조립식 실증단지의 건축인증 획득에 관한 사례연구

1.1. 연구의 배경 및 목적

최근 우리나라는 1~2인 가구의 증가 및 인구고령화 등의 인구 가구 구조가 변화하고 있으며 경제발전과 소득수준 향상에 따라 소비자들의 주택수요는 점차 다양해지고 세분화 되고 있다 [1]. 그에 비하여 공공임대 주택의 공급량은 절대적으로 부족한 상황이다. 또한 주거 취약계층인 학생, 신혼부부, 사회초년생, 도시근로자 등을 위한 주거환경에 대한 개선이 필요하다. 국토교통부에서는 가구구조 변화에 대응 가능한 공공임대주택 공급시스템 개발 필요성을 인식하고 주거 취약계층 문제를 위해 저비용 고품질 주택시스템을 연구하고 있다. 그리고 빠른 시공 및 분리, 해체가 쉬운 조립식공법을 기반으로 도심지 내 유휴부지를 활용하여 획일적인 공급모델에서 탈피하는 동시에 다양한 수요에 대응하여 적정 공급을 가능하게 하고 사용 후 해체 및 재사용이 가능한 공공임대주택 시스템의 개발을 진행하고 있다.

한국에서는 건물의 에너지성능이나 주거환경의 질을 향상하고 설계, 시공 유지, 관리 등 전 과정에 걸쳐 에너지 절약 및 환경오염 저감에 기여한 건축물을 장려하고자 여러 건축인증 및 설계기준을 시행하고 있다. 공공주택도 인증취득을 통해 사용자에게 쾌적한 환경을 제공하고 저에너지 절약이 가능하도록 설계가 이루어져야 한다.

본 연구는 녹색건축인증, 건축물 에너지효율등급 인증등급을 획득한 가양실증단지가 각 건축 인증항목에 대응하는 전략을 통해 목표하는 등급을 획득한 방안에 대한 것이다. 이를 통하여 앞으로 지어질 조립식 주택이 목표하는 각 건축 인증등급 획득 과정의 어려움을 줄여서 사용자들에게 쾌적한 주거환경을 제공하고 건물 사용 에너지를 절감하는 도시형생활주택 보급을 활성화하고자 한다.

1.2. 연구의 방법

본 연구에서는 조립식 공법을 기반으로 한 실증단지의 녹색건축인증, 건축물 에너지효율등급 인증등급 획득을 통해 쾌적한 주거환경과 건물에너지를 절감을 이룰 수 있도록 한다. 먼저 두 인증의 평가항목 및 평가 프로그램에 입력되는 설계요소들을 파악하고 우선적으로 검토되어야 하는 에너지 관련항목 및 필수항목을 파악한다. 이후 가중치를 고려하여 인증항목 부분을 취합 후 기술성, 시공성, 경제성을 고려하여 효과적인 인증획득 전략을 수립한다(Fig. 1.).

Fig. 1.

Research flow chart

2.1. 건축물 에너지효율등급 인증제도

건축물 에너지효율등급 인증제도는 건축물의 에너지성능을 정량적이고 객관적인 정보로 제공함으로써 에너지성능이 높은 건축물에 대한 수요확대 및 효과적인 건축물에너지관리에 대한 인식을 유도하기 위한 등급제도이다. 제도의 시행은 국토교통부령 제 399호(산업통상자원부령 제 236호) 건축물 에너지효율등급 인증 및 제로에너지건축물 인증에 관한 규칙, 국토교통부고시 제 2017-76호(산업통상자원부고시 제 2017-12호) 건축물 에너지효율등급 인증 및 제로에너지건축물 인증기준에 근거한다 [2].

평가 프로그램에 단열성능, 냉난방기기 방식 및 효율 등의 설계요소들을 입력하여 산출되는 신청건물의 난방·냉방·급탕·조명·환기 에너지소요량을 각각 산출한다, 이를 해당 공간의 바닥면적으로 나눈 뒤 합산하여 단위면적당 전체 1차에너지 소요량 결과 값에 따라 1+++ ~ 7등급의 총 10단계로 인증등급이 구분된다. 평가 프로그램의 입력화면은 아래 그림과 같다(Fig. 2.). 그리고 아래의 표는 평가 프로그램에 입력되는 대표적인 설계요소들을 나타낸다(Table 1.). 그리고 에너지 소요량에 따른 인증등급은 다음과 같이 구분된다(Table 2.).

Fig. 2.

Assessment program(ECO2)

Table 1.

Input Elements of Building Energy Efficiency Level Certification Assesment Program

Table 2.

Levels of Building Energy Efficiency Level Certification in Residential building

2.2. 녹색건축 인증제도

녹색건축 인증제도란 건축물의 에너지 및 자원의 절약과 오염물질의 배출감소, 쾌적성, 주변 환경과의 조화 등 건축물이 환경에 영향을 미치는 요소에 대해 평가를 통해 건축물의 환경 성능을 인증하는 제도이다. 건축물의 자재생산, 설계, 건설, 유지관리 폐기 등 전 과정을 대상으로 에너지 및 자원의 절약, 오염물질의 배출감소, 쾌적한 거주환경 조성 등 환경에 영향을 미치는 요소 등을 평가하기 위한 제도로써 토지이용 및 교통, 에너지 및 환경오염, 재료 및 자원, 물순환 관리, 유지관리, 생태환경, 실내환경의 7개 전문분야의 평가 항목별 점수를 합산하여 등급을 인증하고 있다. 평가항목과 필수항목으로 구분되며 필수항목에서는 반드시 점수를 취득해야 등급을 획득할 수 있다 [3]. 평가 후 획득된 점수들은 분야별 가중치를 적용된 최종점수에 따라 최우수, 우수, 우량, 일반의 4단계로 인증등급이 구분된다. 아래의 표는 녹색건축 인증제도의 세부평가기준 중 신축 주거용의 7가지 항목과 평가요소 및 배점들을 정리한 것이다(Table 3. [4]).

Table 3.

G-SEED(Apartment Housing)(2013) [4]

3.1. 건축물 에너지효율등급 검토

실증단지는 서울시 녹색건축 설계기준에 따라 건축물 에너지 효율등급 3등급 이상(연간 1차에너지 소요량 190~230kWh/㎡·yr)을 취득을 목표로 계획되었다. 그리고 건축물 에너지효율등급의 평가결과는 녹색건축 인증 평가항목 중 ‘2.1.1 에너지성능’의 산출근거가 된다.

일반적으로 건축물 에너지효율등급 평가 프로그램인 ECO2로 산정 시 단위면적당 1차에너지 소요량은 세대수가 많은 경우 외피면적이 작아지고 세대 사이의 단열효과에 의해 세대수가 적은 경우보다 작게 계산된다. 공동주택에서 에너지 소비량에 영향을 받는 주요 항목은 Table 1. 중에서도 건축에서는 외벽 단열성능, 창호성능(단열성능, 설치면적, 투과율), 층고, 침기율, 기계에서는 열원(열생산방식, 용량, 효율), 전기에서는 조명밀도 등이 있다. 주거용도의 경우 냉방부하는 계산되지 않으며 난방 및 급탕, 조명부하가 고려된다. 주거용 건축물에서는 세대 침기량, 창호의 단열성능, 설치면적, 투과율과 난방, 급탕기기의 용량 및 효율이 겨울철 난방부하 계산에 큰 영향을 끼친다. ‘2.2.1 신재생에너지’, ‘2.3.1 이산화탄소 배출 저감’도 두 인증 간에 연관성이 있는 요소여서 태양광발전, 태양열급탕과 같이 도심지 내 주택 규모에 알맞은 신재생에너지를 사용하여 점수를 획득하는 것이 좋다.

실증단지의 경우 다양한 공법 실증을 위해 2개동으로 계획되어 외피면적이 넓으며 세대수도 30세대로 건축물 에너지효율등급 등급 산정에 있어 불리한 것으로 검토되었다. 따라서 벽체 및 창호의 단열성능을 에너지절약설계기준 이상으로 강화하고 단위세대별 난방, 급탕을 위해 설치한 개별보일러의 적정용량과 효율을 도출하여 적용하였다. 신재생에너지와 관련된 항목들은 본 연구에서 경제적인 부분과 관련한 사업적 여건으로 인해 고려대상에서 제외되었다. 위 사항들을 통해 산출된 단위면적당 연간 1차 에너지소요량은 224.5 kWh/㎡·yr로 건축물 에너지효율등급 3등급을 만족하는 것으로 나타났다. 그리고 이 결과가 반영되어 녹색건축인증 ‘2.1.1 에너지성능’ 항목에서 총 12점중 7.2점을 획득하였다.

3.2. 녹색건축인증 우선적 항목 검토

3.3. 그 외 녹색건축인증 항목 검토

상기에서 검토한 사업여건과 관련한 항목 및 필수항목에서 산정된 점수 외에 목표등급에 부족한 점수를 친환경 설계요소 적용으로 평가할 수 있는 항목 적용으로 획득하였다. 이 과정에서 녹색건축인증의 가중치 및 실증단지 적용 용이성을 검토하여 친환경 설계요소 적용을 결정하였다.

1) 가중치

본 실증단지에서 녹색건축인증은 일반등급(그린4)을 획득하기 위한 최종점수인 50점 취득을 목표로 하였다. 획득된 점수들을 환산하여 최종점수로 변환하는 식은 다음과 같다.

$\[ Overall score=\Sigma \left(\left(\frac{Achievedpoints}{Allotedpoints}\right)\times Weighted value\right) \]$

위 식과 같이 가중치가 높은 분야는 최종점수에 영향을 미치기 때문에 분별하는 것이 중요하다. 분야별 가중치는 항목별로 다르게 구성되어 있다. 각 분야가 최종점수에 얼마나 영향을 미치는지 파악하기 위해 다음 식에서 분야별 점수 1점당 최종점수로 변환한 환산점수를 산출하였다.

$\[ Converted points=\frac{Weighted value}{Allotedpoints} \]$

가중치에 따른 환산점수와 실증단지에 적용하기 용이한 정도를 나타낸 표(Table 5.)와 항목별 특성(Table 6.)은 다음과 같다.

Table 5.

Weight value and conversion score of G-SEED

Table 6.

Features of each G-SEED category

검토결과 가중치가 높으면서 실증단지에 적용이 용이한 항목은 ‘1. 토지이용 및 교통’, ‘3. 재료 및 자원’, ‘5. 유지관리’, ‘7. 실내환경’으로 확인되었다. 실증단지에는 ‘3. 재료 및 자원’, ‘5. 유지관리’의 평가항목들에 대해 친환경 설계요소를 집중적으로 적용하여 점수를 획득하는 것이 효과적인 것으로 검토되었다.

2) 분야별 직용 사항

- 재료 및 자원

작은 규모에 의해 인증 평가적용 가능한 항목 자체에 제약이 많으므로 가중치가 높고 적용이 용이한 항목에서 점수를 획득하는 방향으로 계획하였다.

Table 7.

Materials and Resources

- 유지관리

건물의 유지관리를 위한 항목들인 건설현장 환경관리, 운영유지관리, 사용자 매뉴얼 제공 및 수리 용이한 설계적용 여부를 평가하는 분야이다. 실증단지에서 점수획득이 용이한 항목들로 구성되어 있다.

Table 8.

Management

- 생태환경

도심지에서는 기존대지의 자연 지반율이 낮은 경우가 많고 실증단지의 경우 대지가 협소하여 조경공간을 확보하기 힘들어 필수항목이 항목별 배점이 큰 분야임에도 불구하고 낮은 점수를 획득하였다.

Table 9.

Ecological environment

- 실내환경

건물 내부에서 접하는 실내공기, 소음과 관련된 평가항목들로 구성되어 있다. 소음 및 진동에 취약하여 해당항목에 대한 점수 획득이 쉽지 않았으나, 실내공기질, 자연통풍확보, 환기성능 확보를 통해 점수를 획득하였다.

Table 10.

Indoor Environment

3.4. 건축인증 획득결과

위 검토내용들을 바탕으로 실증단지의 친환경적 설계요소를 적용하여 목표하는 등급을 획득하는 결과를 얻었다. 녹색건축 인증에서는 최종점수 50.75점을 취득하여 일반등급(그린4등급)을 획득하였고, 건축물 에너지 효율등급에서는 연간 1차에너지 소요량이 224.5 kWh/㎡・yr으로 산출되어 3등급을 획득하였다. 실증단지의 건축인증 획득 상세 결과는 다음과 같다.

Table 11.

Building certification results of Ga-yang field test case study