 건축물과 일체로 형성될 수 있다. 그래서 구조체(510)는 건축물과 같은 재질로 형성될 수 있고, 주로 콘크리트를 포함할 수 있다. 구조체(510)는 옥상정원(500)의 바닥면으로 기능할 수 있다. 단열층(520)은 구조체(510) 상에 형성될 수 있고 구조체(510)와 방수층(530) 사이에서 열의 이동을 차단할 수 있다. 방수층(530)은 단열층(520) 상에 형성될 수 있고 외부에서 건축물 내부로 들어오는 수분을 차단할 수 있다.
식재기반(B)은 방근층(540), 배수층(550), 여과층(560) 및 식생토층(570)으로 구성될 수 있다. 방근층(540)은 방수층(530) 및 배수층(550) 사이에 형성되어 식생층(C)에 심어진 식물의 뿌리가 아래로 건축물 내부로 성장하는 것을 차단할 수 있다. 배수층(550)은 방근층(540) 및 여과층(560) 사이에 형성되어 식생토층(570) 및 여과층(560)을 통과한 수분을 다른 곳으로 유출시킬 수 있다. 배수층(550)은 배수관과 연결되어 있어서 수분은 배수관으로 이동할 수 있다. 여과층(560)은 배수층(550) 상에 형성되어 크기가 다른 공극을 통해 우수의 불순물을 거르는 기능을 할 수 있다. 식생토층(570)은 여과층(560) 상에 형성되어 식생층(C)에 형성된 식물에 양분을 공급하거나 공극을 형성하거나 수분을 보관할 수 있다.
도 6을 참조하면, 생태적 LID 설계 방법이 적용된 옥상정원(500)의 설계 방법이 도시된다.
옥상정원의 규모를 결정하는 단계(S610)는 옥상정원의 규모를 산정하는 단계이다. 본 단계에서 강우 유출량의 목표 저감율을 고려하여 옥상정원의 규모가 산정될 수 있다. 강우 유출량은 강우량 해석을 통해 산출될 수 있다. 특히 신도시를 대상으로 하는 경우에는, 개발 이후에도 개발 이전의 물 순환이 가능하도록 LID 규모를 산정하기 위하여 수학식 1을 이용할 수 있다. 그 중에서 옥상정원(500)이 차지하는 비중을 결정할 수 있다.
비점오염물질의 성상 및 농도를 분석하는 단계(S620)는 옥상정원(500) 자체 또는 옥상정원(500)을 포함하는 대상지역에서 채취된 우수 내의 비점오염물질을 분석하여 비점오염물질의 성상과 농도를 분석하는 단계이다. 본 단계에서는 일 실시예에서 상술한 바가 그대로 적용될 수 있다.
저감기작을 결정하는 단계(S630)는 분석된 상기 비점오염물질을 저감하기 위한 저감기작을 결정하는 단계이다. 저감기작은 물리적 기작, 화학적 기작 및 생물학적 기작 등으로 구분될 수 있다. 본 단계에서는 일 실시예에서 상술한 바가 그대로 적용될 수 있다.
예를 들어 옥상정원(500) 또는 옥상정원(500)이 포함된 대상지역에 비점오염물질에 입자상 물질이 포함된 경우, 저감기작은 침전, 여과, 흡착 중 적어도 하나로 결정되고, 비점오염물질에 중금속이 포함된 경우, 저감기작은 흡착, 이온교환 중 적어도 하나로 결정되며, 비점오염물질에 유기물, 유류, 영양염류 중 적어도 하나가 포함된 경우, 저감기작은 미생물과 식물을 통한 분해로 결정될 수 있다.
옥상정원의 토양, 여재, 식물, 미생물의 세부조건을 결정하는 단계(S640)는 결정된 상기 저감기작을 구현하기 위한 상기 LID 시설의 토양, 여재, 식물, 미생물 중 적어도 하나에 대한 세부조건을 결정하는 단계이다. 본 단계에서는 일 실시예에서 상술한 바가 그대로 적용될 수 있다. 다만 옥상정원(500)을 구성하는 층에 구체적으로 적용되는 점에서 차이가 있을 수 있다.
여기서 토양의 경우, 옥상정원(500)의 식생토층(570)에 포함된 식생토의 세부조건이 결정될 수 있다. 여재의 경우 옥상정원(500)의 여과층(560)에 포함된 여재의 세부조건이 결정될 수 있다. 식물의 경우 옥상정원(500)의 식생층(C)에 포함된 식물의 세부조건이 결정될 수 있다. 미생물의 경우 여과층(560), 식생토층(570) 및/또는 식생층(C)의 세부조건이 결정될 수 있다.
예를 들어 식생토층(570)의 양분양, 식생토층(570)의 공극, 식생토층(570)의 함수량, 식생토층(570)의 pH, 여과층(560)의 깊이, 여과층(560)의 유기성, 식생층(C)의 식물의 종류, 미생물의 종류 중 적어도 하나가 결정될 수 있다.
결정된 상기 저감기작에 따라 옥상정원(500)을 구성하는 층이 서로 다른 세부조건을 가질 수 있다. 예를 들어, 침전, 여과, 흡착의 저감기작이 결정된 경우, 식생토층(570)의 토양과 여과층(560)의 여재가 무기성으로 결정될 수 있다. 또한, 생물분해의 저감기작이 결정된 경우, 식생토층(570)의 토양과 식생층(C)의 식물이 미생물이 호흡, 질산화-탈질산화 반응할 수 있는 조건으로 결정될 수 있다. 저감기작이 광합성으로 결정된 경우, 식물의 구체적인 수종이 결정될 수 있다.
옥상정원(500)을 도면화하는 단계(S650)는 최종적으로 결정된 옥상정원(500)과 그 세부사항들을 반영하여 옥상정원(500)의 설계를 도면화하는 단계이다. 본 단계에서는 일 실시예에서 상술한 바가 그대로 적용될 수 있다.
그리고 옥상정원(500)은 다른 실시예에 따른 여재 구조를 포함할 수 있다. 옥상정원(500)의 여과층(560)은 제1 층(561)와 제1 층(561) 위에 적층된 제2 층(562)을 포함할 수 있다. 그래서 제1 층(561)은 유기성 여재를 포함하고 제2 층(562)은 무기성 여재를 포함할 수 있다. 제2 층(562)의 무기성 여재에서는 질산화 반응이 발생하고, 제1 층(561)의 유기성 여재에서는 탈질산화 반응이 발생할 수 있다.
옥상정원(500)으로 유입된 우수는 무기성 여재 및 유기성 여재의 순서로 이동할 수 있다. 제2 층(562)의 무기성 여재는 다공성일 수 있다. 제2 층(562)의 무기성 여재의 공극은 제1 층(561)의 유기성 여재의 공극보다 클 수 있다. 제1 층(561)의 공극은 0.5 이상일 수 있다.
옥상정원(500)의 여재는 지면으로부터 50㎝ 이상 깊이에 설치될 수 있다. 제2 층(562)은 지면으로부터 50㎝ 이상 깊이에 매립될 수 있다. 또한, 제1 층(561)(및 제2 층(562))의 지면과 평행한 방향으로의 길이는 1m 이상일 수 있다.
한편 옥상정원(500)의 설계시 추가적으로 고려할 사항은 다음과 같을 수 있다. 옥상정원(500)은 강우량, 온도, 강우량, 온도, 습도, 풍속, 일광 조건에 적합한 지역이어야 하며, 최소한의 면적이 확보되어야 한다. 토양층의 깊이가 주요 설계변수로 포화된 하중을 지붕에서 지탱할 수 있는지의 검토하여야 한다. 여기서 단순 토층의 하중만을 고려하지 않도록 주의할 필요가 있다.
식생층(C)의 식물로는 견고하고 자생력이 강하며 가뭄에 잘 견디는 식물들이 좋으며 구하기 쉽고 심미성이 좋은 식물(시비, 농약 등이 필요하지 않은 식종)을 선택할 필요가 있다.
식생토층(570)의 토양은 경량형 다공성 소재를 사용하여 적정한 수분을 유지하도록 설계되어야 한다. 적용되는 토양소재는 일정 함수량 확보가 가능한 미세공극을 가진 경량 소재가 바람직할 수 있다.
토심이 적정하지 않으면 식물고사가 발생하므로, 토심이 적절히 유지되도록 설계한다.
멀칭(mulching) 소재는 유기성 소재(우드칩 등)가 바람직할 수 있다. 무기성 소재-예를 들어 화산석, 자갈 등-는 식물의 성장에 장애를 주는데, 특히 여름철에 고온으로 식물 성장을 방해할 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법에 의해 설계된 옥상정원의 예시도이다.
도 7을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 옥상정원(500)의 실제 모습이 도시될 수 있다. 옥상정원(도 5의 500)은 일 실시예에 따른 생태적 LID 설계 방법에 기반하여 형성되되, 다른 실시예에 따른 유기성 여재와 무기성 여재의 배치를 가질 수 있다. 그래서 옥상정원(도 5의 500)의 여과층(560)의 제1 층은 유기성 여재를 포함하고, 제1 층 위에 형성된 제2 층은 무기성 여재를 포함할 수 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (6)

  1. 건축물 위에 형성되는 옥상정원을 LID로 설계하는 방법에 있어서,
    상기 옥상정원이 위치한 대상지역의 강우시 유출되는 비점오염물질의 성상 및 농도를 분석하는 단계;
    분석된 상기 비점오염물질을 저감하기 위한 저감기작을 결정하는 단계; 및
    결정된 상기 저감기작을 구현하기 위하여 상기 옥상정원의 토양, 여재, 식물, 미생물 중 적어도 하나에 대한 세부조건을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 옥상정원은, 상기 건축물의 일부로서 상기 건축물과 일체로 형성되어 바닥을 이루는 구조체, 상기 구조체 위에 형성되어 상기 구조체에 대한 열의 이동을 차단하는 단열층, 및 상기 단열층 위에 형성되어 상기 건축물의 외부에서 내부로 들어오는 수분을 차단하는 방수층으로 구성된 구조부를 포함하고,
    상기 옥상정원은, 상기 방수층 위에 형성되어 식생층에 심은 식물의 뿌리의 성장을 차단하는 방근층, 상기 방근층 위에 형성되어 유입되는 수분을 유출하는 배수층, 상기 배수층 위에 형성되어 다른 크기의 공극을 통해 우수의 불순물을 거르는 여과층, 및 상기 여과층 위에 형성되어 상기 식생층에 심은 식물에 양분을 공급하는 식생토층으로 구성된 식재기반을 상기 구조부 위에 포함하고,
    상기 옥상정원은, 상기 구조부 및 상기 식재기반 위에 형성되어 상기 식물이 심어지는 식생층을 포함하고,
    상기 여과층은, 유기성 여재를 포함하고 탈질산화 반응이 일어나는 제1 층 및 상기 제1 층 위에 형성되어 무기성 여재를 포함하고 질산화 반응이 일어나는 제2 층으로 구성되고,
    상기 유기성 여재는, 유기물을 포함하고, 천연고분자물질, 합성고분자, 자연여재, 나무, 우드 칩 및 목편들에 소량의 톱밥, 낙엽, 또는 왕겨를 첨가한 혼합여재 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 무기성 여재는, 무기물을 포함하고, 모래, 자갈, 활성탄, 화산암, 알루미나, 유리, 세라믹, 바텀애쉬 및 제올라이트 중 적어도 하나를 포함하는
    옥상정원을 LID로 설계하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저감기작을 결정하는 단계에서,
    상기 비점오염물질에 입자상 물질이 포함된 경우, 상기 저감기작은 침전, 여과, 흡착 중 적어도 하나로 결정되고, 상기 비점오염물질에 중금속이 포함된 경우, 상기 저감기작은 흡착, 이온교환 중 적어도 하나로 결정되며, 상기 비점오염물질에 유기물, 유류, 영양염류 중 적어도 하나가 포함된 경우, 상기 저감기작은 미생물과 식물을 통한 분해로 결정되는
    옥상정원을 LID로 설계하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세부조건을 결정하는 단계에서,
    상기 식생토층의 양분양, 상기 식생토층의 공극, 상기 식생토층의 함수량, 식생토층의 pH, 상기 여재의 깊이, 상기 여재의 유기성, 상기 식물의 종류, 상기 미생물의 종류 중 적어도 하나가 결정되는
    옥상정원을 LID로 설계하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 식생층은,
    유기성 소재로 멀칭(mulching)되는
    옥상정원을 LID로 설계하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층의 공극은 상기 제1 층의 공극보다 큰
    옥상정원을 LID로 설계하는 방법.
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