Environmentally Friendly Design Process

프로젝트 기획 초기단계부터 최종 거주자의 재실 과정에 이르기까지 전 과정에 걸쳐 친환경 건축을 위한 프로세스를 정리했다. 거시적인 맥락에서 그 내용을 살펴보면 디자인 단계에서 요소 기술에 대한 검토를 진행하고, 시공단계에서 친환경 계획요소의 반영여부 확인 및 관리를 진행하며, 준공과 입실 후에는 거주자에 의한 성능평가를 진행한다.

 

 

 

 

1.Predesign

프로젝트의 구체적인 친환경 목표 설정

친환경 건축물에 대한 구체적인 목표 없이 설계를 진행하다 보면 기존의 설계방식에서 단편적인 친환경 개념만 도입되기 쉽다. 일관된 친환경건축 계획을 위해서 초기 단계부터 구체적인 목표를 설정해야 하며, 그 목표는 건축물 에너지 절감, 물 소비량 절감, 국내 또는 국외 친환경건축물 인증 획득 등이 될 수 있다. 국내 또는 국외에서 개발된 친환경 건축물 인증시스템은 여러 종류가 있는데, 최근에는 국제사회에서 친환경 기업으로서의 이미지를 높이려는 많은 기업들이 미국의 친환경건축물인증(LEED)을 많이 취득하고 있는 추세이며, 국내에서도 국내의 지역성, 법규, 환경을 고려해 개발된 녹색건축인증(G-SEED)의 취득율이 증가하고 있다.

 

 

친환경건축물 유형별 사례조사

국내외 우수한 친환경 건축물에 대한 설계사례를 수집 및 분석하고 프로젝트 참고자료로 활용한다. 특히 이 과정에서 건물의 유형별로 분류해 참고자료를 작성하는 것이 매우 중요하다. 그 이유는 난방에너지 소비가 많은 주거건축물은 고기능 단열재와 같은 난방에너지 절감을 위한 요소기술의 정보를 얻는데 유리하고, 냉방에너지 소비가 많은 업무시설은 여름철 냉방에너지를 줄이기 위한 차양 장치 등의 요소기술을 참고하는데 유용하기 때문이다.

 

 

전문가들과의 통합디자인 협의

성공적인 친환경 프로젝트를 완성하기 위해서는 초기부터 관련 전문가들과 긴밀한 정보공유 체계가 구축되어야 한다. 과거에는 건축분야에서 먼저 계획을 마치면 기계장비 사양, 조명방식, 조경면적 등이 후 순위로 결정됐지만, 친환경 건축물을 구현하기 위해서는 설계 초기단계부터 관련 전문가들이 모여 건물 구성의 유기적인 관계, 즉 건물에너지 절감, 외부공간의 조성, 수자원의 활용, 실내 쾌적성 향상, 심지어 소화 약제의 선택까지도 상호 협의를 거쳐 진행한다.

 

 

2. Schematic Design

친환경건축 관련 법규 검토

사회의 요구에 따라 에너지 절감과 삶의 쾌적성 향상을 위해 법규에서는 최소한의 규정을 마련해 놓고 있으며, 친환경 건축물을 계획할 때 정해진 규정을 반드시 지켜야 한다. 특히, 2017년 1월에 시행된 ‘녹색건축물 조성 지원 법’을 비롯해 지역 조례에 명시된 관련 규정을 면밀히 확인하고 준수해야 한다.

 

 

대지 내 미기후 환경 분석

비용을 들이지 않고 건물의 에너지를 줄일 수 있는 방법 중 하나는 미기후를 활용하는 방법이다. 미기후란 건물 주변의 자연환경을 말하며, 난방을 위한 일사량, 채광을 위한 일조량, 자연통풍을 위한 풍향 및 풍속 등이 있다. 대지 내 미기후 조건을 이용하기 위해서는 선행적으로 정량적인 분석을 실시해 미기후의 특성을 파악해야 하며, 현장에서 실측하거나 기상데이터를 근거로 시뮬레이션 분석을 실시하는 방법이 있다.

 

 

대중교통의 접근성 확인

친환경건축물은 건축물 내에서 사용되는 에너지를 줄이는 것만큼, 외부에서 발생하는 에너지 소비를 줄이는 데에도 노력해야 한다. 특히 이동하면서 소비되는 개인 교통수단의 에너지를 줄이기 위해서 대중교통이 인접한 곳에 프로젝트를 계획하고, 단거리를 이동하는 건물 이용자들을 위해 자전거 보관시설 및 샤워실을 마련해 자전거 이용을 활성화하도록 한다.

 

대지의 주변환경, 생태적 가치 평가

생태적 가치는 두 단계에 걸쳐서 평가한다. 먼저 대지의 선택은 생태적 가치가 낮게 평가된 곳을 선택한다. 기존에 개발이 있었던 곳에 건축물을 만들면 자연 지반을 선택하지 않아도 돼 생태공간의 훼손을 방지할 수 있다. 또한 이미 개발이 된 도심 지역에 계획하면 구축된 기존 생활서비스 시설을 근거리에서 이용할 수 있어 생활의 편의환경도 향상된다. 대지를 선택한 후 대지계획 단계에서는 생태적 가치가 높게 평가될 수 있도록 노력해야 한다. 대지 내에 구조물을 제외한 부분에서 녹지율을 높이고, 옥상부분에도 식물을 심어 대지의 생태적 가치를 향상시킨다.

 

 

건물배치 및 기초 환경성능 평가

시뮬레이션 도구를 활용해 건축물의 배치 및 형태에 따라 달라지는 음영비율, 표면에 입사되는 일사량, 자연통풍 조건, 개략적인 에너지 사용량 등의 기초적인 환경성능을 평가한다. 이렇게 평가한 결과를 바탕으로 대지의 환경조건에 맞추어 가장 합리적으로 건축물을 배치하고, 그 형태를 결정한다.

 

 

 

친환경인증의 적용사항 검토

친환경건축물인증 획득을 목표로 설정했다면 평가항목을 면밀히 검토하고 목표등급에 맞는 배점을 확보할 수 있도록 전략을 세운다. 목표점수 획득을 위한 평가항목 선정 시 건축계획적인 방법으로 획득 가능한 항목을 우선 선택하고, 다음으로 건축물의 유지 관리가 용이하고 투자비가 저렴한 계획요소의 평가 항목을 선택한다.

 

 

포괄적인 친환경계획의 기본방향 설정

대지의 환경조건을 파악하고, 건축물의 배치와 형태를 결정하면서 친환경계획의 전체적인 기본 방향을 결정한다. 이 과정에서 친환경인증 전문가들과 긴밀히 논의하여 설정한 목표를 달성하기 위한 구체적인 실천방안을 마련한다.

 

 

3. Design Development

Passive Design 요소 선정 및 적용방안 검토

자연형 방식을 이용한 친환경계획 요소에는 여러 가지가 있지만, 건축물의 에너지 절감에 기여하면서 동시에 친환경 건축물의 가치를 향상시킬 수 있는 요소기술을 선정하고, 건축 디자인과 융화되어 적용될 수 있는 방법을 찾는 것이 매우 중요하다. 또한 선정한 친환경계획 요소의 기술적인 특성과 계절별 운영방법에 대해서도 신중히 검토하여 조작이 간단하고 유지 보수가 용이한 요소를 선정한다.

 

 

 

 

 

 

외피의 단열성능, 창면적비 기준 설정

건축물의 외피에서 손실되는 에너지를 감소시키기 위해서 벽체와 창호 부위의 단열성능을 강화해야 한다. 건축물 외피에 적용하는 단열재의 성능은 법규에서 제한하는 최소 규정을 준수하는 것뿐만 아니라 기준 이상의 고성능 단열재를 적용하여 목표로 설정한 에너지 절감량을 달성할 수 있어야 한다. 건물에 필요한 에너지를 고가의 신재생 에너지를 적용하는 것보다 저렴한 단열재를 기준 이상 적용하는 것이 에너지 절약을 위해 현명한 판단이다. 더불어 외부에 설치되는 창호는 단열 벽체에 비해 열손실이 10배나 늘어나므로 창면적비가 감소되는 방향으로 계획해야 한다.

 

 

표면일사량, 음영비율, 자연환기 성능평가

건물의 형태가 구체화되고 평면계획이 진행되면서 정밀한 건축환경 성능분석을 실시해야 한다. 업무시설의 경우 일사량을 적게 받을 수 있는 입면으로 계획하여 하절기 냉방에너지를 감소시킬 수 있어야 하며, 인접건물의 영향으로 인한 계절별, 시간별 음영발생 빈도와 영구음영 부위를 파악해 자연채광, 식생, 태양에너지 설비시스템 배치 등을 고려해야 한다. 또한 자연환기를 적극적으로 활용하고자 할 때에는 바람의 주 풍향에 맞추어 건물을 배치하고 도시의 열섬현상을 억제할 수 있도록 바람 길을 열어주는 계획도 함께 반영한다.

 

건물 부하예측과 에너지절감 전략

건물에너지 해석 시뮬레이션 프로그램을 활용해 건축물의 예상 에너지 사용량을 예측하고, 설계 초기에 목표로 설정한 에너지 절감량에 미치지 못할 경우 외벽 단열재 성능 향상, 창면적비 감소, 고성능 창호 적용, 자연에너지 활용 등의 에너지 절감 전략을 모색해야 한다.

 

 

친환경자재의 확보 및 적용계획

제조과정에서 탄소배출 저감에 기여하고 준공 후 거주자들의 쾌적성을 향상시킬 수 있는 친환경자재를 선정해 디자인에 반영한다. 최근에는 인증기관에서 친환경 자재로 인증 받은 제품이 다양하게 출시되고 있으므로, 그 제품군을 참고 삼아 선택하는 것도 방법이 될 수 있다. 선택한 자재는 적용 위치와 면적에 따라 적용계획을 세워 성능구현과 비용절감을 할 수 있도록 한다.

 

 

Passive Design의 상호 비교 평가

계획에 반영하고자 하는 디자인 요소기술 상호간의 성능, 가격, 적용성, 유지보수 등을 비교해 우위를 판단한다. 예를 들어 창호를 선택할 경우, 2중창, 3중창, 이중외피, 로이 코팅, 색상적용 등의 대안을 선정하고, 각각의 장단점을 면밀히 분석해 프로젝트 성격에 맞는 최적의 창호를 선택해 계획에 반영하도록 한다.

 

 

우수, 중수의 수집 및 활용 계획

건축물에서 사용되는 수자원 절약도 큰 목표 중 하나가 될 수 있다. 이 목표를 실현하기 위해서는 빗물을 저장하고 폐수를 정화할 수 있는 처리시설과 저수조를 계획하고, 얻은 물을 화장실 위생용수나 식생을 위한 조경용수, 청소 잡용수로 활용하는 계획을 세워야 한다.

 

 

고효율 기자재의 도입 검토

초기 투자비가 증가한다는 부담은 있지만 장기적인 관점에서 투자비 회수가 가능하고 에너지절약에도 크게 기여하는 고효율 기자재 도입을 적극 검토해야 한다. 고효율 기자재를 선택하기에 앞서 먼저 고려해야 할 사항은 운영자들이 쉽게 조작할 수 있고, 유지보수가 용이한 장비여야 한다는 점이다.

 

 

옥외 조경 및 비오톱 조성 계획

도시 미관이나 건물이용자들에게 휴게공간 제공, 생태보존과 열섬현상 저하 차원에서 조경 계획을 세운다. 특히 동식물의 서식환경 조성을 위해 육생 비오톱과 수생 비오톱을 설치하는 것도 좋은 방안이며, 이때 비오톱의 경계에는 생태적 순환체계를 이룰 수 있는 매개영역 조성이 중요하다.

 

 

태양광, 지열 등 신재생 에너지 설치 계획

건축계획적인 방법으로 최대한 에너지 사용량을 줄이고 나머지 필요한 에너지원에 대해서 신재생 에너지 시스템을 설치한다. 신재생 에너지원 특성에 맞추어, 전기에너지 보조에는 태양광 시스템, 소형풍력발전 시스템을 적용하고, 냉난방, 급탕 에너지 보조에는 태양열 시스템, 지열 시스템 등을 계획한다. 최근에는 건물 외장재와 일체화한 태양광 일체화(BIPV), 태양열 일체화 (BIST), 풍력 일체화(BIWP) 등도 활용할 수 있다.

 

 

쾌적한 실내 환경 계획

친환경 소재의 마감재를 적용해 유해물질 방출을 억제하고, 실내 녹지공간을 조성하거나 자연환기를 적극 유도하여 실내 거주자들에게 신선한 공기를 공급할 수 있도록 한다.

 

 

친환경건축물 인증의 평가사항 확인

국내 또는 국외 친환경건축물 인증 획득을 목표로 설정했다면, 초기 디자인 단계부터 친환경건축물 인증을 고려한 계획을 세울 수 있도록 유도하고, 최종 설계도서에도 그 내용이 정확히 표현될 수 있도록 확인해야 한다. 또한 목표등급에 맞추어 선정한 평가항목이 배점 기준에 만족하는지 확인하고, 부족한 부분에 대해서는 추가 계획이나 다른 평가항목을 획득하는 대안을 마련해 놓도록 한다.

 

 

친환경계획의 Check List 작성

친환경계획 요소에 대한 상호비교와 최종 검토를 거쳐 적용 가능한 요소기술을 목록화하고, 이 자료를 바탕으로 설계도서 작성과 시공 단계까지 계획요소의 반영여부를 관리해야 한다.

 

 

4. Construction Documents

통합 시뮬레이션 에너지성능 평가

앞에서는 친환경건축을 계획할 때의 부분적인 요소 기술별 성능을 비교해 보았다면, 이 단계에서는 전체를 통합한 에너지 시뮬레이션을 평가해 보아야 한다. 실제 설계에 반영된 건축적 조건과 설비적인 특성 값을 시뮬레이션 프로그램에 입력하고 실제와 같은 기상조건에서 건물의 연간 에너지 사용량을 산출해 낼 수 있어야 한다. 이때 사용되는 에너지의 시뮬레이션 프로그램은 에너지 성분별, 시간별 사용량을 계산할 수 있는 능력을 갖추어야 에너지 소비패턴을 파악하고 추가되는 에너지 절감방안을 세우는 데 용이할 수 있다.

 

 

최종 목표 에너지 절감량 달성 확인

최종적으로 모든 요소기술을 적용하고 에너지 시뮬레이션을 시행하여, 기준 건축물 대비 에너지 절약형 친환경 건축물이 에너지를 얼마나 절감할 수 있는지 확인한다. 이 과정에서 최종 목표로 설정한 에너지 절감량을 달성하지 못했다면 절감 방안을 추가로 마련한다. 또한 친환경건축물 인증을 위해 필요한 에너지 분석도 실시하고, 도출된 결과를 문서화해 제출 자료로 활용한다.

 

 

자재선정 및 시공법에 대한 시방서 작성

설계단계에서 적용한 자재의 사양이 시공단계에서도 동일하게 적용될 수 있도록 설계도면뿐만 아니라 시방서에도 자재의 특징과 성능, 시공방법까지 상세히 기술해야 한다. 인증 획득을 목표로 하고 있는 경우는 자재의 성능 외에 현장관리 방법과 근로자의 작업환경까지도 기술한다.

 

 

최종 친환경계획 요소의 도서반영 확인

설계도서 작성이 마무리된 후 친환경관련 요소 기술이 올바르게 표현됐는지 확인하기 위해 전문가들에게 최종 검토를 의뢰한다. 이 과정에서 자재 및 장비의 사양, 수량, 치수, 명칭 표현까지도 세밀하게 검토하고 오류사항을 수정하고 난 뒤 마지막으로 도서 납품을 완료한다.

 

 

5. Construction Administration

친환경계획에 의한 시공 반영 여부 확인

설계단계에서 친환경계획을 잘 세웠다 하더라도, 실제 시공단계에서 그 계획을 올바르게 반영하지 못한다면, 친환경 건축물의 가치는 구현하지 못했다고 할 수 있다. 예를 들어 반사형 단열재를 적용한 경우 인접면과 일정한 거리를 띄우고 시공을 해야 성능이 발휘되는데 이 점을 간과하고 시공하는 사례가 많이 있어 면밀히 관찰하고 지도해야 한다.
 

 

친환경 시공 공정별 현장 기록

친환경 요소와 관련하여 시공과정에서 현장 확인을 할 때는 공정 진행에 따라 체계적인 확인 및 보완이 되도록 일정한 체크 리스트를 작성하는 것이 바람직하며, 확인된 내용은 사진이나 문서로 남기는 현장기록이 필요하다.

 

 

계획의 미 반영 사항에 대한 대응

친환경요소의 현장시공 확인 결과 의도한 계획과 상이한 부분이 발견될 경우에는 반드시 보완조치를 요청하고, 정상적으로 시공할 때까지 관심을 갖고 관리해야 한다. 예를 들어 기준 이상의 단열재가 적용되지 않았거나 단열선이 연속되지 않았을 경우에는 열교 현상이나 결로 등의 하자가 발생할 수 있으므로 주의를 기울인다.

 

 

 

6. Before Occupancy

입주 전 환경성능 및 평가

시공이 완료되고 거주자가 입주하기 전, 친환경 계획요소와 실내 쾌적상태 등을 현장에서 측정하여 친환경 건축물의 전체적인 성능을 파악한다. 이 시기에 실시하는 건축물의 성능측정은 중요한 과정으로, 실제 거주자가 입주한 후에 측정하기 어려운 부분을 검증하고 측정된 정량적인 데이터를 바탕으로 계획 친환경건축물에 대한 우수성을 확인할 수 있다. 특히 열화상(IR) 카메라를 활용한 외피의 단열성능 측정은 고성능 단열재의 효과를 가시적으로 쉽게 파악할 수 있는 방법이다.

 

 

에너지설비 시스템의 확인 및 조정

건축 설비시스템의 전반적인 측정 및 평가(M&V)를 실시하고, 성능을 만족하지 못하는 부분은 보완조치를 시행해야 한다. 특히 설비시스템 중에서 에너지 절감과 관련된 냉난방 장비, 전기설비, 신재생 에너지 시스템 등은 목표성능을 발휘하면서 에너지를 절감할 수 있도록 철저한 검증을 해야 한다.

 

 

입주 후 환경 성능 설문조사

친환경 건축물 구현을 위해 계획단계와 시공단계에서 노력을 기울였다 하더라도, 최종 평가는 실제 재실하는 거주자의 입장에서 판단돼야 한다. 건축물이 준공되고 일정기간 운영된 후 거주자들을 대상으로 설문조사를 실시해 쾌적성에 대한 만족도를 평가하고, 계획 의도와 부합되는 부분과 불쾌적 요소 등을 확인해 이에 대한 보완조치를 해야 한다.

 

 

목표 친환경 인증의 획득

프로젝트 진행 초기에 친환경 건축물 인증 획득을 목표로 계획과 시공을 잘 관리했다면, 평가 항목에 맞추어 필요한 자료를 작성하고 관련기관에 인증을 신청한다. 이 과정에서 친환경 계획 및 현장적용에 대한 근거자료를 추가로 요청 받을 경우, 미비된 자료를 완비하고 제출하여 최종 인증 등급을 획득한다.

 

 

친환경 프로세스 진행 결과

기본에서 바라본 미래의 친환경 건축

현대사회는 많은 산업문명의 혜택을 누리며 살아가고 있다. 또한 공동체 질서를 지키고 사회의 요구에 빠르게 적응하며 살아야 한다. 그렇다면 지금 현대사회는 우리에게 무엇을 요구하고 있는가? 아마 전 세계가 한 목소리로 지구 온난화에 대한 대응이라고 말할 것이다.

지구 온난화에 대한 선진국들의 발 빠른 대처는 친환경 건축물에서 잘 나타나고 있다. 최근에는 많은 친환경 건축물이 곳곳에 등장하고 빠르게 보급되고 있으며, 종종 특별한 사례들도 나타나고 있다. 그 중 2008년에 준공된 바레인 세계무역센터는 두 건물 사이에 풍력발전 터빈을 설치하고 바람의 힘으로 최대 675kWh의 전기를 생산하는 건축물이다. 이 뿐만 아니라, 2010년 영국 런던(Strata Tower)과 2013년 중국 광저우(Pearl River Tower)에서도 건물 자체에서 에너지를 생산할 수 있는 거대 풍력발전 설비를 접목한 고층 업무시설이 완성됐다.

과거 공상과학만화에나 나올 법한 건축물이 현실화된 것이다. 이것이 의미하는 바는 미래의 건축물은 에너지를 줄이는 것뿐만 아니라 적극적으로 에너지를 생산하는 건축으로 전환되어 갈 것이라는 점이다. 이러한 움직임은 곧 우리나라에서도 예고되고 있다.
미래의 친환경건축물이 에너지 생산형 건물로 변해간다고 하더라도 친환경 건축물의 기본원칙은 지켜져야 한다. 다시 한 번 강조하자면, 에너지를 절감해 가는 순서, 즉 자연형 방식으로 건물 부하를 최대한 낮추고, 부족한 에너지
수요는 풍력발전 시스템 등의 신재생 에너지원을 적용해야 한다는 점이다.

 

 

미래의 건축, 에너지와 관계없이 디자인할 수 있을까?

변화하는 건축시장의 요구에 맞추어 건축가들도 민첩하게 변해야 한다. 건축 미학만을 추구하며 전통적인 건축디자인 수법에도 충실해야 하나, 친환경건축 계획방법에 대해서도 꾸준히 학습해야 한다. 특히 요소기술에 대한 이해가 특정분야 엔지니어의 업무영역이 아니라 건축을 디자인하는 건축가의 역할이라는 점을 명심해야 할 것이며, 친환경 건축의 전문가로서 적극적으로 시장을 선도해 가야 한다.
국내에서는 신축보다는 리모델링에 대한 수요가 더 많을 것으로 예상하고 있다. 기존 건축물을 재사용하면서 친환경 건축의 의미도 살리고 자연에너지를 적극적으로 활용하면서 건물에너지 사용량도 크게 감소시키는 기후변화 대응형 건축물이 더욱 많이 구현될 것으로 기대한다. 이제 친환경 건축은 지속 가능한 미래사회를 위한 필수 사항이다.