SUSB ERC 친환경건축연구센터

친환경건축연구센터 (SUSB) 

친환경건축연구센터(Sustainable Building Research Center』는 2005년 6월 1일 교육과학기술부 한국연구재단으로부터 우수공학연구센터(ERC)로 선정되어 (1)자재절감 설계 기술, (2)에너지 절약 환경 기술, (3)폐기물 저감 시공 기술, (4)내구성 향상 유지관리 기술 등 건축생산 활동 전과정을 대상으로 분야별 목표를 설정하고 이를 통합하는 학제 간 연구를 수행하고 있다.

The research and development of sustainable building for the preservation of global environment are very important, and an immediate task to resolve - 친환경건축 연구센터 소장 신성우 한양대 교수

센터는 2005년 6월 교육과학기술부 한국연구재단으로부터 건축분야의 유일한 우수공학연구센터(ERC)로 선정됐다. 당시만해도 국내에서 에너지절약이나 CO₂감축 등은 '먼나라 얘기'였다. 그러니 건설자재에 내재된 에너지 및 건설 현장까지의 수송에너지, 건설 과정에 발생되는 CO₂등이 체크될리 없었다.

그러나 신 소장에 따르면 설계단계부터 불필요한 건축자재를 최소화하고 최적의 자재를 선택하면 건물의 내구연한도 40년에서 최대 80년까지 늘어나  CO₂배출량을 8% 감축할 수 있다. 센터는 이런 개념으로 지난 5년간 '친환경건축 환경부하 평가 프로그램(SUSB-LCA)'을 연구·개발했다.

SUSB-LCA는 건축물의 전 생애에 걸친 LCE(Life Cycle Energy), LCCO₂(Life Cycle CO₂), LCC(Life Cycle Cost)를 산출해 건축물의 환경 성능을 평가하는 프로그램이다. LCCO₂의 절감효과를 통합적이고 정량적으로 평가할 수 있다. 이 프로그램은 건축물 전 생애의 환경부하를 건설 단계, 사용·유지·관리 단계, 철거·해체 단계로 구분해 평가한다. 평가 대상 건축물에 사용되는 자재별 사용량과 운용기간 중에 소비하는 에너지량, 해체단계에서 발생하는 폐기물량을 입력해 건축물 전 생애에 걸친 LCE, LCCO₂, LCC를 산출하는 식이다.

SUSB-LCA는 건축물의 전 생애(건설단계, 운영·유지관리단계, 해체·폐기단계)에서 소비되는 에너지(Life Cycle Energy) 소비량과 이산화탄소(LC CO₂) 배출량을 정략적으로 평가하는 프로그램으로서 국내 최초로 개발됐다.

건설단계에서는 건축, 토목, 설비 공사의 공사 종류를 사용자 임의대로 추가 및 삭제할 수 있고 기존 공정 및 추가 공정에 사용된 건축자재도 자유롭게 선택 가능하다. 사용·유지단계에서는 냉·난방, 조명, 조리 등 건축물을 사용하는 동안 발생되는 에너지를 전력, 난방, 가스로 구분해 평가한다. 이때 수집된 에너지별 사용량을 프로그램 내에 입력하면 CO₂배출량을 산출할 수 있다.

철거·폐기단계는 수명이 다한 건축물을 철거·해체한 후 건설폐기물을 재활용 혹은 매립하기 위한 장소까지 운송하는 것을 포함한다.센터는 30층 공동주택을 대상으로 건축물의 탄생에서 폐기까지 발생되는 CO₂의 양을 평가를 통해 CO₂발생량(LCCO₂)을 38% 감소시켜 환경부하를 저감하고 삶의 질을 30% 향상시키는 것을 최종 목표로 한다.

신 소장은 "건축산업의 친환경적인 연구개발은 다른 산업분야에 비해 매우 낙후된 실정"이라며 "건축물 전 생애에 걸쳐 환경부하를 저감하고 거주환경성능 향상을 목표로 한 지속가능한 개발 위주의 패러다임으로 전환해야 한다"고 말했다. 그는 "기능 및 아름다움만을 추구하던 기존 건축물에서 벗어나 이제는 지구환경 보호를 강조하는 건축물을 지어야 한다"고 부연했다.

SUSB-LCA는 탄소중립도시를 구현하기 위한 기술로도 활용된다.

이 시스템은 건축물 전 생애의 환경부하를 건설 단계, 사용·유지관리 단계, 철거·해체 단계 등 3단계로 구분해 평가한다.

 

각 단계별로 세분화하면 건설단계는 건축자재의 생산, 운송, 건설현장 시공 단계로, 사용·유지관리단계는 건물의 사용과 유지관리 단계로, 철거·폐기 단계는  건물 철거와 철거된 폐기물의 폐기 단계 등 모두 7개의 세부 단계로 구분된다.

건설단계에서는 ▶사용할 건설자재의 원료 채취 및 생산 ▶ 생산된 다양한 건축자재의 건축현장으로의 운반 ▶건축물의 착공부터 준공 등에서 발생되는 에너지소비량과 CO₂배출량을 산출한다.

사용·유지단계에서는 ▶건축물 수명 내에 소비되는 에너지 발생원을 전력, 난방, 가스 에너지로 구분 ▶건축물 수명기간 전제로 자재의 열화 또는 파손, 훼손에 의한 수선 및 교체되는 물량과 수선·교체공사에 사용되는 유류 및 전력 사용량을 통해 평가한다.

철거·폐기단계에서는 ▶수명이 다한 건축물의 철거·해체 ▶건설폐기물의 처리를 위한 운송비 통해 결과를 도출한다.^[각주:1]

센터는 지난해부터 국내 최초 '탄소중립도시'로 건설되는 충남 연기군 행정중심복합도시(이하 행복도시)의 CO₂감축을 위한 연구를 수행했다. 2030년 완공 예정인 행복도시의 CO₂배출량은 1990년 대비 70% 이상 감축될 예정이다. 

탄소중립도시 감축연구는 CO₂감축과 상쇄 등 크게 두 축으로 나눠 진행됐다. 감축부문은 도시계획, 도시건설, 건축물, 에너지, 교통부문 등이고 상쇄부문은 수목습지 및 하천변 수립대로 부문이다.  그 결과 행복도시의 2030년 CO₂배출량은 모두 95만톤으로 산정됐다. 이는 1990년 대비 72%, 2005년 대비 83%, 온실가스 배출전망(BAU) 대비 90% 수준이다. 행복도시 1단계 개발사업인 '첫마을(주거단지)'은 이미 친환경성능 평가를 마치고 시공 중이다.

신 소장은 "이번 전략 수립과정에서 사용한 방법론과 CO₂감축량 산정방법은 앞으로 유사한 연구를 수행하는데 도움이 될 것"이라며 "건축물의 건설 뿐만 아니라 도시개발과정에서 온실가스 배출을 최소화할 수 있는 기초 정보로도 활용될 수 있다"고 말했다.

센터는 지난해 12월 롯데건설과 '목적지향형 건축물 전 생애 환경부하 프로그램(LCCO₂)' 공동 개발에 관한 협약을 체결하고 본격적인 온실가스 감축기술 개발에 착수했다. 이 프로젝트가 완료되면 롯데건설이 계획·시공하는 초고층건축물, 공동주택, 일반건축물 등에 이 프로그램이 적용될 예정이다.

센터는 범위를 넓혀 대규모 단지·도시레벨의 환경부하 평가 프로그램(SUSB-UC)을 개발하고 있다. 현재 마무리 단계에 있어 다음달 중순 윤곽이 드러날 예정이다. 프로그램이 완성되면 대단위 공사에서 유용하게 활용될 것으로 보인다. 

또 환경기술과 첨단 건축기술을 융합해 세계 수준의 친환경 초고층건축물을 짓도록 유도하는 것도 센터의 몫이다. 현재 영국, 프랑스와 초고층건축물 환경성능평가 프로그램(SBTool-Supertall version)을 공동연구하고 있다. 신 소장은 "현행 친환경건축물 관련 기준법은 35층 이하만 적용되기 때문에 50층 이상의 건물에는 맞지 않다"며 "친환경 초고층건축물을 실현하기 위해서는 법적 보완이 필수"라고 지적했다. 

그는 "국내는 자재 및 건설과정 등 모든 행위의 CO₂발생에 대한 환경부하 인벤토리가 부족하다. 이를 미래지향적으로 바꿔야 한다"면서 "아직은 친환경건축 환경부하 평가 프로그램(SUSB-LCA) 활성화가 한계가 있다"고 아쉬워했다.^[각주:2] 

친환경 건축 기술이란?

친환경건축 기술이란 건축물의 Life Cycle을 통하여 투입되는 자원 및 에너지를 절약 하고, 폐기물을 재활용하며, 구조물의 내구성을 증대하는 기술을 고층 건축물에 적용하여 지구환경과 조화하면서도 인간생활의 질을 최적상태로 지속시키는 미래지향적 순환형 첨단 건축기술을 말한다.

‘친환경 풍환경 실험관’

건물 자체가 첨단 연구시설이다. 연면적 1128.38㎡, 지상 3층 규모의 철골조 건물로, 자연환기를 적극 활용할 수 있는 이중외피시스템을 채택한 '친환경 풍환경 실험관' 이다. 본교와 건축계의 지원으로 완공된 실험관은 3층 규모로 건물 자체를 초고층 건물 실험대상으로 활용한다. 1층과 2층에서 주로 실험이 이뤄지고 3층은 사무실로 사용되고 있다. 실험관에서는 바람에 의한 기류확산, 풍압 및 풍력실험이 진행된다. 특히 측정부가 3m×2m인 폐쇄형 대형 경계층 풍동시설을 이용해 초고층이나 대공간 등 대형건축물의 풍압, 풍력, 풍진동에 대한 연구가 이뤄진다. 넓은 지역의 풍환경 실험이 가능한 것이 특징이다. 

 건물 곳곳이 친환경적 에너지 절약 시스템으로 무장되어 있다. 우선 건물 외벽을 이중 창문처럼 두 겹으로 만들어 계절의 변화에 따른 자연환기를 적극적으로 활용할 수 있도록 했다. 이는 ‘이중외피 시스템’으로 두 외벽 사이에 공기층을 만드는 것이다. 이 시스템은 내부로 들어가는 공기와 외부로 나오는 공기가 섞이지 않도록 공기의 입출 통로를 각각 대각선 방향에 위치시킨다. 자연스럽게 자연환기가 유도되어 불필요한 에너지 사용을 막게 되는 것이다.

^[각주:3]

또한 태양열을 이용하여 전력을 발생시키는 태양열 집열판 시스템을 마련했다. 2.6㎡의 집열기 1장은 5,000~7,000㎉의 열량, 경유 1~1.2ℓ 상당, 약 150ℓ의 온수를 생산할 수 있을 정도의 경제성을 가지고 있다. 태양열 에너지 시스템은 유리 알미늄 등으로 구성되어 수명이 길고, 무공해 무제한 에너지원을 사용하며, 저가의 유지보수비 등 많은 장점을 가지고 있다. 또한 자연상태의 무공해 에너지원인 바람의 힘을 이용한 풍력발전 기술도 도입됐다. 풍력발전은 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 사용해 친환경적이며, 현재 대체에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원이다.

특히 이 실험관은 풍동실험실을 갖추고 있어 관련 실험을 진행해 친환경적인 초고층 건축 시공기술 연구를 진행할 계획이다. 여기서 이뤄지는 풍동실험은 풍압실험, 풍력실험, 풍진동 실험, 풍환경실험, 대기환경시뮬레이션 등이다. 풍압실험은 건축물 외장재의 풍하중을 평가하는 것이며, 풍력실험은 건축물 전체에 사용하는 풍하중을 평가하여 구조체의 주축에 대한 비틀림 등을 알아보는 실험이다. 풍진동실험은 초고층건축물, 타워 등 바람에 의해 진동하기 쉬운 구조물에서 발생되는 풍력, 진동특성, 공력안전성을 평가한다. 풍환경실험은 특수한 지형 등 주변환경에 의한 바람의 흐름 및 증감 상태를 파악하는 것이며, 대기환경시뮬레이션은 오염물질이 바람에 의해 확산되어 주위환경에 미치는 영향을 평가하는 실험이다.

대형 풍환경 실험기기를 갖춘 첨단 실험관을 갖추게 된 친환경건축연구센터 소장 신 교수는 “21세기 건설업계의 화두는 지속가능한 개발”이라며 이를 위한 “성장 동력은 친환경 건축기술”이라고 말했다. 그는 이러한 시대적 사명에 발 맞춰 “친환경건축 기술을 혁신하는 역할을 수행하고자 한다”며 “학계 뿐 아니라 건설업계 전반에 의미 깊은 지원시설이 되도록 최선을 다할 것”이라고 말했다.^[각주:4]

신성우(공학대·건축) 교수는 작년 ‘지속가능한 초고층 건축물 구법 시스템’을 개발해 상용화시킨 공로를 인정받아 ‘2007 대한민국 국회과학기술대상 올해의 과학 기술인’, ‘대한민국 대표 공학자 30인’으로 선정됐다. ‘지속가능한 초고층 건축 구법’은 최첨단 도시형 복합용도 건축물의 내구 수명을 100년 이상 지속 시키는 친환경 초고층 건축 핵심 기술이다. ‘초고강도 콘크리트’, ‘초고층 구조 시스템’, ‘초고층 공사기간 단축을 위한 건축 구법’ 등을 포함하며 도곡동 타워팰리스, 삼성동 현대아이파크 등 국내 대표적인 초고층 건물에 적용되고 있는 실정이다.^[각주:5]

관련 학과

한양대학교 ERICA 건축학부 건축공학과

한양대학교 ERICA 건축학부 건축학과

한양대학교 ERICA 기계공학과

한양대학교 서울캠퍼스 건축학부

한양대학교 서울캠퍼스 건축공학부

아주대 환경도시공학부

한밭대학교 건축공학과

안동대학교 건축공학과

성균관대학교 건축공학과

연세대학교 건축공학과

고려대학교 건축공학과

2013. 05. 23 작성

2013. 05. 31 수정

1. http://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=34383 [본문으로]
2. http://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=36477 [본문으로]
3. http://www.vmspace.com/ 월간space 2007년 9월(478) [본문으로]
4. http://www.hanyang.ac.kr/controller/weeklyView.jsp?file=/top_news/2007/074/campus1.html [본문으로]
5. http://www.hanyang.ac.kr/si_programe/hanyang/weekly/user/file_view.jsp?filePath=/top_news/2008/064/cover.html [본문으로]