공간적 규모와 유형별 자연기반해법이 도시 냉각과 에너지 절감에 미치는 영향 규명

[연구필요성]

세계적으로 도시 냉방에 대한 수요가 증가함에 따라 자연기반해법(Nature-Based Solutions, NBS)을 도시계획에 통합할 필요성이 높아지고 있다. 이러한 전략들은 도시 열섬 효과를 완화하고 건물과 관련된 에너지 사용을 감소시키는데 도움을 준다. 자연기반해법에 대한 관심이 증가하고 있음에도 불구하고, 기후 특성 및 규모에 따른 성능을 비교한 연구는 제한적인 상태이다.

[연구성과/기대효과]

본 연구는 2013년부터 2025년까지 발표된 373편의 동료 심사 논문을 대상으로 쾨펜가이거(Köppen–Geiger) 기후대 전반에 걸친 체계적 메타분석을 수행했다. 분석 결과, 자연기반해법은 고온기 주간 온도를 평균 2.04 ± 0.17 °C 감소시키고 전 세계적으로 연간 냉방 부하를 1.32 ± 0.06% 저감하는 것으로 나타났다. 대부분의 기후대에서 그린인프라는 열 조절 및 에너지 절감 측면에서 블루인프라 보다 우수한 성능을 보였다. 공간적 규모 또한 결과에 중대한 영향을 미쳤는데, 근린 규모 자연기반해법은 가장 큰 냉각 효과(-2.22 ± 0.25 °C)를 보였으며, 건물 규모 전략은 최적의 에너지 절감 효과(8.62 ± 0.78%)를 달성했다. 이러한 기후 및 규모에 따른 패턴은 도시 에너지 회복력을 강화하기 위한 자연기반해법의 우선순위를 정하는데 실질적인 지침을 제공한다.

[본문]

세계적으로 급속한 도시화는 도시 열섬 효과를 크게 심화시키고 건물의 냉방 에너지 수요를 증가시키고 있으며, 2100년까지 도시는 최대 4°C의 기온 상승을 경험할 것으로 전망된다. 이러한 변화는 취약 계층과 도시 전력망에 심각한 부담을 초래할 수 있다. 전통적 냉방 방식인 에어컨은 실내 온열 환경을 완화하는 효과가 있으나, 높은 에너지 소비와 탄소 배출, 정전 상황에서의 취약성으로 인해 최근에는 ‘공간이 아니라 사람을 시원하게 한다 (cooling people, not spaces)’는 방향으로 정책적 전환이 이뤄지고 있다. 그린 및 블루인프라를 활용하는 자연기반해법은 극한 기상 조건에서도 자연적 냉각 효과를 제공할 수 있는 지속가능한 대안으로 주목받고 있다.

기존 연구에는 세 가지 주요 한계가 존재한다. 첫째, 대부분 연구가 특정 지역이나 특정 유형에 집중되어 있어 기후대를 가로지르는 체계적 비교가 부족하다. 둘째, 건물, 근린, 도시 등 다양한 적용 규모가 냉각 효과와 에너지 절감에 어떤 영향을 미치는지에 대한 정량적 근거가 충분하지 않다. 셋째, 기후 조건에 따라 자연기반해법이 나타내는 시너지와 상충관계가 명확하게 규명되지 않았다. 이러한 연구적 한계로 인해 도시계획가들은 기후 조건에 맞춘 적응 전략을 정교하게 수립하는 데 어려움을 겪어왔다.

이러한 연구 공백을 해소하기 위해, 연구팀은 2013년부터 2025년 사이에 발표된 373편의 동료평가 논문을 대상으로 쾨펜가이거(Köppen–Geiger) 16개 기후대 전반에서 자연기반해법의 효과를 정량화하는 체계적 메타분석을 수행했다. 건물, 근린, 도시 규모에 적용된 다양한 그린인프라와 블루인프라를 종합적으로 평가함으로써, 본 연구는 도시 기후 적응을 위한 통합적 글로벌 근거 기반을 마련했다. 분석 결과, 자연기반해법은 평균적으로 주간 온도를 2.04 ± 0.17 °C 낮추고, 연간 냉방 부하를 1.32 ± 0.06% 줄이는 것으로 나타났다. 특히 효과는 적용 규모에 따라 크게 달라졌는데, 근린 규모의 개입이 가장 강한 냉각 효과(-2.22 ± 0.25 °C)를 보였으며, 건물 규모 전략은 최적의 에너지 절감 효과(8.62 ± 0.78%)를 달성했다. 또한 전반적으로 그린인프라가 블루인프라보다 우수한 성능을 보였으며, 열대 및 대륙성 기후에서 그 차이가 두드러졌고, 건조 지역에서는 블루인프라가 우선으로 고려해야할 전략으로 제시되었다. 아울러 그린인프라와 블루인프라를 결합할 경우 나타나는 시너지 효과도 확인하였다. 이러한 결과는 도시계획가들이 열 환경 개선과 에너지 효율 향상을 동시에 달성할 수 있도록 기후 대응적이고 실천 가능한 공간 설계 지침을 제시한다.

[연구결과]

Urban cooling and energy-saving effects of nature-based solutions across types and scales


Hailu Wei, Xiaohang Bai, Qinhui Lu, Jiyuan Wu, Fengmin Su, Tianzhen Hong, Qinran Hu, Wei Wang, Steven Jige Quan, Zhixing Luo & Yilong Han

(Nature Cities, 2025, https://doi.org/10.1038/s44284-025-00349-0)

국제 공동 연구팀은 2013년부터 2025년까지 발표된 373편의 동료평가 논문을 대상으로, 쾨펜-가이거(Köppen–Geiger) 16개 전 기후대에 걸친 체계적 메타분석을 수행하였다. 분석 결과, 자연기반해법은 고온기 주간 기온을 평균 2.04 ± 0.17°C 낮추고, 전 세계적으로 연간 냉방 부하를 1.32 ± 0.06% 감소시키는 것으로 나타났다. 또한 대부분의 기후대에서 그린인프라는 열 조절과 에너지 절감 측면 모두에서 블루인프라보다 우수한 성능을 보였다.

본 연구는 과학기술정보통신부의 한국연구재단(NRF)(과제 번호. 2022R1C1C1004953)과 교육부(과제 번호. 5120200113713)의 지원을 받아 수행되었다.