KR20050072866A - 암면 식생 매트를 이용한 옥상정원 조성시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도심 속에 버려진 공간인 고층건물의 옥상에 정원을 조성함에 있어, 이식과 정식이 간편하고 배수와 보수성이 양호하며, 또한 재배 가능한 작물의 종류가 많고, 병해충 발생 위험이 적으며, 시설비가 저렴하고 재배 관리를 시스템화할 수 있는 등의 다양한 장점이 있는 식생용 첨가제가 혼합된 특수 암면 식생매트(Rock Wool Mat for Vegetation)를 잔디 및 관목류의 성장을 위한 식재기반으로 활용하고, 적절한 시비 및 관·배수시스템을 통해 토양 및 양분의 유실을 근본적으로 차단함으로써 식물의 안전하고 충분한 생육조건을 제공할 수 있는 미래형 옥상정원 조성 시스템.

Description

암면 식생 매트를 이용한 옥상정원 조성시스템{The roof gardening system using the rock wool mat for vegetation}

본 발명은 도심 속에 버려진 공간인 고층건물의 옥상 정원 조성을 위해, 식재 효과가 뛰어나며 유지관리가 간편한 시스템으로서 건물내 근로자들에게 편안한 휴식공간을 제공하고 도심내 주변 공기를 잔디 및 관목류의 탄소동화작용에 의해 자연 정화시킬 수 있는 친환경적인 공법이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 특수용도로 생산된 암 섬유와 식생용 첨가제로 구성된 특수 암면식생매트(Rock Wool Mat for Vegetation)를 식생매트로 활용하여 잔디류의 파종 및 관목류의 식재, 관, 배수 및 시비, 뿌리의 절단 작업등이 용이하도록 고안되었으며 토양 및 양분의 유실을 근본적으로 차단할 수 있는 미래형 옥상정원 조성시스템이다.

일반적으로 도심지는 한정된 토지면적에 비해 높은 인구밀도를 보유하기 때문에 그 토지가격이 엄청나게 비싸나, 도심지 건물의 옥상은 시원한 바람이 불고 전망이 좋은 활용공간이나 일반적으로 물탱크나 녹슨 냉방기 설치장소 및 잡다한 쓰레기의 집적장소 등 버려진 공간으로서 방치되고 있어 옥상녹화의 필요성은 크게 대두된다.

옥상 정원은 하절기에 건물내 온도를 약 15℃이상 낮추고, 동절기의 한기를 크게 감소시킬 수 있으며, 주변 고층건물에 근무하는 도시 근로자들의 정서에 좋은 영향을 줄뿐만 아니라 주변 건물의 토지가격을 높이는데 크게 일조 한다. 지난 50여년 동안 작은 개인 주택에서부터 넓은 도심지 고층건물에 걸쳐 전 세계적으로 수많은 옥상 정원이 건설되어 왔으나 그 기술적인 문제점에 대한 구체적이고 체계적인 연구는 시도된 바 없었다. 한편 옥상정원에 발생할 수 있는 문제점으로 지붕 구조물에 가해지는 과다한 토양하중, 나무뿌리의 방수막내 침투, 급수관의 부식, 배수관의 배수장해, 배수로 인한 토양유실, 토양으로부터의 유기물의 유실 등이 지적되고 있었다.

특히 식재를 위해 일반 토양을 옥상 위에 성토하는 것은 과다한 상재하중으로 인해 구조물에 구조적인 문제를 야기시킬 수 있으며 특히 강우시 하중의 추가증가로 인해 실패사례의 주요한 원인이 되어왔으므로 이밖에도

1)낮은 유기물 함량을 가지고 있다.

2)통기성이 낮아 부식을 일으키기 쉽고 뿌리성장과 수분보유에 필요한 큰 기공이 부족하다.

3)미소독 시 잡초종자가 발생하고, 해충 및 질병을 일으킬 수 있다.

4)높은 미생물 활동 때문에 유기물이 쉽게 부패함에 따라 토양으로부터 유실되어 토양의 체적이 감소한다.

5)표토의 구성분이 균질하지 못하다 등이 단점으로 부각되고 있다.

이러한 시대적 요구에 충족하기 위해 그동안 식재기반의 경량화를 위한 부단한 노력이 시도되어왔다. 레카(Leca), 규조토 및 아이솔라이트(Isolite), 펄라이트

(perlite), 버미큘라이트(vermiculite) 등의 인공 경량 토양 등이 널리 보급되어 사용되어 왔으나 장기간 식재기반으로 사용시 토양 공극내 세립자의 유실로 인해, 배수시스템을 통한 세립자, 유기물 및 양분의 손실 등이 문제점으로 지적되어 왔다. 따라서 배수관이 막히거나 식재기반의 체적의 감소로 인해 뿌리생육에 필요한 공간이 감소하고, 인공토양의 하층부를 다져짐으로써 식물뿌리의 생장호흡을 막는 인공 경량토 시스템의 결함을 극복하기 위해 근본적으로 다른 인식의 전환이 요구되었다. 이에 따라 암면(Rock Wool)은 최초로 1890년대 미국 내에서 석회암질의 점판암을 원료로 제조하였으며 이후 일본 및 국내에서도 1970년대부터 본격 생산되기 시작했으나 대부분이 건축용 및 산업용 외에 농업용(내수소비량의 1% 미만)으로 사용한 미미한 실정이다.

본 발명은 종래의 자연토양이나 인공 경량토양을 사용하여 옥상정원을 조성하는 공법의 단점을 근본적으로 보완할 수 있는 합리적이고 과학적인 옥상정원 조성시스템에 관한 것으로서 이러한 목적을 달성하기 위해 식생지반을 경량의 특수 암면식생매트로 대체하고 이와 연계하여 식물의 생육 및 성장에 좋은 환경을 제공할 수 있는 과학적인 옥상정원 조성 시스템을 구축하고자 하였다.

이 시스템 내에 사용되는 암면식생매트는 슬래그(Slag), 석회석 및 현무암이나 규산질 암석을 1500-1600℃이상의 용광로(coupola)에서 용융하여 고속원심 분리 방법에 의해 방사기에 의해 솜사탕 형태의 특수한 광물 섬유 형태로 제조하여 결합, 압축하여 제조한 것으로서 피트 이끼(Peat Moss), 제올라이트(Zeolite) 또는 벤토나이트, 규조토 및 펄라이트(Perlite), 버미큘라이트(Vermiculite)등 적절히 혼합하여 식물의 생장환경에 필요한 조건을 충족시킨 것을 특징으로 하며, 그 화학적인 성분은 아래 표 1과 같다.

구 분	조성비(%)	비 고
SIO2	35-45
Al2O3	30-40
MgO	3-6
Mn	0.2-0.3
기타	8.7-31.8

표 1. 암면식생매트의 화학적인 조성표

암면식생매트는 이식과 정식이 간편하고 배수와 보수성이 양호하며 비중이 0.3-1.0이하로서 경량이므로 취급이 용이하다 또한 재배 가능한 작물의 종류가 많고, 병해충 발생 위험이 적으며, 시설비가 저렴하고 재배 관리를 시스템화할 수 있는 등의 다양한 장점이 있다. 또한 암면은 전체적으로 균일한 그라스(Glass)질 상태로 횡 방향으로 끊어지나 종방향으로 끊어지지 않기 때문에 섬유직경이 3μ 이상인 굵은 섬유로서 미세한 소섬유 다발인 석면이 체내에 잔류해서 발생하는 호흡기 질환에 대해서 안전하다. 또한 수명이 다해 용도 폐기된 암면 식생매트는 대부분이 규산질 성분으로서 잘게 분쇄하여 전작물재배 및 기타 용도의 토양개량제로서 재활용이 가능하다.

한편 암면식생매트와 연계하여 설치될 방수층, 단열층, 뿌리와 바닥 차수층, 배수층 및 피복층, 관·배수 및 시비 시스템 등은 상호 유기적으로 연결되어 식물의 뿌리정착, 생육 및 성장을 위한 양호한 환경을 제공하여 체계적이고 안전하고 편리한 옥상정원 시공 및 유지 관리를 가능하게 해 준다.

본 발명은 암면식생매트를 옥상정원에 시공하여 녹화를 시행하는 방법에 있어서 시공전 반드시 옥상에 상재될 고정 및 이동하중에 대한 설계허용 지지력을 산정하고 상재하중에 따른 옥상 바닥슬래브의 지반반력, 수평, 연직응력 및 변위 산정에 유한요소해석 방법 등이 이용된다. 옥상정원에 대한 구조 설계 후의 시공단계는 다음같이 시행한다.

1단계: 지면으로의 옥상배수시설을 완벽하게 시행하고 옥상바닥 슬래브(Slab)상에 누수를 방지하기 위해 방수액 또는 방수막(2)을 전면적에 도포 및 포설하는 단계

2단계: 건물 내로의 열의 전달을 막기 위해 단열재(3), 나무뿌리의 하향 침투를 막기 위한 식물뿌리 차단막(4)을 설치하고 상부 물의 배수를 원할히 하기 위한 배수층(5)을 포설하는 단계

3단계: 여과천(6)을 포설 하고 그 상부에 암면식생매트(7)를 설치한 후 잔디류의 파종 및 식재하고 피복재(8)를 피복하는 단계

4단계: 관.배수 시설을 설치하고 시비를 시행하는 단계(9)로 구성된 옥상 녹화 시스템이다.

이와 같은 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

[도 1]은 옥상정원 조성 시스템의 개념도로서 상세히 설명하자면 옥상표면위에 사용되는 방수막(2)은 기본적으로 외부로부터 물이 들어가는 것을 방지해 줄 수 있는 기능을 보유해야 한다. 또한 방수막은 내구성이 있어야 하며 건물 수명이 종료됨과 동시에 교체될 수 있어야 하며, 일단 옥상정원이 조성된 이후의 옥상 표면은 수리가 곤란하므로 방수막의 완벽한 부착이 요구되고, 재료 및 시공측면에서 고도의 품질관리가 요구된다. 이러한 방수막은 토목섬유 시트(Geotextile Sheet)나 칠하거나 뿌릴 수 있는 유액이 될 수 있다.

단열재(3)는 열의 전달을 막기 위해 같은 5cm이상 두께의 딱딱한 폴리스틸렌 폼 (스티로폼)이 사용될 수 있다.

완전한 지붕방수를 위해서는 나무뿌리가 침투되서는 안되며 나무뿌리의 침투를 제거하기 위해서 뿌리 차단막(4)이 설치되어야 한다. 경우에 따라서 제근 작업을 위해 필요시 부분적인 보수작업을 시행해야 한다.

배수층(5)은 물이 쉽게 배수될 수 있도록 다공질이어야 하며 영구적이고 지속적이어야하며 그 상부에 가해질 하중에 대한 저항성이 충분해야 한다. 또한 이층은 수평배수판(10) 및 측면배수관(11)으로 물이 자유스럽게 흘러가는 것을 막는 어떠한 물질도 없어야 한다. 이층은 자갈이나 쇄석 등으로 약 7-15cm두께로 구성되나 고강도 플라스틱으로 성형된 인공재료로 대체될 수 있다.

배수층과 옥상 배수구가 막히는 것을 방지하기 위하여 물이 투수되는 여과천(6)이 필요하며 이것은 부식되지 않고 재료의 운반과 시공이 쉽고, 내구성이 있어야 하므로 폴리프로필렌 토목섬유가 이용된다.

식물생육을 위한 물을 보유 및 배수층(5)으로 과다 수분을 흘려 보낼 수 있도록 특수 제작된 암면식생매트(7)가 설치되며 이때 암면식생매트는 건조한 상태에서 취급이 용이하므로 예리한 칼로 원하는 크기와 밀도로 절단하여 식재기반을 조성한다. 식재기반은 어떠한 식질 토양이 포함되어서는 안되며, 내부의 통기성이 유지되어야 하고, 적절히 배수가 되어야 한다. 또한, 수분과 양분을 흡수하여 장기간 보유할 수 있어야 하며 본래의 체적을 유지 할 수 있어야 한다.

암면식생매트(7) 상부에 수분 보유, 토양의 단열, 뿌리의 동해 방지, 잡초방지 및 부식질의 지속적인 공급을 위해서 그 표면은 피복재(나무껍질 및 톱밥, 모래)(8)등으로 6-15cm정도 두께로 덮어 주어야 한다.

[도 2]는 옥상배수 시스템을 나타낸 것으로서, 수직 배수판(10)을 통해 지면에서 위로 물이 흘러들어 갈 수 뿐만 아니라 측면 배수관(11)을 통해 물이 배수되어 옥상정원 표면 유수와 배수층의 물을 외부로 배수할 수 있도록 설치된다. 그 소재로는 플라스틱 및 철제품 등이 이용될 수 있다.

[도 3]은 고강도 플라스틱으로 성형된 인공적인 배수층(5)을 나타낸 것으로서 충분한 배수가 가능하도록 다공질이어야 하며 영구적이고 지속적이어야 한다. 또한 그 상부 하중에 저항성이 충분히 강하고 배수구멍이 넓어 충분한 배수가 시행되야

한다.

[도 4]는 자동 관배수 시스템을 나타낸 것으로서 일반적인 양액공급 및 관수 시스템은 컴퓨터 조절기(Computor Controller)와 양액 공급조(12) 및 양액공급 파이프(9)등로 구성되나 점적형 관수튜브(9)를 설치하여 암면 식생매트(7)상에 균일하게 관수함으로써 적정수분을 유지할 수 있어야 하며 배수된 물은 소 배수로를 통해 중앙배수탱크(13)로 유하여 배수 파이프(16)를 통해 재순환하도록 한다. 또한 암면식생매트(7)내 자동적으로 수분을 감지할 수 있는 수위센서(Sensor)(15) 및 배양액의 공급회수와 공급량을 조절이 가능하도록 타이머(Timer)(14)를 부착한다.

본 발명은 도심 속에 버려진 공간인 고층건물 및 기타 공간의 옥상정원 조성을 위해, 식재효과가 뛰어나며 유지관리가 간편한 시스템으로서 암 섬유에 식생용 재료를 첨가한 특수 암면식생매트를 식재기반으로 활용하여 양호한 식물 생장환경을 조성시키고, 토양 및 양분의 유실을 근본적으로 차단할 수 있으며, 적절한 관·배수 및 시비작업을 과학적으로 시행할 수 있다. 또한 건물내 근로자들에게 편안한 휴식공간을 제공하고 도심내 주변공기를 자연 정화시킬 수 있으며 토지이용을 극대화시킬 수 있는 친환경적인 공법이다. 또한 이는 도로공사시 흔히 발생하는 암반사면의 녹화공법까지 그 적용 범위를 확대시킬 수 있는 유용한 녹화조성 공법이다.

도1 암면매트를 이용한 옥상 정원 조성시스템

도2 옥상배수 시스템

도3 고강도 프라스틱 배수판

도4 자동 관수 및 배수 시스템

Claims (7)

1. 옥상정원에 암면식생매트를 이용하여 녹화를 시행하는 방법에 있어서, 시공전 반드시 옥상에 상재될 고정하중 및 이동하중에 대한 설계허용 지지력을 산정하고 상재하중에 따른 콘크리트 바닥슬래브의 지반반력, 수평, 연직응력 및 변위 산정에 유한요소해석 방법 등을 사용하되,

   1단계: 지면으로의 옥상배수시설을 완벽하게 시행하고 콘크리트 구조 슬래브상에 누수를 방지하기 위해 방수액 또는 방수막(2)을 전면적에 도포 및 포설하는 단계

   2단계: 건물 내로의 열의 전달을 막기 위해 단열재(3), 나무뿌리의 하향 침투를 막기 위한 식물뿌리 차단막(4)을 설치하고 상부 물의 배수를 원할히 하기 위한 배수층(5)을 포설하는 단계

   3단계: 여과천(6)을 포설 하고 그 상부에 암면식생매트(7)를 설치한 후 잔디류의 파종 및 괌목류를 식재하고 피복재(8)를 피복하는 단계

   4단계: 자동 관·배수 시설을 설치하고 시비를 시행하는 단계(9)로 구성된 옥상정원 조성공법
2. 제 1항에 있어서, 시스템 내에 사용되는 암면식생매트는 슬래그(Slag), 석회석 및 현무암이나 규산질 암석을 1500-1600℃이상의 용광로(coupola)에서 용융하여 고속원심 분리 방법에 의해 방사기에 의해 솜사탕 형태의 특수한 광물 섬유 형태로 제조하여 결합, 압축하여 제조한 것으로서 피트 이끼(Peat Moss),

   제올라이트(Zeolite) 또는 벤토나이트, 규조 토 및 펄라이트(Perlite), 버미큘라이트(Vermiculite)등을 적절히 혼합하여 식물의 생장환경에 필요한 조건을 충족시킨 것을 특징으로 하는 옥상정원 조성공법
3. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 옥상표면위에 사용되는 방수막(2)은 외부로부터 물의 침투를 방지할 수 있는 기능을 주요한 특성을 가지며 내구성이 높아 건물 수명의 종료와 함께 교체될 수 있는 재료(토목섬유 시트나 유액)가 사용되야 하며 시공시 고도의 품질관리가 요구되는 것을 특징으로 하는 옥상정원 조성 공법.
4. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 옥상배수는 수직배수판(10)을 통해 지면에서 위로 물이 흘러들어 갈 수 있을 뿐만 아니라 측면배수관(11)을 통해 물이 배수되어 옥상정원 표면 유수와 배수층(5)의 물을 외부로 배수할 수 있도록 설치되는 옥상정원 조성 공법.
5. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 배수층(5)은 충분히 배수될 수 있도록 다공질이며 영구적이고 지속적이고 그 상부 하중에 저항성이 충분히 강하고 배수구멍이 넓어 충분한 배수가 시행되야하며, 이층은 자갈이나 쇄석 및 벽돌 등으로 약 7-15cm두께로 구성되나 고강도 플라스틱(5)으로 성형된 인공재료로 대체가 가능한 옥상정원 조성공법.
6. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 암면식생매트(7) 상부에 수분 보유, 토양의 단열, 뿌리의 동해 방지, 잡초방지 및 부식질의 지속적인 공급을 위해서 그 표면은 피복재(나무껍질 및 톱밥, 모래)(8)등으로 6-15cm정도 두께로 덮어 주는 옥상정원 조성 공법.
7. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 양액공급 및 관수 시스템은 컴퓨터 조절기 (Computor Controller)와 양액 공급조(12) 및 양액공급 파이프(9)에 점적형 관수튜브(9)를 설치하여 암면 식생매트(7)상에 균일하게 관수함으로써 적정수분을 유지하며 배수된 물이 중앙배수탱크(13)로 유입하여 배수파이프(16)를 통해 재순환이 가능하고 암면식생매트(7)내 자동적으로 수분을 감지할 수 있는 수위센서 (Sensor)(15) 및 배양액의 공급횟수와 공급량을 조절이 가능하도록 타이머 (Timer)(14)를 부착한 옥상정원 조성 시스템