공사 년도 1985년 5월 완공 년도 1987년 4월
건물 방향 남향 건물 구조 벽돌구조
건물 면적 1369㎡ 난방 면적 5662㎡
건물 층수 7층 건물 높이 27.5m
건물 층마다의 높이 1층 4.15ｍ，기타 층 3.9ｍ
외관도
<그림25> 남양공과대학교 1호관 1층 평면도
이 건물은 1985년에 건축되었고, 지금은 일반 교학 건물로 사용되고 있다. 이 건물 은 총 7층이고 주로 벽돌구조로 구성되어 있고, 평면의 연접 방식을 보면 내부에 복도 가 있고, 양쪽에 각각 방이 있는 식으로 구성되어 있다. 이 건물에 존재하는 문제점은 다양한데. 1, 1호관은 오래된 건물로서 외벽에 대해 충분히 보호되지 못해 벽의 마감층 이 갈라지고, 벽에 곰팡이가 생기며, 회칠이 벗겨진 현상들이 나타나고 있다 (그림26).
게다가 단열층의 설치까지 미완성된 상태이다. 2. 외창은 한 층의 낡은 철제 유리창으 로서 그 위에 있는 줄눈 쇠가 노화된 문제가 발생되어 그로 인해 밀봉 효과가 많이 떨 어지게 되었다. 3. 이뿐만 아니라 전체적으로 봤을 때, 1호관의 외피구조에 여러 재료 들이 많이 낡아서 건물 내 에너지소비가 높아지게 만들며, 특히 수자원과 전기의 소비 가 가장 많은 것으로 보인다. 4. 여름철과 겨울에는 각 방에 설치된 하나의 에어컨에 의지해 온도조절이 되므로 쾌적도가 많이 낮은 것으로 보인다.
그러므로 그린디자인 건축 기술을 개조 과정에 활용하는 것은 타당성과 필요성이 있는 것으로 보인다. 이를 통해 사람들이 작업하고 학습할 때, 실내 환경의 쾌적도 개 선으로 일하는 효율을 올려 줄 수 있다.
<그림26> 강의실 벽의 노화도
남양공과대학교 1호관의 소재 도시인 남양시는 아열대 계절풍 기후에 속하고, 여름 에 덥고 겨울에 추운 지역이다. 따라서 주된 기후적 특징인 사계절이 뚜렷하다고 할 수 있다. 봄철에는 바람이 많이 불며 비가 적게 오고, 여름에는 덥고 비가 많이 온다.
가을은 시원하고 춥지도 덥지도 않아 적당한 기온, 겨울에는 춥고 건조하며 눈이 적다.
이외 남양시의 연 평균기온은 약 14.4~15.7℃, 그중에서 7월의 평균기온은 26.9~28.
0℃, 1월의 평균기온은 0.5~2.4℃였다. 그리고 연강수량이 703.6~1173.4mm, 동남쪽부터 서북쪽까지 갈수록 강수량이 적어진다. 연간 일조 시간은 한 1897.9~2120.9h, 연 무상 (無霜)기간은 220-245h 정도였다42).
난양시에는 풍부한 지열 자원을 갖고 있는데, 지금까지 발견된 온수형 지열 지역이 총 16곳이며, 수온이 대략 25℃~95℃ 사이에 있다. 그러므로, 지리와 자연적 조건이 좋 은 편이라 할 수 있다. 남양시의 지하수의 매장량은 풍부하며, 약 109219.20만 정도 의 지하수가 매장되어 있어 자연적 공급 조건이 좋다. 그리고 얕은 층에 있는 지하수 의 온도가 일 년 내내 거의 18℃로 유지되어 있으며, 지열 에너지를 많이 함유하고 있 어 얕은 층에서의 지력 에너지를 개발하기에 좋은 점이다.
이 외에 남양시의 2002~2020년 태양 에너지의 복사량 및 월별 분포에 관한 데이터 를 참고한 결과, 1~4월에 태양 에너지 복사량이 점차 상승하는 추세, 5~7월에 태양 에너지 복사량은 기본적으로 비슷해 보인다. 특히 5~7월은 1년 중 태양 에너지 복사
42)https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%97%E9%98%B3/135168?fr=aladdin#reference-[16]-17680206-w rap 2021.02.16
량이 가장 많은 시기라고 할 수 있으며, 연간 태양 에너지 복사량의 34.5%를 차지한 다. 이 중에서 7월의 태양 에너지 복사량이 상대적으로 가장 높고, 이후 8~12월이 되 면, 월 평균 태양 에너지 복사량이 점차 낮아지는 추세로 보인다. 특히 12월의 경우에 는 태양 에너지 복사량의 수치가 가장 낮은 것으로 보인다. 계절별로 볼 때, 봄과 여름 의 태양 에너지 복사량이 상대적으로 높으며, 가을과 겨울이 낮다고 할 수 있다. 4계절 의 태양 에너지 복사량이 각각 연간 총 태양 에너지 복사량의 29.7%, 33.9%, 21.2%, 15.2%로 된다. 전체적인 시점에서 보면, 남양시의 연간 태양 에너지 복사량이 변화가 작은 것으로 보인다. 그리고 남양시의 연간 총 복사량이 4372.17~4697.17MJ/ 로서, 태양열 자원에 의해 일반적인 지역이다43).
4.2. 1호관 환경개선 디자인 제안
이 환경개선 방안은 1호관 주체와 건축물 앞의 공터에 대한 지속가능한 디자인이기 때문에, 이 작업 전후에 남양공과대학교의 교수와 학생들의 사무처리와 학습하는 데 사용될 것이다. 그리고 지속가능한 디자인은 그린 건축 기술의 통합적인 방식이므로, 건물 주체 구조의 지지력이 변하지 않게 유지되는 상황에서 이 건물을 2차 디자인하는 것이다. 그리고 공사의 상황과 전체적인 욕구에 따라 디자인 방안에 대해 다음과 같이 4가지 요구를 제출하였다.
1. 사무와 학습하기에 편하게 해주는 점을 고려하여 1호관 내부 안마당 양측에 각 각 하나씩 엘리베이터를 설치한다. 이와 동시에 설비와 재료의 운송 요구를 만족하는 전제에서 일부 비하중 내력벽을 조절하거나 철거할 수 있게 한다. 그리고 건물의 벽돌 구조를 파괴하지 않으며, 방화조치의 등급을 강화해야 한다.
2. 현재에 실행이 되는 그린 건축물의 정책에 따르고 디자인할 것이며, 그 중에서, 특히 건물 외피의 에너지 절약에 중점을 둔다. 이와 동시에 내부의 자연적 환기 및 자 연적 채광 효율을 개선하고, 실내 장비를 개선하는 데 절수 설비를 이용하고, 캠퍼스 내 상하수도를 전체적으로 도입해 항목별로 계량해야 한다.
3. 남양시의 지열 자원을 활용하여 여름에는 냉방, 겨울에는 난방 사용할 수 있게 지열 열펌프 시스템을 설계하고 실내 환경의 쾌적함을 개선해야 한다.
4. 전체적으로 봤을 때, 건물 안의 에너지 소비가 높은 것으로 보이며, 그중에서 특
43) 《河南省“十三五”可再生能源发展规划》조사한 데이터를 정리한 것이다.
히 물과 전기의 소비가 대량적으로 보인다. 그리고 쾌적함의 개선에는 여름과 겨울철 실내의 냉난방 시스템이 불량이다. 주목할 점은 기존 건물의 외벽이 장기적인 파손과 단열층의 미설치로 인하여 실내 환경이 매우 추운 것이다.
이와 같은 문제점이 있으므로 전반적으로 개선 목표를 요구하게 된다. 우선, 적절한 그린 건축물에 관한 기술을 적용하여 내부 공간의 기능을 변환시켜야 한다. 예를 들어 외벽과 지붕에 단열재를 설치하고 방수 및 녹화를 관리해 준다. 그리고 실내의 자연적 환기 및 자연적 채광을 개선하기 위해 외부의 창문을 갱신해줘야 한다. 그다음, 경제적 인 조건에서 지속가능한 환경개선 방안은 반드시 대학교의 일상적인 연구와 사무처리 에 충족시킬 수 있어야 한다. 예를 들면, 환경개선 한 후에는 건물의 토지 절약, 에너 지 절약, 물 절약, 재료 절약 및 환경보호를 실현하여, 실내외를 생태적이고 건강하며, 편안한 환경으로 변화시키고 사무처리 및 학습하는 데 도움을 줘야 한다. 마지막으로, 그린 건축 기술의 전략과 적용 및 공사된 건물은 지속가능 건축물의 기준에 부합되어 야 한다.
4.3. 1호관 환경개선 효과 분석
위의 개선 사항과 목표를 전제로 다음과 같은 설계 계획을 제안한다. 기존 건물의 녹화 업그레이드, 건물 외벽에 단열층의 추가, 외창의 갱신, 지붕의 녹화 기술이다. 이 외에는 자연적 채광의 강화, 유리 커튼 월의 설치를 통한 환기 개선, 외창의 루버 설 정, 창문, 수원 열 펌프 시스템 채택, 에너지 절약 조명기구와 수직 녹화의 채택, 절수 장비 사용과 분류별 에너지 소비의 계량 등이 있다.
본 논문에서는 기존 건물의 하중을 기본적으로 유지하는 전제에서 방안을 만든다.
그리고 지속가능한 디자인 방안의 초점은 건물의 외피구조 개선, 재생에너지의 이용, 건물 내부 공간의 개조, 절수 장비 및 재생수 활용 기술, 에너지 소비의 분류별 계량 등과 같은 내용이다.
대체적인 환경개선 방안은 다음과 같이 진행할 것이다.
① 토지 절약과 실외 환경의 개선 : 건물 부지는 평평한 지형의 남양공과대학교 캠 퍼스 내에 있다. 수원 열펌프 시스템을 직접적으로 건축물의 지하 공간에 설치하는 것 으로 따로 기계실을 추가해 건설하지 않기로 한다. 더불어 부지 안에 모든 수원을 수
집하는 시스템을 위해 통일적으로 매립형 디자인을 취한다. 개선 방안은 기존 건물 구 조를 보존한다는 전제 하에 외부 기능 프레임워크를 설계해 부지 환경에 대한 피해를 최소화 해준다. 캠퍼스 내에 수년 동안 자라온 나무를 보유하면서 녹화 환경을 합리적 으로 증가할 것이며, 빗물 수집 시스템을 이용하고 조경 연못까지 설치할 것이다.
② 건물 외피구조의 갱신: 이 건물은 건축 당시 보온재가 없어 열 손실이 컸고, 에 너지 낭비가 심해 실내 온난화에도 영향이 미치기 때문에, 외벽에 보온 재료를 추가로 설치해 열 저항을 높이고 열 손실을 줄여, 실내 환경의 쾌적성을 높여야 한다.
1호관은 여름에 덥고 겨울에 추운 지역에 위치하여 두 계절의 실내외 온도 차가 심 한 것으로 외벽의 보온성에 대해 높은 요구를 가지고 있다. 그러므로 건물 외벽에 외 적인 보온 방식을 선택하여 개선해야 한다. 외피구조이기 때문에 그에 맞는 단열층은 마땅히 열 저항이 크고 열전달 계수가 적으며, 흡수성이 좋지 않은 재료로 선정해야 한다. 예를 들면, B2급 압출 폴리스티렌 폼 보드(XPS)와 같은 것이다. 그리고 기존 외 벽의 점토 벽돌 위에 외(外) 단열층을 추가하고 접착제와 앵커 고정을 결합하는 방법 을 이용하여 베이스 벽과 부착해 준다. 또 석고 접착제를 사용한 이중적 코팅으로 보 강해 주며, 유리 섬유 메쉬를 사용해 표면층을 복합해 준다. 이 외에 처마 창문과 장식 용 라인에서 확장된 유리화 비드를 코팅, 외창 구석 부분의 틈에서 발포 폴리우레탄으 로 채워주고 실란트로 틈을 없애준다.
강의실의 외창은 철제 유리창으로 디자인 과정에서, 그것을 고효율의 에너지 절약 형 창문으로 바꿔줘야 한다. 그리고 건축물 남쪽, 동쪽, 서쪽의 창문 밖에 알루미늄 합 금 재질인 날개형의 전동 차양 장치(그림27)를 설치해 ‘차양을 해주는 동시에 경치를 가리지 않는 효과’를 해준다. 건축물 중앙홀의 최상층에 FTS 전동 롤러 셔터(그림28) 의 증가로 여름철에 태양의 복사 에너지를 감소하여 에어컨의 부하를 내려준다. 그리 고 전체적인 차양 시스템은 실외의 기후 환경 감응 시스템(폭우, 번개를 감응하는 시 스템)을 통하여 자동 제어의 효과를 준다. 예를 들면, 극단적인 기후 상황이 발생할 때, 자동으로 차양 장치를 꺼주는 것이다. 이외에 실외의 햇빛 온도를 자동 감응 센서 로 차양 장치의 개방 상태를 조정하는 동시에, 대응하는 방 안에 수동형 제어 스위치 의 배치로 맞춤형 제어 방식을 완성해 준다.