KIEAE Journal

BIPV는 PV 모듈이 건축물의 외형을 구성하는 건축재의 역할을 겸하며, 에너지 생산과 건축물의 심미성을 동시에 만족시킬 수 있는 디자인 요소로서 기능한다. 최근 심미성에 대한 관심이 증가하면서 OPV, DSSC 등의 개발이 이루어지고 있지만, 광전변환 효율이 11% 이하로 낮아 상용화에 어려움을 겪고 있다. 한편, 다양한 색상을 구현하면서도 광전변환 효율을 높이는 방안으로 기존 실리콘 태양전지를 기반으로 하는 기술도 개발되고 있다. 중국 L사의 경우 색상에 따라 15~16%의 광전변환 효율을 기록하는 제품을 출시하였으며, 스위스 I사는 16%대의 광전변환 효율을 보이는 크로매틱스 (Kromatix) 모듈을 출시하여 시장을 점유하고 있다.

Company (Country)	Case	Characteristic
L (China)		ㆍElevation is designed by using green PV and blue PV.
	Green Global Map1)
		ㆍImage of forest is created by utilizing marble-type green PV.
	Youngjin University2)
I (Switzerland)		ㆍBlue-based PV is designed to be fit brightness.
	Copenhagen International School3)
		ㆍElevation pattern is realized by adjusting the installation angle of green PV.
	Bornholm Hospital4)

건축 입면 심미성에 관한 연구는 크게 구성요소에 관한 연구와 입면의 심미성 평가에 관한 연구, 경관 이미지 평가에 관한 연구로 구분되는 것으로 나타났다. 정경애(2003)의 연구에서는 건물 파사드의 디자인 유형에 관하여 정리를 시도하였다[2]. 오연순(2008)의 연구에서는 정경애(2003)의 연구를 바탕으로 부산광역시 광복로의 파사드 특징을 분석하였으며[3], 조한솔(2018)의 연구에서는 태양전지 적용 건축물의 심미성 평가요소를 도출하였다[4]. 최영신(2011), 천지윤(2014), 유태형(2008), 기성간(2014), 박세나(2008)의 연구에서는 색채와 관련하여 입면 외관 평가에 대한 연구가 이루어졌다. 최영신(2011)의 연구에서는 대전광역시 도심을 중심으로 도시가로변 건축물의 색상 추출 및 설문조사를 통한 분석이 이루어졌다[5]. 천지윤(2014)의 연구에서는 유리외관 건축물을 대상으로 감성 및 색채 특성에 관한 연구를 진행하였으며[6], 유태형(2008)의 연구에서는 초등학교 외벽의 색채에 대한 분석을 진행하였다[7]. 기성간(2014)의 연구는 광주광역시 수완지구를 대상으로 색채환경에 대한 조사와 분석이 이루어졌으며[8], 박세나(2008)의 연구에서는 색채 이론과 설문조사를 통한 분석이 이루어졌다[9].

경관 이미지 평가에 관한 연구로서 송대호 외 1인(1998)의 연구에서는 SBE (Scenic Beauty Estimation) 방법과 다중회귀분석을 통해 경관평가 방법이 고안되었다[10]. 김지혜(2009)의 연구에서는 SD 설문과 구조방정식 모형을 통해 분석을 진행하였다[11]. 이 연구에서는 선행연구가 진행된 태양전지 입면 적용 유형을 바탕으로 입면형과 지붕형으로 재분류하여 평가대상을 설정하였다. 또한 선행연구를 통해 건축물 입면에 대한 색채 관련 감성형용사를 추출하고 종합하는 과정을 거쳐 설문 구성을 진행하였다. 분석기법으로 경관에서 주로 활용되는 통계분석 기법을 채택하여 주성분 분석과 다중회귀분석을 통해 연구를 진행하였다.

선행 연구에 따르면 PV 설치 유형은 수직면, 상부면, 기타 설치형으로 구분된다. 기타 설치형의 경우 루버, 난간 등의 설치물이 입면에 부착된 형태로 수직면 유형에 포함될 수 있다. 따라서 이 연구에서는 수직면과 기타 설치형을 입면형으로 통합하고, 상부면 유형을 지붕형으로 분류하여 평가대상이 작성되었다.

각각에 대하여 무채색 벽면에 PV가 적용된 대표 입면 사례를 선정하였으며, CG를 이용하여 중국 L사의 Color Solar Cell 5종(라벤더, 타일레드, 아미그린, 골든 브라운, 엔젤블루)을 Table 2.와 같이 적용하였다.

Type	Case
Envelope Type5)
	C1	Basic	C2	Lavender	C3	Tile Red
	C4	Army Green	C5	Golden Brown	C6	Angle Blue
Roof Type6)
	C1	Basic	C2	Lavender	C3	Tile Red
	C4	Army Green	C5	Golden Brown	C6	Angle Blue

본 연구에서는 감성형용사를 이용한 SD법 설문을 진행하는 방법이 이용되었다. 평가에 사용된 감성형용사의 추출은 건물의 입면과 색의 관계성에 대한 선행연구를 통해 이루어졌다. 최연신(2011), 천지윤(2014), 유태형(2008), 기성간(2014), 박세나(2008)의 연구를 통해 44쌍의 감성형용사를 추출하였으며, 중복 내용 병합 및 CBIPV의 성격에 맞는 감성형용사 17쌍을 도출하였다. 이어 이를 유사한 성격끼리 범주화하는 과정을 진행하였다.

선행연구에서는 경관에 대한 평가로 Daniel & Boster(1976)가 고안한 방법인 SBE 평가가 주로 이용되었다[12]. 하지만 이 연구에서는 입면에 대한 심미성 평가를 목적으로 하기 때문에 SBE 평가를 활용한 복합적 판단보다는 종합된 질문에 의한 분석 대상의 평가가 요구되었다. 따라서 입면에 대한 종합적인 심미성을 판단할 수 있는 아름다움을 묻는 질문과 전체적인 어울림에 관한 질문 등 두 문항으로 구성하였다. 최종적으로 구성된 질문은 다음 Table 3.과 같다.

태양전지 색상 변화에 따른 건축물 심미성의 심층 분석을 위해 관계자 집단을 대상으로 하는 FGI (Focus Group Interview) 설문이 진행되었다. 피설문자는 건축 분야 전문가 4명 및 실무자 4명, 건축학 분야 대학원생 7명 및 전공 학생 5명으로서 설문지는 총 20부가 수집되었다. 전문가는 대학교수를 비롯한 관련 분야 박사급 학위 및 건축사 등 고급 자격 소지자, 실무자는 건축사사무소에서 5년 이상 근무한 경력직원을 대상으로 하였으며, 건축학 분야 대학원 재학생 외 전공 학생의 경우 건축학 인증을 받은 전문 교육기관에서 3년 이상 수학한 경우를 대상으로 하였다.

설문의 유효성 검증을 위하여 Cronbach's Alpha 계수( α 계수)가 산출되었다. α 계수는 동일한 항목들에 대해 실제 일관성이 있는지를 체크하기 위한 대표적인 방법으로 (Eq. 1)에 의해 산출된다. 일반적으로 0.7 이상일 경우 적절하다고 판단되며, 0.8~0.9의 값이면 신뢰도가 높은 것으로 판단된다[13].

K = Respondents       Y = Total Score by Question
X = Question Score by Respondent    σ² = Dispersion

이 연구에서는 IBM SPSS (Statistical Package for the Social Sciences) 프로그램을 이용하여 통계분석을 진행하였으며, 12개의 입면 장면에 대한 17개의 감성형용사에 대해 240개의 표본이 집계되었다. 17개의 항목에 대하여 α 계수는 0.853으로 산출되어 신뢰도가 높은 설문이 진행되었다고 판단되었다. 또한 각각의 항목에서도 모두 α 계수가 0.8 이상으로 모든 항목에서 신뢰도 높은 결과 값을 얻었다. 각각의 분석내용은 Table 4.와 같다.

다중회귀분석 결과 감성형용사 요소 7개에 대하여 표준화계수 값은 모두 양수를 가지기 때문에 양의 상관관계를 가지며, 집계된 수치가 낮을수록 입면의 심미성이 증가된다. 유의성을 가지는 요소 7가지에 대하여 입면형 CBIPV의 평균점수를 정리하면 Table 8.과 같다.

C1 색상은 입면에서 연속감과 청결성이 뛰어난 것으로 분석되었으며, 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있기 때문에 편안함과 친근감을 갖는 것으로 분석되었다. C2 색상은 입면에서 변화감 및 연속감이 뛰어나지만, 불안함과 어색한 성질을 갖는 것으로 분석되었으며, C3 색상은 변화감과 따뜻한 성질은 우수하나, C2 색상과 마찬가지로 불안함과 어색한 성질을 갖는 것으로 분석되었다. C4 색상은 입면에서 편안함과 친근감, 연속감이 뛰어났으며, 전반적으로 모든 요소에 대하여 우수한 것으로 분석되었다. C5 색상은 C1 색상과 유사한 성격을 가지는 것으로 분석되었으나, 청결함과 변화감이 상대적으로 부족한 것으로 파악된다. C6 색상은 입면에서 청결함, 변화감, 세련미가 우수한 것으로 분석되었으나, 차가운 성질을 가지고, 편안함과 친근감이 부족한 것으로 사료된다. 집계된 점수에 따라 색상별 건축계획 시 고려사항을 Table 9.로 정리하였다.

CBIPV를 지붕에 적용하였을 때 입면 적용 시에 비해 심미성 측면에서 어떤 차이를 보이는 지에 대한 분석을 진행하였다. 유의성을 가지는 요소 7가지에 대하여 지붕형 CBIPV의 평균점수를 정리하면 Table 10.과 같다.

C1 색상은 지붕형에서도 입면형과 비슷한 특징을 지니는 것으로 분석되어 편안함과 연속감이 뛰어난 것으로 나타났다. C2 색상의 경우 전반적으로 7가지 요소에 대하여 성능을 발휘하지 못하는 것으로 나타났다. C3 색상은 입면적용 시에 비해 큰 폭의 심미성 점수 상승이 있었으며, 편안함과 친근감에서 유의미한 차이를 보였다. C4 색상은 입면형에 비해 점수 하락이 있었으나, 전반적으로 고르게 성능을 발휘하는 것으로 나타났다. C5 색상은 입면형보다 큰 폭의 점수 하락이 있었으며, 지붕형에서 전반적으로 낮은 성능을 기록하는 것으로 나타났다. C6 색상은 입면과 비슷하게 지붕에서도 변화감, 세련미, 청결성이 우수한 것으로 나타났으나, 편안함과 친근감이 부족한 것으로 분석되었다.

CBIPV의 사용은 건축입면의 심미성을 향상시킬 수 있는 요소로 이용될 수 있지만, 동시에 잘못 설치된 경우 심미성의 저해 요소로도 작용될 수 있음이 확인되었다. 특히, 다중회귀분석을 통해 도출된 결과는 건축입면의 심미성에 영향을 크게 주는 요소로 편안함과 친근함을 나타내고 있다. 따라서 색상을 선택함에 있어서 가장 먼저 고려해야할 사항으로서 편안함과 친근함을 줄 수 있는 디자인 방식이 요구된다. 이와 같은 분석은 C3 색상에 대한 입면형과 지붕형 평가결과의 비교를 통해 가능하다. 일반적으로 무채색 벽면에 붉은 색 계열의 장식 또는 패널을 설치하는 디자인은 주변에서 흔히 찾아보기 어려운 반면, 같은 배색의 지붕을 설치한 디자인은 쉽게 찾아 볼 수 있기 때문에 상대적으로 편안함과 친근함 정도가 가중될 수 있다. 특히, 피렌체, 리스본, 프라하 등 중세 유럽도시의 방문이나 시청각자료를 통해 시각적으로 쉽게 접하고 경험할 수 있는 지붕의 특성상 편안함과 친근함이 상대적으로 크게 작용할 수 있기 때문에 지붕형 평가에서 그 점수 상승폭이 두드러진 것으로 판단된다. 따라서 CBIPV의 이용은 색상에 따라 디자인 요소의 초점을 다르게 할 필요가 있으며, 이 연구에서는 집계된 평가점수를 바탕으로 색상별 건축계획 시 고려해야 할 사항을 Table 11.로 정리하였다.