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[ Research Article ]
The International Journal of The Korea Institute of Ecological Architecture and Environment - Vol. 22, No. 4, pp. 79-86
Abbreviation: J. Korea Inst. Ecol. Archit. And Environ.
ISSN: 2288-968X (Print) 2288-9698 (Online)
Print publication date 31 Aug 2022
Received 04 Aug 2022 Revised 16 Aug 2022 Accepted 22 Aug 2022
DOI: https://doi.org/10.12813/kieae.2022.22.4.079

해외 목조건축물 사례분석을 통한 생활SOC의 목재 적용방안 고찰
전영진* ; 김영훈**

Consideration of Wood Application Plan by Living SOC through Analysis of Overseas Wooden Buildings
Young-Jin Jeon* ; Young-Hoon Kim**
*Main author, Graduate Student, Dept. of Architecture, Daejin Univ., South Korea (tpdn6120@naver.com)
**Corresponding author, Professor, Dept. of Architecture, Daejin Univ., South Korea (kymyh@daejin.ac.kr)

ⓒ 2022. KIEAE all rights reserved.
Funding Information ▼

Abstract
Purpose:

This study aims to comprehensively analyze the effects of wood, structural problem solving method, carbon reduction, etc. used through overseas wooden construction precedents and use them as basic data to apply Living SOC wood in the future.

Method:

First of all, the theoretical consideration of the necessity of applying wood or wood structure to Living SOC was conducted. To this end, we reviewed the basic matters on the current status of Living SOC and the use of wood through previous studies. Next, we analyzed the case of overseas wooden buildings that were already completed to actively use wooden codes and wood in the future. Finally, based on the analyzed results, the possibility of wood use and wood painting for Living SOC was verified, and through this, a plan to apply wood for Living SOC in the future was presented.

Result:

In this study, the possibility of wood use and application to domestic Living SOC projects was verified through the structural possibility of overseas wooden buildings and carbon-neutral characteristics analysis. In most buildings in Korea, structures were mainly used as modern building materials instead of wood, and wood use is still insignificant. However, in developed countries, high -rise wooden buildings are already appearing, which proves structural stability and carbon neutral effects of wooden shafts. Therefore, in the case of Korea, it is necessary to actively revitalize the use of wood and the wooden architecture, focusing on public buildings including Living SOCs, with reference to these advanced cases.


Keywords: Living SOC, Net Zero, Wood Application
키워드: 생활SOC, 탄소중립, 목재 적용

1. 서론
1.1. 연구의 배경 및 목적

목재는 대표적인 친환경 소재일 뿐 아니라, 콘크리트와 같은 현대 건축 재료와는 달리 생애주기에 따른 슬로우(Slow) 재료이며 탄소를 저장하는 특성이 있기 때문에 환경적인 측면이나 기후 위기 해결을 위한 탄소 저감 및 탄소 중립에도 적합한 재료로 알려져 있다. 특히 2015년 12월에 열린 유엔기후변화협약(UNFCCC)의 파리협정에서 지구 평균온도 상승 폭을 산업화 이전 대비 1.5℃ 이하로 제한하기 위해 탄소중립1)을 선언한 이후, 1㎥당 약 1t의 탄소를 저장하는 효과2)를 보이는 목재의 중요성은 더욱 커져가고 있는 실정이다. 또한, 최근 COVID-19 등으로 인해 실내 체류 시간이 길어지면서 현대 건축재료로 인해 발생하는 호흡기 및 피부질환 등 건강 문제도 해소할 수 있어 목재사용에 대한 신뢰도는 점차 증가하고 있다.

아키텍춰 2030(Architecture 2030)3)에 따르면, 탄소배출 가장 많은 산업은 건설 산업으로, 전체 이산화탄소 배출량에서 약 37%를 차지하고 있다. 특히 시멘트는 3,700만 톤(약 6.1%)으로 전체 산업 부문, 탄소 배출량에서 4번째 비중을 차지하는 등 탄소중립 측면에서 여전히 불리한 측면이 있다.4) 이 같은 사실은 곧 탄소배출이 많은 건축물의 경우 목재를 적극적으로 사용해야 하는 이론적 근거를 제공하고 있다.

그러나 현재 목조건축은 우리나라 전통건축이나 한옥의 이미지가 강하기 때문에 건축물에 목재를 적극적으로 사용하는 경우는 대부분 한옥 등 소규모 개인 주택에 그치고 있다. 목재의 친환경성이나 탄소중립적 가치를 보다 확실하게 실현시키기 위해서는 실효성이나 파급효과 면에서 공공건축물을 통한 목재사용이 필수적이나, 현재까지 공공건축물 가운데 한그린 목조관 등을 제외하면 거의 그 사례를 찾아보기 힘들다. 신한옥형 공공건축물 등 국가 주도 목조건축 진흥 사업의 사례가 있기는 하지만, 이는 기본적으로 한옥의 장점을 현대적 니즈에 적합하게 콘크리트나 RC 구조 등 현대적 재료나 공법을 적용하여 새로운 형태의 목조건축을 지향하는 것으로 볼 수 있으므로 온전하게 목조건축으로 보기는 힘들다. 특히 한그린 목조관의 경우에서처럼, 콘크리트 구조인 계단실과 엘리베이터실을 제외한 모든 공간에 낙엽송 목재나 구조용 집성판(CLT) 등 목재를 사용하고 있으며 건축법상 5층 이상의 목조건축물에 요구되는 2시간 이상의 내화 기준을 충족하는 등 기존의 목재사용으로 인한 화재 및 구조적 문제를 해결하고 탄소 저감 효과5)까지 달성하는 등 중층 목조건축의 가능성을 제시하고 있음에도 여전히 공공건축물에서는 목재사용이 제한적으로 이루어지고 있는 실정이다.

우리나라의 사정과는 달리, 목조건축에 대한 전통이나 기술이 발전된 핀란드나 캐나다 및 일본 등에서는 이미 중고층 목조건축물이 나타나고 있으며 그 용도도 공공건축물뿐만 아니라 주거나 기숙사 및 오피스 등 다양한 분야에 걸쳐 그 모습을 보이고 있다. 내진 등 구조적인 문제로 인하여 부분적으로 RC 구조나 철골 등을 혼용하는 경우도 있으나, 일본이나 영국, 호주 및 스웨덴 등에서는 7층부터 20층에 이르는 중고층 건축물이 구조부를 포함하여 전부 목재로 이루어지고 있는 등 목조건축의 기술이 나날이 발전하고 있으며 이로 인한 탄소 저감 효과도 확대되고 있다.

본 연구는 공공건축물에 대한 목재사용이나 목구조 폭넓은 적용을 위하여 생활SOC6) 건축물을 대상으로 목재의 적용 실태와 향후 적용 가능성을 알아보기 위한 연구로 진행되었다. 생활SOC 사업은 2000년부터 국가적 차원에서 전국적으로 실시되고 있기 때문에 친환경성이나 탄소중립성 등 주요 국가 어젠다에 대한 적용이 가능할 뿐 아니라 지역 자체 사업보다는 목재 적용 효과 등을 보급 및 확산시키기 위한 파급효과가 크다 할 수 있다. 그러나 ‘국내 생활SOC 선도사례를 통해 본 목재사용 분석(2022)’ 등의 선행연구에서 밝힌 바와 같이, 생활SOC 완공 건축물 가운데 목재사용 현황은 주로 내부 마감이나 외장재 일부에 그치고 있어 앞의 해외 사례와 같이 주요구조부를 포함한 목조건축은 나타나고 있지 않은 실정이다. 이는 대부분 경제적인 이유나 구조 및 안전 등의 문제에 기인하는 것이기는 하나, 지역 주민이 이용하는 생활SOC의 친환경성 확보나 2050년까지 탄소 중립을 이루어야 하는 국가적 차원의 탄소감축 필요성 등을 고려할 경우 생활SOC에 대한 목재 적용은 향후 반드시 필요한 부분이라 할 수 있다.

따라서 본 연구에서는 생활SOC 목재 적용에 앞서, 해외 목조건축 선례를 통해 사용된 목재와 구조적 문제해결 방식 및 탄소 저감 등의 효과를 종합적으로 분석하고 이를 향후 생활SOC 목재 적용에 활용할 수 있는 기초적 자료로 활용하고자 한다.

1.2. 연구의 범위 및 방법

본 연구는 ‘저속고도화 생활SOC 설계기법개발’(2021~2023)이라는 연구과제 가운데, 해외 목조건축의 사례분석을 통해 생활SOC 시설에 친환경적이고 대표적인 슬로우 건축재료인 목재를 적용하기 위한 방안을 제시하는 연구로서 그 주요 내용과 방법은 다음과 같다.

우선, 생활SOC에 목재나 목구조를 적용하는 필요성에 대한 이론적 고찰을 진행하였다. 이를 위해 선행연구 등을 통해 생활SOC의 현황과 목재사용 현황 등에 대한 기본적인 사항을 검토하였으며 생활SOC 목재 적용의 필요성을 제시하기 위해 목재의 탄소중립 특성과 주요 목재 부재의 특징 및 목재 이용에 관한 법적 제도적 장치 등에 대한 전반적인 내용을 살펴보았다.

다음으로, 현재까지 생활SOC에 적용된 목조건축이 존재하지 않고 목재사용도 부분적으로 이루어지고 있기 때문에 향후 생활SOC에 목조건축이나 목재를 적극적으로 사용하기 위해 이미 완공된 해외 목조건축물 사례를 조사 분석하였다. 특히 향후 생활SOC의 목재사용 활성화를 위한 주요 조건 가운데 화재나 구조적 차원에서의 안정성과 탄소중립성 등 친환경성을 중심으로 고찰하였으며 목재나 목구조 적용 정도에 따라 순수 목조구조와 혼합목조구조 등으로 나누어 살펴보았다. 또한, 최근의 생활SOC 복합화 건물이 대부분 저층보다는 중고층인 경우가 대부분이기 때문에 캐나다나 일본 등 목재산업 및 목조건축 선진국을 기준으로 해당 국가의 목조건축 사례 또한 5층 이상의 중고층 또는 대규모 건축물로 한정하였다. 이를 토대로 총 8가지의 사례에서 나타나는 특징 중 주요구조부의 목조를 사용한 부분을 중심으로 진행하였다.

마지막으로, 분석된 결과에 근거하여 생활SOC에 대한 목재사용 및 목조화 등에 대한 가능성 검증 및 탄소중립성을 확인하고 이를 통해 향후 생활SOC의 목재 적용방안을 제시하였다[Fig. 1.].


Fig. 1. 
Research flow chart

생활SOC 관련 자료는 국무조정실 생활SOC추진단에서 작성한 생활SOC 복합화 가이드라인이나 선도사례집 등 정부기관물과 산행 연구를 참고하였으며 해외 사례는 각 사례에 대한 공식 홈페이지나 관련 자료 및 선행연구를 인용하거나 참고하였다.


2. 이론적 고찰
2.1. 생활SOC 목재사용 현황

정부는 지역의 일상생활과 밀접한 생활 인프라의 양적 보급 및 질적 향상을 통한 국민의 삶의 질 수준 향상을 위해 2018년부터 국무조정실 생활SOC추진단을 통해 지역밀착형 생활SOC 사업(이하 생활SOC)[1]을 진행하였으며 2020년부터 시설의 복합화를 통한 부지 및 공간의 활용성 증진과 지역 주민의 이용기회 확대 등을 위한 생활SOC 시설 복합화 사업을 추진 중에 있다. 생활SOC 복합화 사업은 3년간 530건의 복합화 시설을 선정 완료하였으며, 복합화 대상 건축물은 생활문화센터(271개), 국민체육센터(172개), 다함께돌봄센터 (163개), 작은도서관(151개), 주거지주차장(142개), 공공도서관 (124개), 가족센터(99개), 공동육아나눔터(58개), 국공립어린이집 (55개), 주민건강센터(27개) 등 다양한 기능시설이 복합화를 통해 완공될 예정이다[2].

그러나 ‘국내 생활SOC 선도사례를 통해 본 목재사용 분석(2022)’[3] 등의 선행연구에서도 밝히고 있는 것처럼, 주민참여형 생활SOC 시설 가운데 목재를 주요구조부나 마감재 등으로 사용한 사례나 주요구조부가 목조로 되어 있는 목조건축은 한 건도 보이지 않고 있으며 거의 모든 사례에서 주요구조부는 RC 구조나 철골구조를 사용하고 있다. 목재가 사용된 부분은 주로 내부 마감재나 외벽 마감재 일부 또는 루버 등에 부분적으로 나타나고 있을 뿐이다. 이 같은 상황은 그 후에 확대 진행되고 있는 생활SOC 복합화 사업 가운데 이미 완공된 시설에서도 동일하게 나타나고 있다.

RC 구조나 철골구조는 구조적인 측면이나 공기 단축 등 시공 측면에서의 장점은 있으나, 건축·건설 분야에서 다량의 탄소가 배출되는 건축재료이기 때문에 탄소중립 차원에서 볼 때는 바람직한 재료가 될 수 없다.7) 물론 생활SOC 사업 자체가 지역 주민의 니즈에 신속하게 대응해야 하고 국가와 지자체의 예산이 함께 집행되는 사업이기 때문에 이에 따른 공기의 단축이나 경제적 제한이 내재하고 있으나, 그동안 완공된 주민참여형 생활SOC 시설이 상대적으로 목구조 적용이 비교적 용이한 저층임에도 불구하고 목구조나 목재 건축이 나타나고 있지 않다는 사실은 목재사용에 대한 인식 부족을 나타내고 있다.

2.2. 생활SOC 목재사용 필요성

생활SOC 시설들은 주로 문화체육 관련 시설이나 사회복지시설 등 지역 주민들의 이용도가 높은 공공시설 위주로 나타나고 있기 때문에 해당 지역의 주민을 위한 편의나 친환경적 측면에 대한 고려는 물론 해당 지역의 정서와 장소성 등을 종합적으로 반영하는 상징적 건축물로 지어져야 할 필요가 있다. 특히 생활SOC 사업이 국가가 사업의 일정 부분을 보조하는 일종의 국책사업이라는 사실을 상기하면, 탄소중립이나 기후문제 대비 등 국가적 어젠다까지 포괄적으로 고려한 사업으로 추진할 필요가 있다. 이 같은 면에서 생활SOC 사업에 친환경 재료이자 탄소저감 효과가 증명된 목재를 적용하는 것은 자연스러운 일이다. 더욱이 현재 추진 중인 생활SOC 관련 시설들은 일단 완공되면 수십 년 이상 존속하는 건축물이기 때문에 지금부터라도 목재를 적극적으로 적용 및 사용할 필요가 있다.

목재가 일정 시간 생애주기를 거친 대표적인 슬로우 재료이자 친환경적 및 장소적 특징을 지닌 재료이면서도 화재나 부식 등에 취약하고 상대적으로 가격이 고가라는 이유로 그동안 목재의 사용은 한옥 등 일부 목조건축물에 한정적으로 사용되어 온 것은 사실이다. 그러나 서론에서도 언급한 바대로, 최근 지구온난화 대책 가운데 하나로 2030년까지 기존 탄소 배출량의 40%-60%를 감축하고 2050년까지 탄소 제로를 이루어야 하는 우리나라의 입장에서 볼 때, 탄소 배출량이 상대적으로 많은 건축산업도 탄소저감 효과가 양호한 목재나 목조건축 등을 본격적으로 사용해야 하는 시점에 놓여 있다고 볼 수 있다. 특히 우리나라 온실가스 배출의 55.7%를 차지하는 산업 부문 가운데 건축 주재료인 철강은 9,600만 톤(약 17.2%), 시멘트는 3,700만 톤(약 6.1%)8)으로 나타나고 있기 때문에 탄소중립을 위해서는 철강이나 시멘트 등 기존의 건축재료를 대신할 대체재가 필요한 실정이다.

이처럼 목재는 친환경적 속성과 심리적인 안정성 이외에도 에너지 소비량이 적고 탄소를 저장하는 성질을 갖고 있기 때문에 탄소중립을 위한 재료로도 적합하다. 또한, 목재는 착화온도가 다른 재료에 비해 상대적으로 낮기 때문에 열전도율이 낮다는 성질과 철강과 시멘트를 사용한 건축물에 비해 목조건축물은 상대적으로 지진하중 작아 상대적으로 내진성도 뛰어난 점9) 등을 극대화하여 천연 목재의 약점을 보강한 공학목재나 CLT 등의 신재료 출현으로 최근에는 저층만이 아니라 중고층 목조건축물도 그 모습을 보이고 있다.

공학목재는 적층 방식을 통해 강도 및 내구성을 증가시킨 목재로 CLT(Cross-Laminated Timber), GLT(Glue-Laminated Timber)[4], NLT(Nail-Laminated Timber) 등이 있으며10) 각각의 사용 부위 및 특징 등을 간단하게 정리하면 [Fig. 2.]과 같다.


Fig. 2. 
Types and features of structural engineering wood

2.3. 국내외 목재 활성화 지원법 제도 개요

일부 선진국에서는 탄소중립을 실천하기 위해 목재사용 활성화를 촉진하기 위한 법령 제정 사례를 찾아볼 수 있으며 그 개략적인 내용을 살펴보면 다음과 같다.

전 세계에서 원목 소비량이 가장 많은 나라인 미국은 목조건축물의 고층화와 상업화 향상에 목적을 두고 2017년 3월, 「목재 혁신법(Timber Innovation Act)」을 제정하였으며 전통적인 목재사용에서 벗어나 새로운 방식의 목재사용을 장려하고 있다. 또한, 2018년 12월, 「목재혁신법안(Timber Innovation Bill)」의 법령이 제정되면서 대형 목재에 대한 연구개발과 혁신적인 목재사용을 촉진하였다. 이는 탄소배출 등 환경적인 문제, 비교적 저렴하고 공기 단축이 가능한 목재사용을 통해 주택 수요 대응, 지방 경제 회복을 목적으로 두고 있다. 2009년, 캐나다의 브리티시컬럼비아에서는 「목재우선법(Wood First Act)」을 제정하였으며 정부 자금을 지원하는 건축물에 목재를 주요 자재로 사용하는 규정이 포함되어 있다. 상기 법안은 친환경 건축을 장려하면서 임업과 산촌사회를 지원하기 위한 목적을 지니고 있다. 프랑스는 2022년까지 목재사용과 관련된 법적 기준을 마련하고 이후에 짓는 모든 공공건축물의 절반 이상에 목재사용을 강제하고 있으며, 이를 토대로 정부 건축물을 지을 때 50% 이상의 목재를 사용해야 하는 「환경지속보존법(Sustainability Legislation)」을 추진하여 일차적으로 2022년까지 시행예정이다. 이처럼 프랑스를 포함한 여러 국가에서 목재사용을 통한 건축적 탄소중립을 적극적으로 실천하는 사례를 찾아볼 수 있다[5][6].

일본의 경우 1955년 이후 목재 자원의 고갈을 고려하여 목재사용 대신 철강 또는 시멘트 등 현대 건축재료의 사용량을 증가시켰으며 이로 인해 지속해서 산림이 축적되었다. 이후 계속되는 목조율 저하로 인해 이를 해결하고자 2010년 5월, 「공공건축물 등의 목재 이용촉진에 관한 법률」을 제정하여 공공건축물의 목재사용률을 높이기 시작하였다[7][8]. 또한, 최근 전 세계적으로 탄소배출에 대한 경각심을 가지면서 탈탄소 사회를 실현하는 목적을 위해 2021년, 「탈탄소 사회의 실현에 이바지하기 위한 건축물 등의 목재 이용 촉진에 관한 법률」로 명칭을 개정하여 목재 적용 범위를 확대하였으며 원래 저층 공공건축물에만 적용되었던 목재사용의 법적 의무를 일반 건축물에까지 확대 적용하도록 개정되었다[9].

우리나라의 경우에도, 한국판 뉴딜 정책의 일환으로 「저탄소 녹색 성장 기본법」(2010)이 제정된 이후 친환경 저탄소 재료인 목재에 관심이 점차 커지면서 2012년에 「탄소흡수원 유지 및 증진에 관한 법률」과 「목재의 지속가능한 이용에 관한 법률」이 제정되었다. 상기 두 법안은 목재사용을 통해 그린뉴딜의 기후변화대응 등 친환경 정책의 궁극적인 목표와 같으나, 「탄소흡수원 유지 및 증진에 관한 법률」은 산림의 탄소흡수 기능 유지 및 증진을 위한 포괄적 법률로 볼 수 있으며 「목재의 지속가능한 이용에 관한 법률」은 목재의 특징을 통해 지속가능하게 이용하기 위한 법안으로, 건축‧건설 분야의 목조건축과 밀접한 관계가 있는 법령으로 볼 수 있다. 목조건축의 규모와 관련된 법령도 찾아볼 수 있는데 「건축물 구조기준 등에 관한 규칙」의 제9조의3에 따르면 기존에 규모 또는 면적에 대한 제한사항이 있었으나, 2020년 11월 일부개정을 통해 비보강조적조 건축물의 높이에 대한 제한사항을 제외한 모든 제한사항이 완화되어 향후 목재 이용이나 목조건축의 활성화를 위한 최소한의 법 제도적 기반을 마련하고 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 각국은 지구온난화와 탄소중립 등의 글로벌 의제는 물론 자국 삼림자원의 적극적인 활용을 통한 목재산업 활성화 등을 목적으로 목재 이용에 관한 다양한 법이나 정책을 제시하고 있다. 우리나라에서도 이 같은 흐름은 향후 지속될 것으로 보이며, 이에 따른 목재 이용에 관한 다양한 정책이나 시업 등도 본격적으로 그 뒤를 이을 것으로 판단된다. 일례로, CLT 기술 등 첨단 공학목재를 통한 목재 이용 확대와 향후 공공부문에 대한 목재 이용 의무화 및 목재 친화 도시 조성, 어린이 이용시설 목조화 등을 통한 목재에 대한 친근감과 수요 증대 등을 내용으로 하는 산림청의 ‘2050 산림부문 탄소중립 추진전략(안)’ 등도 향후 목재 이용 및 목조건축의 확산 흐름과 그 맥을 같이 한다고 볼 수 있다[10].


3. 해외 목조건축물 사례에 나타난 주요구조부 및 탄소저감 효과 분석
3.1. 사례 선정기준 및 개요

본 연구에서는 생활SOC에 대한 목조건축의 적용 가능성을 살펴보기 위하여 기 완공된 해외의 목조건축에 대한 사례조사 및 분석을 진행하였다. 또한, 목조건축의 구조에 따라 전체가 목조로 지어진 경우와 코어나 구조체 등 일부에 RC나 철골 등으로 처리하여 나머지 부분을 목조로 완성한 경우로 구분하였으며, 전자를 순수 목조건축물 후자를 복합목조건축물로 구분하였다.

또한, 주요 분석 내용은 향후 국내 목조건축의 적용 또는 활용을 위해 그동안 목조건축의 약점으로 알려진 코어나 구조부에 대한 구조적인 문제 해결방법을 중심으로 살펴보았으며, 친환경 및 탄소중립적 측면에서의 효과를 알아보기 위해 사례별로 탄소중립적 측면에 대한 효과를 중심으로 살펴보았다. 이에 따라 캐나다나 일본 및 스웨덴 등 목조건축 선진사례 가운데 목조건축물 4곳과 혼합목조건축물 4곳을 각각 선정하여 각각에서 나타나는 사용 목재에 따른 구조적 특징 및 탄소저감 효과 등을 종합적으로 검토 분석하였다. 분석 대상 해외 목조건축의 사례 및 개요는 다음 [Fig. 3.]와 같다.


Fig. 3. 
Features by case of overseas wooden building

3.2. 해외 목조건축물 주요구조부 및 탄소저감 효과 분석
1) 목조건축물의 주요구조부 및 탄소저감 분석

사례 가운데 순수 목조건축물로 구성된 사례는 타카소 목공 빌딩(Takaso Woodworking Building), 슈타트하우스(Stadthaus), 도클랜드 도서관(Library at The Dock), 사라문화센터(Sara Kulturhus Center)가 있으며 각각에 대하여 각각의 주요구조부 처리방법이나 탄소 저감 효과를 살펴보면 다음과 같다.

우선 목조건축 가운데 비교적 규모가 작은 편에 속하는 타카소 목공 빌딩의 경우 주요구조부에 공학목재 대신 인근 지역에서 생산된 삼나무와 노송나무 원목만 채택하여 사용한 것이 특징이다. 목재사용에 따른 건축물의 내화성능을 충족과 건축물의 하중을 지탱하기 위해 중심부 다발 기둥에 석고보드를 감싸 내화성능을 높인 쿨 우드(Cool Wood)를 사용하였다. 주요구조부인 기둥과 보에는 쿨 우드 사용과 슬래브 및 벽체에 구조용 합판을 사용한 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 본 건축물에는 총 450㎥의 목재를 사용하였으며 이로 인해 약 270t의 탄소를 저장하는 효과가 나타났다.

슈타트하우스의 경우 구조, 벽체, 계단 등 코어 부분에 모두 CLT를 사용하였다. 본 건축물을 현대 건축재료로 짓는다고 가정하였을 때 950㎥의 콘크리트와 120t의 철근이 필요하며 생산하는 과정에서 발생하는 탄소량은 약 125t에 이른다. 추가로 사용되는 외장재에서 약 185t의 탄소를 배출하므로 목재가 기본적으로 저장하고 있는 탄소량을 제외하고도 재료사용 측면에서만 전체적으로 약 310t의 탄소를 감축하는 효과가 나타났다.

도클랜드 도서관과 사라문화센터 사례는 전술한 사례보다 비교적 규모가 큰 문화시설임에 따라 주요구조부에 원목 대신 구조적 보강을 위해 공학목재를 사용하였다. ‘도클랜드 도서관’의 경우 574㎥의 CLT를 슬래브, 벽체, 코어에 사용, 140㎥의 GLT를 기둥과 보에 사용하였다. 건축물 대부분에 목재를 사용함으로써 현대 건축 재료사용과 비교하여 건축물의 무게를 약 30% 감소시키기 때문에 하부구조를 새롭게 할 필요가 없었으며 이에 따라 약 1,000㎥의 목재를 사용하여 약 1,000t 이상의 탄소를 저장하는 효과가 나타났다.

사라문화센터의 경우 고층과 저층 부분에 각각 다른 공학목재가 사용되고 있다. 호텔이 위치한 고층 부분은 CLT 사용을 통해 모듈화하여 제작되었으며 문화시설이 위치한 저층 부분에서는 기둥과 보에 GLT를 사용하였다. 또한, 코어와 벽체는 고층 부분에 사용된 CLT와 동일하게 사용하고 있다. 이외 슬래브에도 모두 목재를 사용하였으며 특별한 외장재 또는 내장재를 사용하지 않아 목조 형태를 그대로 노출하는 특징이 있다. 또한, 건축물에 사용된 목재는 인근 삼림에서 수확한 가문비나무와 소나무를 재료로 사용하였으며 이를 통해 약 9,000t의 탄소를 저장하는 효과가 나타나면서 ‘탄소 네거티브 빌딩’으로 등록되었다.

2) 복합목조건축물의 주요구조부 및 탄소 저감 분석

다음으로, 주요구조부 중 코어 부분만 현대 건축재료를 사용하고 이외 부분에 목재를 사용한 사례는 T3 미니애폴리스(T3 Minneapolis), 호호 비엔나(HoHo Vienna), 브록 커먼스 톨우드 하우스(Brock Commons Tallwood House), 하이페리온 타워(Hyperion tower)가 있다.

T3 미니애폴리스와 호호 비엔나 사례는 업무시설로써 주요구조부 중 코어 부분에 철근콘크리트를 사용하였으며 이외의 모든 부분에 공학목재를 사용하였다. ‘T3 미니애폴리스’의 경우 약 14.86㎡ 크기의 NLT 1,100개 이상을 슬래브에 사용되었으며 기둥과 보에는 GLT가 사용되었다. 이에 따라 본 건축물은 약 3,600㎡의 목재사용을 통해 건물 수명이 다할 때까지 3,200t의 탄소량을 저장하는 효과가 나타났다.

‘호호 비엔나의 경우 건축물에 사용된 재료 중 약 75%를 목재로 사용하였으며 365㎥의 GLT를 보와 기둥에 사용, 1,600㎥의 CLT를 슬래브에 사용하였다. 이에 따라 총 1,965㎥의 목재를 사용하였으며 비슷한 규모의 건축물을 계획했을 때와 비교하여 2,800t의 탄소량을 저장하는 효과가 나타났다.

브록 커먼스 톨우드 하우스와 하이페리온 타워의 사례는 비교적 규모가 큰 주거시설로써 건축물 주요구조부 중 코어 부분에 콘크리트를 사용하였으며 이외의 모든 부분 역시 공학목재를 사용하였다. 브록 커먼스 톨우드 하우스의 경우 보와 기둥에 GLT를 사용하였으며 슬래브에는 사전에 제작된 CLT를 사용함에 따라 건축물에 약 2,200㎥의 목재를 사용하여 약 2,400t의 탄소를 저장하는 효과가 나타났다. 또한, 하이페리온 타워의 경우 기둥 벽체, 슬래브 등 대부분 주요구조부에 모두 CLT를 사용하였으며 이에 약 1,400㎥의 목재사용을 통해 약 1,000t의 탄소를 저장하는 효과가 나타났다. 또한, 각 사례의 사용 목재 1㎥당 탄소 중립을 살펴보면 목재 1㎥당 약 06-1.4t의 탄소를 저장하는 것으로 나타나고 있다.

이상에서 살펴본 해외 목조건축물 사례의 주요구조부의 부위별 목재사용 현황과 목재사용으로 인해 도출되는 탄소중립 효과를 정리하면 [Fig. 3.]과 같다[11].

3.3. 소결

전술한 해외 사례에서 나타나는 특징을 통해 분석한 내용은 다음과 같다.

목재사용에 따른 구조적 측면에서 바라보면 타카소 목공 빌딩, 슈타트하우스, 도클랜드 도서관 사례와 같이 비교적 건축물의 규모가 작을 때 건축물 주요구조부 중 코어에 목재를 사용하는 부분에서 구조적인 안전성이 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 이는 중·저층 규모 건축물의 주요구조부 모든 부분에 목재사용 가능성을 도출할 수 있다. 반면, T3 미니애폴리스, 호호 비엔나, 브록 커먼스 톨우드 하우스, 하이페리온 타워 사례와 같이 중·고층 또는 대규모 건축물에서는 지진, 바람 등 자연적인 영향과 건축물 하중으로 인해 구조적인 문제가 발생할 수 있다. 이러한 점을 고려하여 코어 부분에 현대 건축재료와 복합하여 사용하는 복합목조건축물로 계획할 수 있다.

또한, 건축 규모가 커짐에 따라 공학목재의 특징을 고려하여 건축물 부위에 따라 다양하게 사용되고 있음을 알 수 있다. 주로 면 부재에는 CLT를 사용하고 축 부재에 GLT를 사용하는 것을 확인할 수 있으며 CLT의 경우 축 부재로도 사용할 수 있다. 대규모 목조건축물이면서 주요구조부 전체에 목재를 사용한 사라문화센터의 경우 사례 중 유일하게 코어 부분을 포함한 주요구조부 전체에 목재를 사용하였다. 해당 사례는 점차 발달하는 공학목재의 첨단기술 공법을 토대로 구조적인 한계를 극복할 수 있음을 알 수 있으며 구조적 목재사용은 현대 건축재료와 비슷한 선상의 성능이 보이는 것을 알 수 있다.

목조건축물의 탄소배출 측면에서 살펴보면, 목재사용으로 인한 탄소저장 효과는 현대 건축재료 사용과 비교하여 탄소배출이 아닌 저장 효과가 확연하게 나타나고 있다. 또한, 통상적으로 건축물의 유지과정에서도 냉난방 등 다양한 요소로 인해 상당한 양의 탄소가 배출되는데, 목조건축물의 경우 기본적으로 저장하고 있는 탄소량을 제외하고도 유지과정에서도 탄소배출 감축에 기여할 수 있다. 또한, 열전도율이 낮은 목재는 보온 및 방한에 우수하므로 건축물의 에너지 효율이 높아 지속적으로 탄소중립을 실천할 수 있다.


4. 결론 및 제언

앞부분에서도 논한 바와 같이, 생활SOC는 그 대상 수효도 많을 뿐 아니라 국가의 지원이 이루어지는 국가적 사업이기 때문에, 장기적인 관점에서는 친환경성 확보와 탄소 저감 효과 진작을 위해 목재사용이나 목조건축을 적극적으로 적용할 필요가 있다. 본 연구에서는 향후 생활SOC 목재사용 및 목구조 적용 가능성을 파악하기 위하여 기존 해외 목조건축물 사례를 통해 목조건축물의 구조적 및 탄소중립적 특징을 중심으로 살펴보았다. 이에 관한 내용을 종합하여 정리하면 다음과 같다.

2001년부터 시행 중인 생활SOC 복합화 사업은 부지 확보, 비용 절감, 편의성 증진을 위해 용도가 다른 단일 생활SOC 시설을 복합 단일 또는 연계함에 따라 건축 규모가 커지고 다중이용시설이라는 점에서 구조적 안전성 확보 및 공사비 절감 등의 경제성을 이유로 RC 구조 등 현대 건축재료를 주로 사용하고 있다. 그러나 공공건축물로서의 친환경성 확보는 물론 2050년까지 탄소중립 실현이라는 국가적 어젠다를 실행하기 위해서는 철강이나 시멘트 등 현대건축재료를 대신하여 목재사용이 필수적이지만, 현재까지 지어진 생활SOC 사례의 경우 주요구조부는 물론 건물 전체에 목재를 사용한 경우가 거의 나타나고 있지 않다.

다음으로, 해외 목조건축물 사례의 경우 대규모 또는 고층 목조건축물을 대상으로 목재사용으로 인한 구조적 가능성과 탄소배출 감축 효과 등에 대한 분석 결과, 목재는 RC나 철골 등 현대 건축재료와 비교하여 지진 등에 대한 구조적 성능이 크게 다르지 않은 것을 알 수 있다. 특히 각 사례의 공식 데이터에 의하면, 현대 건축재료 대신 목재를 사용하였을 때 나타나는 탄소배출 감축 효과도 목재 1㎥당 약 06-1.4t의 탄소를 저장하는 것으로 나타나고 있다[Fig. 3.]. 이 같은 사실은 일정한 강성을 지닌 천연 목재나 CLT 등의 공학목재를 이용하여 중층 이상의 건축물 전체 혹은 코어 등 특정 부분에 목재나 목구조의 적용이 가능하며 이에 따른 탄소 중립효과도 기존의 현대건축으로 지어진 건축물에 비해 월등하게 뛰어난 것을 보여주고 있다.

본 연구에서는 해외 목조건축물 사례의 구조적 가능성과 탄소중립적 특징 분석을 통해 국내 생활SOC 사업에 대한 목재사용 및 적용 가능성을 검증하였다. 국내의 경우 한옥 이외의 대부분 건축물에서 구조를 목재사용 대신 현대 건축재료로 주로 사용하였으며 목재사용은 여전히 미미한 실정이며 특히 저탄소 사회 구축에 따른 목조건축의 중요성에도 불구하고 국내에서 실제 건축된 사례는 한그린 목조관이나 신한옥형 공공 목조건축물 일부를 제외하고는 거의 모습을 찾아보기 힘들다. 그러나 캐나다나 일본 등 목재산업 및 목조건축 선진국 등에서는 이미 중고층 목조건축물이 나타나고 있으며 이를 통해 목조건축의 구조적 안정성이나 탄소중립적 효과가 검증되고 있다. 따라서 우리나라의 경우도 이 같은 선진사례를 참고하여 향후 생활SOC를 포함한 공공건축물 등을 중심으로 목재의 사용이나 목조건축을 적극적으로 활성화할 필요가 있다.

물론 이를 위해서는 미국의 「목재 혁신법(Timber Innovation Act)」(2017)이나 캐나다 브리티시컬럼비아의 「목재우선법(Wood First Act)」 및 일본의 「공공건축물 등의 목재 이용촉진에 관한 법률」 등과 같이 국가의 자금이 지원되는 공공건축물에 목재사용을 강제하는 적극적인 법적 장치도 필요하다. 우리나라의 경우도 「탄소흡수원 유지 및 증진에 관한 법률」이나 「목재의 지속가능한 이용에 관한 법률」 등 탄소중립과 목재 이용 활성화를 위한 기본법은 제정되어 있으나 공공건축물 등에 대한 목재의 강제적 사용이나 목조건축 적용까지는 이르지 못하고 있다. 연구 범위 제약으로 인해 충분한 논의가 이루어지지 않았지만, 이에 관해서는 추후 연구를 통하여 살펴보기로 한다. 또한, 목재의 경제성 확보도 현재 목재의 적극적인 사용에 걸림돌이 되는 요소 가운데 하나이나, 본 연구에서는 이에 대한 충분한 검토가 이루어지고 있지 않은 한계가 있다. 이에 대해서도 추후 자료 보강을 통하여 후속 연구로 진행하고자 한다.


Notes
1) 탄소중립(Net Zero)이란, 산업혁명 이후 급속도로 증가하는 온실가스로 인해 기후변화 등 환경에 큰 영향을 끼치고 있는데 인간 활동에 의한 대기 중 배출량을 최대한 감소시키고, 배출된 온실가스는 산림 또는 CCUS로 제거하여 순 배출량을 ‘0’이 되게 하는 것을 의미한다. 이를 토대로 2015년 12월에 열린 유엔기후변화협약(UNFCCC)의 파리협정을 통해 탄소중립을 선언하였으며 이는 지구 평균온도 상승 폭을 산업화 이전 대비 2℃ 이하로 유지하고, 더 나아가 온도 상승 폭을 1.5℃ 이하로 제한하기 위해 전 세계적으로 노력하는 것을 목표로 하고 있다. 2050 탄소중립녹색성장위원회에서 인용함. https://www.2050cnc.go.kr/base/contents/view?contentsNo=9&menuLevel=2&menuNo=11
2) 캐나다 건축가 마이클 그린에 따르면, 나무는 1㎥당 약 1t의 탄소를 저장하는 효과가 나타난다고 하였다. https://www.youtube.com/watch?v=Xi_PD5aZT7Q에서 인용함.
3) 아키텍춰 2030에서 인용함. https://architecture2030.org/
4) 온실가스 종합정보센터에 의하면 2019년 기준, 국가 온실가스 배출량에서 산업부문 온실가스 배출량은 55.7%를 차지하고 있으며 약 6억 톤의 순 배출량 중 첫 번째인 철강은 9,600만 톤(약 17.2%), 네 번째인 시멘트는 3,700만 톤(약 6.1%)으로 다량의 온실가스를 배출하였다. 이에 따라 탄소 저감 시멘트 등 여러 연구를 통해 탄소배출을 감소하기 위한 노력이 이어지고 있으나, 현실적으로 실용화하기에 어려움이 큰 실정이다. 온실가스 종합정보센터의 2020년 기준 목재이용 실태조사 보고서에서 인용함.
5) 한그린 목조관은 강원도 일대 45∼50년생 낙엽송 109㎥를 포함하여 총 191㎥의 목재를 사용해 동일 규모의 다른 구조 건축물보다 약 160tCO2. eq의 이산화탄소를 저감할 수 있다. 이는 30년생 소나무숲 1ha가 15년간 흡수하는 이산화탄소량과 맞먹는 양으로 목조건축물이 신기후체제 대응에 기여할 수 있음을 나타낸다. 산림청 보도자료(2021.11.17.)에서 인용함.
6) 생활SOC는 2018년부터 국무조정실 생활SOC 추진단에 의해 진행된 사업으로, 각 지역이 필요로 하는 사회복지시설 및 근린생활시설 등의 건설 비용 일부를 지원하는 사업이다. 2020년부터는 생활SOC 복합화 사업으로 그 범위를 확대하였으며 2022년 현재, 총 530건 선정 사업 가운데 27건(2022년 12월 준공 예정 수량 포함)의 생활SOC 사업이 완료되었다. 국무조정실 생활SOC추진단에서 인용함. https://www.lifesoc.go.kr/etc/whatIsSoc_1
7) 건축·건설 분야에서 탄소배출을 감축하려는 방안이 필요해지면서 탄소 포집·활용·저장 기술인 CCUS를 통해 탄소중립을 위한 여러 연구가 진행되고 있으나 아직 실용화하지 못하는 실정이다.
8) 온실가스 종합정보센터에 의하면 2019년 기준, 국가 온실가스 배출량에서 산업 부문 온실가스 배출량은 55.7%를 차지하고 있으며 약 6억 톤의 순 배출량 중 첫 번째인 철강은 9,600만 톤(약 17.2%), 네 번째인 시멘트는 3,700만 톤(약 6.1%)으로 다량의 온실가스를 배출하는 것으로 나타나고 있다. 온실가스 종합정보센터의 2020년 기준 목재이용 실태조사 보고서에서 인용함.
9) 홍순일(2021)에 따르면 CLT나 GLT 등 공학목재를 이용한 건축물은 같은 규모의 콘크리트 건축물과 비교하여 1/5가량 하중을 줄일 수 있으며, 이는 공기 단축 및 건축 비용 절감과도 연결된다고 하였으며 해당 내용은 다음 문헌으로부터 인용하였음. CLT 경량 복합 바닥재 성능평가, 한국목재공학 학술발표논문집, 2021(2), p.3.
10) 제재목을 교차 적층한 CLT는 건축물의 바닥 또는 천장 등 슬래브에 주로 사용하며 GLT는 제재목을 평행 적층하여 대형 보 또는 기둥에 주로 사용하기 때문에 대규모 또는 고층 목조건축에 적합하다. 또한, 제재목을 세운 뒤, 여러 장을 겹쳐 못이나 나사로 고정 접합하여 사용하는 NLT의 경우 주로 슬래브에 사용하며, NLT의 제작 방식으로 인해 엘리베이터실 또는 계단 등 코어 부분에서도 사용가능하다. 전술한 세 가지의 공학목재는 압축강도가 높고 공장생산을 통해 공기 단축, 균일한 품질, 치수 안정성 등 장점과 목재의 취약점인 내화성능도 갖춰져 있는 특징이 있으며 CLT와 GLT 공학목재의 해당 내용은 다음 문헌으로부터 인용하였음. 권오진, 김영훈. 구조용 공학목재의 특성 분석, 대한건축학회 학술발표대회 논문집, 40(2), pp.236-237. NLT 공학목재의 해당 내용은 다음 문헌으로부터 인용하였음. CLT & NLT DESIGN GUIDE, Canada Wood, https://www.canadawood.or.kr/data/clt_nlt.pdf

Acknowledgments

본 연구는 2022년 한국연구재단 기본연구의 연구비 지원 과제(2021R1F1A1052536)에 의해 수행되었습니다.


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