건축은 그 기능이 다양하며 짓는 과정과 건물사용을 위하여 장기간의 복합투자를 요하는 대상으로서 사회적 입장에서는 대단히 커다란 자산이지만 한편으로는 상당한 소비체이다. 즉 건축부분에서 국내 전체에너지의 25%, 자원의 40%를 소비함과 아울러 CO2 및 폐기물을 각각 50%, 25%를 배출하는 현실적인 오브제라는 것이다. 결과적으로 건물에서의 온실가스 다량배출은 지구온난화에 매우 큰 영향을 미치며, 또한 산업 발전과 급속한 도시화에 따른 녹지잠식은 온실가스 저감과 도시 및 지역기후 개선에 부정적 영향요소임이 분명하다.
세명대학교 건축공학과 친환경 건축연구실(이응직 교수)은 ‘미래 지향적 기술의 건축접목’을 모토로 건축의 환경오염 및 환경부하 방지대책을 위한 건축에너지 효율성 향상과 이산화탄소 배출저감, 그리고 신·재생에너지 건축이용에 대한 활발한 연구를 수행하고 있다. 특히, 화석에너지의 한계극복 수단의 하나인 ‘건축물 적용 태양광 발전’에 대한 연구를 국내에서는 최초로 15여 년 전부터 시작하여 선구자 역할을 담당해왔다.
이 교수는 “현재 건축물 적용 태양광 발전과 패시브 하우스에 대한 연구를 수행하면서, 건물은 단지 에너지 소비체라는 일반적인 고정관념을 건물이 직접 에너지를 생산한다는 에너지 생산체로의 패러다임 전환에 일조하고 있다”고 전했다.
지능형 저에너지·저탄소 건축으로의 진화
미래건축의 분명한 지향점은 주어진 제한적인 자원에 대한 절약과 에너지 효율의 향상 등 책임 있는 삶의 실천과 지속가능성이 유지되는 건축기술의 구현일 것이다. 즉 건물에서는 소비만 일어난다는 고정관념에서 벗어나 건물자체가 에너지 생산요소까지 갖추는 소위 ‘지능형’으로의 진화가 요구되고 있고 일각에서는 이러한 움직임이 이미 시작되고 있다. 이 교수는 “이러한 생산기능에 의한 시너지 효과는 건물이 곧 소비처이면서 동시에 생산처의 입장에서 필요한 곳에서 필요로 하는 에너지를 생산·소비함으로써 저효율·고비용에 의한 불합리한 기존 에너지 공급 시스템에 엄청난 개선의 효과를 불러일으킬 것”이라고 전했다.
이러한 발상의 연장으로 태양광 발전 시스템이 옥상녹화뿐만 아니라 대부분의 에너지 소비가 일어나는 외피시스템과의 통합화로 건축생애기간에 소비되는 에너지의 대부분인 냉·난방 부하를 건물외장재에서 얻어지는 에너지에 의해 자체적으로 해결할 수 있다면 더욱 더 효과적인 지능형 저에너지·저탄소 건축으로의 진화가 가능할 것이라는 전망이며 그에 대한 응용연구가 계획되고 있다.
이에, 친환경 건축연구실은 옥상녹화와 태양광발전 시스템의 일체화를 계획하여, 녹화에 의한 녹지 공간제공은 물론, 단열효과에 의한 건물에너지 효율향상 그리고 그 위에 설치된 태양광발전(PV) 장치로 청정 전기에너지 생산이 가능하고, 아울러 녹화지붕에 의한 태양광발전 장치의 효율 증대를 통하여 건축의 친환경성을 증대시키면서도 탄소배출 저감을 도모하고자 옥상녹화와 태양광발전 장치의 동시 설치가 가능한 통합형 시스템 개발을 위해 활발한 연구를 수행하고 있다.
이 교수는 “우선 옥상녹화 및 비 옥상녹화에 지붕표면의 온도변화를 중점적으로 측정·분석한 결과, 옥상녹화 면이 비 옥상녹화 면에 비해 평균적으로 약 3℃ 정도 온도가 낮게 나타나는 것으로 파악되었고, PV 모듈 표면온도의 경우도 옥상녹화에 설치한 경우가 비 옥상녹화에 설치된 경우에 비해 5℃ 정도 낮게 측정됨을 확인하였다”며 “측정된 온도차를 분석한 결과 녹화 층은 일사열을 반사시키는 성능을 통해서 열 부하를 감소시키고 식재를 통한 증·발산 작용에 의한 잠열효과 역시 주변 대기온도를 저감시키는 요소로 작용하는 것으로 보아 건물주변의 미기후에도 긍정적인 영향을 미치는 것을 알 수 있었다”고 밝혔다.
따라서 PV의 주요특성 중 하나인 모듈동작 온도상승에 따른 효율저하라는 관점에 의하면 녹화지붕 설치 PV 표면에서는 단결정 모듈 평균온도의 경우 6.5℃, 그리고 다결정 모듈의 경우 8.8℃ 낮아짐으로써 발전량 측정에서도 약 5% 가량 효율이 증가된다는 것이다. 이러한 이 교수 연구팀의 연구는 결과적으로 옥상녹화와 태양광 발전의 복합기술이 ‘저에너지 건축’ 또는 더 나아가 ‘제로에너지 건축’을 추구하는 건축분야의 주요기술로서 미래건축에 있어 큰 역할을 담당할 것으로 예상되어 관련 학계와 산업계의 귀추가 주목되고 있다.
미래건축의 지향점, 친환경 건축
친환경 건축의 근간은 건물의 열손실 최소화에 있고, 한걸음 더 나아가 대지주변에서 얻을 수 있는 바람직한 자연에너지원을 중심으로 건물 전체 에너지 콘셉트가 짜여야 비로소 진정한 친환경 건축이 완성된다.
특히 태양에너지의 적극적 이용은 이미 세계적인 추세이며 미래건축에서는 에너지공급원 및 외피 디자인 도구로서 자리매김할 것으로 예견된다. 이에 따라 태양광 통합시스템은 건물용도에 따른 실의 공간배치와 건물의 형태적 형성, 재료 또는 건물 생애주기 등의 종합콘셉트 속에서 통합시키려는 노력이 경주될 때 그 완성도는 높아질 것이다.
이 교수는 “이러한 전반적인 과정은 설계의 기획 단계부터 통합적으로 다루어져야 가장 간편하고 경제적으로 설계에 반영될 뿐만 아니라 실내의 쾌적감과 전체 건물 디자인 수준 또한 충분히 유지된다”며 “이는 곧 건축의 지속가능성 확보를 의미하면서 크게는 인간과 자연의 공존 속에서 지구환경의 치유와 삶의 질 향상, 작게는 건축의 경쟁력을 향상시키는 든든한 기초를 다지는데 기여할 것이다”고 확신했다.
