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[ Article ]
- Vol. 13, No. 5, pp. 79-88
ISSN: 2288-968X (Print) 2288-9698 (Online)
Print publication date Oct 2013
Received 25 Jul 2013 Revised 23 Sep 2013 Accepted 28 Oct 2013
DOI: https://doi.org/10.12813/kieae.2013.13.5.079

A Study on The Evaluation Criteria of Carbon Emission and the Development of the Evaluation Method in Apartment House

공동주택을 대상으로 한 탄소배출 평가기준 구축 및 평가방법 개발

This study creates the evaluation criteria to analyze the CO2 emission quantity in the complex of apartment house among domestic buildings and proposes how to calculate the CO2 emission quantity by the only simple information of apartment house. The study shows that in order to create the index of carbon emission evaluation criteria, CO2 emission quantity for its input materials in these 27 apartment houses are 445,412g-CO2/㎡ for apartment building, 474,322g-CO2/㎡ for the basement parking lot, 483,523g-CO2/㎡ for welfare facility, 729,957g-CO2/㎡ for sales facility, 743,560g-CO2/㎡ for other facility, 26,782g-CO2/㎡ for public facility, 43,659g-CO2/㎡ for landscape, 1,113g-CO2/㎡ for indoor facility, 11,251g-CO2/㎡ for outdoor facility and 891g-CO2/㎡ for common temporary based on the average CO2 emission by facility. We can also see the analysis data that in case of using the selected factors only, the rate of error is 7.51% comparing with the emission quantity by using simplified LCA method this study suggests for the whole range of apartment houses and the rate of error is average 3.24% using selective and main materials. And this it is evaluated that we can get the result which is similar to the actual CO2 emission quantity with only the simple information about the apartment house.


Evaluation criteria of Carbon Emission, Apartment Complex, Life Cycle. Assessment, Simplified Life Cycle Assessment, 탄소배출 평가기준, 공동주택 단지, 전생애평가, 단순화 LCA

1. 서 론
1.1. 연구의 배경 및 목적

최근 지구온난화 및 기상이변 등 환경문제가 빈번하게 발생하고 있는 상황에서 환경문제, 특히 지구온난화의 주원인인 온실가스(CO2) 배출량을 정량적으로 평가하려는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 건축분야 역시 친환경산업체계로의 전환을 위해 건축물에서의 CO2 배출량을 산출, 분석하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나 건축물을 구성하고 있는 건축자재의 경우 수천종류로 구성되어 있어 분석에 많은 시간이 소요되어 단일 건축물에 대한 사례 분석이 주를 이루고 있는 만큼 산출된 CO2 배출량을 평가할 수 있는 기준에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다.

어느 한 종류의 건축물에서 CO2 배출량을 평가하기 위해서는 동일한 용도에 대한 다수의 건축물에서의 CO2 배출량 분석을 수행하여, 건축물에서의 평균 CO2 배출량을 이용한 CO2 평가기준이 구축되어야 한다. 또한 평가기준을 활용을 위한 방법 즉, 평가 대상 건축물에 대한 특정 정보만을 통해서도 CO2 배출량을 산출할 수 있는 Simplified LCA(Life Cycle Assess ment)를 이용한 산출방법에 대한 연구가 수반되어야 한다.

이에 본 연구에서는 건축물의 전생애 단계 중 자재생산단계에 한정하여 국내 건축물 중 공동주택 단지를 대상으로 다수의 공동주택 단지에서의 CO2 배출량 분석을 통한 평가기준을 구축하고, 또한 공동주택 단지에 대한 특정 정보만을 이용하여 CO2 배출량을 산출할 수 있는 방법 제시를 궁극적인 목적으로 한다.

1.2. 연구의 방법

공동주택 단지를 대상으로 투입자재에 대한 탄소배출 평가기준의 구축 및 평가 방법 개발이라는 궁극적인 목적을 위해 본 연구에서 수행한 주요 연구 방법은 다음과 같다.

① 공동주택 단지에서의 탄소배출 평가기준 구축을 위해 각 특성이 다른 다수의 공동주택 단지를 대상으로 모든 투입자재에 대한 내재에너지 및 CO2 배출량을 산출하는 Full Scale LCA를 수행하였다. LCA 분석방법으로는 산업연관표(2008년)1)를 이용한 산업연관분석법을 적용하였다. 이후 Full Scale LCA를 통해 나타난 CO2 배출량을 이용하여 공동주택 단지에서의 평균 배출량을 산출하여 평가기준을 구축하였다.

② 공동주택 단지에 대한 특정 정보만을 이용하여 CO2 산출할 수 있는 방법 제시를 위해 Simplified LCA 방법을 이용하였다. 이를 위해 Full Scale LCA에서 분석된 다수의 단지별 투입자재를 비교‧분석하였으며, 분석결과 공통적으로 적용되는 자재와 단지별 특성에 따라 다르게 나타나는 자재(선택)를 분류하였다. 이후 분류된 자재(&시스템)별 CO2 배출원단위를 구축하였다.

③ 평가 대상 건축물에 대한 특정 정보(건축개요)를 고려하여 구축된 CO2 배출원단위를 적용, CO2 배출량을 산출하였다. 그리고 본 연구에서 제시한 CO2 산출방법에 대한 신뢰도 검증을 위해 Full Scale LCA 수행 결과와 비교‧평가하였다.


2.관련 연구고찰

국내에서 수행된 주요 연구개요를 분석하면 다음과 같다.

김종엽 외 2인은 건축자재에 대한 환경부하 원단위를 구축하였으며2) 이강희 외 1인은 산업연관분석법을 통해 14개의 건축자재 및 제품군에 대한 CO2 배출량을 산출 및 개별적산법과의 비교 분석을 수행하였다.3)

우지환 외 1인은 건축공사만을 대상으로 표준공동주택을 제시, 여기서 투입되는 6종류의 주요자재를 선정하여 CO2 배출량을 산출하였다.4)

최근에는 국토교통부에서 시설물별(건축물, 교량, 도로 등) 탄소배출량 산정 가이드라인을 제시하여 건축물에서의 CO2 배출량을 정량적으로 평가할 수 있는 방안 및 프로그램을 제시하였으나 개별적산법을 통한 국가 LCI DB(Life Cycle Inventory Database)를 활용하고 있는 만큼 몇몇 주요자재를 제외하면, 적용 가능한 자재의 종류가 드물며, 정확한 공사내역이 없이는 활용하기 어려운 단점이 있다.5)

위에 나타난 바와 같이 국내에서 수행된 건축물에서의 CO2 배출량 산출에 관한 연구는 LCI DB 구축이 미흡하다는 문제점 외에도 수많은 자재의 분석에 있어 금전적 혹은 시간적인 한계가 나타나는 만큼 산업연관분석법을 주로 이용하고 있는 것으로 분석되었다.

현재까지 진행된 기존 연구를 살펴본 결과 단편적인 사례분석을 통해 CO2 배출량을 산출하고 있을 뿐, 다수의 사례 분석을 통해 CO2 배출량에 대한 평가기준을 마련하고 있지 않고 있으며, 또한 기존에 수행되었던 주요자재만을 이용한 평가의 경우 역시 약 20% 이상을 차지하고 있는 나머지 기타자재에 대한 환경부하량을 산출할 수 없는 점 및 민감도 분석이 진행되지 않은 주요자재 선정이라는 문제점이 나타나고 있다.

국외의 경우 Daniel Kellenbergera 외 1인은 단독주택을 대상으로 건물에서의 투입자재가 아닌 지붕, 벽체, 단열재 및 벽돌 등 구성요소를 묶어 비교적 적은 노력으로 실제 평가와 유사한 품질의 결과를 제시하려는 연구를 수행하였다.6)

Ignacio Zabalza Bribián 외 2인은 스페인에서의 벽돌 및 타일, 절연재료, 시멘트 및 콘크리트, 목재제품 등 건축자재에 대한 LCA 분석을 수행하였다. 연구 결과 다른 연구에서 얻은 영향보다 20~30% 증가한 데이터가 나타나 각 국가의 건설산업의 특성에 맞는 기존 재고 DB의 확장 조정이 필요하다는 결론을 제안하였다7)

미국의 조지아 연구소에서는 LCA가 기능 평가 도구의 하나로 대두되고 있으나, 건축에서의 명확한 원칙이 부족하다고 판단하여 건축 산업, 특히 건축가를 위한 LCA의 가이드라인을 제시하였으며, 건물에서의 LCA는 한계가 있음에 따라 더 많은 LCI DB의 확장이 요구되어진다고 제안하였다.8)

국외의 경우 국내보다 다양한 제품에서의 LCI DB가 구축되어 있으나, 실질적으로 건축물에 대한 분석을 수행하기에는 DB 구축상의 한계가 있는 것으로 나타나고 있으며, 국내와 동일하게 평가기준에 대한 연구시도는 아직 미흡한 것으로 분석된다.


3.분석 방법론 및 범위 선정
3.1.분석 방법론

본 연구에서는 공동주택 단지에서의 CO2 배출량을 평가할 수 있는 평가기준의 구축 및 공동주택 단지의 평가 대상 건축물의 자재투입에 따른 특성을 정의할 수 있는 특정 정보 입력만을 통해 CO2 배출량을 산출하는 평가방법 제시를 목표로 하고 있다.

CO2 배출량 산출을 위한 방법으로 국제표준화기구(ISO, International Organization for Standardization)에서 제시하는 ISO14040 방법론을 적용9) 하였으며, 이를 통해 산출된 CO2 배출량에 대한 평가기준 구축을 위해 다수의 공동주택 단지에 대한 Full Scale LCA를 수행하여, 단지를 구성하는 시설별 단위면적당(/㎡) 평균 CO2 배출량 기준을 제시하였다.

또한 Simplified LCA 방법을 이용하여 간단하게 단지에서의 CO2 배출량을 산출할 수 있는 방법은 다음과 같다.

첫째, 각 단지별로 공사 시 공통적으로 적용되는 자재를 공통자재로 정의하여 분류하며, 단지의 특성이 반영된 즉, 단지마다 다르게 나타나는 자재를 선택자재로 정의하여 자재(&시스템)별로 분류한다.

둘째, 공통자재의 경우 단지마다 단위면적당(/㎡) 변화량이 크게 나타나는 자재와 변화량이 작은 자재로 나타나고 있는 바, 상대적으로 변화량이 큰 자재를 주요자재로, 변화량에 차이가 나지 않는 자재를 기타자재로 분류한다.

셋째, 단지 정보에 따른 선택자재, 주요자재 및 기타자재에 대한 원단위 DB를 구축하며, 이후 이를 이용하여 특정 정보만을 통해 공동주택 단지에서의 CO2 배출량을 산출한다.

본 연구에서 제시하는 탄소배출 평가기준 및 평가방법을 다음 <그림 1>에 나타낸다.


Fig 1. 
The evaluation criteria of carbon emission and the Assessment method

3.2.분석범위 선정

건축물의 전생애에 대한 평가단계는 자재생산단계, 시공단계, 사용단계, 해체 및 폐기단계로 구성되어 있다.

본 연구에서는 공동주택 단지를 구성하고 있는 투입자재의 CO2 배출량 평가를 목표로 하고 있는 만큼, 자재생산단계를 분석범위로 선정하였다.

분석을 위해 2009∼2010년도에 설계‧신축된 총 27개(282동)의 공동주택 단지를 선정하였으며, 선정된 공동주택 총 27단지의 공사내역서 분석 결과 아파트 단지 내역서는 다음 <표 1>과 같이 분류하고 있는 것으로 나타났다.

Table 1  
Classification standard of construction statement
Facility Name Construction Machinery Corporation telecommunication Corporation Public Works Landscape Corporation
Apartment
Underground parking
Welfare facilities
sales facility
Other Facilities
public works
Landscape
Indoor facilities
Outdoor facilities
common temporary

<표 1>과 같이 공사내역서 분류 기준은 아파트, 지하주차장, 복지시설, 판매시설, 기타시설과 같이 건물이 있는 경우 건축, 기계, 전기‧통신 공사로 구성되어 있으며, 토목 및 조경공사는 단지 전체에 대한 공사로 별도로 분류되고 있는 것으로 분석되었다.

총 27개 단지에 대해 표 1에 분류되고 있는 시설별로 CO2 배출량을 비교한 결과를 다음 <그림 2>에 나타낸다.


Fig 2. 
CO2 emissions of apartment complex facilities

분석 결과 공동주택 단지에서의 전체 CO2 배출량 중 아파트와 지하주차장이 약 88% 이상을 차지하고 있는 것으로 분석되었으며, 나머지 시설의 경우 약 12% 이하만을 차지하는 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 평가기준 구축 외에도 Simplified LCA 방법을 목표로 하고 있는 만큼, Simplified LCA 수행을 위한 공통자재는 아파트와 지하주차장을 중심으로 선정하였으며, 아파트공사의 경우 설계개요에 따른 건물의 특성이 반영되고 있는 것으로 나타나 선택자재를 추가로 선정하였다.

반면 아파트 및 지하주차장을 제외한 나머지 시설의 경우 전체 CO2 배출량의 약 12% 이하로 나타고 있으며, 단지별 투입되는 자재의 종류가 유사하거나 단지별 투입량의 변화량이 크게 나타지 않는 바, 주요자재 및 공통자재의 선정 없이 27개 단지 평균 CO2 배출량을 배출원단위로 적용하였다.


4.탄소배출 평가기준 구축 및 평가 결과
4.1.Full Scale LCA 수행을 통한 평가기준 구축

공동주택 단지에서의 탄소배출 평가기준 구축을 위해 27개 단지에 대한 Full Scale LCA를 수행하였다.

다음 <표 2>에 총 27개 분석단지에 대한 단지 내 시설별 모든 투입자재에 대한 Full Scale LCA 분석 결과를 나타낸다.

<표 2>에 나타난 바와 같이 아파트에서 총 발생량의 최대 77.8%, 최소 57.3%, 평균 68.5%를 차지하고 있는 것으로 나타났으며, 지하주차장의 경우 최대 31.0%, 최소 8.3%, 평균 19.6%를 차지하는 것으로 나타나, 단지 내 총 CO2 배출량의 대부분을 아파트 및 지하주차장이 차지하고 있는 것으로 분석되었다.

<표 2>에 제시된 시설별 CO2 배출량의 경우 단지별로 시설 및 대지에 대한 면적 기준이 서로 다르며, 단지 내 각 시설의 면적 비율 역시 단지별로 다르게 나타나고 있는 만큼 직접적인 비교가 어려운 바, 단지에서의 배출량을 평가할 수 있는 평가기준 구축을 위해 각 시설별로 각각의 면적을 적용하여 단위면적당(/㎡) CO2 배출량을 산출하였다.

Table 2. 
Full scale LCA result of apartment complex facilities
Num ber Apartment Complex Name the actual CO2 emissions by Apartment Complex(ton-CO2)
Apartment Underground parking Welfare facilities sales facility Other Facilities Landscape public works Indoor facilities Outdoor facilities common temporary Total
1 Gwangju seon-un 27,245 14,734 678 300 815 1,360 1,217 66 1,051 60 47,526
2 hak-dong Gwangju 42,999 6,938 169 441 908 1,188 1,768 99 530 194 55,234
3 gyo-dong Gimje 19,229 2,708 134 238 310 725 2,426 44 167 58 26,039
4 chuncheon Nam 32,713 12,824 585 144 299 1,109 545 79 441 17 48,756
5 Daejeon No-eun 16,719 6,171 304 360 58 641 1,312 45 201 22 25,833
6 Busan 22,389 6,130 891 278 263 1,182 1,941 61 689 107 33,931
7 yong-hyeon Sa cheon 17,708 4,450 463 258 237 647 1,251 39 484 44 25,581
8 Gwang-gyoA 28,986 6,992 494 314 519 1,738 2,050 70 533 43 41,739
9 gwang-gyoB 25,922 12,983 557 124 40 1,158 2,532 59 - 47 43,422
10 homaesil 25,127 6,118 355 195 532 956 1,236 68 - 55 34,642
11 gwan-yangt An yang 59,113 16,597 1,263 254 165 1,391 3,055 118 - 68 82,024
12 Yangsan ga-chon 16,931 5,333 700 261 211 894 3,016 60 535 35 27,976
13 Yeongcheon mang-jeong 13,725 3,213 454 103 22 648 1,814 45 210 40 20,274
14 seo-cheon Yongin 16,678 3,382 95 177 379 559 942 49 316 51 22,628
15 bangeo Ulsan 24,231 8,659 636 385 41 864 1,383 63 321 43 36,626
16 Uiwang po-il 17,489 4,400 545 704 382 762 1,110 53 89 33 25,567
17 In cheon seo-changA 57,139 19,420 1,035 386 128 1,821 1,573 109 - 58 81,669
18 seo-changB 43,173 12,999 90 349 291 2,218 1,563 86 - 37 60,806
19 young-jongA 17,227 7,711 680 243 388 1,111 1,180 50 - 41 28,631
20 young-jongB 18,556 8,474 612 256 452 861 1,427 49 - 41 30,728
21 cheong-ra Incheon 73,358 28,030 1,012 642 881 3,070 3,705 155 893 66 111,812
22 Pyeong-geo Jinju 40,526 9,762 702 309 302 1,166 1,109 82 512 68 54,538
23 byeog-am Jincheon 15,261 1,694 652 162 110 515 1,594 47 436 34 20,505
24 Changwon bo ngnimA 17,493 4,157 489 312 282 925 1,488 55 283 43 25,527
25 bongnim Chan gwonB 33,702 9,080 511 220 757 1,055 1,577 73 372 50 47,397
26 un-jeong Paju 35,782 8,788 838 262 142 1,598 1,403 75 533 56 49,477
27 Jang-nyang Po hang 24,539 3,621 113 276 248 1,245 2,198 80 - 54 32,374

각 시설별 기준 면적의 경우 아파트 및 지하주차장, 복지시설, 판매시설, 기타시설은 각 시설에 대한 연면적을 적용하였으며, 토목, 조경과 같이 단지 내 전체적으로 적용되는 경우는 대지면적을 적용하여 산출하였다. 옥내시설 및 공통가설의 경우 아파트에 대한 내역으로 구성 되고 있어 아파트의 연면적을 적용하였으며, 옥외시설은 토목, 조경과 동일하게 단지 내 전체적으로 적용되고 있는 것으로 나타나 대지면적을 적용하였다.

최종 산출된 단지 내 각 시설별 평균 CO2 배출량을 다음 <표 3>에 나타낸다.

Table 3. 
CO2 emissions per unit area(/㎡) of apartment complex facilities
Facility Name CO2 Emissions(g-CO2/㎡)
Minimum Average Maximum
Apartment 340,308.0 445,412.2 585,998.0
Underground parking 360,389.8 474,322.4 734,481.4
Welfare facilities 164,745.5 483,523.8 1,025,147.1
Sales facility 1414,562.1 729,957.0 1,529,522.0
Other Facilities 45,385.6 743,560.3 1,594.627.6
Public works 18,874.7 26,782.2 35,845.5
Landscape 13,157.9 43,659.0 90,331.3
Indoor facilities 911.1 1,113.4 1,329.7
Outdoor facilities 3,413.7 11,251.8 20,699.5
Common temporary 236.0 891.1 2,173.7
※ unit area standard

• Apartment, Indoor facilities, Common temporary : apply apartment gross area

• Underground parking, Welfare facilities, Sales facility, Other Facilities : apply each facility gross area

• Landscape, Public works, Outdoor facilities : apply ground area


분석결과 구조 및 자재가 정형화 되어있는 아파트와 지하주차장의 경우 총 27개 단지에서 각 평균 대비 최대 약 1.3배 및 약 1.5배 가량 차이나는 것으로 나타났으나, 복지시설 및 판매시설과 같이 정형화되어있지 않는 경우 2배 이상 차이나는 것으로 분석되었다. 특히 차이가 많이 나는 기타시설의 경우 앞서 제시된 4종류의 건물 외 나머지 건물들에 대한 결과로 단지에 따라 종류가 상이한 관계로 상당한 차이가 나타나는 것으로 분석되었다.

4.2.Simplified LCA 방법을 통한 CO2 배출량 산출
1) 선택자재 CO2 배출원단위 구축

Simplified LCA 방법을 이용하여 CO2 배출량을 산출하기 위해 총 27개 단지에 대한 단지개요 및 투입자재를 분석하였으며, 이에 단지별 특성이 반영되는 선택요소를 선정 및 선택요소에 따른 세부 자재를 분류하였다.

선택자재는 아파트마다 공통적으로 적용되지 않는 자재 즉, 내부마감의 등급 혹은 장식물, 빌트인 가구, 욕실타입, 타일 및 돌 종류, 추가적인 옵션 등 아파트의 특성이 나타나는 자재(&시스템)로 선정하였다.

다음 <표 4>에 아파트에서의 선택자재 선정 결과 및 CO2 배출원단위를 나타낸다.

Table 4. 
CO2 emissions per unit area(/㎡) of option materials
division, Main Category Sub Category Details CO2 Emissions (g-CO2/㎡)
Archit ectural Eleme nts Miscellaneous construction Bathroom kinds UBR 8,733
Wet Corrosion 12,296
Furniture construction Built-in Furniture type (Kitchen furniture is excluded) Less than 2 set 2,788
3 ~ 5 set 8,622
More than 6 set 14,629
Masonry Attachment internal stone type Basic 93
Granite 974
Marble 1,616
Interior finishing work Living Room Floor Finish Vinyl Carpet 1,540
PVC floor 2,544
Plywood floor 4,486
Glazing work Glass types Duplex layer Glass 5,439
Low-E duplex layer Glass 9,832
Roof work Gutter work Roof waterproofing Type Metal tiles 1,397
Waterproof asphalt singles 3,224
Tile construction Apply tile Type Basic 5,231
Terrazzo tile 2,310
Point Tile 977
Polishing Tiles 211
Marble Tile 1,985
Miscellaneous construction Shower booth Installation 1,679
Metal construction Metal Ornament Installation 1,911
Reinforced concrete construction Outer insulation Application 15,843
Placing concrete period Winter 2,383
Spring and summer and fall 0
Equip ment Eleme nts Plumbing fixture work Add optional Sink savingwater 924
Softwater 1,240
Sewage/drainage works Add optional Dishwasher 1,891
Gas oven 1,012
Food Dehydrator 229
Ventilation system Ventilation system 2,945
Ventilating opening 37
Heating / Hot Water construction Heating System District heating 2,874
Individual heating 4,128

선택자재 분류 결과 아파트 건물에서 특성이 반영되는 요소는 건축이 11종류, 설비가 4종류로 나타났으며 이에 포함되는 선택자재의 종류는 총 229종류로 분석되었다.

2)공통자재 CO2 배출원단위 구축

공통자재는 선택자재가 제외된 단지별 공통으로 적용되는 자재로 정의하였으며, 단지별 변화량에 따라 주요자재와 기타자재로 추가 분류하였다.

이중 지하주차장의 경우 단지별 투입자재가 크게 다르게 나타나지 않아 선택자재에 대한 분류가 없어 모든 자재를 대상으로 주요자재를 선정하였다.

주요자재 선정을 위해 각 단지에 따른 투입량 및 단지별 변화율을 모두 고려하였으며, 또한 투입량 및 변화율이 큰 자재 순으로 주요자재의 종류가 증가하여도 단지별 평균 오차율에 변화가 일정해지는 구간을 분석하여 주요자재를 선정하였다.

각 시설별 주요자재의 종류에 따른 평균오차율의 변화분석 결과 아파트에서의 주요자재는 15종류, 지하주차장의 경우 6종류 이상부터 평균 오차율의 변화가 미미하게 나타나는 것으로 분석되었으며, 이 구간에서의 각 평균 오차범위는 아파트 3% 미만, 지하주차장 2% 미만인 것으로 분석되었다.

아파트 및 지하주차장에서 최종 선정된 주요자재를 다음 <표 5>에 나타낸다.

Table 5. 
Result of selection of main materials
division Materials The result of main material selection in 27 apartment complex
Average CO2 emissions (g-CO2/㎡) kind of construction Detail construction
Apartment 1 High Strength steel reinforcement 136,346 Construction Reinforced concrete work
2 Pile 13,905 Construction Foundation practice
3 Super strength steel reinforcement 22,803 Construction Reinforced concrete work
4 Remicon 66,358 Construction Reinforced concrete work
5 GANGFORM 9,161 Construction Reinforced concrete work
6 Windows 15,546 Construction Joiner's work
7 Assembly PD 10,555 Construction Digestive Corporation
8 Plastic windows 1,659 Construction Joiner's work
9 Household door 4,545 Construction Joiner's work
10 ALFORM 16,044 Construction Reinforced concrete work
11 Kitchen Furniture 8,758 Construction Kitchen tool construction
12 EUROFORM 1,483 Construction Reinforced concrete work
13 Metal windows 3,970 Construction Joiner's work
14 Dry mortar 11,422 Construction Plasterwork
15 Cement 8,781 Construction Plasterwork
Und erground parking 1 Remicon 139,515 Construction Reinforced concrete work
2 Super strength steel reinforcement 128,658 Construction Reinforced concrete work
3 High Strength steel reinforcement 69,258 Construction Reinforced concrete work
4 Parking deck plate 55,224 Construction Reinforced concrete work
5 Reinforced Truss plate 42,598 Construction Reinforced concrete work
6 Pile 34,993 Construction Foundation practice

기타자재는 각 단지별배출량 및 변화량이 미미한 자재들 즉, 공통자재 중 주요자재를 제외한 나머지 자재로 선정였으며, 기타자재의 경우 단지별로 변화량이 미미하게 나타남에 따라 기타자재군에 대한 배출원단위로 구성하였다.

분류 결과 아파트의 경우 기타자재의 수량은 1,433종류로 평균 CO2 배출량은 77,893g-CO2/㎡으로 나타났으며 지하주차장의 경우 536종류로 평균 CO2 배출량은 55,982g-CO2/㎡로 분석되었다.

또한 아파트 분양형태 및 세대면적에 따라 주요자재 및 기타자재에 대한 구분 없이 공통자재로 통합한 단위면적당(/㎡) CO2 배출원단위를 다음 <표 6>에 나타낸다.

Table 6. 
Basic unit of CO2 Emission per unit area of common materials in apartment building
division, Main Category Sub Category Details CO2 Emissions (g-CO2/㎡)
Apartment Sale form - Rent 367,202
Sale 438,307
Average household area Rent Less than 65㎡ 378,012
More than 65㎡ 351,760
Sale Less than 120㎡ 437,072
More than 120㎡ 440,779
Underground parking 474,322

3) 선택 및 공통자재를 이용한 CO2 배출량 산출 결과

선정된 공통자재 및 선택자재를 활용하여 Simplified LCA 방법을 이용한 CO2 배출량을 산출하였으며, 본 연구의 산출방법에 대한 신뢰도 검증을 목표로 앞서 Full Scale LCA를 통해 산출된 공동주택 단지별 실제 CO2 배출량과 비교‧평가 하였다. Simplified LCA 방법을 이용한 CO2 배출량 분석은 단지의 특정 정보인 선택요소만을 이용한 경우와 주요자재까지 활용하여 적용한 두 가지 경우에 대해 수행하였다.

다음 <표 7>에서 단지별 특정 정보를 분석하여 나타낸다.분석 결과 건축요소의 경우 돌공사, 수장공사, 유리공사, 타일공사와 설비요소 중 위생기구공사 및 오배수공사의 옵션사항에서 여러 자재가 중복 적용되는 것으로 분석되었다.

선택요소 적용에 따른 CO2 배출량 평가의 경우 아파트의 분양형태 및 평균 세대면적에 따른 공통자재의 배출원단위를 적용하였으며, 각 단지별 선택요소에 대한 CO2 배출량을 반영하였다. 아파트를 제외한 나머지 시설에 대해서는 앞서 분석된 시설별 단위면적당(/㎡) CO2 배출원단위를 적용하여 분석하였다.

Table 7. 
Analysis result of apartment building information


선택 및 주요자재 적용에 따른 CO2 배출량 평가의 경우 기타자재에 대한 CO2 배출원단위에 주요자재 실제 CO2 배출량을 적용하였으며, 여기에 각 단지별 선택요소에 대한 CO2 배출량을 반영하였다. 아파트를 제외한 나머지 시설에 대해서는 선택요소만을 이용한 경우와 동일하게 앞서 분석된 시설별 단위면적당(/㎡) CO2 배출원단위를 적용하여 분석하였다.

각 분석에 적용된 Simplified LCA 방법을 정리하여 다음 <표8 >에 나타낸다.

Table 8. 
Simplified LCA method

※ shading is means stationary emission

<표 8>에 제시된 Simplified LCA 방법을 이용하여 단위면적당(/㎡) 아파트 건물에 대한 CO2 배출량 분석 결과를 다음 <그림 3>에 나타내며, 단지 전체에 대한 CO2 배출량 분석 결과를 <표 9>에 나타낸다.

선택요소만을 이용한 CO2 배출량 분석 결과 아파트 건물에서의 Full Scale LCA에 대한 오차율은 최대 18.04%, 최소 0.50%, 평균 9.10%로 나타났으며, 지하주차장의 경우 최대 35.42%, 최소 0.75%, 평균 10.48%로 분석되었다. 단지 전체에 대한 발생총량의 오차율은 최대 21.21%, 최소 0.11%, 평균 7.51%인 것으로 분석되었다.

선택 및 주요자재를 이용한 CO2 배출량 분석 결과 아파트 건물에서의 Full Scale LCA에 대한 오차율은 최대 10.01%, 최소 0.12%, 평균 3.47%로 나타났으며, 지하주차장의 경우 최대 6.01%, 최소 0.26%, 평균 2.01%로 분석되었다. 단지 전체에 대한 발생총량의 오차율은 최대 9.40%, 최소 0.19%, 평균 3.24%인 것으로 분석되었다.

선택요소만을 이용한 경우와 주요자재까지 적용한 경우를 비교한 결과 주요자재를 단지별 변화량이 큰 자재를 대상으로 선정한 만큼, 주요자재에 대한 단지별 배출량이 적용되지 않는 선택요소만을 이용하는 경우에 오차범위가 상대적으로 크게 나타나는 것으로 분석되었다.

하지만 선택요소만을 이용하는 경우에도 평균 오차율은 7.51%로 분석되는 만큼 많은 시간을 소비하지 않는 공동주택 단지의 특정 정보만으로도 실제 CO2 배출량과 어느 정도 유사한 결과를 산출할 수 있을 것으로 나타났으며, 주요자재까지 적용 시에는 실제 CO2 배출량 산출 결과와 근접한, 신뢰도 높은 결과 값을 산출 할 수 있는 것으로 평가되었다.


5.결론

본 연구는 공동주택 단지에서의 CO2 배출량을 평가할 수 있는 평가기준을 구축하였으며, Simplified LCA 방법을 이용한 특정 정보 입력만으로도 신뢰도 높은 CO2 배출량을 산출할 수 있는 방법을 제시한 본 연구에서의 주요 결과는 다음과 같다.

(1) 탄소배출 평가기준 구축을 위해 공동주택 27개 단지에서의 투입자재에 대해서 단위면적당(/㎡) 평균 CO2 배출량을 분석하였다. 시설별 평균 CO2 배출량의 경우 아파트가 445,412g-CO2/㎡, 지하주차장 474,322g-CO2/㎡, 복지시설 483,523g-CO2/㎡, 판매시설 729,957g-CO2/㎡, 기타시설 743,560g-CO2/㎡, 토목 26,782g-CO2/㎡, 조경 43,659g- CO2/㎡, 옥내시설 1,113g-CO2/㎡, 옥외시설 11,251g-CO2/㎡, 공통가설 891g-CO2/㎡가 발생하는 것으로 분석되었다.


Fig 3. 
CO2 emissions result per unit area(/㎡) of apartment building

Table 9. 
Assessment result of CO2 emissions in apartment complex
Num ber Apartment Complex name Full Scale LCA Simplified LCA Error rates
Optional Application Select and main materials Application
Apartment (ton-CO2) Underground parking (ton-CO2) All Facilities (ton-CO2) Apartment (ton-CO2) Underground parking (ton-CO2) All Facilities (ton-CO2) Apartment (ton-CO2) Underground parking (ton-CO2) All Facilities (ton-CO2) Optional Application(%) select and main materials Application (%)
1 Gwangju seon-un 27,245 14,734 47,526 27,435 13,929 47,248 26,774 14,481 47,139 0.58 0.81
2 hak-dong Gwangju 42,999 6,938 55,234 44,124 7,245 56,714 42,029 6,836 54,210 2.68 1.85
3 gyo-dong Gimje 19,229 2,708 26,039 15,828 1,749 20,517 19,602 2,689 25,231 21.21 3.10
4 chuncheon Nam 32,713 12,824 48,756 35,770 16,221 56,805 32,419 13,239 50,473 16.51 3.52
5 Daejeon No-eun 16,719 6,171 25,833 15,397 4,814 23,291 16,003 5,800 24,884 9.84 3.68
6 Busan Ji-sa 22,389 6,130 33,931 24,878 6,612 36,385 22,560 6,203 33,658 7.24 0.80
7 yong-hyeon Sacheon 17,708 4,450 25,581 16,876 4,417 25,052 17,579 4,509 25,847 2.07 1.04
8 Gwang-gyoA Suwon 28,986 6,992 41,739 34,215 7,593 47,423 29,022 7,181 41,818 13.62 0.19
9 gwang-gyoB Suwon 25,922 12,983 43,422 22,042 13,203 39,795 25,697 12,442 42,690 8.35 1.69
10 homaesil Suwon 25,127 6,118 34,642 23,806 6,026 34,143 25,887 6,061 36,259 1.44 4.67
11 gwan-yang Anyang 59,113 16,597 82,024 54,804 17,515 78,324 56,628 16,542 79,175 4.51 3.47
12 Yangsan ga-chon 16,931 5,333 27,976 18,973 5,142 27,829 17,490 5,281 26,486 0.52 5.33
13 Yeongcheon mang-jeong 13,725 3,213 20,274 15,663 3,586 22,208 15,099 3,258 21,315 9.54 5.13
14 seo-cheon Yongin 16,678 3,382 22,628 18,006 3,508 24,782 18,057 3,431 24,755 9.52 9.40
15 bangeo Ulsan 24,231 8,659 36,626 23,935 8,879 36,669 25,335 8,864 38,054 0.11 3.89
16 Uiwang po-il 17,489 4,400 25,567 19,352 5,453 28,025 17,671 4,597 25,488 9.61 0.31
17 seo-changA Incheon 57,139 19,420 81,669 49,863 16,050 73,932 54,894 19,678 82,591 9.47 1.13
18 seo-changB Incheon 43,173 12,999 60,806 39,531 13,248 60,710 40,625 12,650 61,207 0.16 0.66
19 young-jongA Incheon 17,227 7,711 28,631 19,211 9,314 33,301 18,157 7,966 30,899 16.30 7.92
20 young-jongB Incheon 18,556 8,474 30,728 18,826 11,154 34,095 18,971 8,452 31,539 10.96 2.64
21 cheong-ra Incheon 73,358 28,030 111,812 68,644 23,742 102,037 72,040 27,831 109,522 8.74 2.05
22 Pyeong-geo Jinju 40,526 9,762 54,538 36,539 10,432 52,105 37,708 10,079 52,922 4.46 2.96
23 byeog-am Jincheon 15,261 1,694 20,505 16,378 1,560 21,096 15,105 1,712 19,975 2.88 2.59
24 Changwon bongnimA 17,493 4,157 25,527 20,467 4,361 28,825 18,768 4,201 26,966 12.91 5.63
25 Changwon bongnimB 33,702 9,080 47,397 33,534 8,932 47,307 32,758 8,784 46,382 0.19 2.14
26 un-jeong Paju 35,782 8,788 49,477 31,934 8,699 46,868 35,668 8,662 50,565 5.27 2.20
27 Jang-nyang Pohang 24,539 3,621 32,374 27,994 3,932 36,913 26,489 3,673 35,150 14.02 8.57

(2) 공동주택 단지에 대한 특정 정보만을 통해 CO2 배출량을 산출할 수 있는 방법을 제시하였다. 이를 위해 아파트 및 지하주차장의 투입자재를 대상으로 선택자재 및 공통자재로 분류하였으며, 공통자재의 경우 단지마다 상대적으로 변화량이 큰 자재를 주요자재로, 나머지 자재를 기타자재로 정의하여 분류하였다. 아파트공사의 경우 주요자재는 총 15종류로 선정되었으며, 지하주차장의 경우 8종류로 선정되었다.

(3) 선정된 선택자재 및 공통자재에 대한 CO2 배출원단위 DB를 구축하였으며, 이를 활용하여 CO2 배출량을 산출하였다. Simplified LCA 방법을 이용한 CO2 배출량산출은 선택요소만을 이용한 경우와 주요자재까지 활용하여 적용한 두 가지 경우에 대해 수행하였다.

선택요소만을 이용한 CO2 배출량 분석 결과 단지 전체에 대한 발생총량의 오차율은 최대 21.21%, 최소 0.11%, 평균7.51%인 것으로 분석되었으며, 선택 및 주요자재를 이용한 경우의 오차율은 최대 9.40%, 최소 0.19%, 평균 3.24%인 것으로 분석되어 많은 시간을 소비하지 않는 선택요소에 대한 간단한 정보입력만으로도 실제 CO2 배출량과 유사한 결과를 산출할 수 있을 것으로 나타났으며, 주요자재까지 적용 시에는 실제 CO2 배출량 산출 결과와 근접한, 신뢰도 높은 결과 값을 산출 할 수 있는 것으로 평가되었다.

이상 본 연구는 탄소배출 평가기준 구축 및 평가방법을 제시하였다. 본 연구로 인하여 그동안 공동주택 단지에 있어 분석하는데 어려움이 많았던 CO2 배출량을 손쉽게 산출함과 동시에 평가가 가능할 것으로 판단되며, 추후 이를 활용한 친환경 평가 기준에 대한 연구가 이루어 질 수 있을 것으로 사료된다.


Note
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Glossary

1) The Bank of Korea 2008, Industry input-output table 2010

2) Kim, Jong-yup, Kim, Sung-wan, and Sohn, Jang-yul, A Study on the Estimation of the Environmetal Load Intensity of Construction Materials for the Building LCA, Paper for Architectural institute of Korea, 2004;20(7):211-218

3) Lee, Gang-hee, Yang, Jae-Hyuk, A Study on the Functional Unit Estimation of Energy Consumption and Carbon Dioxide Emission in the Construction Materials ,Paper for Architectural institute of Korea, 2009;25(6):43-50

4) Woo, Jee-hwan and Shin, Seong-woo, The Environmental Load Comparison Evaluation of The Apartment House for Main Construction Materials of Standard Apartment House, paper of Architectural Institute of Korea Ecological Environment, 2010;10(1):85-90

5) Ministry of Land, Infrastructure, and Transport, the Guideline calculation CO2 emissions of the facilities -buildings-, 2011

6) Daniel Kellenbergera, Hans-Jörg Althausb, Relevance of simplifications in LCA of buildingcomponents, Building and Environment, 2009: 818-825

7) Ignacio Zabalza Bribián, Antonio Valero Capilla, Alfonso Aranda Usón, Life cycle assessment of building materials: Comparative analysis of energy and environmental impacts and evaluation of the eco- efficiency improvement potential, Building and Environment, 2011: 1133-1140

8) Charlene Bayer, Michael Gamble, Russell Gentry, Surabhi Joshi, AIA Guide to Building Life Cycle Assessment in Practice, Georgia Institute of Technology, 2010

9) ISO 14040, Environmental management - Life cycle assessment - Principles and framework, 2006


Acknowledgments

This work was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) Grant funded by the Korean Government(MOE)(No. 2010-0024342)


References
1. The Bank of Korea, Industry input-output table 2010, (2008).
2. Kim Jong-yup, Sung-wan Kim, Jang-yul Sohn, A Study on the Estimation of the Environmetal Load Intensity of Construction Materials for the Building LCA, Paper for Architectural institute of Korea, (2004), 20(7), p43-50.
3. Lee Gang-hee, Jae-Hyuk Yang, A Study on the Functional Unit Estimation of Energy Consumption and Carbon Dioxide Emission in the Construction Materials, Paper for Architectural institute of Korea, (2009), 25(6), p43-50.
4. Woo Jee-hwan, Seong-woo Shin, The Environmental Load Comparison Evaluation of The Apartment House for Main Construction Materials of Standard Apartment House, paper of Architectural Institute of Korea Ecological Environment, (2010), 10(1), p85-90.
5. Ministry of Land, Infrastructure and Transport, the Guideline calculation CO2 emissions of the facilities , -buildings-, (2011).
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8. Charlene Bayer, Michael Gamble, Russell Gentry, Joshi Surabhi, AIA Guide to Building Life Cycle Assessment in Practice, Georgia Institute of Technology, (2010).
9. ISO 14040, Environmental management - Life cycle assessment - Principles and framework, (2006).