황토타일 인정서
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21세기 환경과 생태건축기술
21세기 환경과 생태건축기술 ,, 글: 이 승 복 / Leigh, Seung-Bok Technology of Ecological Building for Sustainable Environment in the 21st Century 1. 건축과 환경 건축의 여러가지 기능 중 환경조절 기능은 매우 중요하다. 건축을 "인간의 생활을 담기 위한 그릇"이라고 비유한 것처럼 건축은 고유한 사용목적에 따라 인간이 최선의 활동을 할 수 있도록 쾌적한 환경조건을 제공해야 한다. 건축은 이러한 목적으로 피신처(shelter)의 개념에서부터 시작되었으며, 극심한 기후조건으로부터의 보호가 주목적이었다. 그 대표적인 예가 에스키모의 이글루다. 추운 외기조건에 대응하기 위하여 열손실을 최소화하기 위한 반구형의 밀집한 형태로 외피면적을 최소화하였다. 고온건조한 지역에서는 뜨거운 태양열을 차단하기 위한 차양장치가 필수적이었으며, 열용량이 큰 재료로 건물을 지음으로써 지연효과에 의한 열적 충격을 완화하려는 시도를 엿볼 수 있다. 고온다습한 지역에서는 바람에 의한 냉각효과를 얻기 위하여 건물내로 바람이 자유롭게 통풍될 수 있도록 건물들이 충분한 간격을 두고 배치되어 있으며, 온화한 기후지역에서는 보다 다양하고 자유로운 건축 양상을 띄고 있다. 이처럼 과거의 건축은 자연과 조화를 이루며 주위의 환경조건에 철저히 순응함으로써 독특한 건축양식으로 발전하였다. 산업혁명 이후 에너지를 사용하여 기계적인 수단에 의한 환경조절시스템이 등장함으로써 토속건축에서 볼 수 있었던 독특한 지역성은 사라지게 되고, 자유로운 건축형태가 어디에서나 나타나게 되었다. 이러한 경향은 2차대전 이후 건물의 대형화, 도시화 등에 따라 더욱 두드러져 1973년 제1차 유류 파동을 겪기까지 건물의 에너지에 대한 의존도는 높아만 갔다. 에너지 파동 이후 건물에너지 절약을 위한 노력은 다각적으로 진행되었으며, 에너지 효율면에서 경쟁력이 없는 건물은 에너지에 대한 경제적 부담이 커지게 되었다. 건축분야에서의 에너지 절약을 위한 노력은 크게 두 가지로 요약해 볼 수 있다. 하나는 자연환경조건에 최대한 순응하도록 건축물을 설계함으로써 자연적인 방법에 의한 부하의 경감을 꾀하려는 소위 '자연형 건축설계(passive design)'개념의 정립이고, 다른 하나는 에너지 가격의 상승으로 인해 경쟁력이 떨어진 건물의 에너지 효율을 높이기 위한 '건물에너지 개수(energy retrofit)'가 경제적으로 타당성이 있는 것으로 평가됨으로써 기존 건물에 대한 에너지 절약 노력이 활성화 된 점이다. 그 후, 80년대 중반에 들어서면서 에너지 공급 및 가격이 안정됨에 따라 에너지 절약에 대한 관심과 노력이 줄어들었으나 90년대에 들어서서 지구환경에 대한 관심이 새롭게 고조되면서 환경문제가 직접적으로 에너지 문제와 연계되어 있음을 인식하기 시작하였다. 오늘날 건축분야에서의 에너지 사용이 전체 에너지 사용의 약 3분의 1에 해당됨을 감안할 때, 지속가능한 환경을 구현하기 위해서는 건물의 에너지 효율을 향상시킴으로써 환경오염의 주요 원인이 되고 있는 화석연료의 사용을 최소화하려는 노력이 절실히 요구된다. 다음의 〔그림 1〕 및 〔그림 2〕에서는 에너지원별 소비형태의 변화 및 이에 따른 대기 중 CO2 농도 변화와 평균기온의 변화에 대한 예측을 보여주고 있다. [그림 1] 에너지원별 소비형태 예측 [그림 2] 에너지 소비형태 변화에 따른 CO2 농도 및 기온 변화 예측 이러한 상황 속에서 최근 건축분야에서도 생태학적 개념이 도입되면서 오늘날 인류가 직면하고 있는 환경의 위기상황에 대처하기 위한 하나의 대안으로서 '생태건축(ecological architecture)'에 대한 관심이 고조되고 있다. 반면에, 생태건축을 구현하기 위하여 실제로 건축물이 어떻게 설계되어야 하는가에 대해서는 아직 구체적인 논의가 별로 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 따라서, 여기에서는 생태건축의 개념, 이를 구현할 수 있는 다양한 건축기술, 그리고 자연에너지의 건축적 활용 방안 등에 대하여 고찰해 봄으로써 미래의 건축이 나아갈 방향을 제시하고자 한다. 2. 생태건축의 개념 '생태건축'이라는 용어는 1979년 독일의 P. Krushe가 연방 환경부에 제출한 연구보고서의 제목을 결정하는 과정에서 자연과 인간의 상호관계 및 생태계를 고려한 다양한 건축적 시도와 개념들을 종합하여 '생태건축(Okokogishes Bauen)'이라 명명함으로써 처음으로 사용되었다. 생태건축의 개념을 간략히 도식화해 보면 〔그림 3에서 보는 바와 같이 정리할 수 있다., [그림 3] 생태건축의 개념 여기서, 재활용(recycle)이란 물질적 순환이 가능한 건축재료의 사용을 의미한다. 가령, 자연으로부터 얻어지는 흙과 같은 재료는 건축재료로서 수명을 다한 후 분해되어 다시 자연으로 돌아감으로써 환경에 대한 부담을 전혀 주지 않는다. 그 밖에도, 목재나 플라스틱 재료 등의 재처리 및 재활용을 들 수 있다. 재사용(reuse)이란 건축부품을 조립·해체함으로써 다시 사용하는 것이다. 조립화를 위한 건축설계는 유럽 및 북미 지역에서 100년 이상의 성공적인 역사를 가지고 있으며, 오늘날 지속가능한 건축이 중요한 이슈로 등장함으로써 부품으로부터 조립하여 건축물을 생산하는 방식은 해체를 통한 재사용의 가능성으로 인해서 다시금 관심의 대상이 되고 있다. 재생가능성(renewable)이란 화석연료의 사용을 자제하고, 최대한 자연에너지의 사용을 장려하는 것이다. 화석연료는 매장량의 한계를 드러내고 있을 뿐 아니라 더욱 중요한 것은 CO2 배출의 주범이기 때문에 지구온난화에 막대한 영향을 미치고 있다. 따라서, 청정 에너지인 자연에너지의 사용은 미래의 필수불가결한 선택이며, 이를 위한 건축적 노력이 다방면에서 진행되어야 할 것이다. 3. 통합적 접근의 필요성 미래의 건축은 생태적 순환 속에서 상호작용과 연관성을 고려하여 추진되어야 한다. 외부환경 조건의 변화, 이러한 변화에 대응하는 건물외피의 역할, 그리고 거주자의 건강과 쾌적을 제공하기 위한 다양한 기술적 요소들 사이의 상호연관성을 토대로 최적설계가 이루어져야 한다. 이와 같이, 최적설계를 통하여 최상의 에너지 효율로서 쾌적한 실내환경을 제공하려면, 〔그림 4〕에서 보는 바와 같이, 건축디자인, 설비시스템, 그리고 실내·외의 환경조건 변화에 따라 건축 및 설비시스템을 통합적으로 조절할 수 있는 제어시스템의 상호연관성이 철저히 검토되어야 한다. '건축디자인'이란 자연환경에 순응하고 자연에너지의 적극적 활용을 위한 건축계획적 요소를 의미하며, '설비시스템'이란 열펌프, 빙축열, 열병합 발전 등과 같이 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 기술적 고려를 의미하고, '제어시스템'이란 이러한 건축 및 설비의 통합적 운영을 위한 제어를 목적으로 구성되는 하드웨어 및 소프트웨어를 의미한다. 여기서, 에너지 효율적인 건축이라 함은 설계의 질적 향상을 위한 필수적인 요건일 뿐만 아니라 궁극적으로 건물의 에너지 소비를 최소화하기 위하여 상황에 따라 자연에너지를 적극 수용 혹은 적극 배제함으로써 환경조건에 반응하는 건축을 의미한다. 이를 위해서는 무엇보다도 건축설계의 개념을 설정하기 위한 초기 단계에서부터 건축가와 엔지니어의 협력이 절실히 필요하다. [그림 4] 통합적 접근의 필요성 4. 생태건축기술 다음은 생태건축을 구현하기 위한 건축기술과 현대건축에 적용되었던 다양한 사례들을 소개함으로써 생태건축기술에 대한 이해를 돕고자 한다. 4.1 자연환기 환기는 인간의 쾌적성에 중요한 작용을 한다. 인체의 발열을 도울 뿐 아니라 실내의 수분을 제거하고, 증발냉각을 도모하며, 이산화탄소, 박테리아와 같은 오염물질이 축적되는 것을 막아 준다. 자연환기는 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 바람에 의한 환기와 굴뚝효과에 의한 환기이다. 바람에 의한 환기는 압력차에 따른 공기의 흐름을 이용하는 것으로 0.25 m/s 이하의 공기는 사람이 느끼지 못하며, 0.25 m/s ∼ 0.5 m/s 기류속도에서 가장 쾌적함을 느끼게 된다. 굴뚝효과에 의한 환기는 건물의 실내·외 온도차에 의해 비중이 낮아진 공기의 부양력(buoyancy)에 의해 발생한다. 자연환기를 적극적으로 건축에 도입한 첫번째 사례로는 독일의 Hamburg에 있는 Tchibo Holding AG 빌딩을 들 수 있다. 이 지역의 주 풍향인 서쪽에서 바람이 불어 올 경우의 환기효과를 풍동실험(wind tunnel test)을 통하여 분석한 결과 〔그림 5〕와 같은 자연환기의 가능성을 보이고 있다. 〔그림 6〕에서는 Tchibo Holding AG 건물의 중정 상층부와 각 사무공간의 실내 모습을 보여주고 있는 데 왼쪽 그림에서는 각 사무공간으로부터 중정부분으로 공기를 유입한 후 상부로 배출시키기 위한 자연환기의 개념을 볼 수 있으며, 지붕을 개폐할 수 있도록 설계함으로써 외기의 상태에 따라 기류조절이 가능하도록 계획하였다. 또한, 오른쪽 그림에서는 외기에 면한 사무공간의 상부창과 하부창을 두어 외부의 바람이 온화할 경우 하부창을 통하여 외기를 직접 유입할 수 있으며, 외부의 바람이 강하게 불 경우에는 상부창을 통하여 바람을 유입한 후 천장에 설치된 구조물에 의해 기류를 조절할 수 있도록 세심하게 배려하고 있음을 볼 수 있다. [그림 5] Tchibo Holding AG , [그림 6] Tchibo Holding AG in Hamburg 4.2 축열냉각 건물의 열용량과 구조체의 적절한 계획은 생태건축의 중요한 고려사항이다. 건물 구조체의 열용량은 냉방부하를 줄이고, 온도의 변화폭을 최소화함으로써 안정적인 실내환경을 유지하는데 결정적으로 기여한다. 구조체의 열용량이 클수록 지연효과가 길어지고 실내기온의 변화폭이 감소하며, 여름철 야간통풍을 병행할 경우 실내기온이 약 2K∼6K 정도 추가로 낮아짐으로써 냉방부하를 줄이는 데 매우 효과적인 수단으로 평가되고 있다. 이처럼 축열과 야간통풍냉각을 통하여 냉방부하를 줄임으로써 공조시스템에 대한 초기투자 비용의 감소는 물론 에너지 비용을 최소화하려는 노력이 적극적으로 시도되고 있다. 이러한 축열효과를 이용한 사례로는 Luxemburg에 소재한 European Investment Bank 건물을 들 수 있는 데 다음의 〔그림 7〕에서는 야간통풍냉각에 의하여 구조체의 열을 제거하기 위한 목적으로 바닥 슬라브에 설치된 통풍구(hollow core)의 단면을 보여주고 있다. 또한,〔그림 8〕에서는 구조체의 축열효과와 야간통풍냉각을 실시함으로써 여름철 냉방시스템을 가동하지 않으면서도 자연적인 수단에 의해 실내기온이 28℃ 이하로 유지될 수 있음을 보여주고 있다. [그림 7] 바닥 슬라브 통풍구(hollowcore) 단면, [그림 8] 축열효과 및 야간통풍냉각에 의한 실기온의변화 4.3 건물의 외피구조 건물의 외피구조는 건물의 외관을 결정할 뿐 아니라 반드시 해결되어야 하는 다양한 기능을 내포하고 있다. 건물의 외피는 일사유입, 열손실/열획득, 외기의 유입이나 풍압계수 분포, 그리고 에너지 보전의 측면에서도 중요한 역할을 한다. 새로운 개념의 외피구조 사례는 1993년 Stuttgart International Garden Exhibition에서 찾아볼 수 있다. 이 프로젝트의 목표는 태양열의 최적한 이용 및 자연채광을 적극 도입하기 위한 남측 입면의 개념을 정립하고, 이를 실현함으로써 계절변화에 따른 실내환경조절의 요구에 부응할 수 있는 건물외피를 요구하고 있다. 〔그림 9〕에서는 건물의 전경과 계절별 일사조절의 개념을 보여주고 있는 데 남동측 16°방향의 Winter Garden 과 50°의 경사를 가진 집열창 구조를 취함으로써 기후조건의 변화에 따라 열적 평형을 유지할 수 있도록 다양한 종류의 차양장치를 갖추고 있다. 또한, 〔그림 10〕에서는 실내환경조절의 요구에 따라 자연채광 및 태양열을 이용한 난방, 그리고 photovoltaic cell에 의한 전기에너지의 생산이 가능한 루버의 개념을 보여주고 있다. [그림 9] Winter Garten의 전경 및 여름철/겨울철 일사조절의 개념 [그림 10] 홀로그램을 이용하여 태양광을 한 곳으로 모은 후 Phtovoltaic 센서에 의해 전기에너지로 전환하기 위한 루버의 개념도 그 밖에도, 외부의 환경조건 변화에 다이내믹하게 반응할 수 있는 다양한 형태의 이중외피 구조가 개발되어 실제로 적용되고 있는데 〔그림 11〕에서는 Alco Systems GmbH에서 개발한 Twinface Facade에 대한 개념을 보여주고 있다. Twinface Facade는 이중외피 사이의 더워진 공기가 창문 그리드 사이의 공간을 통해 상승함으로써 공기의 부양력에 의한 자연환기를 유도할 수 있으며, 10층 이하의 건물에서 매우 효과적인 것으로 평가되고 있다. 이중외피 구조의 다른 사례로는 Second-Skin Facade를 들 수 있다.〔그림 12〕에서는 Second-Skin Facade의 개념을 보여주고 있는 데 입면을 수직으로 3분할함으로써 하나는 프리즘 유리를 통한 자연채광의 적극적 유입, 다른 하나는 환기 및 조망, 그리고 나머지는 photovoltaic에 의한 전기에너지의 생산 등 건물외피를 통하여 다양한 기능을 수행하도록 함으로써 태양열의 최적한 이용, 자연채광, 그리고 외부의 환경조건 변화에 순응하도록 디자인되었음을 알 수 있다. 이러한 이중외피 요소는 태양의 궤적, 외기온도, 그리고 하루 중 시간에 따라 조절되며, 경우에 따라서는 바람의 방향이나 강우와 같은 요소를 고려하여 제어할 수도 있다.〔그림 11〕 Twinface Facade , 〔그림 12〕Second-Skin Facade 4.4 아트리움의 사용 아트리움은 공간적인 측면에서 흥미로울 뿐 아니라 자연환기 및 채광, 태양열 이용 등의 환경적인 측면에서도 매우 유용하다. 아트리움은 설비시스템의 사용을 최소화하기 위한 각종 기술적 노력을 통하여 인접한 거주공간에 쾌적한 환경조건을 제공할 수 있다. 이를 위해서는 유리표면에서의 온도역학에 대하여 특별한 배려가 있어야 한다. 왜냐하면, 아트리움에서의 열적 특성은 열에 의해 생기는 공기의 이동과 흐름의 촉매제가 될 수 있기 때문이다. 〔그림 13〕에서는 Thermal Tower로서 기능할 수 있도록 디자인 된 아트리움의 개념을 보여주고 있다. 높은 천창의 아트리움과 샤프트를 통하여 굴뚝효과 및 바람에 의한 자연환기가 동시에 가능하도록 계획하였으며, Thermal Tower에 면한 건물의 오른쪽은 북측을 향하고, 왼쪽은 남측을 향하도록 계획함으로써 북측에 면한 사무공간에서 자연환기를 원활히 유도할 뿐 아니라 교통소음을 차단하기 위한 이중외피 구조로 구성하였다. 따라서, 여름철에는 신선한 외기가 지붕을 통해 유입되고, 주변의 콘크리트 구조물에 의해 차가워진 공기는 가라앉으면서 사무공간의 열을 회수하여 북측 개구부를 통하여 배기된다. 반면에, 겨울철 및 환절기에는 북측의 이중외피 구조를 통하여 외기가 유입되고, 아트리움내에서 열을 획득한 공기는 굴뚝효과에 의해 상승하면서 상부로 배기된다. 또한, 아트리움에서의 식생(plants)도 중요한 역할을 하는 데 건물 내의 미시기후를 향상시키고, 외부소음을 차단할 수 있으며, 열적 완충효과도 얻을 수 있다. 〔그림 13〕아트리움을 이용한 여름철/겨울철 자연환기의 개념 5. 자연에너지의 건축적 활용 건축적으로 활용가능한 자연에너지는 크게 태양에너지, 바람, 지열, 빗물 등을 들 수 있으며, 이들은 미래의 중요한 에너지 자원이 될 것이다. 5.1 태양에너지 지상에 도달되는 태양에너지는 지구에서 연간 소비되는 에너지의 약 5,000배에 해당한다. 대기권에서 태양에너지는 약 1,300 W/m2 이고, 그 중에서 약 1,000 W/m2 의 양이 지표면에 도달되는데 이는 직달일사와 산란일사로 구분할 수 있다. 직달일사는 지표면에 직접 도달하는 것으로 태양에너지를 이용하기 위한 기술의 중요한 요소이다. 산란일사는 대기층을 통과하면서 먼지, 수분 등에 의해 분산되어진 직사광의 일부이다. 〔그림 14〕에서는 태양에너지를 이용하기 위한 Window Collector Panel의 작동원리를 설명하고 있다. 태양열 집열을 위해 건물의 외피구성 요소로서 유리상자를 제작하여 건물의 남측면에 설치할 경우 집열창 내부의 온도는 약 30∼70℃까지 형성될 수 있으며, 가열된 공기는 덕트를 통해 축열체로 송풍됨으로써 주간에는 축열 프로세스를 따르고, 야간에는 난방을 위한 방열 프로세스를 따르고 있다. 남측 입면의 약 1/3 정도에 집열창을 설치했을 경우, 연간 약 10%의 에너지 절약효과를 보이고 있으며, 일교차가 큰 기후지역에서 더욱 효과적인 것으로 평가되고 있다. 〔그림 14〕Window Collector Panel의 작동원리 태양열의 건축적 활용에 관한 또 다른 예로서는 투명단열재(Transparent Insulating Materials)를 들 수 있다. 투명단열재는 주간에 태양에너지가 가용한 시간대와 야간에 열을 필요로 하는 시간대가 서로 일치하지 않음으로써 주간에 태양열을 구조체에 축열한 후 구조체의 지연효과를 이용하여 야간에 실내로 방출할 수 있도록 특별히 고안된 개념이다. 〔그림 15〕에서는 투명단열재의 작동원리를 나타내고 있는 데 남측면의 투명단열재를 통하여 검은색으로 처리된 벽 표면에 태양열을 흡수·저장하여 일정시간이 경과한 후 실내로 방출하기 위한 개념을 보여주고 있다. 태양열 획득이 발생하는 시간과 최대 열손실이 발생하는 시간이 일치하지 않으므로 시간상의 지연을 고려할 경우 벽 구조체의 밀도는 최소한 1,400 Kg/m3 은 되어야 한다. 〔그림 15〕투명단열재(TIM)의 작동원리 그 밖에도, 최근 기술개발이 활발히 진행되고 있는 시스템으로는 photovoltaic cell의 건축적 활용을 들 수 있다. 'Photovoltaic'이란 태양에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 장치로서 직달일사 및 산란일사를 최대한 받을 수 있는 입면에 설치함으로써 800 W/m2 의 일사조건에서 약 1.0∼1.5W의 전력을 생산할 수 있으며, 연간 100 kW/m2의 전력 생산이 가능해야 경제적 타당성이 있는 것으로 평가되고 있다. 5.2 바람 바람을 이용하는 방법에는 앞에서 서술한 자연환기 및 통풍냉각을 이용하는 직접적인 방법과 풍차를 이용하여 전기에너지를 생산하는 간접적인 방법이 있다. 유럽지역에서는 풍력을 이용한 발전이 극히 제한적으로 적용되고 있지만 미국 캘리포니아에서는 1992년이래 약 10∼35m 직경의 회전날개를 가진 풍차를 16,300기 설치함으로써 연간 약 1,680 MW의 전기에너지를 생산하고 있다. 이렇듯 바람에너지는 지역적인 특성에 따라 그 유용성이 크게 달라지므로 공기의 밀도, 바람의 속도, 그리고 바람이 불어오는 면적 등에 따라서 적용 가능성을 판단해야 한다. 최근 국내에서도 풍력을 이용한 발전시스템을 개발한 바 있으며, 도서 및 해안지방에 적용하기 위한 방안을 적극적으로 모색 중에 있다. [그림 16〕바람에너지의 이용 5.3 지열 지열은 무한한 열원이자 이용가능성이 매우 큰 에너지 자원이다. 대기온도의 변화에도 불구하고 지중온도는 일정하게 유지되고 있으며, 지하 8m 깊이에서 약 9℃ 정도의 온도를 항상 유지하고 있다. 지열은 어떠한 부산물도 없으므로 환경친화적인 에너지원이며, 기후생태적으로도 매우 안전하다. 지열은 지역 냉·난방이나 열펌프의 원리와 통합적으로 적용할 경우 그 효과를 극대화할 수 있다. 〔그림 17〕에서는 지열을 건축적으로 활용하기 위한 하나의 방안으로서 Earth Coil의 적용원리를 보여주고 있다. 직경 3∼10cm의 U형 폴리스티렌 파이프를 땅속에 삽입하여 난방의 경우 25∼35%의 부동액이 함유된 물을 밀폐된 Earth Coil을 통해 순환시킴으로써 지하로부터 열을 획득한 후 열펌프의 원리를 이용하여 증발기에 순환시킴으로써 2차 파이프를 통해 난방에 필요한 온도의 열을 얻을 수 있다. 또한, 냉방의 경우에는 Earth Coil을 통해 물을 순환시켜 지하에 열을 방출함으로써 직접적으로 냉방에 필요한 냉각수를 생성한다. 이 경우 공급 냉각수의 온도는 18℃를 넘지 않으며, 공조코일을 통과한 온도가 22℃를 넘지 않을 경우 Earth Coil의 열제거 능력은 약 30W/m에 달한다. 그림 17〕Earth Coil 그 밖에도, Thermal Labyrinth를 이용하여 지하에 100m 이상의 콘크리트 터널을 설치하고, 여기에 외기를 통과시킴으로써 겨울철 난방 및 여름철 냉방을 위한 공조부하를 현저히 줄일 수 있다. 〔그림 18〕에서는 독일의 Heilbronn에 소재한 Municipal Theater 건물의 지하에 건설 중인 공기 터널을 보여주고 있는 데 이 터널을 통하여 외기를 도입할 경우 겨울철에는 외기온도를 약 2∼4K 정도 상승시키고, 여름철에는 외기온도를 약 1∼8K까지 감소시킴으로써 공조부하를 현저히 감소시키는 효과가 있는 것으로 평가되었다. 〔그림 18〕Thermal Labyrinth 5.4 빗물 깨끗한 물은 소중한 자원이며, 이를 대체할 수 있는 다른 자원은 없다. 이러한 관점에서 물의 사용을 줄이려는 노력을 강구해야 하며, 이를 위해 빗물의 사용 및 중수시스템의 적용은 매우 중요하다. 〔그림 19〕에서는 빗물처리시스템의 개념을 보여주고 있으며, 빗물을 수집하여 중금속 성분을 비롯한 오염물질을 제거하기 위해서는 옥상녹화가 바람직하다. 집수장에 빗물이 모아진 후에는 진흙 제거 및 자외선 살균을 통하여 정화되며, 여과과정을 반복적으로 거치면서 일정수준의 수질에 도달하게 되면 펌프를 이용하여 각 사용자에게 분배한다. 이 때 음수와 중수는 분리시켜 배관되어야 하며, 일반 사무소 건물의 경우 화장실 및 실내조경을 위하여 필요한 물의 50∼60%를 빗물처리를 통하여 얻어진 중수를 공급함으로써 그 만큼의 음수를 절약할 수 있다. 〔그림 19〕빗물처리시스템의 개념도 그 밖에도, 빗물을 처리하여 건물외피를 냉각하거나 증발냉각에 의해 건물주변의 공기온도를 낮추는 데 이용할 수 있다. 〔그림 20〕에서는 베를린에 소재한 Reichstag 건물의 빗물을 이용한 외피냉각 개념을 보여주고 있다. Reichstag 건물은 1884년에 최초로 완공되었으며, 1993∼1994년 사이에 에너지 사용을 최소화하는 방향으로 개보수를 실시하였다. 이 건물에서는 중앙에 있는 유리 돔의 표면온도가 상대적으로 높으며, 이로 인하여 상당한 냉방부하가 발생한다는 점을 감안하여 개보수의 한 방안으로서 중수를 이용하여 건물외피를 냉각하기 위한 개념이 제시되었다. 즉, 자연환기 및 채광을 목적으로 설치된 유리지붕에 스프링클러와 같은 장치를 통하여 중수를 분사하여 외피냉각을 통한 실내공간의 냉방부하를 감소시킴으로써 채광, 환기를 비롯한 열환경의 개선이 가능하도록 계획하였다.〔그림 20〕 Reichstag 건물의 중수를 이용한 외피냉각 6. 새로운 접근: 건축적 발상의 전환 세계적으로 에너지 공급은 둔화되고, 에너지 수요가 증가함으로써 에너지 가격에 대한 부담을 가중시키고 있으며, 환경문제에 대한 하나의 대안으로서 에너지 효율 향상을 강조하고 있다. 특히, 90년대에 들어서면서 환경문제에 대한 관심이 고조됨에 따라 건축분야에서도 설계, 성능분석 및 평가, 시공, 건물의 운영 등 전과정에 걸쳐서 지속가능한 건축을 구현하기 위한 근본적인 대안을 모색하기에 부심하고 있다. 이러한 관점에서, 최근 '생태건축'에 대한 관심이 높아지고 있으며, 생태건축을 구현하기 위한 다양한 접근방법에 대한 논의가 활발히 진행되고 있다. '생태건축'이란 생태계의 순환원리에 따라 건축물을 짓기 위해 사용되는 건축부품의 재료적 순환(recycle), 조립·해체가 가능하도록 시스템 건축을 통한 건축부품의 재사용(reuse) 가능성, 그리고 환경조절을 목적으로 재생가능한(renewable) 에너지의 사용 등을 통하여 하나의 건물이 탄생하는 과정에서부터 고유의 기능을 수행하고, 수명이 다하여 폐기할 때까지의 전과정에 걸쳐서 환경에 대한 부담을 최소화할 수 있는 건축을 의미한다. 이를 위해서는, 이제까지의 건축행위와는 다른 접근을 필요로 하며, 무엇보다도 건축적 사고의 전환이 우선되어야 한다. 첫째, 환경친화적 건축에 대한 인식의 전환이 필요하다. 즉, 자연환경 조건의 변화에 철저히 순응할 수 있는 건축디자인을 목표로 지역기후의 특성에 적합한 건축물의 배치, 형태, 공간구성, 외피, 구조체 등의 자연형 건축설계의 개념을 철저히 따라야 한다. 둘째, 초기 건축설계의 개념을 설정하는 단계에서부터 건축가와 엔지니어의 적극적인 협력에 의한 통합적 접근이 필요하다. 환경친화적 건축이 구현되기 위해서는 건축적 요소, 설비시스템, 그리고 이들의 유기적 연관성을 토대로 통합적으로 운영함으로써 에너지 소비를 최소화하면서도 재실자의 쾌적에 대한 요구를 만족시킬 수 있어야 하기 때문이다. 셋째, 자연환기, 축열 및 야간통풍냉각, 새로운 외피구조의 개발, 아트리움의 사용 등 현대건축에 접목할 수 있는 생태건축기술을 이해하고, 이를 건축설계에 반영하기 위한 다양한 노력이 수반되어야 한다. 넷째, 이러한 과정에서 태양에너지, 바람, 지열, 빗물 등의 자연에너지를 적극적으로 활용하기 위한 건설산업의 기반이 마련됨으로써 건축가들에게 새로운 선택의 기회가 제공되어야 한다. 미래의 건축을 위해서는 해결해 나아가야 할 숙제가 너무나 많다. 그 만큼 도전할 수 있는 영역이 넓다는 의미이기도 하다. 이에 대비하려면 건축적 발상의 전환을 통해서 오늘날 우리가 직면하고 있는 문제에 대한 새로운 접근을 시도해야 할 것이다. |
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