A Study on The Architectural Plan Access Method for The Integrated Design of The Environmentally Friendly Architecture

A St udyonTheAr c hi t e c t ur alPl a nAc c e s sMe t hodf orTheI nt e gr at e dDe s i gnofThe Envi r onme nt a l l yFr i e ndl yAr c hi t e c t ur e

조 성 현^* 김 철 규^**

Cho,Sung-Hyun Ki m,Chul -Kyu

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Abstract

Fr om t her e s e ar c hwhi chs e e st hebui l di ng whi c huse sanat ur alcont r olme t hodwi t he c ol ogi c alar c hi t e c t ur e ,c ont i nui t yt r i e dt o di vi de t he bui l di ng whi c h us e s a phys i c alc ont r olme t hod wi t h s us t ai nabl e ar chi t e c t ur e .Ecol ogi c alar c hi t e c t ur e anal yz e s t he mi cr oc l i mat eoft hear e aandappl i e smi ni ng andnat ur alve nt i l at i onl e adsandt hatt hei nt e r i ore nvi r onme ntc ont r ol s ,t hec ondi t i on oft hesi t eac t i ve l y andt he r ei sapos s i bi l i t y ofse e i ng.Al s os us t ai nabl ear c hi t e c t ur ewhi c h i spos si bl et ol e adandr e c yc l i ng and r e us eoft her e s our c e s and e ne r gy c yc l i cpr oc e ssoft hec ons t r uc t i on r e s our c e s t o l e ad and t hei nt e r i ore nvi r onme ntt o c ont r ol . The r e f or et hec asewhe r e t he f ac i l i t y s ys t e m and s t r uc t ur als ys t e m be c omei nt e gr at e d de si gn or gani c al l y i n nat ur alc i r c ul at i ng me t hodi smany.Spe c i al l y t hes uns hades ys t e m and doubl es ki n s ys t e m ar ec ombi ne dandst r uct ur alsys t e m oft hebui l di ng and t he r ei sapos s i bi l i t yofhavi ng t hee nve l opewhi chf or m i sf e at ur e .

Today t hebui l di ngsl e adandt hes yst e m i nt e gr at i on pr oc e s swhe r et hei nt e gr alpar t sar esys t e mat i ci sde mande d t hei nt e r i or e nvi r onme ntwhi chandane xt e r nalf or m andt hat ,t he y maket he yar et he r ei sapos s i bi l i t y ofse e i ng.t hee nvi r onme nt albui l di ng whi chhi t sj oi nsi n wi t hnat ur alc ont r olme t hodandt hes t r uc t ur eandf ac i l i t y s ys t e m ar ei nt e gr at e dandhast het e nde nc y whi c h i s de ve l ope d and t he r e i s a pos s i bi l i t y ofsayi ng t hata me ani ng wi t h t he al t e r nat i ve cons t r uc t i on wi l lbe abl e t o r e duc e t he r e s our c e sandane ne r gy.

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키워드 :생태건축,지속가능한 건축,시스템 통합

Ke ywor ds:Ec ol ogi c alAr c hi t e c t ur e ,Sus t ai nabl eAr c hi t e c t ur e ,Sys t e msI nt e gr at i on

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1.서 론

1. 1연구의 배경 및 목적

20 세기 초반 새로운 재료의 발견과 과학기술의 발달로 고대 건축물에서 구축할 수 없었던 대공간 건축물과 새 로운 형태를 가진 건축물들이 나타나게 되었다.그러나 이와 같은 근대 건축물들은 기술 지향적 특성을 가지게 되었고 쾌적한 공간과 시각적 특성이 강조된 외피 디자 인으로,외부환경과의 조화보다 기술집약적인 구축방식을 사용하여 왔다.

산업혁명 이후 공업화된 사회와 기계의 발전은 필연적 으로 많은 천연자원의 사용량을 요구하게 되었다.그리고 기술 성장 위주의 사회 전반적인 발전은 자원과 에너지 의 절감 및 환경문제에 소극적으로 대처하였으며 현재 많은 환경문제를 발생시키게 되었다.또한 건축물도 도시 환경을 구성하는 단위요소로서 이와 같은 환경 문제에 적극적인 해결책을 고찰해야 한다고 볼 수 있다.

*정회원,영남대학교 건축학부 겸임교수,공학박사

**정회원,영남대학교 건축학부 교수,공학박사

현대건축의 발전과정은 기술의 발전과 새로운 재료의 발견 그리고 구조기술의 발전으로 기술집약적인 양상을 가진다고 볼 수 있다.근대화 이전의 건축물들이 하지 못 했던 초고층 빌딩과 대 경간 구조를 요구하는 관람 집회 시설 그리고 공장 및 전시시설을 구축할 수 있었다.그러 나 이와 같은 기술집약적 건축물 및 시설물들은 실내환 경의 질적 수준에 비례하여 자원과 에너지를 과도하게 요구하는 경향이 있다.그러므로 친환경 건축물이 되기 위해서 건축물과 도시기반 시설 그리고 자원과 에너지 절감 방법들이 유기적으로 결합될 필요가 있다.

현대사회의 친환경 건축물은 건축물의 구축기술이나

체계적인 설계방법에 의존하기보다 현대사회 전체의 각

전문분야의 유기적이고 통합적인 해결책이 필요하다고

볼 수 있다.그러므로 본 연구는 공간의 특성과 외부형태

의 디자인 및 기능에 충실한 건축설계과정에서 벗어나

기술집약적인 설비 시스템,구조시스템 그리고 공간구축

의 과정에 유기적으로 적용 가능한 설계방법과 각 전문

분야의 시스템 통합적 측면에서 친환경 건축의 의의를

찾고자 한다.

1. 2연구의 범위 및 방법

현대건축물은 산업혁명 이후 새로운 재료의 개발과 구 조시스템의 발전 및 설비시스템의 발전으로 지역적 특성 이나 기후를 고려하지 못하고,사용자 요구 중심의 기능 적인 건축물이나 실내 환경 문제를 기계적인 설비시스템 을 활용하여 해결하는 경향이 많다고 볼 수 있다.그러나 과학기술이 발전하기 이전의 전통 건축물들은 지역적 기 후를 적극적으로 활용한 사례가 많았다.지역에서 생산되 는 흙과 나무를 건축물의 주된 재료로 활용하였다.또한 처마나 차양시설을 통하여 여름철 뜨거운 하늘을 가릴 수 있었다.그러나 현대의 초고층 빌딩과 같은 기술 집약 적 건축물들은 많은 자원과 에너지를 요구하고 있으며 환경문제에 새로운 화두로 언급되고 있는 상황이라 할 수 있다.그러므로 본 연구는 환경문제 관련 문헌과 건축 도서를 중심으로 친환경 건축물의 의미를 고찰하고 설계 방식과 중요한 디자인 결정요인을 파악하고자 한다.

본 연구의 시간적 범위는 환경문제에 관심을 가지기 시작한 20세기 후반부터 친환경건축의 개념을 포함한 국 내,외 건축물을 대상으로 한다.연구의 진행은 생태학적 모델의 고찰을 통하여 자원 및 에너지 절감 대책을 제시 한다.또한 건축물의 신축과 보수 과정에 적용 가능한 생 태학적 설계방법을 건축물의 구조시스템,설비시스템 그 리고 외피시스템으로 나누어 조사하고자 한다.이와 같은 분류와 조사는 친환경 건축물의 설계 방법론을 제시할 수 있으며 대상 건축물의 설정과정에도 적용가능하다.선 정된 친환경 건축물을 통하여 생태학적 설계 방법을 제 시하고 각 시스템을 통합하여 건축계획과정에 활용 가능 한 계획적 접근방법을 제시 하고자 한다.

2.친환경 건축의 원리와 통합설계

2. 1친환경 건축의 배경과 개념

친환경 건축의 배경은 19 세기 후반 영국의 수공예운동 ( Ar t s and Cr af tMove me nt ) 으로부터 시작된다고 볼 수 있다.수공예운동은 산업혁명( 1764)이후 기계중심의 자 동화된 대량 생산을 지양하고 제품의 생산에 예술성을 강조한 양식으로 건축계에서 최초로 발생한 윤리적이고 예술적인 운동이라 할 수 있다.또한 전통주의 건축과 지 역주의 건축과 같은 생태적 경향을 가지는 건축양식에 영향을 주었으며,합리주의를 바탕으로 한 국제주의 양식 과 레이트 모더니즘과 같은 하이테크 건축으로 발전하게 되었다.그러므로 현대의 친환경적 건축경향은 자연을 도 입하기 위해 출발한 일시적 현상이 아니라 합리주의 건 축양식에 근원을 두고 있고 현대건축이 발생시킨 환경문 제를 해결하려는 역사적 맥락을 지닌 대안적 건축경향으 로 볼 수 있다.

친환경 건축은 생태건축( Ec ol ogi c alAr c hi t e c t ur e ) 과 지 속가능한 건축( Sus t ai nabl e Ar c hi t e ct ur e ) 으로 나누어 볼 수 있다.생태학의 어원은 Oi kos 와 Logos 의 합성어 이다.

Oi kos 는 집 또는 생존을 위한 공간( e i n Pl at z um z u l e be n) 을 의미한다.또 다른 의미로 Oi kos 는 경제라는 뜻

을 지나고 있다.따라서 생태학이란 어원적으로 각종 생 물의 ‘ 삶의 터’또는 ‘ 삶의 관계’ 를 연구하는 학문이라 할 수 있다.

199 2년 Br az i lRi odeJ ane i r o에서 개최된 UN환경회의 는 개발위주의 성장정책을 지양하고 지구환경보전을 위 한 국제적 회의였다.환경과 개발에 관한 ‘ 리우선언’ 과 구 체적 실천계획인 ‘ 의제 21

' 을 채택하였으며,기후변화협 약과 생물다양성 보전협약에 대한 서명이 있었다.지속가 능한 건축개념은 리우회의에서 채택된 환경적으로 건전 하고 지속가능한 개발,즉 ESSD( Envi r onme nt al l y Sound and Sus t ai nabl e De ve l opme nt ) 에서 유래되었다.초기의 환경과 경제개발이 양립될 수 없다는 상쇄관계에서 80년 대 이후 개발과 환경보호가 상호보완적 인식되면서 ‘ 개발’

이 경제성장만을 의미하지 않고 인간의 기본요구 충족과 교육,건강 그리고 환경까지 포함하는 사회적 만족으로 의미가 확대 되었다.

즉,지속가능한 건축개념은 자연환 경에 영향을 최소화하는 개발을 의미한다.또한 자연요소 와의 상호작용을 통하여 생태계의 안정성을 유지하고 자 원절약에 기초한 재생과 재활용을 활성화시켜 생태계의 기능과 생산력을 지속적으로 유지시키는 건축 기술적 방 법을 의미한다고 할 수 있다.

2. 2친환경 건축의 전개방식 및 통합설계

현대건축에 사용되고 있는 친환경 건축개념들은 생태 건축( 독일,Okol ogi s c he s Baue n,1 979) ,지속가능한 개발 ( Sust ai nabl e De ve l opme nt , 19 87) , 환경공생주택( 일본, Symbi ot i cHous i ng,199 1) 으로 진행되었다.

또한 생태주 의 건축가Ke n Ye ang은 건축 디자인과 생태환경의 상호 관계를 정립한 생태학적 상호분석모델을 제시하였고,디 자인된 시스템과 생태환경과의 상호의존성을 파악하고자 하였다.

친환경건축은 자연환경을 고려하지 않고 경제성과 기 능성을 강조한 기존의 건축물들이 가지고 있는 문제점을 보완하기 위하여 20 세기 후반부터 다양한 개념으로 발전 하고 있다.이와 같은 개념을 가진 대안 건축으로 생태건 축은 가장 먼저 구체화된 건축개념이라 할 수 있다.

생태건축은 건축물 자체가 자연환경의 일부가 되는 이 상적인 건축대안이라 할 수 있고 지속가능한 건축은 자 원과 에너지의 효율적 사용과 재활용을 통하여 건축적 부하를 최소화 하는 기술 집약적인 시스템 통합 건축이 라 할 수 있다.그러므로 친환경 건축은 건축물의 형태와 공간구성,설비시스템 그리고 이들의 결합장소와 구축에 영향을 주는 구조시스템이 복합적으로 고려되어야한다.

즉,초기 설계 단계에서부터 Pas s i ve 디자인을 통하여 최

1)김현수,생태건축 그 의미와 전개방향,건축세계,95 10,P. 75 2)의제2 1( Age nda 21 ) :2 1세기 지구환경보전을 위해 세계 각국

이 실천해야할 기초 규범

3)김자경,자연과 함께하는 건축,시공문화사,2 004 ,P. 84 4)Gr e e nTown개발사업Ⅰ,한국건설기술연구원,19 97,P. 20 5) Ke n Ye ang,De s i gni ng Wi t h Nat ur e ,Mc Gr aw-Hi l l ,I nc . ,

199 5,P. 7 7

적의 설비시스템을 계획하고 외피와 구조시스템에 관련 되어 통합적으로 계획될 필요가 있다.

친환경 건축물의 통합 설계는 건축가의 주도적이고 직 관적인 환경설계방식이 가지는 불합리한 요소들을 줄이 고 각 분야별 전문가들과 협업체제를 갖추고 진행되는 것이 효율적이라 할 수 있다.

친환경 통합설계는 1993년 캐나다 정부에서 고성능 건 축물을 위한 C-2 000프로그램으로부터 시작되었다고 볼 수 있다.에너지 절감을 위한 지원제도를 만들면서 지속 가능환경 국제기구( i i SBE I nt e r nat i onalI ni t i at i ve f or a Sust ai nabl eBui l tEnvi r onme nt ) 를 통해 설계초기 단계에 서 분야별 전문가를 설계과정에 참여시켰다.

또한 2 002 년에는 설계과정의 의사결정 프로세스를 보완한 I EA Tas k23

설계프로세스를 구성하였다.199 4년 유럽건축가 협회는 그린빌딩을 건설하기 위하여 프로세스 단계별로 건축가와 각 분야의 컨설턴트와이 역할을 제시한 유럽 그린빌딩 디자인 프로세스를 사용하였으며 2001년 미국 의 Bi l lRe e d는 통합설계 범위를 생태계 전반으로 확대한 WSI D( Whol eSys t e m I nt e r gar t i veDe s i gn) 프로그램을 개 발하였다.이와 같은 통합설계의 전개 과정을 발전시켜 친환경 건축물들은 자연환경을 적절하게 활용하고 물리 적 구성요소들을 도출하여 상호 통합설계가 이루어 져야 한다고 볼 수 있다.

3.친환경 건축의 통합설계 요소와 방법

3. 1친환경 건축의 재료 및 구조시스템

Ke n Ye ang은 생태적 고층건축물을 대지의 기후,기상 학적 자료와 관련하여 Pas s i veLow Ene r gy기술을 사용 함으로써 환경적으로 유리하고 저에너지로 운행할 수 있 는 양질의 건축환경을 제공할 수 있는 건축물이라고 정 의 하였다.

또한 생태적 접근이 재료의 선택 등과 같은 지속가능한 디자인 요소들과 함께 고려된다면 효율적인 생태적 접근이 될 수 있다고 강조 하였다.

건축 재료는 시공순서와 위치에 따라 지정 및 기초재 료,구조재료,외장재료 그리고 조경재료로 나누어 볼 수 있다.그러나 건축 계획적 측면에서 고려대상은 구조재료 와 외장재료로 볼 수 있다.특히 EFTE( Et hyl e ne Te t r a Fl uor o Et hyl e ne ) 와 같은 필름은 90%이상의 기시광선을 투과시키고 제품의 배열방식에 따라 열관류율을 0. 05까지 낮추었으며 자중에 비하여 인장강도가 높아 베이징올림 픽 수영경기장과 같은 대공간 건축물의 외피에 사용되기 하였다.이와 같이 현대의 친환경 건축물은 전통재료의 특성에 기술집약적 내용이 통합되어 외장재료로 활용되 고 있다.

친환경 건축물에 적용되는 구조는 구조체와 외피를 분

6)김원외 1 3인 공저,친환경설계 가이드북,발언,200 9,P. 3 61 7)대형건물에서 태양에너지 이용 최적화 연구( 199 7-20 02) 로서

각 단계별로 참여 전문가들을 명확하게 설정해 두었다.

8)Ke n Ye ang,Skysc r ape r ;Bi ocl i mat i cal l y Cons i de r e d,Bos t on, Ac ade myEdi t i ons ,1 996 ,P. 18

리시켜 사용된다고 볼 수 있다.구조시스템의 결합 방식 은 J oi nt 방식과 Di s j oi nt 방식

으로 나누어 볼 수 있다.그 러나 친환경 건축에 적용가능한 방식은 주로 Di s j oi nt 방 식이라 할 수 있다.구조체의 접합 형태가 외부로 노출된 접합 방식이기 때문에 설비시스템과 결합하기 쉽고 또한 설비요소 중 수리나 교체가 필요할 경우 적극적으로 대 응 할 수 있다.

건축물에 사용되는 구조시스템은 내구적이고 구축된 후 비교적 교체나 수리가 불가능한 경우가 많다.그러므 로 구조시스템과 결합되는 각종 건축구성요소들은 수리 와 교체가 가능하게 계획되어야 건축물의 유지 관리에 편의성을 제공 할 수 있다.

구조시스템과 외피 및 설비시스템의 분리는 친환경 건 축 계획의 중요한 개념과 계획원리를 제공한다고 볼 수 있다.이와 같이 각 건축요소들은 부품화되고 모듈화되어 건축물에 결합되는 구축방식을 따르고 있기 때문에 시공 기간을 단축할 수 있으며 건축물의 유지 관리 및 쾌적한 실내 환경을 구축할 수 있다.이와 같은 시스템은 Ke n Ye ang이 제시한 생애주기( Li f e Cyc l e ) 개념

이 직관적으 로 적용된 계획 방법이라 할 수 있다.

3. 2친환경 건축의 형태 및 공간계획

친환경 건축계획은 건축물의 실내 환경을 쾌적하게 유 지하기 위한 자연조절기법이 강조된 건축행위라 할 수 있다.생태환경 조절 설계방식과 유지 관리 측면의 지속 가능한 건축물은 대표적인 친환경 설계 기법이라 볼 수 있다.

생태환경 조절 설계는 지역적 미기후를 건축설계 초기 단계에서부터 적극적으로 도입하는 방식으로써 건축물의 배치,형태 그리고 설비시스템을 자연환경에 맞게 계획하 는 것이라 할 수 있다.

건축물의 배치계획은 자원과 에너지 절감 측면에서 중 요한 요소가 될 수 있다.배치계획에 가장 큰 영향을 주 는 요소는 채광계획이라 할 수 있다.채광계획은 건축 실 내공간의 가장 기본적인 밝기 조절 역할을 수행하며 자 원과 에너지 절약을 위한 중요한 계획과정이라 할 수 있 다.즉,채광에 유리한 남,북 방향으로 소요실을 배치하 고 태양의 고도가 낮아 실내 깊은 곳 까지 태양광선이 유입되는 동,서방향으로 설비코어를 배치하면 효율적인 계획이 될 수 있다.특히,천창을 사용한 경우 비교적 넓 은 실내공간에 균일한 조도를 확보할 수 있다.

건축물의 공간계획은 배치계획과 함께 환경조절 설계 에 중요한 요소가 될 수 있다.

건축물의 평면 형태와 관련된 단변과 장변의 비는 장 변이 증가 할수록 표면적이 커지기 때문에 에너지 손실 이 늘어난다고 볼 수 있다.V. Ol gyay는 미국의 Ne w

9) J o i nt 는 결합부위가 가려져 보이지 않는 연결 방식이며 Di sj oi nt 는 결합부위가 분절되어 외부에 노출되는 방식이다.

10)건축물을 생성,성장,노화,소멸하는 순환적 특성을 가진 유 기체( 생명체) 로 인식하는 것.

11)Ke nYe ang,De s i gni ngwi t hNat ur e ,op. c i t ,P. 1 01

차양의

유형 차양의 형태

수평형

남향에 적용되며 발코니로 활용되는

경우가 많다.

수직형

동향과 서향에 주로 사용되며 가동식으로 설치되는 경우가 많다.

격자형

일조량이 많은 지역에 사용되며 대부분 고정식으로 설치된다.

표 1.차양 장치의 형태와 유형 그림 1. Car pent erCent er

( LeCor bus i er ,Cambr i dge,USA, 19 61-64 )

Yor k,Mi ami ,Phoe ni x등을 조사하여 기후별 평면 비율을 조사하였다.한랭지역의 장,단변 비는 1:1. 1,온난 지역 은 1: 1 . 6 , 고온 건조지역은 1: 1. 3, 고온다습지역에서는 1: 1. 7이 적합하다고 하였다.

이와 같은 비율은 주거건축 에 적용 가능한 비율이다.

Ke nYe ang은 평면계획의 중요한 고려사항으로 코어의 배치를 설명하였다.코어는 실내의 온도를 조절하고 건축 물의 외관에 영향을 주며 외부 벽체의 형태를 결정하는 요인이 된다.친환경 건축설계에서 코어부분이 자연환기 와 채광 그리고 조망권을 제공하기 때문에 중앙집중식 보다 양단 코어나 편심코어가 유리하다.

즉,코어의 배 치를 강한 햇빛을 집중적으로 받는 장소에 설치하여 실 내공간의 환경조절 능력을 높이는 방향으로 진행하는 것 이 유리하다.평면의 성격을 주 공간과 부 공간으로 나누 어 부 공간에 코어나 설비시스템을 배치하여 주 공간을 지원하는 것은 현대하이테크 건축의 대표적 설계 기법이 라 할 수 있다.이와 같이 평면의 형태는 기후와 건축물 의 용도에 따라 영향을 받고 있으며 각 지역의 미기후 특성에 맞는 평면의 개발이 필요하다고 볼 수 있다.

지속가능한 건축 설계 방식은 건축물에 적용 할 수 있 는 물리적,기술적 방식 및 건축외피 시스템 계획으로 건 축물의 형태계획에 직접적인 영향을 준다고 할 수 있다.

지속가능한 건축설계 방식으로 외피시스템은 차양 장치 와 이중외피( Doubl eSki n) 를 주로 사용한다.

차양 장치는 건축물의 외부 벽체에 결합하며 수직형과 수평형 그리고 격자형태로 나누어 볼 수 있다.또한 고정 장치와 가변장치가 있고 방위에 따라 다른 형태를 가지 며 일사량을 조절하고 있다.고정 차양 장치는 방위에 따 라 형태와 각도에 차이를 보이고 있다.수평형 차양 장치 는 남향에 사용되며 동,서향에 일부 사용되기도 한다.

또한 돌출되는 차양의 길이가 길어 구조적으로 불안정한 경우는 차양을 분절시켜 루버형식으로 결합하는 방식을 사용하기도 한다.수직형 차양장치는 동향과 서향에 많이 사용되지만 조망을 가리는 경우가 많아서 제한적으로 사 용되고 있다.또한 격자형태의 차양은 덥고 일사가 강한 지역에서 주로 사용되며 시야가 차단되는 경우가 많다.

가변형 차양 장치의 유형은 고정식과 같이 수평,수직 그리고 격자형이 있으나 기계적 설비시스템과 결합하여 태양의 방위각에 따라 움직이는 가동식 루버장치가 대표 적 이라 할 수 있다.

이중외피 시스템은 건축물의 외벽에 일정한 간격으로 완충공간을 확보하고 차양이나 유리벽과 같은 또 다른 외피를 중첩시킨 방식이다.또한 기본적으로 외피사이의 완충공간은 자연환기가 가능한 배기구가 설치된다.두 외 피사이의 간격은 20㎝-1 40㎝정도가 일반적으로 사용되며 이 공간은 일사에 의한 온도 차이와 외기 압력 차이에 의하여 자연적인 환기가 이루어지며 단열효과가 크고 외 부소음으로부터 쾌적한 실내 환경을 확보 할 수 있다.

12 ) Vi c t or Ol gyay, De s i gn wi t h c l i mat e , van nos t r and

r e i nhol d,1 962 ,P. 88

13 ) Ke nYe ang,Skys c r ape r ,op. c i t ,P. 4 0

이와 같은 이중외피시스 템은 일조량이 많은 남향 에 주로 설치되며 완충공 간에 의한 단열효과로 냉, 난방 부하를 줄 일 수 있 으며 기계적 설비시스템 과 결합되어 효율적인 실 내 환경을 유지할 수 있 다.

3. 3친환경 건축물의 시스템 통합디자인

지속가능한 친환경 건축물은 각각의 친환경 요소와 기 법들이 독립되어 건축물에 적용되지 않는다.이와 같은 친환경 기법들은 건축물을 구성하는 각종 시스템들과 유 기적으로 연결되어 그 성능을 발휘 하게 된다.그러므로 친환경 설계 기법과 건축시스템은 서로 통합디자인 됨으 로써 지역적 요구와 미기후에 대응 가능한 대안건축물이 될 수 있다.기존의 친환경 통합설계는 설계과정을 단계 별로 구분하고 각 분야 전문가들이 기획단계에서부터 의 사결정에 참여하고 리서치 기반의 평가와 분석을 통한 회기적 설계방식을 사용하고 있다.그러므로 통합설계의 구조적인 틀과 프로그램을 제시하고 있지만,건축물을 구 성하는 시스템과 형태 및 공간배치에 관련된 프로그램의 통합까지 제시하지는 못하는 실정이라 할 수 있다.

건축물을 구성하는 시스템을 각 부분별로 나누어 보면 구조,외피,설비,실내 공간이 될 수 있다.특히 외피와 설비시스템의 결합은 친환경 건축물의 궁극적 목표가 될 수 있다.

건축물을 구성하는 시스템은 Re mot e , Touc he d, Conne c t e d,Me s he d,Uni f i e d의 다섯 가지 단계로 나누어 통합을 규정할 수 있다.

Re mot e 는 두 시스템이 물리적 접촉 없이 서로 떨어져 있는 결합방식이다.Touc he d는 기능적으로 연결되어 있거나 인접한 장소에 배치되는 경

14)김자경,op. ci t ,P. 42 0

15) Ri c har d D. Rus h, The Bui l di ng Sys t e ms I nt e gr at i on

Handbook,P. 3 20

구분 Re mot e Touc he d Conne c t e d Me s he d Uni f i e d 통합

단계

특성

물리적 접촉 없이 떨어져 있는 단계

기능적으로 연 결 되 거 나 단순한 결합

연결장치에 의하여 물 리 적 으 로 결합

물 리 적 으 로 결합되 고 유기적 관계

물리적 형태 를 공유하여 일체화된 결 합

표 2.시스템 통합의 5 단계

그림 3.단위세대 평면도

그림 6.자연채광과 차양장치

그림 5 .조경과 Sk ygar dens 구조 골조구조( Ske l e t on) 결합방식 일체식 결합( J oi nt )

통합설계

통합 단계 S,E,I :Touche d S,M:Conne ct e d 형태 및 공간계획 옥상정원과 유기적으로 연결된 실내공간

통합요소

S( 구조) :골조구조,강접합 E( 외피) :테라스 하우스( 옥상식재) M( 설비) :세대간 중정( 채광,환기) I ( 실내공간) :실내,외부공간의 물리적 결합 표 3 .망미 주공아파트의 통합설계

그림 2.망미 주공 저층부

전경 그림 4.Menar a

Mes i ni aga전경 우이다.Conne c t e d는 서로 직접 용접되거나 볼트에 의하

여 결합되거나 다른 연결 장치에 의하여 결합된 경우이 다.Me s he d는 시스템이 물리적으로 연결되어 같은 공간 을 차지할 때 나타나며 한 건축물에 적용된 결합방식이 유사한 용도의 다른 건축물에 적용할 수 있다.Uni f i e d단 계는 물리적 형태를 공유함으로써 일체화 되어 서로 분 리 할 수 없는 통합의 가장 상위 단계를 의미한다.

친환경 건축물에 적용 가능한 시스템 통합의 단계는 Conne c t e d,Me s he d,Uni f i e d의 단계로 설정 할 수 있다.

4.환경친화건축의 건축적 표현방법과 시스템 통합

4. 1생태건축의 특성과 시스템 통합

생태건축의 설계는 자연채광과 환기를 사용한 자연형 방법( Pas s i ve Me t hod) 을 주로 사용하고 있으며 최적의 설계를 위하여 건축물을 구성하는 시스템들과 통합설계 가 필요하다.

부산 망미 주공 아파트( 한 국토지주택공사, 연제구, 부 산,1986) 는 대지의 경사를 고려하여 저층부를 테라스 하우스로 구축하였고 타워형 아파트와 일자 굴곡형 단지 가 혼합되어 비교적 다양한 형태의 주거건축물로 구성되 어 있다.

저층부의 테라스 하우스위치는 대지의 남측부분의 경 사지역을 활용하여 토공사비용을 절감하고 자연지형을 적극적으로 사용하며 조망과 일조까지 해결하고 있다.테 라스 하우스의 평면은 116㎡로 구성되어 있으며 2세대 사이에 위치한 계단식 중정이 특징적이 다.각 세대의 안방 위의 옥상과 거실에 연결된 중정은 썬큰 처 리 되어 있고,식재를 통하여 거 주자들에게 안정감을 줄 수 있 다.각 세대가 사용하는 테라스 는 모두 3단으로 구성되어 있다.

특히 거실과 테라스 및 정원이 물리적으로 연결되어 있어 실내 공간과 외부공간이 유기적으로

연결된 사례라 할 수 있다.

구조는 철근콘크리트를 사용한 골조구조가 전체적인 형태를 구성하고 생태적 요소들이 적절하게 접목되어 있 지만 구조시스템과 생태환경 요소가 서로 영향을 주는 것이 아니고 장소만 제공한다는 점에서 Touc he d된 통합 디자인으로 구성되어 있다고 볼 수 있다.

Me nar a Me s i ni aga( Ke n Ye ang,Mal ays i a,1992 ) 는 적 도 부근에 위치하며 건기와 우기가 구분되는 열대기후에 적합한 건축형태를 가진다고 할 수 있다.

평면 형태는 원 형이고 대기와 접 하는 표면적이 작 아서 냉,난방부하 를 줄일 수 있다.

실내정원은 건축물

의 평면을 따라 나

선형으로 식재되어

공중 정원까지 이

어진다. 3개층 높

이의Sky gar de ns

의 식재로 인하여

실내공기 정화 효

과를 볼 수 있고 실내로 유입되는 공기를 여과 시켜주는

역할을 수행한다.동쪽과 북서쪽에 사용된 차양 장치는

태양광선을 줄여 주며 사무 공간 전면부는 발코니 처리

되어 자연환기가 가능하

다.각 층의 계단실과 화

장실은 자연환기와 조도를

확보하여 에너지 절감 효

과를 얻을 수 있다.또한

전동식 썬루푸가 장착된

지붕은 트러스 구조와 결

합되어 태양 전지판을 설

치할 수 있도록 설계되었

다.이와 같이 구조시스템과 외피시스템이 물리적으로 결

합되어 Conne c t e d된 통합디자인을 이루고 있다고 볼 수

있다.

그림 10 .Nex t 21 주택의 전경

그림 1 1.Suppor t & I nf i l lSy s t em

그림 9 .Commer zbankTower 의 실내 환기 시스템

구조 골조구조( Ske l e t on) +Vi e r e nde e lt r us s 보+내력벽식 코어

결합방식 일체식 결합( J oi nt )

통합설계

통합 단계

S,E,M,I :Me s he d 형태 및 공간계획 삼각평면+코어

아트리움+층별 실내정원

통합요소

S( 구조) :골조구조

E( 외피) :다중 외피시스템( Mul t i f ul -s ki n f acade sys t e m) ,12T유리+Cavi t y+이중외피+루버셔터

M( 설비) :실내아트리움( 채광,환기) ,코어 I ( 실내공간) :주공간( 사무실) ,

부공간( 코어,실내정원) 표 5.Commer zbankTower 의 통합설계

그림 7.

Commer z bank Tower전경

그림 8 . 단면개념과 자연환기시스템

구조 골조구조( Ske l e t on) +트러스( Tus s) 결합방식 노출식 결합( Di s j oi nt )

통합설계

통합 단계 S,E:Me s he d S,M,I :Touc he d 형태 및 공간계획 원 형 평 면 +실 내 정 원 , 차양장치와 썬루푸

통합요소

S( 구조) :골조구조+트러스구조( 지붕) E( 외피) :동, 서방향( 루버설치) ,

지붕( 전동식 썬루푸+트러스구조) M( 설비) :평면의 남, 동향에 코어배치

( 오전 일사 차단) I ( 실내공간) :주공간( 사무실) ,

부공간( 코어,실내정원) 표 4 .Menar aMes i ni aga의 통합설계

Commer zbank Tower ( Nor man Fost er ,Fr ankf ur t , Ge r many,199 7) 는 고층의 오피스 건축물에 생태적 건축 기법을 사용한 대표적 사례가 될 수 있다.

평면은 삼각형 형태 를 취하고 있으며 각 면의 모서리 부분에 코어를 배치하여 주 공간과 부 공간을 구 분하고 있다. 기준층 일부에 실내정원을 설 치하여 실내, 외부의 연관성에 중점을 두었 고 모든 사무실은 개 폐가 가능한 창문을 두어 자연환기가 가능 하며 건축물의 중앙 중정을 통하여 자연 환기 및 채광이 가능하여 자원과 에 너지를 절감할 수 있다.

1층 바닥부터 시작되는 At r i um은 각 방위별로 분산 설 치된 실내정원과 통합되어 최상층까지 연속적으로 연결 되어 있다.그러므로 259m의 고층건축물의 높이를 자연 환기 통로로 활용하였고 기준층 평면의 1/ 3크기의 실내정 원은 나선형 구조로 상승하는 방식을 사용하여 사용자들 에게 건축물 내부에 친환경 공간을 제공하고 있다.

구조시스템은 기둥과 코어 그리고 Vi e r e nde e lt r us s 보 를 사용하여 대 경간을 확보할 수 있었다.수직기둥과 코 어는 상부하중을 분산시키고 있으며 8개층 단위로

Vi e r e nde e lt r us s 보가 설치되어 실내정원을 지지하고 있 다.구조시스템과 환경설비시스템은 Me s he d된 통합디자 인을 이루며 유기적으로 연결되어있다고 볼 수 있다.

4. 2지속가능한 건축의 특성과 시스템 통합

Ne xt 21( ne xt 21건설위원회,Os aka,J apan,199 3) 은 주거 양식의 변화와 에너지 절감을 위한 대안 건축으로써 2 1 세기형 도시집합주택의 대표적 사례가 될 수 있다.

건축물 내부에 생태정원을 설치하여 자연과의 공생을 추구하고 있으며 중수 처리 시설

을 활용하여 화장실의 세정수와 생태정원에 필용 한 수자원으로 사용된다.

또한 자원의 재활용을 통 하여 지속가능한 주거단지 를 구축하기 위하여 사용 자의 요구에 맞추어 다양 한 형태로 개조가 가능한 건축 및 설비시스템을 사 용하고 있다.

Ne xt 21의 건물시스템은 다양한 세대공간의 구현이 가 능함과 동시에 향후 가변성,개조보수 용이성을 확보할 수 있는 기술인 Suppor t& I nf i l lSys t e m을 도입하였다.

즉,수명이 길고 공용 적 특성이 높은 구조 체( Suppor t ) 와 상대 적으로 수명이 짧은 내장재( I nf i l l ) 를 분리 함으로써 실내공간의 개조보수가 용이하다.

이와 같은 방식은 구 조와 벽체의 분리가 가능하여 자유로운 외벽을 설계 할 수

16) 촉매를 사용한 오수처리 시스템으로 아쿠아 루프 시스템

( AquaLoopSyst e m) 이라고 한다.

그림 1 4.RWA AG Headquar t er s 의

전경

그림 15 .이중 외피 시스템 구조 골조구조( Ske l e t on)

결합방식 일체식 결합( J oi nt )

통합설계

통합 단계 S+M:Uni f i e d S+M,I : Me s he d S+M,E:Touche d 형태 및 공간계획 조립식외벽+가변평면

통합요소

S( 구조) :골조구조

E( 외피) :구조에 독립된 자유로운 외벽 건물내부 생태정원 설치 M( 설비) :Suppor t& I nf i l lSys t e m I ( 실내공간) :단위평면의 조합,

가변적 공간구성,

3. 6 m의 층고( 설비공간제공) 표 6.Nex t 2 1의 통합설계

구조 트러스 구조( Tr us s ) 결합방식 노출식 결합( Di sj oi nt )

통합설계

통합 단계 S+M:Uni f i e d S+M,I :Touc he d S+M,E:Me she d 형태 및 공간계획 트러스+유리 및 벽체패널 사용,무주 공간

통합요소

S( 구조) :트러스 구조,핀 접합 E( 외피) :가동식 루버,압출 성형 외피 M( 설비) :이중 외피 벽체( 환기) ,

상부 지붕 루버( 채광) I ( 실내공간) :대경간 실내공간 구축,

정방향 모듈 사용

표 7Sai ns bur yCent r ef orVi s ualAr t s 의 통합설계

그림 12 .Sai ns bur yCent r ef or Vi s ualAr t s전경

그림 1 3.이중외피와 가동루버

있고 건축외피를 도시환경을 구성하는 시각 환경의 일부 로 인식하게 할 수 있다.또한 층고를 3 . 6 m로 설계하여 각종 배관 및 설비시설을 설치할 수 있는 공간을 확보하 고 있다.이와 같은 단위평면의 조합과 가변적인 배관설 비는 가족구성의 변화에 따라 효율적으로 변경 가능한 진보된 건축시스템이라 할 수 있다.

구조와 설비 시스템은 물리적으로 같은 공간을 공유하 며 일체화된 통합으로 Uni f i e d된 통합단계를 가지고 구조 와 외피시스템은 물리적으로 결합되어 상호 연관성을 가 진다는 점에서 Me she d된 통합을 취한다고 볼 수 있다.

Sai ns bur y Ce nt r e f or Vi s ual Ar t s ( Nor man Fos t e r , Nor wi c h Engl and,1974-78) 는 미술전시관으로 사용되고 유리 패널로 외피가 마감되어있다.강관의 삼각형 트러스 를 사용하여 기둥과 보가 결합되어 있고 좌굴을 방지하 기 위하여 벽체패널은 지붕구조에 매다는 방식을 사용하 고 있으며 경우에 따라 벽체와 지붕은 상호 교체할 수 있게 되어있다.또한 지붕과 벽체는 2. 4m 깊이의 트러스 구조를 사용하기 때문에 트러스 내부에 설비수납공간으 로 사용하여 구조시스템 과 설비시스템을 통합하 는 효율적인 결합방식을 채택하고 있다. 벽체와 지붕의 패널은 통기가 가능한 루버가 있어 실 내공기를 순환할 수 있 다.강관 트러스로 마감된 스팬은 35m의 길이를 가지며 7 . 5 m의 비교적 높은 층고 를 가지고 구축된다.

외부형태는 건물의 단 부 박공면을 유리로 마감 하여 내부 트러스가 시각 적으로 노출되어 있다.

외피에 사용된 패널은 유 리 패널과 벽 패널로 나 누어지고 볼트를 사용하 여 패널을 결합하고 있어

조립이 용이하다.또한 벽체는 프리패브( pr e f ab) 화된 시스 템으로 압출성형 외피를 사용한 샌드위치 구조로 되어있 다.

RWA AG He adquar t e r s( I nge nhovan,Es s e n,Ge r many, 1996) 는 원형의 평면을 가지고 있다.건물내부 코어를 가 운데 배치하여 채광에 불리한 공간을 줄였으며 30 층 규 모의 사무공간들이 배치된 고층건축물이다.외피시스템은 이중외피 구조가 적용되어 에너지를 절감 시키고 있고 차양 장치와 결합하여 자연광을 조절하고 있다.내부 커 튼월 유리벽체는 단열 처리가 되어 있는 흰색 유리로 되 어 있고 외부 커튼월은 강화유리로 구성되어 있다.두 벽 체 사이의 50c m의 전이공간은 완충공간이며 방음과 자연 환기가 이루어 질수 있다.이와 같은 전이공간은 층별 방 음과 방재를 목적으로 한 개층 단위로 유닛화 되어 층별 조절이 가능하다.

또한 각 사무실의 개구부는 이동식 판

넬로 되어 자연환기가 가능하다.또한

외부벽체는 공기교환 시스템( Fi sh-

Mout h) 을 설치하여 태양복사에너지와

눈부심을 차단하고 공기의 유,출입을

조절 하고 있다.콘크리트로 통합된

천정은 조명설비,방재설비 그리고 냉,

난방 설비 시스템이 통합 설계 되어있

다.또한 건축물의 실내 환경은 기계

적 설비 장치로 조절되지만 각 소요실

에서 요구되는 특별한 환경은 개별조

정 장치를 통하여 해결 하고 있다.구조시스템은 설비시

스템과 공간을 공유하고 실내 환경을 위한 긴밀한 조화

를 이루고 있기 때문에

Me s he d된 통합단계를 가진다

고 할 수 있다.또한 외피시스

템은 결합의 과정이 시각적으

로 노출되기 때문에 기능적,

형태적으로 Me s he d된 통합단

계를 보이고 있다고 볼 수 있

다.

구조 골조구조( Ske l e t on) +내력벽식 코어 결합방식 일체식 결합( J oi nt )

통합설계

통합 단계 S+M:Uni f i e d S+M,I :Touc he d S+M,E:Me s he d 형태 및 공간계획 원형평면+중앙코어 주공간,부공간 분리

통합요소

S( 구조) :골조구조( 사무실) +원형코어( 설비) E( 외피) :이중피막 외피( 강화유리+절연유리+ 공 동부분) ,f i s h mout h e l e mant ( 알루미늄막+블라인 드+ai rbuf f l epl at e ( 공기유출입)

M( 설비) :원형코어내부 배치 외피시스템과 결합

I ( 실내공간) :사무공간개별 환기,채광조절 표 8RWA AG Headquar t er s 의 통합설계

5.결 론

친환경 건축은 물리적인 자원과 에너지 절약을 위한 건축적 대응방법으로 시작되었다고 볼 수 있다.현대건축 에서 친환경 건축은 지역의 기후와 자연환경을 적극적으 로 활용한 자연적 조절방법과 기계적 설비시스템을 접목 하여 자연 순환 체계에 순응하는 물리적 조절방법을 사 용한다고 할 수 있다.본 연구에서는 자연 조절방법을 사 용하는 건축물을 생태건축으로,물리적 조절방법을 사용 하는 건축물을 지속가능한 건축으로 나누어 보았다.

생태건축은 지역의 미기후를 분석하고 대지의 조건을 적극적으로 활용하며 채광과 자연환기를 통하여 실내 환 경을 조절한다고 볼 수 있다.이와 같은 자연환경의 조건 들은 건축물의 배치와 공간계획에 적극적으로 활용되어 원하는 실내 환경을 유지하고 건축적 부하를 줄일 수 있 다.지속가능한 건축은 자원과 에너지의 재활용과 재사용 을 통하여 건축자원을 순환 시키며 실내 환경을 조절하 는 것이다.그러므로 자연적 순환 방식에 설비시스템 그 리고 구조시스템이 유기적으로 통합디자인이 되는 경우 가 많다.이과 같은 친환경 설계 방식은 건축계획에 활용 되기 위하여 건축형태,공간구성 그리고 구조시스템으로 나누어 볼 수 있다.

건축형태는 차양 장치와 이중 외피 시스템 그리고 가 동식 루버 및 압출 성형외피가 주로 사용되었다.또한 건 축물의 골조구조와 직접 결합되거나 기획단계에서부터 통합 설계되어 냉,난방 부하를 줄일 수 있었다.특히 코 어배치는 공간구성 측면에서 설비시스템이면서 내력벽체 로 사용되어 주공간과 부공간으로 실내공간을 구분하는 기준이 되기도 하였다.구조시스템은 내력벽식 골조구조 라멘구조 그리고 트러스 구조가 사용되는 경우가 많았고 각 구조체는 설비시스템에 직접 설치공간을 제공하기도 하였으며 구조적으로 결합되고 있었다.또한 건축물의 외 피와 노출식 및 일체식으로 결합하여 형태적 특성을 가

질수 있었다.특히,지속가능한 건축물중 고층건축물이나 연면적이 넓은 복합시설일 경우 골조구조와 설비코어가 유기적( Me s he d) 결합상태를 가지거나 트러스구조 및 골조 구조에 기획 단계부터 시스템화되어 일체화( Uni f i e d) 된 통합 디자인 단계를 갖춘 경우가 많았다. 유기적 ( Me s he d) 통합 단계는 한 건축물에 사용된 시스템이 이와 유사한 다른 건축물에도 적용 가능한 보편성을 가지며, 일체화( Uni f i e d) 된 통합단계는 기획 단계부터 한 건축물 전용으로 설계된 경우로 볼 수 있다.

각 시스템들은 과학기술의 발전에 따라 일체화된 통합 단계를 추구하여 기술집약적인 건축으로 발전되고 있다.

이와 같은 건축성향은 현대 과학과 테크놀러지를 바탕으 로 공간 구성과 형태 표현의 새로운 가능성을 탐구하는 하이테크 건축이념의 바탕이 된다고 볼 수 있다.

현대 건축물들은 구성요소들이 체계적인 시스템 통합 과정을 통하여 요구되는 실내 환경과 외부 형태를 만들 어 내고 있다고 볼 수 있다.친환경 건축물도 자연적 조 절 방식과 더불어 구조 및 설비시스템이 통합되어 발전 하는 경향을 가지며 자원과 에너지를 절감할 수 있는 대 안 건축으로 의미를 가진다고 할 수 있다.

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Hi ghTe chnol ogy,Thame s& Huds on,199 7

논문접수일 ( 201 0.11 .16 )

심사완료일 ( 1차 :20 10.11.2 4,2차 :20 10.12.0 8)

게재확정일 ( 201 0.12 .13 )