2.1 데이터 수집 및 전처리

기준 기간(현재/과거) 기온은 기상청 관측 자료의 일평균 기온을 사용하였고, 미래 기온은 SSP 시나리오 기반 전망 자료를 동일한 시간 해상도(일 단위)로 정리하여 사용하였다. 본 연구는 분석 기간 동안 전국 97개 기상관측소(서울․부산․대구․인천․광주․대전․울산․세종․제주 등 주요 도시 관측소 포함)의 일 자료를 수집․정리하여 도일을 산정하였으며, 행정구역별 결과는 관측소 지점 값을 기반으로 공간 보간을 통해 격자화한 뒤 행정구역 경계에 대응시켜 산출한 값을 의미한다. 전처리 과정에서는 결측 및 이상치 점검, 연도별 데이터 연속성 확인, 윤년 처리 등 기본적인 품질관리를 수행하였다. 결측이 과도한 지점 또는 기간은 분석에서 제외하거나 보수적인 방식으로 보정하여 도일 누적치가 특정 지역에서 편향되지 않도록 처리하였다.

2.2 IDW 기반 공간 보간 및 격자 기온 생성

본 연구는 지점 기온을 전국 격자 기온장으로 확장하기 위해 IDW 보간을 적용하였다⁽⁴⁾. IDW는 주변 관측값을 거리의 역수에 비례하는 가중치로 가중평균하여 미관측 지점의 값을 추정하는 공간 보간 방법으로, 계산이 비교적 단순하면서도 관측망 기반의 공간 연속장을 구축하는 데 적합하다. 다만 관측소 밀도가 낮은 지역(해안, 산악, 도서 등)에서는 보간 불확실성이 증가할 수 있으므로, 본 연구에서는 보간에 포함되는 관측 지점의 선정 규칙을 명시적으로 설정하고(최근접 기반 또는 반경 기반), 격자점 주변의 최소 관측 지점 수 조건을 적용하여 과도한 외삽을 완화하였다. 또한 기준 기간과 SSP 시나리오 자료에 동일한 보간 설정을 일관되게 적용하여, 기간 간 차이가 보간 설정의 차이에서 기인하지 않도록 하였다. IDW 보간의 구체적인 산정식은 식(1)-(2)과 같다. 격자점 $x$에서 날짜 $d$의 일평균 기온 $T(x,d)$은 식(1)과 같이 주변 관측 지점 $i$의 일평균 기온 $T_{i}(d)$를 거리 기반 가중치 $w_{i}(x)$로 가중평균하여 산정하였다. 식(2)에서 $w_{i}(x)$는 격자점 $x$와 관측 지점 $i$ 사이의 거리 $d_{i}(x)$의 역수에 비례하도록 정의되며, 거리 감쇠 정도를 결정하는 지수는 $p$로 설정하였다. 또한 $N(x)$는 격자점 $x$의 주변 관측 지점 집합을 의미하며, 가중치가 정규화되도록 구성하였다.

2.3 냉․난방도일 산정

보간을 통해 생성된 격자별 일평균 기온 $T_{g}(d)$를 이용하여 분석 기간 $P$에서의 HDD․CDD를 산정하였다. 냉․난방도일은 기준 온도 $T_{b}$를 기준으로 일평균 기온이 난방 기준 온도 $T_{b,h}$보다 낮은 정도(난방)와 냉방 기준 온도 $T_{b,c}$보다 높은 정도(냉방)를 누적한 지표이며, 격자 $g$의 기간 도일은 식(3)-(4)으로 정의하였다. 여기서 $d$는 분석 기간 $P$에 포함되는 날짜 집합을 의미한다.

도일은 모든 격자점에 동일한 기준 온도와 누적 규칙을 적용해 산정하였다. 시나리오․기간별 계산 방식 차이로 인한 비일관성을 방지하고, 전처리․보간으로 확보한 시계열 연속성을 유지한 상태에서 누적값을 계산하였다. 격자 단위 도일은 정책․기준 적용 단위와의 정합성을 위해 행정구역 단위로 집계하였다. 행정구역 평균 도일은 포함 격자 도일의 평균으로 산정했으며, 경계가 격자와 교차하는 경우 부분 포함을 반영한 면적 가중 평균을 적용하였다. 최종적으로 행정구역별 HDD․CDD를 기준 기간과 미래 기간(SSP 시나리오․기간별)으로 구축하고, 기준 기간 대비 변화를 비교․해석하였다.

2.4 도일 변화 기반 열관류율 표 개정 적용 방안

본 연구는 행정구역별 SSP 시나리오에 따른 HDD․CDD 산정 결과를 바탕으로, 미래 기후 조건에서 현행 열관류율 표의 적용 적정성을 검토하고 개정 적용을 위한 정량적 근거를 제시한다. 열관류율 개정은 전 지역에 동일한 방향으로 기준을 일괄 조정하는 방식이 아니라, 행정구역별 도일 분포를 이용해 기온차 구동 전도 성분의 변화가 지역별로 어떻게 달라지는지를 반영하도록 구성한다. 구체적으로, 식(5)과 같이 난방․냉방 도일을 1:1로 결합한 합성 지표가 기준 기간과 미래 기간에서 동일하도록 열관류율 목표치를 재산정함으로써 냉․난방 전도 부하를 동시에 안정화하는 것을 기본 원칙으로 설정한다. 이를 통해 미래 조건에서 HDD 감소만을 근거로 열관류율을 완화하기보다, CDD 증가에 따른 냉방 전도 부하 확대를 함께 고려하여 열관류율을 유지 또는 강화하는 방향의 해석이 가능하도록 한다. 한편, 중앙값 기반 결과는 장기적인 기후 부담의 대표성을 제공하나, 기후변화로 인해 확대될 수 있는 연중 온도 변동성과 극한 조건을 충분히 반영하기 어렵다. 이에 따라 본 연구는 중앙값뿐 아니라 하위 10% 및 상위 10% 분위(P10, P90)를 추가로 산정하여, 온도 범위 확대에 따른 양 극단 구간에서도 제안된 개정 방향이 일관되게 유지되는지를 함께 검토한다. 또한 냉방 피크 및 과열 위험은 전도 성분 외에도 창호를 통한 일사 유입의 영향이 크게 작용할 수 있으므로, 구조체(외벽․지붕․바닥) 중심의 도일 기반 관류율 재산정과 별개로, 창호는 SHGC를 일사 유입 저감 방향으로 강화하는 보완 원칙을 함께 제시한다. 창호․문은 전도 외에도 일사, 기밀, 열교 등의 영향이 크므로, 도일 기반 결과만으로 열관류율 완화를 일반화하지 않으며, 기본적으로 유지 또는 강화 방향에서 해석․검토한다.

3.1 한국형 냉․난방도일 결과

기준 기간에서 도출된 행정구역별 HDD는 Fig. 1(a)와 같이 대체로 위도 상승, 내륙화, 고지대 분포와 정합적인 공간 패턴을 보였다. 즉, 중부 내륙 및 산간 지역에서 HDD가 상대적으로 크게 나타났으며, 남부 및 해안 지역으로 갈수록 감소하는 경향이 확인되었다. 이는 겨울철 평균기온이 낮고 일평균 기온이 난방 기준 온도 이하로 유지되는 기간이 긴 지역에서 난방 부담이 구조적으로 크게 나타난다는 해석과 일치한다. 특히 산악․고지대에서는 고도 효과에 따른 기온 저하로 난방도일이 증가하는 반면, 해안 지역에서는 해양성 기후의 완충 효과로 저온 노출이 완화되어 HDD가 상대적으로 낮게 나타나는 경향이 관찰되었다. 행정구역 평균화 결과는 관측 지점 기반 분석에서 발생할 수 있는 공간 공백을 완화하고, 경계 지역에서도 연속적인 기후 부담 변화가 드러나도록 하여 지역 단위 비교․해석에 유리하였다. 또한 이러한 HDD의 공간 분포는 현행 기후 지역 구분이 난방 중심 지표에 의해 설정되어 왔음을 정성적으로 뒷받침한다.

반면 기준 기간의 CDD는 Fig. 1(b)와 같이 남부 해안 및 대도시권에서 상대적으로 큰 값을 보였고, 중․북부 및 고지대에서 낮게 나타났다. 이는 여름철 고온 노출(냉방 기준 온도 초과)의 누적이 남부권에서 더 길고 빈번하게 발생한다는 점을 반영한다. 특히 대도시권에서 CDD가 크게 나타나는 양상은 인공 피복 확대와 야간 기온 저하의 제한 등 도시 열환경(도시열섬) 요인이 냉방 부담을 증폭시킬 수 있음을 시사한다. 또한 동일 권역 내에서도 해안–내륙 및 분지 지형에 따라 CDD 수준이 달라지는 경향이 나타났는데, 해안 지역에서는 해풍 및 해양성 완충 효과로 고온 노출이 완화될 수 있는 반면, 내륙 분지 및 저풍속 지역에서는 주간 고온과 야간 열축적이 누적되어 CDD가 상대적으로 크게 증가할 수 있다. 이러한 결과는 냉방 부담이 위도․고도뿐 아니라 지형과 도시화 수준 등 복합 요인의 영향을 받는다는 점을 보여주며, 이후 SSP 시나리오 분석의 기준점으로 활용될 수 있다.

Fig. 1 South Korea’s baseline-period degree-day distribution (Left: heating degree days; Right: cooling degree days).

3.2 SSP 시나리오에 따른 냉․난방도일 결과

Fig. 2와 같이 SSP 시나리오 기반 미래 기간 분석 결과, 전반적으로 HDD는 감소하고 CDD는 증가하는 경향이 모든 시나리오에서 일관되게 확인되었다. HDD 감소는 겨울철 평균기온 상승과 난방 기준 온도 이하 일수 감소에 의해 주로 설명되며, 중․북부 내륙 및 고지대와 같이 기존 난방 부담이 큰 지역에서 절대 감소폭이 상대적으로 크게 나타났다. 반면 남부 및 해안 지역에서는 절대 감소폭이 비교적 작을 수 있으나, 기저 난방 부담이 낮은 지역일수록 난방 기후 부담의 약화가 상대적으로 이른 시점부터 두드러져, 현행 외피 성능 기준의 난방 중심 설계 적정성을 재검토할 필요성을 시사한다. 또한 시나리오 강도가 높고 분석 시점이 후반일수록 HDD 감소폭이 확대되는 경향이 나타나, 난방 부담 완화가 장기적으로 누적될 가능성을 보여준다.

CDD는 모든 시나리오에서 증가하는 양상을 보였고, 시나리오 강도가 높을수록 증가폭이 확대되는 경향이 나타났다. 특히 CDD 증가의 공간적 확산은 남부권에 국한되지 않고 중부권 일부 지역으로 점진적으로 확대되었으며, 이는 냉방 부담이 특정 권역의 국지적 이슈에서 전국적 부담으로 전환될 가능성을 의미한다. 또한 CDD 증가는 해안과 내륙에서 상이한 양상으로 나타날 수 있는데, 해양성 기후의 완충 효과가 작용하는 지역에서는 증가가 상대적으로 완만한 반면, 내륙 분지 및 도시화 지역에서는 누적 고온 노출이 크게 증가하여 냉방 부담이 집중되는 경향이 관측되었다. 이러한 결과는 냉방 부담 증가가 과열 위험 및 냉방 피크 수요의 확대와도 연결될 수 있음을 시사하며, 외피 기준 논의에서 냉방 측 고려의 중요성이 커지고 있음을 뒷받침한다.

관련 정량 결과는 Table 1에 정리하였다. 여기서, Table 1의 Low–high 경계선은 SSP 시나리오 간 비교를 의미하는 것이 아니라, 동일 SSP–기간 조합에서 제공되는 전망값 분포의 하한과 상한 범위를 나타낸다. 즉, 해당 범위는 동일 조건 내 전망 불확실성을 표현하며, 특히 기후 지역 경계 권역에서는 재할당 판단의 안정성을 점검하는 보조 지표로 활용될 수 있다.

Fig. 2 Spatial distribution of heating and cooling degree days by SSP scenario and analysis period.

3.3 열관류율 개정안

도일 결과는 지역별 기후 부담의 변화 방향을 명확히 보여주며, 이는 현행 지역 구분 기반 열관류율 표⁽⁶⁾가 미래에 과잉 또는 부족 성능을 유발할 가능성이 있는지를 판단하는 근거로 활용될 수 있다. 이를 반영하여 본 연구의 열관류율 개정안은 Table 2~Table 4와 같이 제시된다. Table 2는 복합 도일(HDD+CDD, 1:1) 중앙값 변화를 기준으로, 기준 기간 대비 미래 기간에서 전도 성분의 냉․난방 부담이 동일하게 유지되도록 현행 열관류율을 재산정한 결과이다. Table 3과 Table 4는 동일한 산정 원칙을 적용하되, 각각 하위 10%(P10) 및 상위 10%(P90) 변화를 사용하여 평균적 조건뿐 아니라 분포 극단 조건에서의 민감도를 함께 제시한다.

표 결과를 보면, 구조체(외벽․지붕․바닥)의 제안 열관류율은 전 지역에서 현행 대비 소폭 증가(약 +3% 내외)하는 수준으로 나타나며, 중앙값․하위 10%․상위 10% 간 차이도 매우 작아 변동성이 제한적이다. 반면 창호․문은 동일한 스케일이 적용되더라도 절대값이 커서 변화가 상대적으로 더 뚜렷하게 나타나며, 전 지역에서 현행 대비 소폭 증가(약 +3% 내외)하는 경향이 확인된다. 또한 Table 3~Table 4에서 하위/상위 10% 조건을 적용하더라도 결과가 Table 2와 거의 유사하게 유지되어, 본 연구에서 제시한 복합 도일 기반 전도 부하 상쇄 개정값이 분포의 극단 조건에서도 일관된 수준으로 재현됨을 확인할 수 있다.

이러한 결과는 SSP2-4.5(2030) 수준의 온난화 조건에서는 난방 부담 감소와 냉방 부담 증가가 동시에 발생하더라도, 이를 1:1로 결합한 복합 도일 관점에서 전도 성분의 총 부담 변화가 크지 않아 열관류율 조정 폭이 제한적으로 도출됨을 시사한다. 다만 창호․문은 전도 성분 외에도 일사 유입(SHGC), 차양, 기밀, 열교 등의 영향이 커서, 본 결과를 창호 성능의 완화 근거로 일반화하기보다는 전도 성분 기준의 기준선으로 해석하고 과열․피크 대응 요소를 병행 검토할 필요가 있다. 특히 상위 10% 조건에서도 구조체 및 개구부의 조정 방향이 크게 달라지지 않았다는 점은 제안 기준의 강건성을 뒷받침하는 동시에, 향후 기준 개선 논의에서 관류율 조정만으로 달성하기 어려운 냉방 피크 및 과열 위험을 저감하기 위한 보완 지표(예: SHGC, 차폐 성능)의 중요성을 강조한다.

3.4 정책적 제언: 도일 기반 열관류율 기준의 적용 전략

도일 기반 결과는 SSP 시나리오 및 미래 기간에 따라 HDD는 전반적으로 감소하고 CDD는 증가하며, 그 변화폭이 시나리오 강도와 분석 시점에 따라 확대될 수 있음을 보여준다. 또한 행정구역 평균 HDD․CDD는 지역 간 기후 부담의 상대적 수준과 변화 방향을 정량적으로 비교할 수 있는 기준 지표로 기능하며, 동일 SSP–기간 조합 내에서도 Low–high 범위로 표현되는 전망 불확실성이 존재함을 확인하였다. 이에 따라 열관류율 기준은 단일 지표(난방도일) 중심의 일괄 조정보다, 냉․난방 부담의 동시 변화와 불확실성을 함께 반영하는 적용 원칙과 운영 체계를 포함할 필요가 있다. 본 연구는 다음과 같은 정책적 적용 전략을 제언한다:

∙ 복합 도일 기반 관류율 재산정 원칙의 제도화가 필요하다. 미래 조건에서 HDD 감소만을 근거로 열관류율을 완화할 경우 CDD 증가에 따른 냉방 전도 부하 확대를 반영하지 못할 수 있다. 따라서 식(5)과 같이 난방․냉방 도일을 1:1로 결합한 복합 지표가 기준 기간과 미래 기간에서 동일하도록 관류율 목표치를 재산정하는 절차를 기준 개정의 기본 원칙으로 명문화함으로써, 냉․난방 전도 부하를 동시에 안정화하는 기준선을 제공할 필요가 있다.

∙ 시나리오․미래 기간별 변화의 누적 특성을 고려한 주기적 갱신 체계를 마련할 필요가 있다. 분석 결과, 시나리오 강도가 높고 분석 시점이 후반일수록 HDD 감소 및 CDD 증가폭이 확대되는 경향이 나타났다. 이는 열관류율 기준의 적정성이 시간 경과에 따라 재검토되어야 함을 의미한다. 따라서 고시․표준의 개정 주기와 연동하여 행정구역별 HDD․CDD 및 복합 도일을 재산정․재평가하는 절차를 정례화하고, 이를 통해 기준 운영의 예측 가능성과 일관성을 확보할 필요가 있다.

∙ 부위별 보호장치의 차등 적용이 요구된다. 불투명 외피(외벽․지붕․바닥)는 전도 성분의 대표성이 상대적으로 높아 복합 도일 기반 관류율 재산정 결과를 기준선으로 직접 적용하기에 적합하다. 반면 창호․문은 전도 성분 외에도 일사 유입(SHGC), 차양, 기밀, 열교 등의 영향이 커 냉방 부담 및 과열 위험과의 연계가 크다. 따라서 도일 기반 U-value 결과를 창호 성능 완화의 근거로 일반화하지 않고, 기본적으로 유지 또는 강화 방향에서 해석하되, 특히 과열․피크 대응을 위해 SHGC를 일사 유입 저감 방향으로 강화하는 보완 원칙을 병행 적용하는 체계를 권장한다.

∙ SSP 내 전망 범위의 정책적 해석과 활용이 필요하다. 미래 기후 조건의 불확실성을 반영하기 위해, 기준 검토 및 적용은 지역(기후 지역)별 중앙값만을 기계적으로 사용하는 방식에서 벗어나, 산정된 HDD․CDD 분포의 하위 10%와 상위 10%(P10-P90) 구간을 함께 기준으로 삼을 필요가 있다. 이를 통해 변화 폭과 민감도를 투명하게 제시할 수 있으며, 민감도가 큰 지역․조건에서는 보수적 해석을 적용하여 과소 설계 및 과열․피크 대응 부족 위험을 완화할 수 있다.