[지식정보] 건물 Net Zero 달성을 위한 5가지 지속 가능한 디자인 요소

일반적으로 오래된 건물이던 새로 짓는 건물이던 원하는 지속 가능성 목표에 맞게 건축되거나 업그레이드되기 위해 다섯 가지 주요 요소가 중요하다. ① 신중한 입지 선택 ② 건설 방법에 대한 엄격한 통제 ③ 고성능 건물 외벽의 디자인과 배치 ④ 패시브 디자인 원칙의 채택 ⑤ 청정 에너지 및 고성능 냉난방 기계 시스템 설치 등이다. 건물 Net Zero 달성을 위한 이들 5가지 지속 가능한 디자인 요소에 대해 최근 ULI 자료를 통해 알아보자.

자료:

https://urbanland.uli.org/sustainability/achieving-net-zero-five-sustainable-design-elements-for-old-and-new-buildings/?utm_source=realmagnet&utm_medium=email&utm_campaign=HQ%20Urban%20Land%2006%2E26%2E2023

델코지식정보

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세계의 도시들은 글로벌 코로나19 대유행의 그늘에서 벗어나, 성장과 번영을 위해 다시 초점을 맞추고 있다. 그러면서 진정한 번영을 확보하기 위해, 도시 내 모든 영역에서 지속 가능성을 추구해야 한다는 시민 지도자들 사이의 이해가 그 어느 때보다 커졌다. 지속 가능성은 깊이 있고 전체적으로 구조화되어 있으며 흔들리지 않는 헌신이 필요한 책임 영역이 되었다. 그래서 지속 가능성은 도시의 건축 환경에서 더욱 사실적으로 반영되고 있다.

Arcadis Sustainable Cities Index 보고서의 최신판에 따르면, 지속 가능성에 대한 약속을 실행하기 위해 총체적인 접근 방식을 취하는 도시들은 저렴한 주택 공급, 순 제로 인프라와 교통 구축, 대기 오염 축소 등에 노력하고 있다. 이들 참여 도시는 변화가 가장 필요한 곳이면서, 가장 많은 변화가 가능한 곳이라는 이해를 바탕으로 행동을 한다.

전 세계 도심에서 야심 찬 순 제로 탄소 목표를 달성하려면 전체 도시 접근 방식을 취해야 한다. 즉 도시 기획자, 설계자, 건축업자 등은 인프라 및 대중교통 지향 개발, 지속 가능성 등을 전체적으로 반영하자는 방식이다. 이는 지속 가능성 요구 사항을 해결하고, 지역 사회 수준에서 형평성과 사회 정의를 지원하는 데 중요한 도움을 준다.

모든 도시에서 인프라 영역을 포함하여 에너지 소비를 줄이고 저탄소 자재를 사용하는 것이 우선순위가 되어야 한다. 여기에서 인프라는 자재의 순환적 사용과 노후화된 인프라 개보수를 통해 큰 가치를 제공하는 인프라를 의미한다.

실제로 이 분야에서 지자체와 행정당국은 인프라를 뛰어넘어, 다른 분야로 이전 가능한 효과적인 자산의 수명 주기 관리 및 유지보수 프로그램을 구현할 수 있다. 이를 통해 건물 부문의 탄소 영향을 완화하는 데 핵심적인 리더십 역할을 할 수 있다.

대응형 디자인 Responsive Design

기후 대응 디자인(climate-responsive design)을 활용해야 한다.

관련 웹은 https://www.climate-design.org/ 있다.

기획자와 건축가는 이 디자인 방식을 신축 건물과 도시 대부분을 차지하는 기존 건물들에 대해 동등하게 다뤄야 한다. 이러한 목적에 유용한 도구를 사용하여, 건축가는 상황에 맞는 건물 규모에서 기후 조건을 다루는 설계 전략을 식별해야 한다.

또한 Arcadis 설계회사에서 개발한 앱인 ClimateScout는 전 세계적으로 사용 가능한 무료 오픈 소스 소프트웨어다(https://www.callisonrtkl.com/climate-scout-intro/).

ULI가 제안하는 기후 대응 디자인 5가지 요소

ULI는 일반적으로 건물이 원하는 지속 가능성 목표에 맞게 건축되거나 업그레이드되기 위해 다음의 다섯 가지 주요 요소를 제안하고 있다.

① 신중한 입지 선택

② 건설 방법에 대한 엄격한 통제

③ 고성능 건물 외벽의 디자인과 배치

④ 패시브 디자인 원칙의 채택

⑤ 청정에너지 및 고성능 냉난방 기계 시스템 설치

① 신중한 부지 선택

신중한 부지 선정, 특히 대중교통을 지원하는 빈 땅 인필 부지를 고려하는 것이다. 사실 도시 계획 및 건축 설계 업계에서 가장 큰 오해 중 하나는 신축이 개보수보다 더 지속 가능하다는 생각이다. 이와는 반대로 기존의 건물과 인프라가 오히려 탄소 절감 효과를 활용할 수 있는 구체화된 탄소 절감량이 상당하기에 그린필드 부지보다 본질적으로 더 지속가능하다.

디트로이트와 클리블랜드시 사례를 보면, 과거 산업지대에서 복합용도 커뮤니티로 전환된 사례가 있다. 이는 도심 재개발 사례로 경제적으로 활기차고 사회적으로 탄탄하며 대중교통이 잘 갖춰진 복합용도 커뮤니티로 급격하게 변모하였다. 디트로이트와 클리블랜드에서 가장 큰 상업용 부동산 소유회사 중 하나인 Bedrock 회사는 한때 버려졌던 워터프론트 지역을 작지만, 일련의 지속 가능한 지역으로 재개발하는 데 중요한 역할을 하고 있다.

재개발 계획에 대해 Arcadis와 긴밀히 협력하고 있는 Bedrock은 향후 15~20년 동안 15개의 워터프론트 지역을 조성한다는 비전을 갖고 있다. 이 지역은 각각 식료품점, 카페, 공원과 같은 편의시설과 밀접하게 연결된 복합 주거, 상업 및 인프라 개발의 최적 조합을 제공할 예정이다. 이러한 계획의 핵심은 대부분 부동산에서 청정 에너지원을 사용하고, 향후 10년간 각 지역의 개보수된 역사적 건물의 탄소 발자국을 50%, 신축 건물의 탄소 발자국을 100% 줄이겠다는 Bedrock의 약속이다.

② 건설 공법 Construction Methods

건축 방법에 대한 엄격한 통제는 지속가능하고 현지에서 조달된 건축 자재, 더 이상적으로는 빠르게 재생 가능한 자원을 사용해야 한다는 요건을 수반해야 한다.

이러한 초점은 저탄소 자재로 확대된다. 건축 자재의 탄소 배출은 원자재 공급부터 제작, 운송, 시공, 유지보수 및 수리, 해체, 철거, 폐기물 처리 및 폐기 등에 이르기까지 모든 단계에서 발생할 수 있다. 그러나 이러한 탄소 배출량은 전문 소프트웨어를 사용하여 설계 옵션을 비교 분석함으로써 정량화하고 줄일 수 있다.

이러한 맥락에서 목재를 사용하는 매스 팀버 같이 탄소 배출량이 적고 탄소를 격리할 수 있는 재생 가능한 소재를 사용하는 것이 중요하다. 동시에 탄소 배출 제로에 도달하기 위해 설계자는 건물의 전체 수명 주기 동안 구현된 배출량과 운영 배출량을 모두 고려하는 World Green Building Council에서 제시하는 전 생애 탄소 비전(Life Carbon Vision)을 준수하기 위해 빠르게 움직여야 한다.

재료의 내구성은 여러 세대에 걸쳐 지속될 것으로 예상되는 건축물을 지을 때 매우 중요한 고려 사항 중 하나다. 설계자가 어떤 선택을 하느냐에 따라 건축물에 내장된 탄소 배출량(최대 80%까지)이 훨씬 더 오랜 기간에 걸쳐 분산될 수 있다. 요컨대, 우리는 더 쉽게 개조하고 개조할 수 있는 내구성 있는 건물 구조를 설계해야 한다.

③ 건물 외벽 Building Envelopes

고성능 건물 외벽을 설계하고 배치해야 하며 필요할 때 밀폐되고 단열재가 있어야 한다. 이는 이상적으로는 에너지 생성에 기여한다.

오늘날 개조가 필요한 대부분 건물은 60년 이상 되었다. 때문에 더 나은 고성능 건물 외벽을 만드는 것이 에너지 사용과 환경에 대한 누적 악영향을 줄이는 열쇠가 된다.

Arcadis가 이러한 요구를 해결하기 위해 수행한 작업의 대표적인 예는 마드리드에 있는 30년 된 사무실 건물인 Castellana 66이다. 음향, 에너지 효율성 및 탄소 배출에 대한 현재 건물 표준으로 업그레이드가 절실히 필요했다. 개조에 중점을 두고 통합 광전지(integrated photovoltaics)를 통해 에너지를 생성하고 연간 100미터톤 이상의 이산화탄소를 절약했다. 동시에 건물에 포함된 9,000미터톤을 유지하는 고성능 외부 외관을 설계하여 건물의 운영 탄소 발자국을 극적으로 줄였다.

파사드 디자인은 또한 용도, 부피, 높이, 점유 및 건축 가능성의 도시 매개변수를 완전히 충족하며 건물은 적절한 건축 시스템, 재료 및 마감으로 주변 환경과 통합된다.

④ 패시브 디자인 Passive Design

패시브 디자인 원칙을 최대한 활용해야 한다. 패시브 설계는 주로 자연 현상에 의해 구동되는 실내 냉난방 시스템을 만드는 데 중점을 둔다. 공간 냉방을 위한 기존의 태양열 난방, 환기 및 냉방(HVAC) 시스템은 건물 안팎으로 유체와 공기를 이동하기 위해 전동식 기계 부품을 사용하기 때문에 적극적 능동적인 것으로 간주한다. 반면 수동적 패시브 설계 건물은 같은 효과를 내면서도 기존 에너지원을 거의 사용하지 않거나 아예 사용하지 않는다.

건물의 재사용/개조는 사실상 항상 신축보다 환경에 미치는 영향이 적다. 때문에, 패시브 설계 및 재생 건물 원칙은 새로운 건축물을 계획할 때 언제든 적용할 수 있는 것이 이상적이다. 실제로 개보수를 통해 얻을 수 있는 장기적인 경제 및 탄소 절감 효과는 상당할 수 있다. 건물 재생 접근 방식은 사회 통합, 커뮤니티 회복력, 전반적인 환경 지속 가능성 등을 촉진하는 데 중요한 역할을 할 수 있다.

Castellana 66과 같은 신축 또는 개보수 프로젝트의 경우 건물 설계는 고성능의 지속 가능한 운영을 위한 중요한 첫 단계로서 지역 기후 조건에 대응해야 한다. 본질적으로, 건물은 대지에 가볍게 닿고, 생태계에 미치는 부정적인 영향은 최소화하고, 긍정적인 영향은 극대화하도록 설계되어야 한다.

캐나다 브리티시 컬럼비아주 밴쿠버의 Pacific Street에 있는 Artist Hub는 지역 사회의 성격과 고유한 요구 사항을 반영한 신축 패시브 디자인 프로젝트의 훌륭한 예다. 밴쿠버의 최신 유행 지역인 예일타운 바로 외곽에 위치한 이 7층, 1,950㎡ 규모의 이 건물은 탄소 배출이 거의 없는 전기에너지 시설이다. 이 도시에서 절실히 필요한 갤러리 공간, 저렴한 제작 스튜디오, 비영리 예술 단체를 위한 사무 공간을 제공하고 있다. 전기 공기열원 히트펌프를 장착하여 가정용 온수를 효율적으로 공급하고 겨울에는 난방, 여름에는 냉방을 제공하며 기타 여러 패시브 하우스 설계 원칙을 준수한다. 수상 경력에 빛나는 이 건물은 실시간 에너지 사용 데이터를 제공하여 이 지역의 미래 지속 가능한 도시 건물 개발에 정보를 제공한다.

⑤ 청정 에너지, 고성능 HVAC(난방·환기·공기 조절) 시스템

대부분의 기후에서는 패시브 전략만으로는 건물을 냉난방할 수 없기에, 패시브와 냉난방을 위한 기계 시스템을 통합해야 하는 경우가 많다. 기계 시스템을 사용하는 것이 불가피한 경우도 많지만, 가능하면 고성능 기계 시스템과 고성능 외벽을 결합하여 건물을 최대한 효율적으로 설계하는 것이 중요하다. 특히 전기 히트펌프나 지역 에너지와 같은 청정에너지 플랫폼으로 운영되는 건물은 순 제로 목표를 달성하는 데 매우 긍정적이고 효과적인 기여를 할 수 있기에 더욱 그러하다.

안타깝게도 아직 모든 곳에 100% 전기 시스템이 적합한 것은 아니다. 추운 지역에서는 전력 소비가 급증하여 에너지 경제성에 우려를 불러일으킬 수 있다. 건물이 여전히 화석 연료 전력망으로 운영되는 추운 지역은 궁극적으로 최신 천연가스 보일러를 사용하는 건물보다 더 많은 화석 연료를 연소시키고 온실가스 배출을 증가시킬 수 있다.

따라서 어떤 유형의 시스템을 어떤 조건에서 사용해야 하는지에 대한 분석과 결정은 총체적으로 수행되어야 한다. 여기서 지속 가능한 건물 설계 선택을 위한 특별한 관점이 필요하다. 이를 통해 에너지 소비를 줄이고 궁극적으로 자연 환경과 건축 환경 모두에 긍정적인 재생 인풋 기회를 제공할 수 있다.

영국 Neath에 위치한 Bay Technology Centre는 운영 에너지 성능을 자급자족할 수 있는 자급자족형 에너지 플러스 액티브 빌딩이다. 이 빌딩은 자체적인 통합 재생 에너지 발전 및 저장 시스템, 밀폐된 건물 외벽, 냉난방에 재생 에너지 및 저탄소 기술 사용 등을 한다. 이 기술 센터의 설계 팀은 Building Research Establishment Environmental Assessment Method (BREEAM)에서 우수 등급을 획득했다. 별도의 Energy Credit 01에서는 거의 전례가 없는 100%의 점수도 받았다. 이 에너지 등급 시스템은 에너지 성능, 운영 에너지 예측, 순 규제 탄소 제로 초과, 탄소 네거티브, 입주 후 평가하는 시스템이다.

결론

프로젝트가 신축이든 개조이든 관계없이 도시 프로젝트 기획자와 설계자는 자연의 힘을 포용, 환경과의 통합 촉진, 재생 불가능한 자원 소비 감소, 폐기물 최소화 등 전체적인 관점에서 정보를 얻어야 한다. 그러면서 탄소 제로 및 재생 건물 경관을 창출해 나가야 한다.

탄소 발자국을 줄이고, 자연환경으로부터 손상을 방지하고, 모두의 삶의 질을 개선하고, 디자인 한계를 뛰어넘는 것이 중요하다.

사실 우리는 사람들이 현재와 미래에 살고 번영하며 성장할 수 있도록 영감을 주고, 동기를 부여하고, 지원하는 장소로서, 건축물을 만들어야 한다. 이것이 지속 가능성이다.