서 론
연구의 배경과 목적
연구범위 및 방법
이론적 고찰
선행연구 고찰
ENVI-met 연구 동향
배치 유형 변천
대상지 개요
연구대상지 현황
시뮬레이션 개요
시뮬레이션 결과
포장재 변화에 따른 열환경
녹지율 변화에 따른 열환경
나무 높이 및 식재 유형 변화에 따른 열환경
종합 논의
연구 대상지 분석
시나리오 설정
대상지 분석 결과
결 론
연구 요약 및 의의
한계 및 향후 연구
서 론
연구의 배경과 목적
중국을 비롯한 동아시아 대도시는 급속한 도시화와 기후변화로 인해 주거환경의 질 저하와 열섬현상이 심화되고 있다(Hu et al., 2020). 특히 2000년 이전에 건설된 노후 공동주택단지는 건축물의 설계 기준이 미흡하고 기반 시설이 노후화되어 있다. 또한 공공공간과 녹지율 부족으로 인해 주차난, 보행공간 부족, 교통 혼잡, 녹지 관리 미비, 공동체 공간 단절 등 복합적인 문제가 발생하고 있다(Zhang et al., 2020).
최근 도시재생의 패러다임은 건축물 보수와 에너지 성능 향상 중심에서 벗어나, 단지 외부환경의 질적 개선으로 확장되고 있다. 쾌적한 옥외 환경은 주민의 생활 만족도와 건강을 증진시키고, 공공공간 활용도를 높여 공동체 활성화에 기여한다(Cheung and Jim, 2018). 따라서 노후 공동주택단지 재생 과정에서는 외부환경 요소의 영향을 종합적으로 검토하고, 열환경 개선 및 쾌적성 증진을 위한 방안을 제시할 필요가 있다. 본 연구에서는 베이징시 서청구(西城區) 차공장(車公庄) 지역을 사례로 하여, 대표적 노후 공동주택단지의 외부환경 특성을 진단하고 녹지 배치와 포장재 등 주요 환경 요소가 온열쾌적성에 미치는 영향을 정량적으로 규명함으로써 향후 재생 전략을 도출하는 것을 목적으로 한다.
연구범위 및 방법
본 연구는 베이징시 서청구(西城區) 전람로가도(展覽路街道, 행정구역 단위) 차공장(車公庄) 지역의 1980년대 건설 공동주택단지를 대상으로, 건축물을 제외한 외부환경 요소(토지이용, 교통체계, 녹지, 공공공간)를 실외 온열쾌적성과 연계하여 분석하였다.
연구 방법은 다음과 같다. 첫째, 노후 공동주택단지 재생과 옥외 온열쾌적성 관련 문헌을 검토하고 베이징 공동주택단지의 변천을 정리하였다. 둘째, 현장 조사를 통해 토지이용, 건축 및 인구 밀도, 교통, 녹지 및 공공공간의 현황을 파악하고, 행렬형중정형혼합형 단지를 선정해 공간 특성을 분석하였다. 셋째, ENVI-met 시뮬레이션으로 녹지 피복률, 수목 높이, 식재 유형, 포장재 반사율 변화가 열환경에 미치는 영향을 정량 평가하였다.
이론적 고찰
선행연구 고찰
기존 연구는 주거단지 재생의 초점을 건축물 보수나 기반시설 정비에 두었으나, 최근에는 녹지 확보, 보행환경 개선, 공공공간 활성화 등 외부환경 요소의 중요성이 부각되고 있다(Bowler et al., 2010). 특히 기온(Air Temperature, TA), 평균복사온도(Mean Radiant Temperature, MRT), 생리적 등가온도(Physiological Equivalent Temperature, PET), 풍속(Wind Velocity, WVEL)과 같은 열환경 지표를 활용하여 쾌적성을 정량적으로 평가하는 연구가 확대되고 있다. 녹지 피복률(Green Coverage Ratio, GCR), 수목의 수고 및 식재 방식, 포장재 물성 등은 실외 열환경과 밀접하게 연관되며, 이에 관한 다양한 연구 결과가 보고 되고 었다(Ali-Toudert and Mayer, 2006).
ENVI-met 연구 동향
ENVI-met은 건물 배치, 토지피복, 식재, 포장재 등의 특성을 반영해 기온, 습도, 풍속, MRT, PET 등을 모의하는 3차원 도시 미기후 해석 모델이다. 선행연구에 따르면 녹지율 확대는 기온과 체감온도 개선에 효과적이며(Ng et al., 2012), 수목의 수고와 식재 조합이 PET 개선에 중요한 변수로 작용한다. 반면, 고알베도 포장재는 지표면 온도를 낮추지만 비음영 구역의 체감온도를 높일 수 있다(Radhi et al., 2014). 이러한 연구들은 ENVI-met이 공동주택단지 열환경 분석에 유용한 도구임을 보여주며, 본 연구에서도 이를 핵심 분석 도구로 채택하였다.
배치 유형 변천
중국의 공동주택단지는 시대별 정책과 사회적 요구 변화에 따라 뚜렷한 공간적 변화를 보여왔다. 1950년대 초반에는 슈퍼 블록(super block)형태가 주류를 이루었고, 1960~70년대에는 고밀도의 중정형 배치가 일반적이었다. 1980년대에는 그룹·마당형 배치가 등장하여 다양한 유형이 시도되었고, 1990년대에는 고층 건축과 주거 수요 확대가 주요 특징으로 나타났다(Yao, 2015; Yin, 2019). 이러한 변천은 향후 공동주택단지 재생 전략 수립 시 반드시 고려해야 할 역사적 맥락으로 평가된다.
대상지 개요
연구대상지 현황
차공장 지역은 베이징 서북부에 위치한 1980년대에 건설된 공동주택단지가 밀집 지역으로, 주거 중심의 단순한 토지이용 구조와 부족한 생활편의시설을 보인다. 건축 및 인구 밀도가 높고 녹지율이 약 12% 수준으로 낮아 열환경 악화가 우려된다(Beijing Municipal Government, 2016; State Council of the People’s Republic of China, 2020). Table 1의 색상과 패턴은 단지 내 공간 기능을 구분하기 위한 것으로, 주황색은 건물 밀도, 하늘색은 보행공간 ·도로, 빗금은 녹지·개방공간을 나타내며 붉은 외곽선은 분석 경계를 의미한다. 대상지는 행렬형·중정형·혼합형으로 구분되며, 행렬형은 통풍이 우수하나 프라이버시가 취약하고, 중정형은 공동체 형성에 유리하나 개방성이 저하된다. 혼합형은 공간 활용이 유연하나 분산 된다.
시뮬레이션 개요
본 연구는 문헌 검토, 현장조사, ENVI-met 시뮬레이션 분석의 절차로 수행되었다. 먼저, 국내외 노후 공동주택단지 재생과 온열쾌적성 관련 연구를 검토하고, 이를 바탕으로 베이징시 서청구 차공장 지역의 토지이용, 밀도, 교통, 녹지 및 공공공간 분포를 분석하였다(Gehl, 2002). 대상지는 행렬형, 중정형, 혼합형으로 구분하여 각 공간 조직, 공공공간 활용, 녹지 현황 및 문제점을 체계적으로 정리하였다.
열환경 평가는 ENVI-met 5.6.1을 이용해 Table 2와 같이 설정하였다. 기상 조건은 대상지 인근에서 직접 실측한 자료(2023년 6월 16일 00:00~23:00, Kestrel NK5400LINK, 지면 2 m 높이)를 사용하였다(Table 3). 대표 시점은 가장 기온이 높은 14:00로 설정하였다. 주요 변수는 포장재의 알베도(흑색 아스팔트, 콘크리트, 화강암), 녹지 피복률(GCR), 수목 높이(5.5 m~20.5 m), 식재 유형(교목만, 교목+잔디, 교목+관목)으로 설정하였다. 이에 대한 위치별 기온(TA), 평균복사온도(MRT), 생리적 등가온도(PET), 풍속(WVEL) 변화를 분석하였다. 결과는 배치 유형 및 변수 조건별로 비교하여 외부환경 요소가 옥외 열환경에 미치는 영향을 검증하고, 재생 시 적용 가능한 개선 전략을 도출하였다.
Table 2.
Initial Input Parameters for the ENVI-met Model
| Parameter | Value |
| Simulation Start Date | 15.06.2023 |
| Simulation Start Time | 05:00:00 |
| Total Simulation Time (h) | 42 |
| Grid Size (m) | 2 m*2 m*2 m |
| Air Temperature [℃] and Relative Humidity [%] | [Table 3] |
| Wind Speed (m/s) | 2.5 |
| Wind Direction (°) | 190° (South) |
| Specific Humidity at 2500 m [g water/kg air] | 7.0 |
| Roughness Length (m) | 0.1 |
| Ground and Building Surface | Concrete |
Table 3.
On-site Measured Meteorological Data
시뮬레이션 결과
포장재 변화에 따른 열환경
포장재의 알베도(Albedo) 차이는 열환경에 유의한 영향을 미쳤다. 대표 시점인 14:00에서 회색 화강암 및 콘크리트와 같은 고알베도 재료는 흑색 아스팔트에 비해 기온을 약 1℃ 낮추는 효과가 보였다. 그러나 해당 재료는 반사된 단파복사가 주변 인체와 외피에 재입사하여 MRT를 상승시킨 결과로, 비음영 구간의 복사열 부하가 상대적으로 커졌다. 그 결과 PET가 일부 상승하는 경향을 나타냈으며, 이는 표면 온도 저감이 반드시 열쾌적성 향상으로 직결되지 않음을 시사한다. 동일한 알베도 값을 가지더라도 재료의 물리적 특성에 따라 열환경 분포가 상이하게 나타났다(Figure 1, 2).
녹지율 변화에 따른 열환경
Table 4 모델 시뮬레이션 결과, 녹지 피복률(GCR)의 증가는 외부 열환경 개선에 유의한 효과를 보였다. GCR을 12%에서 33%로 확대한 경우, 대표 시점인 14:00의 생리적 등가온도(PET)는 약 4℃ 감소하였다. 이는 기온 저감폭(평균 1.2℃)보다 더 큰 수치로, 수목의 차폐 효과와 증발산에 따른 평균복사온도(MRT) 감소가 PET 개선의 주된 요인으로 작용하였다. 특히 보행로 및 중정과 같이 연속적인 수관 음영이 형성되는 공간에서 개선 효과가 더욱 두드러졌다(Figure 3).
Table 4.
Examples of greening scenarios
| Category | (a) GCR 12% | (b) GCR 18% | (c) GCR 33% |
| 3D Scenario |  |  |  |
| Plan View |  |  |  |
나무 높이 및 식재 유형 변화에 따른 열환경
나무 높이는 PET에 뚜렷한 영향을 미쳤다. 5.5 m 시나리오에서는 수관 반경이 작아 PET 저감 효과가 제한적이었으나, 20.5 m 교목 시나리오에서는 수관이 겹치며 넓은 차폐 구역이 형성되어 큰 냉각 효과가 나타났다. 이때 최저 PET는 48.03℃로, 5.5 m 시나리오보다 최대 약 10℃ 낮았다. 반면 교목에 잔디나 관목을 혼합 식재한 경우 14:00 기준 PET 변화는 미미했으며, 이는 식재 유형보다 교목의 수고와 차폐 범위가 열쾌적성 개선에 더 결정적임을 보여준다. 이에 대한 데이터 도출의 Position은 단면상의 Y-격자 인덱스를 의미하며, 값이 커질수록 남쪽으로 이동한다. 모든 변수는 Z=2.0 m 고도로 산출하고, 동일 좌표 체계를 적용한다(Figure 4, 5, 6).
종합 논의
본 연구의 결과, 포장재와 녹화 요소는 모두 실외 열환경에 영향을 미쳤으나 효과의 크기와 양상에는 뚜렷한 차이가 있었다. 고알베도 포장재는 기온 저감에 일정 부분 기여했으나, 반사복사 증가로 인해 PET 개선 효과는 제한적이었다. 반면, 녹지율 확대와 교목의 수고증가는 PET 저감 효과가 크고, 보행로 및 중정 등 생활공간에서 체감 환경을 현저히 개선하였다. 특히 20.5 m 교목 시나리오는 PET를 최대 10℃까지 낮추어 가장 효과적인 개선 전략으로 나타났다.
따라서 노후 공동주택단지 재생 과정에서는 포장재 개선보다 녹지 확충과 교목 중심의 다층적 식재 전략을 우선적으로 적용하는 것이 바람직하며, 이를 통해 열환경 개선의 실질적 성과를 기대할 수 있다.
연구 대상지 분석
시나리오 설정
대표 공동주택단지의 현황 시나리오와 개선 후 시나리오는 Table 5와 같다. 철로항 단지에는 교목 48주(수고 8.45 m, 수관 폭 4.59×4.65 m)를 추가 식재하였다. 교목 피복 지역의 지면 포장재는 진회색 콘크리트(알베도 0.3)로 교체하였으며, 건물 북측 벽면으로부터 4 m 이내 구역은 연회색 콘크리트(알베도 0.5)로 대체하였다. 덕보신원 단지에는 교목 28주를 추가하였으며, 포장재 교체는 철로항 단지와 동일하게 적용하였다. 건행 단지는 남측 공터가 담장으로 둘러싸여 공사 중이었으므로 분석 범위에서 제외하였다. 대신, 단지 북측 자전거 보관소 인근 공간에 교목 7주를 식재하고, 해당 구역의 좌우 포장 면은 아스팔트로 교체하였다.
Table 5.
Block type scenarios before and after improvement
| Category | Current Scenario | Improved Scenario |
| Railway Lane (Row-type) |  |  |
| Debao Xinyuan (Courtyard-type) |  |  |
| Jianhang (Mixed-type) |  |  |
대상지 분석 결과
Table 6의 시뮬레이션 결과, 세 단지에서 교목 식재 확대의 효과가 명확히 나타났다. 철로항 단지(행렬형)는 정원과 마당 주변의 PET가 평균 4-5℃ 낮아졌으며, 특히 동북측 정원은 10그루의 교목 추가 후 54-55℃로 감소하였다. 반면, 건물 북측의 고알베도 포장재는 일부에서만 PET 저감 효과를 보였으며, 교목 식재에 비해 상대적으로 미미하였다.
덕보신원 단지(중정형)에서는 마당 중앙에 54-55℃ 구역이 새로 형성되어 고온 구역이 완화되었으나, 건물 북측은 차폐 효과가 제한적이어서 감소 폭이 크지 않았다.
건행 단지(혼합형)에서도 북측 자전거 보관소 인근의 PET가 4-5℃ 낮아졌지만, 다른 공간에서는 변화가 상대적으로 적어, 개선 효과가 국지적으로 집중되었다.
종합적으로, 교목 식재 확대는 모든 단지에서 공통적으로 뚜렷한 개선 효과를 보였으며, 고알베도 포장재는 국지적이고 제한적인 영향을 나타냈다. 이는 교목을 중심으로 한 녹지 확충이 노후 공동주택단지의 열환경 개선 전략으로서 가장 효과적임을 뒷받침한다.
결 론
연구 요약 및 의의
본 연구는 베이징시 서청구 차공장 지역의 노후 공동주택단지를 대상으로 외부환경 요소가 실외 열쾌적성에 미치는 영향을 분석하였다. 현장 조사와 ENVI-met 시뮬레이션을 통해 포장재·녹지율·수목 높이·식재 유형의 변화를 검토한 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
첫째, 녹지율 확대가 열쾌적성 개선에 가장 효과적임이 확인되었다. GCR을 12%에서 33%로 확대한 경우 대표 시점인 14:00의 PET가 최대 약 4℃ 감소하였으며, 이는 평균 약 1℃ 수준의 기온 저감보다 큰 폭으로 나타났다. 이는 수목의 차폐와 증발산으로 인한 MRT 저감이 PET 개선의 주된 요인으로 작용하였음을 의미한다.
둘째, 고알베도 포장재는 흑색 아스팔트 대비 기온을 약 1℃ 낮추는 효과가 있었으나, 반사복사 증가로 인해 비음영 구간에서는 PET가 상승하는 경향을 보였다. 따라서 포장재 개선은 단독으로 적용하기보다는 녹지 확보와 병행할 때 효과가 극대화될 수 있다.
셋째, 수목의 높이가 증가할수록 열쾌적성 개선 효과가 뚜렷하였다. 20.5 m 교목 시나리오에서는 PET가 최저 48.03℃까지 낮아져 5.5 m 시나리오 대비 약 10℃ 감소하였다. 반면 교목에 잔디나 관목을 추가한 경우 PET 변화는 미미하여, 단순한 저층 식재보다 교목의 수관 높이와 차폐 범위가 핵심 요인임을 확인할 수 있었다.
이러한 결과는 노후 공동주택단지 재생 과정에서 녹지 확보와 교목 중심의 다층적 식재 전략이 가장 효과적인 방안임을 실증하였다. 본 연구는 포장재·녹화 요소를 종합적으로 고려해야 할 필요성을 제시하며, 향후 도시 주거환경 개선과 기후변화 대응형 재생 전략 마련에 기초자료로 활용될 수 있다.
본 연구는 교목 음영이 하늘가시율(Sky View Factor, SVF)을 낮춰 일사 유입을 줄이고, MRT를 감소시켜 PET 개선에 기여함을 확인하였다. 수관 및 줄기는 부분적 통풍을 유지하며 복사열 축적과 장파 재복사를 완화하였고, 그늘 영역의 지표온도 상승 억제 효과가 나타났다. 특히 행렬형 배치의 교목은 일정 간격의 연속적 음영대로 낮은 SVF 영역이 광범위하게 분포해 PET 저감 효과가 가장 크게 나타났다. 이에 따라 행렬형 단지는 그늘 확보, 중정형은 환기 개선, 혼합형은 공공공간의 체계적 재구성이 필요하다.
한계 및 향후 연구
본 연구는 특정 지역에 한정하여 수행되었기 때문에 결과의 일반화에는 한계가 있다. 또한 포장재 특성 중 알베도(Albedo)에 초점을 두어 열환경 변화를 분석하였으나, 재료의 열용량(Capacity)과 복사특성(Emissivity) 등 복합적 물리 변수 또한 열쾌적성에 영향을 미칠 수 있다. 향후 연구에서는 다양한 단지 사례 비교, 포장재 물성의 통합적 영향을 반영하여 교차 검증을 통해 결과의 신뢰성과 적용성을 보완할 필요가 있다.
