Effects of building balconies on pollutant dispersion under various atmospheric stabilities in urban street canyons

Abstract

전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 모델을 이용하여 다양한 대기안정도 조건에서 발코니가 도시 협곡 흐름과 대기오염물질 확산에 미치는 영향을 조사하였다. 모닌-오브코프 상사이론(Monin-Obukhov Similarity Theory)에 기반한 안정도 매개변수를 적용하여, 대기 안정도별 유입류 경계 조건을 설정하였다. 풍동 실험 결과를 이용해 검증한 결과, 본 연구에서 사용한 CFD 모델은 발코니가 있는 건물 벽면에서 측정한 풍압 변화를 잘 재현하였다. 발코니에 의해 건물 벽면 부근의 하강류와 상승류가 왜곡되었고 도시 협곡 내부의 풍속이 감소하였다. 풍하측 건물 부근에서는 발코니에 의해 하강류가 약화되었고, 풍하측 지표면 부근에서는 반시계 방향으로 회전하는 코너 소용돌이가 형성되었다. 특히, 풍상측 건물 부근에서 발코니는 연직 방향으로의 대기오염물질 수송을 제한하여 하층 농도를 증가시키는 역할을 하였다. 안정한 대기 조건은 도시 협곡 내부의 소용돌이 강도를 약화시켰고, 불안정한 대기 조건은 소용돌이 강도를 강화시켰다. 안정한 대기 조건에서 발코니는 1차 소용돌이의 공간적 범위를 제한하고 풍하측 하층에서 코너 소용돌이를 성장시켜 하층의 대기오염물질 농도를 증가시켰다. 대기가 중립과 불안정한 조건에서 발코니는 풍상측 건물 부근의 상승류를 제한하였지만 도시 협곡 외부를 향하는 흐름을 강화함으로써 풍상측 하층 농도를 다소 감소시켰다. 코너 소용돌이가 풍하측 하층 농도를 크게 증가시켰지만, 풍상측 건물 부근에서 상층으로의 대기오염물질 수송을 억제하여 발코니가 없는 경우에 비해 도시 협곡 전체 평균 농도는 감소하였다.