| 주관 |
| 수 행 기 관 : | 한국건설기술연구원 |
| 참여연구원 : | 연구원 김현수 |
| 참여연구원 : | 연구원 이건호 |
| 참여연구원 : | 연구원 문수영 |
| 참여연구원 : | 연구원 장대희 |
I. 연구제목
복합기능 생태적 건물외피 조성기술 개발 (1차년도 최종보고서)
II. 연구목적
에너지의 97% 이상을 수입에 의존하는 현실에도 불구하고, 우리나라 건축분야의 에너지 소비는 선진국과 3배에 가까운 차이를 보이고 있다. 건물의 에너지소비는 기본적으로 건물외피의 단열 및 기밀 수준에 지배되므로, 건물에너지 소비를 줄이는 최선의 방안은 건물 외피의 단열성능 향상시키는 것이다.
한편, 토양기능, 미기후 및 대기질 개선 기능, 물순환 기능 그리고 동식물의 서식처로서의 기능을 상실함에 따라 야기되는 도시의 생태적 문제는 과도한 도시개발로 인한 불투수층 증가와 직접적인 연관이 있다. 이러한 도시 불투수층의 대부분은 건축물의 옥상부로, 도시의 생태적 문제를 해결하기 건물외피의 생태적 개선이 필수적이다.
위와 같은 관점에서 현대의 건물외피는 에너지 절약을 위한 단열기능의 강화와 함께 도시 생태문제의 해결을 위한 생태적 기능의 개선이 복합적으로 요구되고 있다. 따라서 본 연구는 에너지 절약 기능과 생태적 순환기능을 복합적으로 가지는 건물외피 조성 기술의 개발을 목적으로 하고 있다.
III. 연구 내용 및 범위
본 연구의 내용적 범위는 옥상부와 벽면부 생태적 건물외피 조성 기술 개발고 구분할 수 있다. 먼저, 옥상부의 생태적 건물외피시스템에서는 저관리·경량형 옥상녹화에 적합한 토양층(substrate layer) 소재를 선정하고, 이에 따라 적합한 식물소재를 선정하며, 생태적 건물외피시스템에 적합한 단열소재 및 단열층 조성 공법 선정하고자 하였다. 또한 단기적으로는 기존 외단열 공법 대체 옥상녹화시스템을 개발하고, 장기적으로는 신축용 옥상부 생태적 건물외피시스템기술의 개발이 연구의 내용으로 포함되어 있다. 벽면부 생태적 건물외피시스템에서는 이중외피 개념을 도입을 통해 이중외피 고단열 창호시스템(Super Window)의 개념 및 개발방향을 설정하고, 나아가 건물외피 기능을 담당하는 벽면녹화시스템을 개발하고자 한다.
Ⅳ. 연구개발결과
1) 옥상부 생태적 건물외피시스템
기존 옥상부의 구성에 있어 열성능이나 냉· 난방효율 등의 우수함에도 불구하고 시공의 곤란함 등으로 외단열 공법이 도외시되고 있는 상황에서 1차년도 연구의 성과로 기존의 외단열 공법을 대체할 수 있는 옥상녹화시스템 Prototype을 개발하였다. 우선 prototype에 적용할 토양소재를 검토 및 선정하고, 식생실험을 통해 선정 토양소재와 시스템에 적합한 초종을 선택하였으며, 외단열 옥상녹화시스템에 적용 가능한 단열소재를 다양한 실험을 통하여 검토한 결과, 다음과 같은 Prototype을 제안하였다.
2) 벽면부 생태적 건물외피시스템
공동주택 측면 벽면부의 문제점를 생태 및 에너지적 관점에서 보다 깊게 분석하였으며, 국내외 사례 및 요소기술분석을 통해 유형을 구분하였다. 이를 통해 본 연구에서 개발하고자 하는 벽면녹화시스템의 방향을 국내외적으로 아직 성공적인 사례가 없는 전면벽면녹화시스템으로 구체화하였다.
에너지적인 측면에서 공동주택 전면부의 샤시화되는 발코니부를 분석하여 현재의 문제점을 파악하였고, 국내외 사례의 분석을 통해 유형을 구분하였다. 국내외적으로 공동주택에서 이중외피가 적용된 경우는 전무함으로 국내기후여건에 적합하며, 국내시공현장에서 큰 무리없이 수용될 수 있는 복합기능 이중외피의 개발방향을 구체화하였다.
옥상부 생태적 건물외피시스템은 도심지 건축의 생태환경 리뉴얼 대안 및 도시홍수 예방을 위한 건축 차원의 대안기술로 활용가능하다. 또한 벽면부 생태적 건물외피시스템은 국내외적으로 성공사계가 없음으로 성공적인 모델의 개발로 세계적으로 인정받을 수 있는 기반의 구축이 가능할 것이다.
2004년 5월 1일 시행예정인 "다중이용시설 등의 실내공기질 관리법"의 대응기술로서 자연환기를 최적화 할 수 있는 이중외피시스템의 적용은 국내외적으로 공동주택에 적극적으로 활용할 수 있는 긍정적 기회가 될 것으로 판단된다. 현재도 대부분의 입주아파트에서 발코니부 확장이 이루어지고 있음을 감안하면, 창호업체와 공동으로 활용방안 모색시 이중외피의 적용가능성을 더욱 높일 수 있을 것이다.
최근 서울시에 계획하고 있는 은평뉴타운 재개발계획 또는 청계천 유역 재개발 및 신축공사 지원사업의 모델로 활용하기 위한 기반을 구축하고 있으며, 기존 빌딩의 에너지절약 및 경관 개선을 위한 리모델링 기술뿐만 아니라, 주택 및 빌딩 신축시 복합기능 외피조성 기술로 활용 가능할 것으로 보인다.
향후 연구계획으로는 궁극적인 건물의 외피 기능을 담당하는 녹화시스템의 개발을 위하여 역전지붕공법(IRMA)방식의 옥상녹화기술개발과 부착형 벽면부 녹화시스템개발 그리고 이중외피방식을 적용한 창호시스템 등의 기술을 통합·연계시킬 수 있는 총체적인 환경공생빌딩 건축기술로 개발을 전개하는 것을 계획하고 있다.
I. Title
Development of Multi-functional Skins for Green Building(1st Year Final Report)
II. Goals & Backgrounds
In spite of the reality that we depends on import over 97% of energy, energy consumption in our architectural field shows approximately three times differences against advanced countries. As building energy consumption is fundamentally influenced by insulation and airtightness of building-skin, the best way to reduce building energy consumption is to improve insulation ability of building-skin.
On the other hand, city ecological problems caused by soil function, fine climate & atmosphere quality improvement function, water-circulation function, and habitat of animals and plants function, are directly connected by increasement of water-unabsorbent layers due to city development. Because most of these city water-unabsorbent layers are roof parts of buildings, the ecological improvement of building-skin is necessary for settlement of city ecological problems.
From the above point of view, the Present building-skin needs improvement of ecological functions to solve city ecological problems, with strengthening insulation functions for energy-saving.
Therefore, this research aims at development of building-skin construction-method with energy-saving function and ecological circulation
3. Contents & Scope
The purpose of this research is to develope the ecological building-skin system of roof part and wall-surface part. Also it needs multi-functions like building structure protection, heat insulation and city fine climate regulation.
In the ecological building-skin system of roof part, first of all, we planed to select suitable soil layer(substrate layer) material which is suitable for low management and light-weight type roof greening. Based on this, we planed to select suitable vegetable material and, heat insulation material and heat insulation layer construction-method suitable for the ecological building-skin
In the contents of this research, there also included development of the roof greening system as an alternative of the existing outside insulation construction-method in near term and development of the ecological building-skin system of roof part for newly-built building in the long run.
Particularly in wall-surface part of the ecological building skin system, we planed to establish the concept and development-direction of heat insulation door(Super Window) through the adoption of double building-skin concept, and furthermore, to develop the wall-surface greening system which function as the outside building-skin.
4. Results
1) Roof Part of the Ecological Building-skin System
In the composition of the existing roof part, the outside insulation construction-method has been ignored irrespective of superiority like heat ability or excellence of air conditioning and heating, primarily due to the difficulty in execution.
In this situation, we developed the Green Roof System Prototype which can substitute for the existing outside insulation construction-method as the result of 1st year research.
Firstly we examined and selected soil material applicable to the prototype, and chose suitable plant type suitable for selected soil material and system through the vegetative experiment. Then, we proposed the Prototype like this, after examining outside insulation material which can be used for roof greening through various experiments.
The Prototype of the roof greening system substituting the existing outside insulation method, was undertaken for installation and monitoring in the construction of Daewoo Youngdeung-Po Clover Apartment ; Shelter for the aged people(364m²) with two gate guard offices(17m² each).
And the IRMA method and the existing inside insulation method was installed in gate guard offices with monitoring meters. This will be a good opportunity to compare the physical differences among another three construction-methods.
2) Wall-surface Part of the Ecological Building-skin System
This is a deep analysis of the problems in the apartment house side part, in an ecological viewpoint. And we classified the type through in-and-outside the country examples and technical analysis.
Through this, we specified the wall-surface part system by the whole wall-surface greening system which does not have a success example in-and-outside the country
3) Double Skin Facade System
In the point of energy-saving, we acquired the existing problems through the analysis of apartment house surface part and classified the type through in-and-outside the country examples and technical analysis. There are no success examples in-and-outside the country till now, thus development direction of Double Skin Facade System was set up. And it could be accommodated without unreasonableness in the domestic construction spot.
5. Conclusion & Research Planning in the Future
Roof part of the ecological building-skin system is utilizable for the alternative technology of the architectural level for preventing city flood and the alternative ecological environment renewal of downtown areas
Moreover, there is no success example in-and-outside the country for the wall-surface part ecological building-skin system. So, development of the success-model can establish the foundation of global recognition.
The practical use of double skin facade system as corresponding with "Management law of indoor air quality of public facilities" which is May 1, 2004 enforcement scheduled, can optimize the passive ventilation and will become positive opportunities applicable to an apartment house in-and-outside the country. Considering the extension of balcony part in almost all apartments, the applicability of double skin facade system will be possible in association with a door company and institute.
Recently we build up the base for utilizing these models ; the Eun-pyong new town redevelopment project and Chunggye-chun redevelopment which is planned by Seoul. And this technology could be possible multi-functional building-skin in a residence and building construction as well as remodelling technology for energy saving of the existing building and a scene improvement.
In the future research plan, for developing greening system of ultimate Multi-functional building-skins, we make a plan for developing the whole environment commensal building integrating and connecting the technologies such as IRMA green roof system, surface-of-a-wall part greening system, and double skin facade system.
1.1 연구의 필요성
과밀한 건축과 무분별한 도시 개발은 생태계 파괴 및 도시열섬현상과 도시홍수로 대표되는 도시기후변화의 직접적 원인을 제공한다. 서울시의 경우 건축물 평지붕 면적이 도시 전체면적의 40% 이상에 이르러 도시기후변화의 직접적 원인을 제공하고 있고, 여기에 기타 포장면적 20.7%를 포함하면 전체 도시면적의 60% 이상이 생태적 순환기능을 상실한 불투수 지역으로서 건축에 의한 도시생태 문제의 심각성을 실감할 수 있다.
벽면녹화 기술은 건물 외피의 보호, 소음의 흡수, 단열기능 개선 등으로 벽면의 생태적 개선 대안으로 기술 개발이 활성화되고 있다. 여름철 콘크리트 벽면이 일사에 노출되면 50℃ 이상 상승하나 벽면녹화시 벽면의 온도상승을 억제하여 실내기온을 3K 정도 감소시킬 수 있어 냉방에너지가 절감되며, 이는 평균 전력사용량의 30%(21~42%) 감소를 의미한다. 건축물 벽면의 녹화는 시각적으로도 건물의 고층화에 따라 우세한 수직적 요소로써 경관향상 및 도시녹지공간 확보를 위한 적절한 대안으로 작용할 수 있다. 결국 옥상녹화 및 벽면녹화는 도로·건축물의 복사열, 증발산 작용의 감소, 대기층의 열정체로 인한 도시열섬화현상을 완화시키는 역할을 담당할 뿐만 아니라 냉난방기 중의 에너지소비의 측면에서도 유리하다.
건축물의 환경부하는 85% 정도가 건축물의 냉난방에너지 및 유지관리 부문에서 발생한다. 이에 패시브하게는 건물외피의 고단열·고기밀 달성 그리고 액티브하게는 에너지·자원 절약을 위한 순환형 공급처리시스템의 구축은 환경부하 저감을 위해 절대적으로 필요한 요소다. 따라서 기존 외피의 단열성능을 향상시킬 수 있는 혁신기술로서 이중외피를 도입하여 구체의 내구성뿐만 아니라 단열기능의 적극적인 개선이 가능하다. 이를 통해 세계기후협약에 따라 한국을 포함한 OECD 회원국들이 1990년 발생량 대비 2012년까지 5.2%를 저감해야 하는 CO₂발생량의 경우 건축의 틀에서 에너지의 소비를 기존의 절반 수준으로 감소할 수 있는 기술은 매우 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.
1.2 연구목표
1.2.1 정성적 목표
에너지 절약 및 도시생태문제 해결에 기여할 수 있는 복합기능을 가지는 생태적 건물외피 조성 기술 개발을 위해 연구 대상을 옥상부 및 벽면부로 구분하였다. 이는 옥상부와 벽면부에 요구되는 기능과 기술적 특성에 차이가 있음을 고려한 것이다. 특히, 벽면부의 경우, 베란다로 조성되는 전면과 창이 없는 대규모 벽면으로 조성되는 측면의 차이를 반영하여 연구 대상을 보다 세분하였다.
본 연구에서 설정한 정성적 연구목표는 다음과 같다.
○ 도시기후조절 및 단열 기능을 가지는 옥상부 생태적 건물외피시스템 개발
- 기존 옥상부 외단열공법 대체가능 생태적 건물외피시스템 개발(단기)
- 한국형 extensive green roof system 기술개발(장기)
○ 도시경관 개선 및 단열 기능이 강화된 입면부 생태적 건물외피시스템 개발
- 이중외피 개념 고단열 창호시스템 개발(공동주택 전면부)
- 건물외피 기능 생태적 벽면녹화시스템(공동주택 측면부)
1.2.2 정량적 목표
우리나라 주택의 단위 면적당 에너지소비량이 선진국의 저에너지소비 주택에 비해 2배 이상 많은 점을 고려할 때, 기술 개발을 통한 에너지절감의 필요성과 가능성은 그 만큼 높다. 따라서 복합기능 건물외피 조성의 1차 목표는 연구대상인 옥상부와 벽면부의 단열성능 향상을 통한 에너지절약에 있다.
에너지절약과 함께 건축으로 인해 상실된 자연의 순환기능을 기술적으로 회복시키는 것이 또 다른 중요한 목표이다. 그러나 건물외피의 생태적 효과 개선을 정량적으로 제시하는 데는 한계가 있어, 가장 대표적 자연 순환기능인 물순환 기능을 중심으로 본 연구의 정량적 목표를 설정하였다.
복합기능 생태적 건물외피 조성을 통해 도달하고자 하는 정량적 연구 목표는 다음과 같다.
○ 건축 냉난방 에너지 50% 절감
○ 건물 옥상부 우수유출량 70% 저감
1.2.3 연차별 사업 목표
1.3 연구 범위 및 방법
1.3.1 연구범위
당해년도는 에너지절약과 도시생태문제 양면에서 심각한 문제를 야기하고 있는 기존 외단열 공법의 대체가 가능한 옥상녹화시스템 개발에 중점을 두고, 벽면부 복합기능 건물외피시스템의 개발 방향을 설정하는 것으로 연구범위를 한정하였다.
연구 대상별 구체적 연구 범위는 다음과 같다.
○ Green Roof System (옥상부)
- 기존 옥상부 문제 분석
- 기존 국내 옥상녹화 시스템 공법의 문제점 파악
- 국내외 동향파악을 통한 Green Roof System 시스템 유형분석 및 분류
- 외단열 공법 대체 G.R.S. Prototype 제시
○ Green Wall System (측면)
- 기존 국내외 시스템의 문제점 분석
- 국내외 동향파악을 통한 Green Wall System 시스템 유형분석 및 분류
- G.W.S. 개발 방향 설정
○ Double Skin Facade System (전면)
- 기존 국내 시스템의 문제점 분석
- 국내외 동향파악을 통한 Double Skin Facade 시스템 유형분석 및 분류
- D.S.F. 개발 방향 설정
1.3.2 연구방법
연구 대상별 기술 개발 방향 설정을 위한 문헌조사 및 사례 연구가 1차년도 연구 중요한 부분이다. 이를 위해 해외출장은 물론 국외 전문가 초빙한 세미나 및 Workshop을 활용하였다.
옥상녹화시스템 개발의 경우 주요 기능의 정량적 분석을 위해 열성능 실험과 재하실험을 수행하였고 시범사업을 통해 현장 적용 가능성을 검증하고자 하였다.
1.3.3 추진전략
(1) 추진전략
기술개발 중요도 및 개발 필요성에 따라 요소기술 개발방향을 설정하고, 생태건축, 건축환경, 건축구조, 건축재료, 조경 등 특성화된 다분야 전문가로 연구팀과 자문단을 구성하여 다학제적 연구체계를 구축하고자 하였다. 또한 개발된 Prototype을 시범사업을 통해 현장 적용 가능성을 검증하여 연구 성과의 실용적 가치를 최대화하고자 하였다.
1차년도에는 관련 해외연구소와 국제공동연구 체계를 구축하고자 하였으며, 2차년도부터 본격적인 공동연구를 수행할 예정이다. 특히, 생태환경개선 효과를 극대화하기 위해 우수활용분야 연구 성과를 응용하며, 녹화용 방수기술, 배수시스템, 단열기술과 관련하여 기존 연구 성과를 기초로 활용함과 동시에, 요소기술간의 원활한 연계를 위한 연구진간 내부 Workshop을 정례화 하였다.
(2) 연구체계
복합기능 생태적 건물외피 조성을 위해 연구의 내용은 아래 그림과 같이 크게 3가지로 구분하였다. 연구를 효율적으로 수행하기 위해 기술력과 경험이 앞선 해외연구소와의 공동연구를 우선적으로 추진하고, 실용화 가능한 기술 개발을 위해 국내 건설업체와의 유기적 협력체계를 구축하였다.
1.4 연구내용
1.4.1 1차년도(2003년) 연구내용
○ 관련 기술개발 성과 검토
- 국내외 옥상녹화기술의 검토
- 국내외 벽면녹화 및 이중외피 기술의 검토
○ 기존 외단열 공법 대체 옥상녹화시스템 Prototype 구상
- 저관리·경량형 옥상녹화에 적합한 토양층 소재 선정
- 선정된 토양에 적합한 식물소재 선정
- 단열소재 및 단열층 조성 공법 선정
- 옥상녹화시스템 Prototype 구상
○ 외단열 공법 대체 옥상녹화시스템 Prototype 적용 시범사업
- 선정 식물소재 생장실험(2차년도 연구를 위한 예비실험)
- 선정 시스템의 재하실험을 통한 구조적 안전 검토
- 시스템의 열성능 실험
- 우수유출저감효과 실험시스템 구축
- 외단열 공법 대체 옥상녹화시스템 Prototype 제시
○ 이중외피 개념 고단열 창호시스템(Super Window) 개발 방향 설정
- 국내외 기술 개발 여건 분석
- 개발 방향 설정
○ 건물외피 기능 벽면녹화시스템 개발 방향 설정
- 국내외 기술 개발 여건 분석
- 개발 방향 설정
1.4.2 향후 연구내용
1.5 기대효과
1.5.1 기술적 측면
G.R.S., G.W.S. 및 D.S.F.의 외피기술 통합을 바탕으로 녹화기술, 단열기술, 이중외피조성기술을 통합하는 복합기능 건물외피조성 기술의 혁신적인 개선에 도모하며, 이를 건축 차원에서 외부공간의 생태적 리뉴얼 기술 대안으로서 도시차원으로 확장한다.
1.5.2 경제산업적 측면
환경친화적 건설산업 시장의 활성화뿐만 아니라, 복합기능 생태적 외피 조성을 위한 건축소재 다각화 및 친환경 건축산업 및 시장의 활성화가 가능하다. 냉방기중 옥상녹화시스템의 토양층 표면은 기존 옥상 대비 주간시간대에 12~l5K 정도 낮은 온도를 유지하며 야간시간대에도 2~3K정도 낮은 표면온도를 유지할 수 있음으로 인해 6.4~13.3% 정도 냉방에너지 절감효과가 발생하며, 난방기 중에도 추가적 단열성능이 발생하여 난방에너지 절감에 기여하게 된다. 벽면녹화시스템의 경우도 옥상녹화시스템와 유사한 효과를 기대할 수 있다. 이중외피시스템의 경우는 그 유형에 따라 효과도 상이하게 나타나기는 하지만 일반적으로 냉난방에너지의 절감효과는 20~25%에 달한다. 결국 Plus50의 목표인 50% 에너지절감기술을 국내 주택의 10%에 도입할 경우 2002년 총수입액 1520억불 기준 약 2.2억불의 수입 감소효과가 발생한다.
1.5.3 사회적 측면
도시열섬현상의 완화 및 도시경관 개선을 통한 도시민의 삶의 질 향상에 도모할 수 있으며, 건물단위의 우수유출 억제를 통한 도시홍수 재난의 예방 효과가 있고, 옥상녹화 및 벽면녹화에 따라 지역경관향상, 녹지량 증대, 녹지공간확보의 수단, 녹지조성정책에 융통성 제공 가능하다. 옥상녹화 및 건물외피 조성기술은 건물의 외관을 향상시키고 적절히 차폐시켜, 경직된 콘크리트 구조를 완화시켜 주고 지역 및 도시의 경관과 가로경관을 향상시킬 수 있어서, 새로운 녹지공간의 창출로 휴식 및 휴양공간의 확보에 기여할 수 있다.
1.6 기술개발 결과 활용 방안
옥상녹화시스템은 도심지 건축의 생태환경 리뉴얼 대안 및 도시홍수 예방을 위한 건축 차원의 대안기술로 활용가능하다. 전면 벽면녹화시스템은 국내외적으로 성공사계가 없음으로 모델의 성공적 개발이 이루어 질 경우 세계적으로 인정받을 수 있는 기반 구축 가능하다. 이중외피의 경우 2004년 5월 1일 시행예정인 "다중이용시설 등의 실내공기질 관리법"의 대응기술로 활용하며, 국내외적으로 공동주택에 적극적으로 이중외피시스템이 적용된 사례가 없음으로 성공의 의미는 매우 크다. 현재도 거의 모든 입주아파트에서의 발코니부 확장은 이루어지고 있음으로 창호업체와 활용방안의 공동모색시 이중외피의 적용가능성을 높일 수 있다.
은평뉴타운 또는 서울시가 추진중인 청계천 유역 재개발 및 신축공사 지원사업의 모델로 활용할 수 있고, 기존 빌딩의 에너지절약 및 경관 개선을 위한 리모델링 기술뿐만 아니라, 주택 및 빌딩 신축시 복합기능 외피조성 기술로 활용가능하다. 또한 기후협약에 따라 2012년까지 국내 총 CO2 배출량을 5%저감하려는 정부의 노력에 Plus50의 결과는 상당량 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
1.7 선행연구검토
1.7.1 그린타운 개발사업(1996년~2000년)
(1) 연구목표
본 연구는 건축과 설비, 수자원·환경분야의 유기적인 협조를 통해 환경친화적 주거단지 개발에 초점을 맞추어, 환경친화적 계획기법과 건축물의 친환경 평가기법, 자연에너지 이용 시스템, 수자원 순환활용 시스템 개발을 수행하였다. 연구의 궁극적 목표는 자연자원 및 에너지 절약형, 물질 순환형 그리고 자연경관과의 유기적 연계를 이루는 단지계획·설계기법 및 환경성능 평가기법을 개발하고 이러한 단지계획의 실현을 위한 현실 대안적 기술로서 자연에너지와 수자원의 합리적이고 효율적인 이용이 가능한 순환활용시스템을 개발하는 것이다.
(2) 연구 범위 및 내용
○ 기존 관련연구 결과의 종합과 유사 연구분야의 연구결과를 통합한 그린타운의 개념 설정과 환경친화적 주거단지 개발방향을 제시하며, 환경성능 인증기준의 마련 및 제도화를 위한 등급기준의 설정과 제도화 방안을 마련한다.
○ 해석프로그램에 의한 건축물 자연에너지 이용시스템의 시뮬레이션을 실시하며, 시뮬레이터 운용에 의해 결과를 검증한다. 수자원 순환활용시스템의 개발을 위한 모델시설의 설치 및 모니터링에서는 연구원 부지내에 모델사업추진대상 구역을 설정하고, 인근 시범주택의 옥상에서 집수되는 빗물을 저류할 수 있는 저류조 설치, Pilot Scale의 중수처리공정설치, 인공지반위에 경량토양과 수생식물을 기반으로 하는 Biotop을 조성함과 아울러 유지용수의 순환이용을 위한 배관시설과 동력원으로서 풍력과 태양에너지를 이용하기 위한 전기발생시설을 연계·운영한다.
○ 모니터링 시설을 설치하여 수질, 수량, 생태계 및 에너지 분야에 대한 모니터링 작업을 수행하여 결과를 매뉴얼 작업에 반영한다.
(3) 분야별 연구 성과
- 건축분야 : 주거단지의 환경친화적 계획 및 건축물 친환경 평가기법개발
- 설비분야 : 건축물의 에너지 이용시스템 개발
- 수자원·환경분야 : 수자원 순환활용시스템 개발
1.7.2 생태도시조성 기반기술개발(1997년~1999년)
(1) 연구목표
본 연구는 도시 외부공간의 생태적 문제 해결을 위한 공학적 기반기술 개발을 목적으로, 도시 토양 및 물순환 시스템의 개발을 최종 목표로 옥상녹화, 우수처리시스템 그리고 투수성 포장공법과 관련된 연구 및 시범사업을 목표로 진행되었다.
(2) 연구 범위 및 내용
○ 우수유도, 저류, 침투로 이어지는 도시 우수처리시스템의 개발을 위해 옥상녹화시스템 개발연구의 보완과 투수성 포장공법 개발에 대한 기초연구를 실시하였다.
○ 전체 연구의 종합적인 결과를 도출하기 위해 본 연구에서 개발된 옥상녹화, 투수성 포장, 도시우수처리시스템을 연계한 도시토양 및 물순환시스템 모델을 제시하였다.
(3) 주요 연구 성과
○ 2차년도 저관리 경량형 옥상녹화 연구성과를 보완하기 위해 7개의 보완실험구를 조성하여 식생과 토양 중심으로 실험 실시하였고, 식생에서는 잔디류와 초화류의 생장실험 및 식재공법 개발 실험 수행하였으며, 토양에서는 요구 기능별로 토양층 단면을 분리하여 구성한 KICT 육성 토양층 모델을 제시하였다.
○ 투수성 포장공법의 적용 검토를 통해 도시 우수처리시스템의 설계기술 개발과 설계대안 제시하였고, 또한 경기도 안산에 위치한 주거단지 대상으로 도시우수처리시스템 대안으로 활용하였다. 설계 강우강도 50mm/h가 지속 A 구역에서는 2시간의 우수유출지연이 일어났고, B 구역에서는 강우량의 80%를 지중에 침투함으로서 우수유출량을 줄이고 지하수도 함양하는 효과를 얻을 수 있었다.
○ 생태도시 기반기술의 활용 및 정책·제도의 개선을 통해 옥상녹화시스템과 도시물순환시스템 기술을 활용하기 위한 방안 및 보급하기 위한 정책 및 제도를 검토하였다.
1.7.3 옥상녹화 학술용역(2000년)
(1) 연구목표
본 연구는 공공건축물에 직접 시험 연구사업을 실시하여 관련업계와 일반인들에게 널리 홍보함과 동시에 그 제도적 지원방안을 제시함으로써 시민과 건물주의 자발적 옥상녹화 참여를 유도하여 도시의 생태적 문제를 해결할 수 있는 한 대안으로서 옥상녹화를 활성화시키는데 목적이 있다.
(2) 연구 범위 및 내용
○ 적용대상은 서울시내 건축물 및 구조물 중 옥상부분을 녹화할 수 있는 시설물로서 공동주택, 단독주택, 공공건축물, 일반건축물로 한정하였다.
○ 연구범위는 저관리·경량형(보급형) 옥상녹화시스템으로 한정하였다.
○ 연구내용은 적용대상 유형별 옥상녹화 모델제시를 기존 건축물 진단기법 개발을 통해 보급형 옥상녹화 시험 연구사업의 시행하였고, 옥상녹화 보급을 위한 지원방안을 제시하였다.
(3) 주요 연구 성과
1.7.4 에너지절약 및 생태환경 개선을 위한 복합기능 입체녹화 기법 개발 및 상용화 연구(2001년~2002년)
(1) 연구목표
본 연구는 주거용 건물 및 건축물의 입체녹화를 통해서 에너지 절약은 물론 도시 혹은 주거단지 내 생태환경을 개선하기 위한 녹화기법을 개발하고, 상용화하는데 목적이 있으며, 궁극적으로 입체녹화 기술개발에서 필요한 벽면과 발코니 간이화단녹화를 중심으로 연구를 진행하였다.
(2) 연구 범위 및 내용
○ 연구의 내용적 범위는 입체녹화를 위한 새로운 모델을 개발하며, 이를 위한 기초실험 및 상용화를 위한 시범사업을 그 내용적인 범위로 규정하였다.
○ 연구의 공간적 범위는 입체녹화, 즉, 평면은 물론 입면의 녹화도 그 공간적인 대상 범위로 확대하였다.
(3) 주요 연구 성과
2.1 옥상녹화기술
2.1.1 국내 옥상녹화기술
(1) 개발 동향
우리나라의 옥상녹화에 대한 연구는 1996년부터 한국건설기술연구원이 수행한 그린타운 개발사업 연구를 계기로 기존 건축물을 대상으로 한 옥상녹화시스템 개발 연구가 시작되었다. 지금까지 이루어진 옥상녹화 연구는 소재개발, 시스템 개발 및 옥상녹화 효과를 중심으로 진행되었고, 현재 충분한 수준의 기술 진입이 이루어졌다. 이 결과, 기존 및 신축 건축물에 적용 가능한 다양한 옥상녹화시스템 모델이 제시되었고, 더불어 옥상녹화의 확대보급을 위한 지원제도 개선 등의 작업들이 수행되고 있다.
생태적으로 불투수 지역이 대부분인 서울시의 경우, 옥상녹화의 필요성은 매우 절실한 상태이다. 여기에 옥상녹화가 가능한 평지붕 면적은 서울시 전체 면적의 40% 이상으로 건물 외피녹화 시장의 잠재력은 매우 크다고 볼 수 있다. 이에 서울시는 보급형 옥상녹화시스템
각주 001)
(E-100 및 E-200)을 개발하여 서울시 초록뜰, 벧엘 유치원, 구로 안성기계공구 상가 영등포 병원, 대림통상 등에 적용시켜 왔다.
가. 서울시 보급형옥상녹화시스템 (E-100 및 E-200)
① 공법 개요
서울시 보급형옥상녹화시스템은 옥상녹화유형 관점에서 저관리·경량형(extensive green roof system)에 해당하며, 주로 기존 건축물에 적용이 용이한 공법이다. 기존 건축물의 하중을 고려하여 E-100과 E-200 두 가지 모델을 제시하였다.
② 시스템
E-100는 시스템 최대 하중이 100kgf/m²인 것으로 기존 건축물의 허용하중이 200kgf/m²인 곳에 적용이 가능한 모델이고, E-200의 경우는 기존 건축물의 허용 하중이 300kgf/m²인 곳에 적용이 가능한 모델이다.
 |
③ 구성 및 특징
- 육성토양과 식생층 : 시스템 E-100과 시스템 E-200의 구성이 다르게 되어있다. 시스템 E-100의 경우는 자생초화류 위주의 보급형 모델을 도입하고 부분적으로 마운딩을 하여 소관목 식재 등으로 단조로움을 피하고자 하였고, 시스템 E-200의 경우는 인공경량토양을 사용할 경우 20cm의 토심을 확보할 수 있어 초화류, 소관목과 수관이 적은 저목도 적용 가능하다.
- 배수층 저배수시스템이나 배수판이 가장 바람직하나, 배수토양 적용시 3cm로 설계하여 시공한다.
- 방수층 : 기존 건축물의 옥상 노후 상태와 적용된 방수종류 등을 검토하여 설정하여야 하며, 옥상에 통상 적용하는 방수는 대부분 가능하다.
④ 적용 가능한 건축물
단독주택, 공동주택, 일반건축물, 공공건축물 등 허용적재하중이 200kgf/m² 이상인 모든 건축물에 적용이 가능하다. 이 시스템은 전면포설로 단열효과의 증대, 휴식공간으로의 활용, 비오톱 조성 등이 가능하다.
⑤ 시공과정 및 유의사항
기존 건축물의 경우는 대부분의 방수층이 부실하기 때문에 재시공이 필수적으로 선행되어야 한다. 그리고, 누름콘크리트는 철거작업이 매우 어려우므로 그대로 시공하는 것이 바람직하다.
나. S사의 파라소 공법
① 공법개요
파라소 공법은 토양을 경량화하여 하중부담을 최대한 줄임으로서 지붕 위에 자연적인 숲과 비슷한 인공지반을 형성하는 것을 목적으로 하는 공법으로서 진주암을 소성팽창시켜 만든 다공질의 경량토양을 배수용과 육성용으로 구분하여 인공토양층을 조성한다. 토심이 낮은 저관리·경량형 녹화는 물론 중량형 녹화까지 폭넓게 활용되고 있는 공법이다.
② 시스템
파라소 토양은 자연토양보다 경량이고 보습성이 우수해서 부가적으로 관수시스템을 필요하지 않는다. 파라소 토양은 진주암을 고온상태에서 팽창시 만드는데 최종적으로는 흰색의 다공질입자가 된다. 이 토양은 그대로 드러날 경우, 인공적 느낌이 들기 때문에 자연적 시각효과를 위해 파라소-Top이라는 멀칭 소재를 덮어주기도 한다.
- 투수펫 : 기존 자갈배수층의 하중 및 시공성을 획기적으로 개선한 인공지반 배수전용층이다.
- 투수시트 : 토양의 유실과 배수구의 막힘현상을 개선되어 식재기반이 안정적으로 지속가능하다.
- 배수층 (배수용 파라소) : 배수용 인공토양으로 배수 및 보수성능을 동시에 수행가능하다.
- 육성층 (육성용 파라소) : 육성용 초경량 인공토양으로 배수성, 통기성, 식물지지력, 내구성 등의 식생유지에 적합한 토양환경 조성이 가능하다.
- 멀칭토양 (탑 파라소) : 표면건조를 방지하며, 토양표면의 느낌을 자연스럽게 한다.
④ 적용 가능한 건축물
비관리·경량형 옥상녹화공법에 적합하고, 이 토양의 자체적 단열성능으로 성능개선이 가능하다.
⑤ 시공과정 및 유의사항
방수를 위한 구조를 자체적으로 제공하지 않으므로, 적용시에는 건물에 완전한 방수시공이 되어야 한다는 전제가 필요하다. 포설형이기 때문에 시공이 어렵다는 단점이 있다.
다. 한국 C.C.R
① 공법개요
한국 C.C.R은 1996년 유럽형 옥상녹화 시스템을 도입, 국내 기후에 적합한 저관리·경량형 옥상녹화 시스템인 A.R.T(Any Roof Top) Greening System 공법을 개발하였다.
이 공법은 유형적으로 기존 외단열공법 대체 옥상녹화 시스템으로 어떤 형태의 인공지반(경사, 평, 돔)에도 시공 가능하며, 시스템의 구성은 다음과 같다.
- 단열용 판재 : 일반적인 외단열용 단열재를 사용 가능하다.
- 구배조절용 EPS 판넬 : 누름 콘크리트층을 대치하는 가볍고 설치가 용이하며, 구배조절 및 단열효과를 가진다.
- 분리막 : PP 재질의 부직포 PVC 방수층의 상하부에 설치하며, 열발생시 PVC와 EPS사이의 화학적 반응을 차단한다.
- 방수시트 : PVC 재질로 미생물 또는 자외선 등에 의한 균열발생율이 낮다.
- 저배수용 단열판 : 물의 저장 및 배수를 동시에 해결하며, 또한 단열효과를 가진다.
- 여과투수용 PP부직포 : 폴리프로필렌 부직포로 수분 흡수 및 전달하는 모세관 현상이 개선되며, 여과기능을 통해 배수구 막힘을 방지한다.
- 화산석 개량토 : 경량화산석 토양으로 토심 10cm의 하중은 80kgf/m² 정도이며, 보습력 및 보비력이 좋다.
④ 적용 가능한 건축물
저관리형으로 거의 모든 건축물 옥상부에 적용이 가능하다.
⑤ 시공과정 및 유의사항
방수공정까지의 공정이 다소 많음으로 공사시 우기의 영향을 받을 수 있기 때문에 이에 대한 고려가 필요하다.
라. 레인보우 옥상녹화시스템
① 공법개요
무관리·경량형의 옥상녹화시스템으로, 최대 녹화하중 120kgf/m²이하로 설계가능하며, 이에 따라 옥상 이용을 배제한 공법으로, 평균토심을 10cm이하로 설정하여 최소한의 하중을 유지한다.
② 시스템
- 방수층 : 1차 균일한 시트 방수층 상부에 탄성 도막재(시멘트 혼입 폴리머계/우레탄아크릴계)를 적용하여 이음매 없는 2차 방수층을 형성함으로서 최적의 방수성능과 안정성을 확보한 복합방수공법을 적용하였다.
- 배수판 : 플라스틱로 각 방향 입체공간구조로 된 배수판은 충분한 물의 흐름을 유도하여 원활한 배수 기능을 확보할 수 있다.
- 토양매트 : 100% 무기물의 암면매트(Rock-Wool)를 채택하여 식물의 특성 및 시기에 맞도록 성분을 조정하여 영양보충이 가능하다.
- 경량토양 : 인공경량토양소재의 육성토양층으로 구성되며, 배기성과 통기성이 양호하며 식물의 양분 및 수분흡수가 원활한 분변토나 지룡토가 있다.
- 포트식재 : 레인보우 옥상녹화 시스템은 무관리 경량형에 알맞도록 세덤류 위주로 선정하였으며, 이에 해당하는 식생에는 자생 세덤류의 돌나물, 땅채송화, 애기기린초 등이 있고, 외래세덤류의 Acre, Spurium, Album 등이 있다.
④ 적용 가능한 건축물
본 시스템은 무관리 경량형 옥상녹화로서 허용하중이 200kgf/m²이하인 건물에 적용 가능하다.
① 공법개요
H사 세덤블록의 재질은 고밀도 폴리에틸렌(P.E)로 규격은 570mm×380mm×두께80mm이며, m²당 4.6EA로 구성되며, 무게는 1.1kg/EA(5.06kg/m²)이다. 이는 세덤의 생장에 적합하도록 제작되어 있으며 갈수기에도 수분을 저장할 수 있다.
② 시스템
블록높이 8cm중 5cm높이까지 물 저장홈이 있어 세덤의 생육에 지장을 주지 않도록 설계되었다.
④ 적용 가능한 건축물
본 시스템은 경량형 녹화공법으로서 기존 건축물의 옥상녹화에 주로 응용되며 구조체에 미치는 하중의 부담이 적고 시공과 관리에 있어서 노력과 비용이 적게 든다. 이 공법은 살수, 시비, 전정 등의 유지 관리가 필요 없으며 1년에 한 두 번 정도의 관리로도 충분하도록 설계되었다. 이러한 옥상녹화 시스템에 사용되는 식물은 극한적인 자연조건하에서도 생장 가능한 식물이어야 하며 장기간의 건조기 및 혹한에 견딜 수 있는 선태류, 식물체가 다육질인 세덤(SEDUM)류, 특정한 잔디류 등을 사용한다.
⑤ 시공과정 및 유의사항
한수 세덤블록을 설치하기 전, 지붕위에 구배조정을 위한 몰탈을 포설한다. 그리고 몰탈위에 방수쉬트를 깔고 방수쉬트 보호용 부직포를 설치한다. 부직포 설치 후, 가로 57cm, 세로38cm, 높이 8cm인 HDPE로 제작한 세덤블록을 설치한다. 그리고 세덤블럭 내부에는 배수용상토를 THK80 채우고 그 위에 부직포를 다시 설치한다. 부직포 위에는 세덤식재용 상토를 THK 50으로 깔고 세덤을 식재 또는 줄기를 일정간격으로 절단해서 0.5kg/m²를 살포한다.
2.1.2 일본의 옥상녹화기술
(1) 개발 동향
현재 일본의 옥상녹화 관련 연구는 정책측면보다는 시스템 구성 및 기술, 소재 개발 측면이 강하다. 기술개발 경향으로는 일본도 독일의 경우처럼 점차 복합기능 생태적 건물외피시스템으로서의 녹화시스템 기술 개발을 지향하고 있는 추세이다. 시스템적 접근에서는 유니트식, 조립식으로 탈부착이 간편한 것을 개발하고, 무토양 적용으로 경량화를 구축하고 있다. 그리고 주로 관수, 시비, 수지 등을 적용하여 저관리형을 추진하고 있다.
일본의 옥상녹화는 최근에 이르러 열섬현상의 완화책, 에너지 절약 효과를 위한 방책으로서 정부뿐만 아니라 민간부문에서도 상당히 활성화되고 있다. 또한, 도쿄나 코베시와 같은 일부 지자체에서는 옥상녹화를 의무화하고 세계 최초로 벌금제를 도입하여 강력한 옥상녹화 사업을 벌이는 등 옥상녹화 사업유도를 위한 다양한 보급정책 및 지원방안 시행하고 있다.
최근에는 옥상녹화에 효과 (열성능, CO₂고정효과, 도시열섬완화효과 등)에 대한 재인식의 문제가 대두되고 있다.
(2) 주요 옥상녹화시스템
가. G-wave FD-L 외단열 시스템
① 공법개요
G-WAVE FD-L 공법은 기존의 옥상 녹화시스템에 대한 개수목적으로 개발되었다. 보호 콘크리트의 타설이나 자갈 등을 이용한 배수층을 가지고 있고, 경량 박층형 시스템이며, 식재기반 시스템이다.
② 시스템
기존의 옥상 녹화시스템에 대한 개수목적으로 개발하였다. 이는 경량 박층형시스템이며, 식재를 기반으로 하는 시스템이다. 보호 콘크리트의 타설이나 자갈 등을 이용한 배수층을 가지고 있다.
③ 구성 및 특징
- DO파이프 : 흑요석퍼라이트를 직경 150mm, 길이 1m의 망에 넣어 봉같이만든 것. 식재의 마무리 부분이나 배수로 부분의 토양층의 수분과 표면수를 빨리 배수시키는 기능과 토양 유출을 방지하는 기능이 있다.
- FD필터 : 합성섬유 부직포 0.8mm
- 화이트롬 : 흑요석으로 만든 퍼라이트, 배수 및 보수기능이 있다.
- FD드레인L : 보수 및 배수패널로, 보수는 3ℓ/m², 배수는 9ℓ/m²이다.
- FD매트 : 방수층과 방근층 보호하는 기능을 한다. 4.7mm, 재활용펠트를 사용한다.
- FD필름 : 루프가드의 방근층성능을 보조하는 것으로, 화학적 안정성을 확보시키는 기능을 한다. 폴리에티렌제품으로 두께는 0.3mm이다.
- 루프가드 : 방근층, 방수층도 보호하는 기능으로, 방수공사용 아스팔트에 접착시켜 시공한다. (1.1mm)
- 강력베이즈 : 합성섬유부직포로 만든 루핑재료이다.
- 강력스트라이프 Z : 개량아스팔트루핑의 안쪽의 自着층이 스트라이프모양으로 되어 있다. 부푸는 것을 방지하고 접착기능도 있어 2과정의 시공이 한번에 가능하다.
- 파라펫부분 : 개량아스팔트루핑으로 방수를 강화시킨다.
방수층 시공 후 내뿌리층(FD필름) 및 보호층(FD매트)의 시공이 순서대로 이루어져야 하며, 이때 방수층 및 내뿌리층 보호를 위한 정확한 시공이 필요하다.
① 공법개요
G WAVE Ecom FD-EU·S 시스템은 유닛공법을 적용하고 있으며, 이는 500×500×두께50mm의 세덤식재유닛을 미리 설치한 FD drain EN
각주 002)
에 붙여서, FD washer에 고정한 것이다. 시공 직후부터 높은 초록피율과 내풍성능을 우수하며, 방수개수시에도 일시적인 이동 설치가 가능한 flexible하고, 경제적인 시스템이다.
② 시스템
내구성능, 유지관리, 환경대응 등 기능을 중시한 녹화시스템이다. 보수(保水) 판넬(FD drain EN)이 장기적, 안정적인 생육을 유지시킬 수 있도록 고려되었다.
각주 003)
멀칭재료병용에 의해서 토양의 건조, 비산을 막고, 세덤의 양호한 생육이 가능하며, 기계적 고정공법(FD washer)에 의해, 높은 내풍성능을 얻을 수 있다. 시공 직후 식재환경의 변화가 적기 때문에 안정된 생육을 가질 수 있으며, 세덤들을 혼합 식재함으로서 식생의 생장율을 강화시키고, 의장성을 증진시킬 수 있다.
테크네트 그린루프 시스템은 저 배수판을 이용하여 만든 시스템으로 시공은 현장타설을 기본으로 한다. 이 시스템은 방수보호용 누름콘크리트는 시공하지 않는다. 방수보호시트에서 투수시트에는 방근기능이 포함되어 있다.
카나토 공법은 방수 보호용 누름콘크리트를 시공하지 않고 옥상녹화를 조성하는 공법이다. 카나토 공법 시스템은 4가지가 있다. 본 시스템에 사용된 카나트시트의 경우 특수필라멘트를 사용한 투수, 방근필터이고, 카나트매트의 경우 스틸렌폼형성제의 통기배수층이다.
본 시스템은 옥상녹화를 위해 흙의 포설작업 등이 불필요한 유닛식 시스템이다. 이는 아래 [그림 2.18]과 같이 매트타입과 플레이트 타입 두가지로 나뉜다. 매트타입의 경우 경사지붕과 둥근지붕에도 적용이 가능하고, 플레이트 타입의 경우 주로 평지붕에 적용하며, 경사지붕의 경우 최대 30˚ 까지 적용 가능하다. 단 매트타입의 경우 보수층이 없지만, 경사지붕에 적용시에는 보수시트를 설치해준다.
王子세덤매트플레이트는 통기성고 보수성을 가지고 있는 세덤베이스를 사용한다. 이는 3D거미줄형태로 오레핀계 100%수지로 구성되어 있다. 방근시트는 폴리에스텔 100%의 장섬유부직포를 사용한다. 차수시트는 녹화시스템 하부의 슬라브와 차단시키는 역할을 한다.
일본의 기후에 적합한 독자적인 녹화시스템이며, 피복률이 70%이상을 생육할 수 있는 녹화형 식물군을 개발하였다. 식물군은 설치환경에 따라서 차이가 있으며, 세덤으로 이루어져 있다. 초박형구조로서 저하중만으로 설계와 시공이 가능하다.
저수형 스케아타후 시스템의 식생은 잔디를 기본으로 하지만, 세덤도 가능한 시스템이다. 시스템 자체가 규격화한 제품이고 저면관수도 시스템의 일부로 관수를 기본으로 하고 있다.
2.1.3 독일의 옥상녹화시스템
(1) 개발 동향
옥상녹화기술의 선진국인 독일에서는 FLL
각주 004)
(경관개발 및 경관건설 연구회)을 중심으로 옥상녹화와 관련된 연구 성과를 기술기준으로 정립하였다. 1982년 이래로 독일의 옥상녹화산업은 평균 15-20%씩 성장하였고, 1984년 이래로 뮌헨은 건축조례에 옥상녹화를 포함시켜, 향후 15년 안에, 42,000,000m²으로 옥상녹화 면적 확장 계획하였다.
1992년 시행된 Richtlinien f\ddot{u}r die Planung, Ausf\ddot{u}hrung und Pflege von Dachbegr\ddot{u}nungen (옥상녹화의 설계, 시공 및 유지관리 지침)을 통해 옥상녹화기술기준 및 지침을 제시하며 옥상녹화 관련 조사방법 및 절차 등 규정하였다. 여기에 1992년 직접보조금 제도가 시행되어 1ft×1ft당 $3.13 (m² $33.70을 제공하며, 옥상녹화를 설치하는 비용의 50%를 보상해주어, 1996년까지 천만 m²이 독일내에서 건설되었다. 현재 독일의 옥상녹화 연구는 효과의 정량화, 소재 및 시스템 개발 단계를 지나 기술기준의 정립 및 개선에 초점을 두고 있다. 독일에서의 박층형 녹화가 36년을 기준으로 볼 때, 유지관리효과가 기존의 지붕과 비교해서 15%정도 비용절감효과가 있음을 보고하였다.
(2) 주요 녹화시스템
가. Zinco 시스템
박층형 녹화시스템에서부터 사람들이 이용할 수 있는 비오톱내지는 입체녹화시스템에 이르기까지 다양한 시스템을 재활용 재료로 구상한다.
Pingo SF 또는 SX 단열재를 단판으로 적용하는 이 시스템은 기존 옥상구조에 비해 적용요소기술의 수를 최소화하는 동시에 공법도 단순화하여, 악천후에도 간편한 공사가 가능해진다.
2.1.4 미국의 옥상녹화시스템
(1) 개발 동향
각주 005)
북미에서는 2000년 1월에 옥상녹화의 지속적인 발전을 위한 계획안이 보고된 바 있으며, 이어 2001년 3월에 최종적으로 지속개발 가능한 옥상녹화시스템의 시범프로젝트인 "모의 가능성 연구"를 내놓았다. 지금까지 옥상녹화 관련연구 및 기술은 독일과 같은 유럽국가로 제한되었으나, 현재 토론토를 포함하여 캐나다 전 지역 및 미국에서도 더 많은 조사가 실시되어지고 있고, 캐나다와 미국은 동일한 발전 카테고리에서 옥상녹화가 이루어지고 있어, 북미지역의 옥상녹화가 광범위하게 발전하고 있으며, 하나의 산업으로서 그 성장은 매우 활발하여 국가경제 및 환경, 건축에 기여하는 바가 크다고 할 수 있다.
(2) 주요 옥상녹화시스템
가. Barrett Ram Tough 250
① 공법개요
Barrett사는 70년 동안 지붕과 방수에 대한 성공적인 노하우를 가지고 있으며, 최근에 옥상녹화시업에 참여하고 있다. 지붕시스템 구성시, 독일기술을 이용하면서, Barrett사는 필요한 습도와 기후설계기준을 제공함으로서 모든 설계팀간에 코디네이션을 용이하게 하고 있다.
② 시스템
Barrett Ram Tough 250에 근거해서, 물의 흐름을 제어하기 위해 적용된 SBS시스템은 20년동안의 고내구성능을 가진 신축력과 인장력이 강한 폴리에테르 부직포을 사용함으로서 강화시켰다. 몇몇의 지붕경계층이 사용되고 있다. 이 RAM 드레인매트는 배수, 수분유지와 통기성을 가지고 있고, 전형적으로 단열은 고밀도로 성형된 폴리스티렌성분이며, 토양관련 시방서들과 식재선정은 조경건축가에 의해서 결정된다.
부분녹화에서의 중량형 또는 경량형녹화이든 간에, 유지관리프로그램, 바람과 화재저항문제 그리고, 파괴하중설계 등을 포함한 총체적 시스템계획으로 고려하고 있다.
나. AMERFREEN TM 시스템
① 공법개요
American Wick Drain Corporation 은 북부 캐롤라이나 Monroe에 위치하고 있으며, 미국에서 가장 큰 선가공 토양시트와 배수시트의 생산라인을 가지고 있다. 이 회사는 1982년에 배수장치을 대한 기술적으로 진보된 재료를 제조하고 있다. 통합 배수에 대한 우수한 장점을 가진 새로운 배수재를 활용하기 위해서 특별히 설계된 배수코어와 새로운 지오텍스타일을 조합하였다.
② 시스템
AMERFREEN TM 시스템은 고성능, 옥상정원시공에 매우 효과적이며, 다른 시스템에 비해서, 방수층 위에 필터링 기능을 가진 경계층이 있다는 것이다. RootShieldTM 뿌리경계구조는 혼합토양으로 인해서 배수코어로 토양이 밀려 나가는 것을 막는다. 그리고, 배수층을 따라서 뿌리가 침투되는 것을 막는 보호막이 덮혀져 있다.
다. Garland GreenShield 시스템
① 공법개요
Garland
각주 006)
는 지속가능한 설계는 시장성이 아니라, 그들의 생산품을 어떻게 설계하고, 그들의 회사를 어떻게 작동시킬 것인가에 대한 철학을 가지고 있다. 1995년에 Garland는 재활용 타이어를 지붕시스템에 접목시킨 유명한 회사이다. 1990년 후반에 유명 원예학자들의 도움으로 Garland는 초기 북부아메리카의 기후에 적합한 옥상녹화를 시도했다. 그들은 다른 옥상녹화시스템의 가장 중요한 부품은 방수층이라고 생각하고 있으며, 다층화되고 지속가능한 지붕시스템이라는 면에서 Garland GreenShield 시스템이 두각을 나타낸다.
② 시스템
Garland Green Shield 시스템의 토양재는 경량 토양재로 흡수와 보수성이 강하고 필터층은 토양이 배수시스템을 이동 방지하는 기능을 한다. 배수층은 시스템에 과도한 습기발생 방지하며, 방근층은 지붕막을 통한 관통을 방지한다. 지붕막에는 재활용된 타이어를 사용한다.
2.1.5 옥상녹화시스템 개발방향
(1) 국내외 옥상녹화시스템 유형 분석
본 절에서는 독일, 일본, 미국, 한국의 대표적 옥상녹화시스템 분석하여 국내외 옥상녹화시스템을 다음과 같이 3가지 유형으로 구분하였다. 이 중에서 1, 2를 연구대상으로 선정하여 분석하였다.
- 단열층 상부에 방수층이 위치하는 외단열 녹화시스템(1)
- 단열층 하부에 방수층이 위치하는 외단열 녹화시스템(2)
- 기존 옥상부에 적용하거나, 구조적 기반 위에 시공하는 옥상녹화시스템(3)
o 방수층, 배수층, 토양층, 식생층의 순서로 조성되는 표준 녹화시스템(3-a)
o 하부시스템을 부품화된 조립식 녹화시스템(3-b)
 |
① 시스템 구성
기존 외단열 지붕구조와 역전지붕구조가 접목된 형태로, 고가로 인해 신축건물에 사용되는 경우가 드물며, 대부분 노후건물의 기존 외부단열지붕구조에 별도의 단열층을 더 설치하는 형태를 따른다. 구조적 형식은 역전지붕에 준하며, 열성능은 0.2W/m²K 이하의 매우 낮은 열전도율 값을 얻을 수 있다.
② 사례 : Zinco 사의 Duo 시스템
기존의 노후 단열층 위에 시공 가능하고, 적당한 식물 소재를 식재하여 보온성을 증가시킨다.
① 역전지붕 시스템 구성
이 시스템은 외기에 노출되는 단열재가 최상부 표면인 방수층을 보호할 뿐 아니라 표피와 방습층이 동일함으로 결로로 인한 문제가 발생하지 않는다. 단열재의 외기에 노출되어 우수에 의한 영향을 받게 됨으로 역전지붕에서는 투습성이 낮은 단열재만이 사용 가능하다.
방수층 이하의 열전도저항(R)은 0.15m²K/W보다 커야 하며 구조체의 무게도 250kg/m² 이상 요구된다. 우수에 의한 단기 침수의 영향은 크지 않지만 장기간의 침수에 대한 예방책은 필요하다. 단열재가 침수시 구조체로부터 열전달을 억제하기 위하여 역전지붕의 단열두께 산정시에 이에 대한 고려로서 Δk만큼 보완필요하다.
 |
역전지붕시스템은 구조가 간단하며, 수밀한 구조로서 결함을 찾기 쉬운 장점이 있다. 또한 응용영역의 한계가 없고, 단순한 분리와 단열재를 재사용도 가능하다. 기존 외부단열지붕에 비해 역전지붕은 구조체 공사후 바로 방수층이 설치됨으로 우기 등 공사중에 발생가능한 외기에 의한 피해를 최소화시킬 수 있다.
또한, 별도의 증기압 조정층이 필요 없고, 지붕모서리 부의 열교현상 방지가 용이하다.
③ 역전지붕에 적용 가능한 단열재 기준
기밀 설치가 가능해야 하며, 양면에 기포표면이 있어야 한다. 압축강도는 30N/cm² 이상, 그리고 DIN 52517(독일공업규준)에 따른 응결실험 중 50K 온도차에서 용적대비 흡수 수분량이 3% 이하가 되어야 한다. 국내 KS M 3808에 따르면 압출법 보온판 특호만이 이 기준에 근접하며, 기포면의 투습저항이 크고 단열재가 두꺼워야 가능하다. 일반적으로 단열두께는 기존 외단열지붕보다10-20%(또는 30%)두껍게 설치한다.
④ 역전지붕형 녹화시스템 사례
 |
① 시스템 구성
흙의 포설, 배수시스템의 설치 등 식재기반 조성작업이 필요없는 건식공법으로, 일정모듈에 의해 제작된다. 토양층이 매트식으로 만들어진 에코매트와 식재기반이 유닛 단위로 만들어진 오지료카세덤매트가 대표적인 사례이다.
② 사례
독일의 경우 Berlin 포츠다머 광장지역이나 Frankfurt am Main 블록계획에서 지구단위계획에서부터 옥상녹화를 적용시킨 성공적 사례로서 평가받고 있다. 국내의 경우 현재까지 적용된 사례가 있지만 개별 건물별로 이루어지고 있고, 또한 기존의 건물옥상부를 조경적인 관점에서 녹화하는 Roof Planting 방향으로 이루어지고 있는 실정이다. 즉, 계획단계에서부터 옥상녹화가 이루어진 신축건물은 아직 단 한건도 없는 상태라 할 수 있다.
본 연구에서는 단기적으로 국내외 기술 수준을 고려하여 신축건물용 기존 외 단열 공법 대체 Green Roof System의 Prototype을 개발하고, 장기적으로는 시공이 간편하고 물리적 문제발생가능성도 낮은 역전지붕형 G.R.S. Prototype를 개발하는 것이 목표이다.
2.2 벽면녹화기술
2.2.1 국내 벽면녹화기술
(1) 개발 동향
현재 국내와 같은 도심지 녹지 확보의 어려움과 건물의 고층화로 녹화면의 확보를 위한 대안으로서 벽면녹화 시스템은 절실히 요구되는 상황이나, 국내의 경우 상승하고 있는 벽면녹화에 대한 관심에 비해 적극적인 건축물 벽면녹화의 보급은 어려운 실정이다. 지방자치단체별로 방음벽 녹화사업, 푸른담장 녹화사업 등으로 해마다 사업을 확장시키고 있고, 도시경관측면과 도시열섬완화를 목적으로 대규모 옹벽, 도심내 방음벽에 식생을 도입하여 벽면녹화사업이 추진되고 있다. 그러나 나날이 높아지는 고층건물의 벽면에 비해, 등반형과 같은 경우 녹화 높이는 식물의 특성에 따라 최대 10cm 정도로 한정되어 있어 그 한계를 극복할 수 있는 대안이 필요한 상황이다.
(2) 주요 벽면녹화시스템
가. 한설그린(플랜터 부착형)
이 공법은 (주)한설그린과 서울여대 환경생명공학부가 산학협동으로 연구 개발한 것으로, 우수(雨水)를 순환하도록 하여, 식물에 수분을 공급하고, 수분공급에 사용되는 동력은 태양열을 이용해 공급받기 때문에 오랜 기간동안 지속적으로 유지 관리할 수 있다는 장점이 있다.
나. 레인보우스케이프(플랜터 부착형)
이 공법은 레인보우스케이프에서 2001년 건설교통부 산학연 공동연구개발사업으로 시작하여 2003년까지 2개년에 걸쳐 연구가 진행된 사업이다.
아파트 발코니의 간이화단을 통한 전면(前面)녹화와 국내 시공된 대부분의 아파트에 해당하는 개구부가 없는 측벽, 기타 옹벽 등을 대상으로 하는 벽면녹화를 도모하는 공법으로, 기법과 부수적인 장치의 개발로 실적용을 위한 구체적인 시제품의 제시 및 이의 상품화와 동시에, 궁극적으로는 발코니와 벽면녹화를 통하여 도심지의 생물다양성 증진과 경관 향상을 모색하고 있다.
2003년 7월에 최종 벽면녹화 모델을 청담동 D 아파트에 시범적용 하였다.
이 공법은 270mm×570mm×5mm의 크기로 된 서리이끼류 또는 털깃털이끼류 식생매트로서 가위나 칼로 재단될 수 있어 다양한 연출이 가능하며, 시공도 간편하여 비교적 저렴한 비용으로 벽면녹화 가능한 공법이다.
이끼류는 대기로부터 수분과 양분을 직접 흡수하여 생장함으로 별도의 생육기반이 필요없고, 또한 빠른 생장으로 생장평형을 유지함으로 별도의 관수도 필요하지 않다. 또한 초경량(2.7-6.5kg/m2)의 매트를 건물의 벽면에 직접 실리콘 접합하는 매우 간단한 공법을 소개하고 있다.
2.2.2 일본의 벽면녹화 기술
(1) 개발 동향
현재 일본의 벽면녹화는 도입기를 지나 기술 개발기에 진입하고 있는 것으로 판단된다. 일부 건설 또는 조경업체에서 실험단계로서 다양한 디자인을 적용한 플랜터 부착형 벽면녹화 적용사례는 있으나, 완전한 건물 외피시스템으로 전면녹화개념의 벽면녹화관련 연구 및 개발사례는 단층건물에 제한적으로 시도된 바 있다. 대부분 토양과 식생팩을 만들어서 쌓은 식이고 관수는 기본적으로 설치된 상태이다.
본 연구에서 제안하고자 하는 15층(국내 일반 아파트 기준) 정도의 건물 벽면을 녹화하려는 시도는 이루어지지 않고 있다.
가. 유니트형 벽면녹화공법
유니트형 벽면녹화공법은 가벽에 단을 만들어, 화분을 넣어 만든 공법이고, 관수는 자동관수를 설치하는 시스템이다.
식물 용기는 일부가 구조체를 겸하기 때문에 철제로 만들어 짐. 햇빛을 받으면 뜨거워지기 때문에 그 안에, 코코넛재질의 단열재를 넣음. 토양은 일반토양, 배수층으로 퍼라이트를 3cm 밑에 깔았다.
토양층과 식생을 옆으로 세운 공법으로 관수시스템이 설치되어 있다. 이 공법은 패널식에 비해 다양한 식생이 가능한 장점이 있다. 식생이 수평으로 자라고, 토양은 피트모스를 사용한다.
토양층과 식생을 옆으로 세운 공법으로 관수시스템이 설치되었다. 식생은 세덤 위주로 하였으며, 토양은 버뮤큐라이트를 사용하였다. 토양층은 약 7cm를 적용하였으며 벽 위에 프레임을 설치한 후 식생매트를 끼워 넣은 시스템을 구축하였다. 이 시스템의 예상수명은 3-4년 정도이며 현재 키타큐슈 환경박물관에 적용하였다.
30cm 두께 토양층에 덩굴식물을 적용하였으며 관수는 우수로만 공급한 공법이다. 2001년 준공된 전면벽면녹화적용 사례로서 토양층 두께 30cm에 덩굴식물이 적용되었고, 관수는 우수로만 공급되며 투수시트로 방수처리하였다.
2.2.3 독일의 벽면녹화시스템
(1) 개발 동향
독일의 경우, 도시 내 녹지면적이 매우 적은 국내와는 달리 도심 여유 공간이 많기 때문에, 구태여 좁은 녹지면적을 고려한 식재기법과 같은 디테일한 기술이 불필요하여 벽면녹화시스템의 디테일한 기술은 실질적으로 진보되어 있지 않은 상태이다. 또한 독일의 벽면녹화기법은 경우에 따라 보조재를 첨가하는 형식의 전면 등반 녹화기법이 일반적이다. 거의 대부분이 건물전면에 여유 공간을 두어 등반형 또는 하수형으로 식재하는 기법 적용하고 있고, 도시중심 상가 및 상업지역에서만 한정적으로 플랜터 유형을 적용하는 기법 적용하고 있다. 하지만 건물외피기능으로서 생태적 전면 녹화시스템에 대한 관련 연구나 개발사례는 전무하다.
(2) 주요 벽면녹화시스템
2.2.4 벽면녹화시스템 개발방향
(1) 국내외 시스템 비교분석
현재 적용되는 국내외 벽면녹화 시스템 사례의 분석 결과 근본적으로 다음과 같은 네 가지 유형으로 구분 가능하다.
 |
보조재료 없이 건물의 전면부에 식재된 식물이 입면을 타고 생장하는 시스템이다. 이는 특별한 기술이 필요없으며, 전면에 식재공간만 확보되면 쉽게 설치 가능하다.
② 등반보조형 벽면녹화시스템 1-b
건물 전면부에 식재된 식물이 입면에 설치한 별도의 보조재를 타고 생장하는 시스템으로 건물의 입면에 격자형 또는 네트형의 보조재 설치해야 한다.
③ 하수형 벽면녹화시스템 2-a
보조재료 없이 건물의 상부 또는 발코니에 식재기반을 조성하여, 식물이 건물의 입면을 타고 내려 생장하는 시스템이다.
④ 하수보조형 벽면녹화시스템 2-b
건물상부 또는 발코니에서 식재된 식물이 건물의 입면에 별도로 설치된 보조재를 타고 내려 생장하는 시스템이다.
⑤ 플랜트부착형 벽면녹화시스템 3
구조물 또는 건물 전면에 별도의 플랜터를 부착한 후 그 내부에서 식재된 식물이 생장하게 된다.
(2) 기술개발방향
옥상부의 개발에 비해 전통적 건물외피 기능과 생태적 기능이 복합되어 벽면과 일체화되는 벽면녹화시스템 기술 개발이 미진한 상태이다. 덩굴식물을 등반시킬 수 있는 등반 보조재의 설치, 설계 또는 부착 보조재를 이용한 녹화기술 등 초보적인 단계라 할 수 있다. 현재 건물 입면부 녹화기술은 기존 벽면의 녹화피복을 목적으로 식생소재 및 식생 유도를 위한 시스템에 초점을 둔 기술 개발이 진행 중이다. 하지만, 등반형, 하수형 및 플랜트 부착형 벽면녹화의 다양한 발달에 비해 건물외피기능의 전면벽면녹화 사례는 세계적으로 거의 전무하다고 볼 수 있다.
독일 및 일본 등지에서는 일찍부터 도심지내 환경개선 방안을 모색하기 위하여 기술적 측면뿐만이 아니라 자연을 이용한 문제해결을 위한 움직임이 나타났고, 환경보호를 위한 생태학적 맥락에서 역점을 둔 연구가 많이 진행되었다. 특히 독일의 경우 벽면녹화는 도시공간내에 녹지면적이 풍부하기 때문에 일반적으로 건물, 구조물의 전면에 식재공간을 두어 녹화시킨 등반형이 일반적인 기법으로 자리 잡고 있다. 일본의 경우는 더욱 적극적으로 플랜트 부착형을 다양하게 개발하여 적용하기에 이르렀으며 또한 전면벽면녹화의 경우 건물의 저층부에 한정적으로 적용한 사례가 있으나 아직은 초보적인 수준에 머무르고 있다.
국내 고층 공동주택에서 특징적으로 보이는 창이 없는 측벽은 독일, 일본에서는 보이지 않는 유형으로서 이런 맥락에서 본다면 고층 건물의 측벽을 녹화하려는 시도는 당연히 다른 영역의 발전에 비해 미진한 것으로 파악된다.
2.3 Double Skin Facade 기술
2.3.1 국내 Double Skin Facade 기술
○ 이중외피시스템 개발동향
현재 국내 공동주택에서 적용되는 전면의 발코니가 개념적으로 이중외피에 해당하나, 기술적 관점에서 초보적이며 비효율적인 시스템이다. 이에, 에너지절약 관점에서 Passive Solar System을 활용한 온실형 이중외피조성 기술 개발이 시도되었다. 대표적 사례로는 1992년 시공된 대우기술연구소의 전면부 이중외피시스템, 코오롱사옥, 1998년 한국에너지기술연구소의 본관건물 및 그린빌딩 연구동이 있다. 이들 사례는 전면부 전체가 하나의 이중외피 유닛으로 구성되어 건물의 하부에 외기 흡입구가 있고 상부에 배기구가 있는 굴뚝형(Chimney) 이중외피형식이 국내에는 주를 이루고 있다. 특히 대우기술연구소의 경우는 이중외피보다는 아트리움에 가깝다.
2.3.2 일본의 이중외피 시스템
(1) 개발 동향
일본의 경우 2000년에 들어서 이중외피가 적용된 건물들이 세워지기 시작하였다. 하지만, 초기비용 상승의 문제로 인해 대규모 오피스에서 적용하는 수준에 머무르고 있다. 아직 사례는 많이 부족하나 고효율의 이중외피 적용되고 있고 대부분은 오피스건축에 한정되며, 공동주택의 경우는 적용사례 전무하다.
(2) 주요 사례
가. 積水하우스 九段南빌딩
더블스킨과 전동브라인드에 의해, 직달일사전달을 억제하며 가동창 개구면적을 자동조절하는 시스템을 일본 최초로 적용하였다. 이 시스템은 천장근처에 환기창을 두어, 중간기에는 이곳으로부터 바람이 들어오도록 되어있다. 폭 10cm의 브라인드는 각도조절 가능하며, 이는 외부차양의 역할을 담당하고 있다.
"NEXAT (Natural Energy × Active Technology)"시스템(2002년 11월)은 복합형 신개념 이중외피 시스템으로 개발되었다. 1개층 단위로 기능조절이 가능하기 때문에, 소비에너지를 최대 32%까지 절약할 수 있고, 열환경개선 및 시공성이 향상된다.
NEXAT는 1층단위로 더블스킨의 외부와 실내측의 상하(전부 4개소)에 개구부를 설치하여, 각각의 개구부에 개폐기능을 부여하고 있다.
층별로 더블스킨내의 공기 흐름을 조절하여 계절별로 서로 다른 작동방식을 도입하여 최적의 쾌적함을 유지하기 위한 노력하였으며, 이는 곧 에너지절약 의미한다.
2.3.3 독일의 이중외피 시스템
(1) 개발 동향
1990년대 이르러 창호부 이중외피시스템 기술과 구조체와 통합된 이중외피시스템 기술 개발이 진행되었다. 대부분의 적용 건물은 보험 또는 은행사옥이며 독일에서는 비교적 고가인 이중외피 또는 다른 요소기술의 적용을 통한 친환경 건물의 실현으로 21세기형 기업으로서의 이미지 개선에 주력하고 있다. 이에, 독일 프랑크푸르트 상업은행 본점 건물의 경우 초고층 건축물 창호부에 이중외피기술을 적용한 대표적 사례이다. Berlin시의 경우 2002년 현재 약 20개 이상의 프로젝트에서 이중외피가 적용되었으며, 독일전체로는 파악되고 있지는 않지만 적용된 횟수는 상당할 것으로 예상된다. 현재는 초기 이중외피들의 단점이 개선된 고기능 이중외피 형식이 매우 다양하게 개발되어 그 적용대상이 저층 건물로 확산되고 있다. 하지만, 국외에서도 공동주택에서 적극적으로 도입된 사례는 전무하다.
(2) 주요 사례
가. Hannover 박람회 사무동
본 사례의 시스템은 외부창 및 중공층에 있는 블라인드는 전동으로 작동하여 개폐가 가능하며, 내부창은 수동으로 작동 또한 내부공간에는 별도의 차양시설이 설치되어 있다. 중공층은 기밀하게 닫혀 질 수 있어서 난방기 중 재실자가 없을 경우 단열효과 극대화 가능하다.
이중창호의 적용으로 내부의 냉난방 부하를 최소화 할 수 있었음으로, 내부창 아랫쪽 창호내에 접목된 소형공조배관과 바닥 복사냉난방만으로 건물냉난방 해결되었다.
공기의 유입 배출이 상하부로 분리된 형식이며, 외부창 및 블라인드는 전동형이며 내부창은 수동형으로 작동한다. 외피가 기밀하게 닫혀 질 수 있음으로 단열효과가 뛰어나며, 내부창은 총고높이와 동일한 회전창호 적용하였다. 이중외피 적용에 의한 냉난방부하 최소화로 지하수를 이용한 복사냉난방 ceiling 기기와 환기량 최소화가 가능하였다.
이중외피 유닛하나가 건물의 서편 외부 파사드 전면을 차지하는 22층 높이의 굴뚝형 이중외피시스템이다. 이 건물은 22층 이중외피의 하부에 외기 유입부가 있고, 옥상부에 이중외피의 공기 배출구가 있다.
공간적으로는 동편부 일반창과 서편부 이중외피를 접목하여 가장 합리적 자연환기가능성을 구축하고자 노력하였다.
GSW 사옥은 전동식으로 작동하는 이 상하부의 개구부는 기밀하게 닫혀 질 수 있어서 이중외피를 통한 단열효과의 개선이 가능하였다. 하지만 단위 구조가 각 층별로 나뉘어진 형식에 비해 22개 층의 높이가 연결된 이중외피 형식으로 인해 상부층으로 올라갈수록 공기의 압력이 상승하여 하부공간에서 배기가 내부로 역류될 가능성이 매우 높아 상부층의 내부공기질을 쾌적하게 유지하는 데에 악영향을 미칠 수 있다.
이중외피와 함께 자연환기 가능성을 최적화하며 또한 냉난방을 위해 축열체를 적극적으로 활용함으로 건물의 소비에너지를 절약하고자 노력하였다.
2.3.4 국내외 Double Skin Facade System 개발 방향
(1) 국내외 시스템 유형 분석
국내외적으로 다양한 관심을 보이고 있는 이중외피 시스템은 실제 적용에 있어서 대부분의 경우 독일이라는 지역적 한계를 벗어나지 못하고 있으며, 최근까지의 유형을 분석하면 아래와 같이 분류할 수 있다.
 |
이중외피 시스템의 초기적 형태로서 외피유리가 고정형으로 초기형 이중외피에 속한다. 중공층이 항상 외기에 노출되어 기류 조절이 불가능한 것이 가장 큰 단점이라 할 수 있다. 난방기 중 내부창이 열릴 경우에만 환기에 의한 열손실이 감소하고, 일사가 강한 중간기나 냉방기에 일사가 내부로 유입되는 것을 직접 차단함으로 냉방에너지 절약에 기여할 수 있다. 외기의 합리적인 이용의 측면에 있어 불리한 구조로 인해 최근 이 유형은 그다지 많이 적용되지 않는 상황이다.
외피 가동에 의한 유입기류의 조절이 가능한 시스템으로, 중간기에는 내외피를 최대로 개방하여 실내환기는 자연환기만으로도 가능하다. 냉방기에는 외피를 최대로 개방하고 내피는 닫힘으로, 중공층의 유입기류량은 최대가 되어 중공층에 열로 변한 일사가 상부의 배기구를 통하여 배출됨으로 내부에 직접 일사가 전달됨을 차단하여 냉방부하 감소시킬 수 있다.
1-b와 비슷한 구조로서 성능도 매우 흡사하나 가장 큰 차이는 난방기에 존재한다. 외피가 기밀하게 닫힐 수 있음으로 난방기 중 단열성능을 개선할 수 있다. 중공층 폭이 약 1m 정도로 난방기 중 공간으로서의 역할 담당한다. 현재 개발된 사례는 독일에만 존재한다.
일반적인 이중외피는 층별로 분리된 유닛를 가져 외기 흡입구와 배출구가 층별로 구성된다. 굴뚝형 이중외피가 다른 이중외피형과 달리 단위 유닛이 건물의 전체면으로 되어있다는 부분에서 근본적인 차이점을 나타낸다. 그러므로 흡입구와 배출구가 건물전면의 하부와 상부에 존재하며 하부에서 유입된 건물의 전면을 타고 올라가 상부에서 배출되는 구조이다.
통상 기밀하게 닫힐 수 있는 구조로 구성됨으로 난방기 중의 단열성능을 개선할 수 있다. 자연환기가능시간이 냉방기뿐만 아니라 중간기에도 일사발생시 중공층의 온도가 쾌적범위를 훨씬 넘어가게 됨으로(상부층으로 갈수록 온도상승은 더욱 뚜렷해짐) 자연환기가 어렵다. 또한 난방기 중에도 자연환기시 하부층의 배기가 중공층을 타고 올라가서 공기의 압력상승과 함께 상부층의 내부로 역류할 가능성이 매우 높아 상부층의 쾌적도가 떨어지게 됨으로 자연환기상의 문제발생 가능성이 매우 높다. 이런 근거로 인해 초기에 비해 최근 독일에서는 유닛이 층별로 분리된 이중외피보다 적용사례가 현저하게 줄어들고 있다.
대부분의 경우 이중외피는 사무소건축에서 진보적 파사드 기술로서 도입되었으며, 특히 고급형 시스템창호로서 내부창은 tilt and turn형식 그리고 외부창호 자동화로 개폐가 이루어지는 창호가 대표적이었다. 결국 이런 시스템 창호로는 본 연구의 목표를 달성하기는 어렵고, 가능한 간단한 원리에서 또한 국내공동주택의 가장 일반화되어 있는 sliding창 형식을 이중외피와 접목하여 국내 여건에 맞도록 개량하여 그 성능을 유형 1-b에 맞추어 개발하고자 한다. 이 경우 현재 국내외적으로 공동주택의 영역에서 적용된 사례가 없는 이중외피를 한국적 특성에 맞도록 개량이 가능하다.
3.1 개발여건 분석
3.1.1 기존 옥상부 시공의 문제
기존의 옥상부를 구성하고 있는 건물외피시스템은 단열재의 위치에 따라, 구조체의 내부에 위치한 내단열 공법과 구조체의 외부에 단열재를 설치하는 외단열 공법으로 구분되어지고 있다. 난방기의 기존 내단열 공법에 있어 구조체는 단열재에 의해 차단된 열에너지를 받아들이지 못하여 축열체로서의 역할을 적극적으로 활용하지 못할 뿐 아니라, 외부의 낮은 온도에 의해 차가워진 구체의 온도를 상승시키기 위해서는 외단열 공법에 비해 더 많은 에너지를 필요로 하게 된다. 또한 냉방기에 있어서는 직사광선에 의한 구조체의 축열효과로 인해 냉방효율을 떨어뜨리는 커다란 원인이 되고 있다. 그 외에도 외단열 공법은 기존의 내단열 공법에 비해 물리적으로 합리적이며 이상적인 단열층 구성 및 단열성능의 구축을 이루지 못하고 있는 것이 현실이다.
3.1.2 기존 옥상녹화 시스템의 한계
(1) 단열재
일반적으로 지붕 단열에 많이 사용하는 단열재로는 발포 폴리스티렌 폼이 있다. 발포 폴리스틸렌 폼은 발포 시 내부에 독립기포 구조를 형성하게 되어 열이나 소음, 습기에 대한 차단효과가 좋고, 충격흡수성이 좋아 보온·보냉 재료, 건축공사용 단열재, 완충포장재, 부양재 등으로 많이 사용된다. 이 재료는 단열성뿐만 아니라 방음성과 방수성이 우수하고, 내구성과 시공성이 뛰어나며 운반과 시공이 편리하다는 장점이 있다. 그러나 표면강도 및 경도가 강하지 못하여 외부의 충격을 받을 수 있는 장소에는 독립적으로 사용할 수 없으며, 화재시 유해가스가 방출된다.
각주 007)
본 연구원에서는 국내에서 보편적으로 사용하고 있는 단열재를 선정하여 실험한 결과, 열전도율과 투습저항에 있어서 국내 단열 소재도 선진국 수준에 이르지만, 압축강도(현재 고급 단열재에 속하는 벽산 Iso Pink 특호의 경우 25N/cm²)가 선진국에서 보편적으로 사용되는 지붕용 단열재의 수준에 미치지 못한다는 것을 알 수 있었다.
 |
방수층은 옥상녹화시스템의 수분이 건물로 전파되는 것을 차단하는 기능을 하며, 옥상녹화시스템의 내구성에 가장 큰 영향을 미친다. 방수의 정밀도와 내구성은 구조체의 허용능력과 함께 옥상녹화의 내구성을 결정하는 중요한 변수이다. 현재 국내에도 옥상녹화용 방수공법이 수입되고 있으나 매우 고가로 경제성 측면에서 적용하기 어렵고 시공기술이 좋지 않아 현실 적용에 장애가 되기도 한다. 경제성 있는 방수 소재로는 우레탄주막방수와 아스팔트방수가 있으며, 다소 고가이나 성능이 우수한 제품으로는 우레탄·FRP 복합방수, 염화비닐(PVC)계 시트방수가 있다.
각주 008)
그러나 아스팔트방수의 경우, 방수층이 노화되면서 아스팔트내의 화학 성분이 외부로 방출되게 되는데, 이 성분들이 내화학성능에 약한 식물과 화학반응을 일으켜 식물체를 고사시키는 경우가 종종 발생한다.
(3) 방근층
기존 건축물에 방수 공사를 다시 실시할 경우, 방수층 자체에 보호기능이 없을 때에는 방수층 보호를 반드시 고려하여야 한다. 이 보호층은 2가지 주요한 기능을 하는데 시공의 물리적 손상과 다양한 환경압(자외선, 바람 등)으로부터의 방수층 보호이며 다른 하나는 식물 뿌리로부터 보호하는 방근기능이다. 특히 대나무같이 뿌리가 강한 식물에 대해서는 2중, 3중의 방근 대책이 필요하며, 옥상배수구나 방근시트가 겹친 부분은 항상 점검이 필요한 곳으로 뿌리의 침입이 발견되면 뿌리를 즉시 제거해 버려야 한다.
각주 009)
국내에는 아직 옥상녹화용으로 개발된 방근시트가 시판되지 않고 있다. 따라서 기존의 자재시장에서 손쉽게 구입할 수 있는 폴리에틸렌폼시트와 폴리에틸렌비닐을 방근소재 대안으로 활용한다.
(4) 배수층
옥상녹화에서 배수층이 가지는 의미는 방수 못지 않게 중요하다. 특히 토심이 10cm내외인 보급형 옥상녹화의 경우 그 중요성은 더욱 커진다. 배수층은 식물의 생장과 구조물의 안전에 직결되는 중요한 부분이기 때문에 설계시에 대상부지의 지역적 특성과 식물의 생장 특성을 고려하여 신중하게 설계하여야 한다. 기존 옥상녹화 현장에서 발생하는 하자의 대부분이 배수불량으로 인한 것이므로 시스템 설계와 루프드레인과의 연결 등 상세설계와 시공에 세밀한 주의가 요구된다. 국내에서의 배수층 구성은 일반적으로 배수토양, 배수판, 배수시트, 저·배수판이 있으며 배수로로는 배수골재 등을 이용한다.
각주 010)
(5) 토양여과층
빗물에 씻겨 내려져 시간이 경과함에 따라 발생하는 토양미분이 시스템 하부로 유출되지 않도록 하는 기능을 하며, 세립토양의 여과와 투수기능을 동시에 만족시키는 소재를 선택해야한다. 시스템의 특성에 따라 위치가 달라지는데 미생물이나 화학물질의 영향으로부터 안전하고 내구성이 좋은 소재의 선택이 필요하다. 토양여과층으로는 일반적으로 토목용 부직포를 사용하며 위치는 시스템에 따라 달라질 수 있다.
3.1.3 옥상녹화시스템 Prototype 개발방향
본 연구에 있어 이번 1차년도에 개발하고자 하는 옥상녹화시스템 Prototype은 외단열 공법을 기초로 하여 방수층의 위치를 변경 또는 보완을 통해 기존 외단열 공법의 대체 및 개선을 목표로 하고 있다. 현실적으로 시공의 원활함과 단열성능 개선 및 내구성 향상에 있어 유리한 Duo 또는 역전지붕(IRMA) 시스템을 구성하기 위해서는 단열재 및 방수층의 성능 개선이 필수적인 문제로 존재하며, 방수층 상부에 별도의 표면 보호층을 두어 열화나 내구성의 문제를 해결 가능할 것이다.
3.2 적용가능한 토양소재
3.2.1 토양 선정조건
일반적으로 기존의 옥상녹화 시스템에서는 토심이 얕은 경우 인공경량토양소재 위주로 육성토양층을 구성하고, 토양이 깊은 경우 자연토양을 위조로 구성하였다. 그러나 본 연구에서 지양하고 있는 기존외단열 공법 대체 옥상녹화시스템에 있어서는 신축건축물을 대상으로 하고 있어 허용중량에 따른 토양의 선정은 어느 정도 배제하기로 하였으며, 어느 경우에도 본 녹화시스템에 적절한 배수성과 통기성, 적합성, 식물생장성 등을 위주로 선정하고자 하고, 식물의 양분과 수분을 흡수하는데 중요한 조건이 되는 ph와 EC(전기전도도)에 대한 조정 또한 다음 표
각주 011)
와 같이 가능하게 하였다.
 |
3.2.2 무기질계 인공토양
(1) 펄라이트(Perlite)계 인공토양
일반적으로 펄라이트는 유기질 화산암 계통으로 천연진주암을 팽창시켜 발포하여 제조하게 되며, 식물별 생장 특성에 따라 식물이 최적으로 생육할 수 있도록 조건을 맞추어 가는 토양으로 초경량에 무균 무독성의 무공해 인공토양으로 널리 사용되고 있다. 순수 무기질 토양으로 기간이 경과하여도 분해되거나 소실될 염려가 없어 안정된 물리적 구조를 보유하고 있으며, 병충해에도 강하다. 배수성 및 통기성이 뛰어나 수분조절성이 양호할 뿐 아니라 시공 및 관리가 용이하여 비용이 절감되는 장점을 가지고 있다. 토양동결 및 동해방지 효과도 뛰어나지만 결정적으로 우수에 의한 미분의 유실이 심하고, 색상이 흰색계열 일반적인 토양과의 상이함으로 인해 거부감을 일으키는 단점을 지니고 있다. 현재 국내에서는 S사의 바이오 파라소, H사의 New-So, D사의 모노소일 및 그린메이트 등이 각각 그 특성을 다양화한 펄라이트로 제작되고 있다.
(2) 발포세라믹
고온(650~850℃)에서 발포 성형한 다공질의 세라믹 경량체와 유기물을 혼합하여 영양성분을 첨가하여 제조된 인공경량토로서 비산하는 분진발생과 시간이 경과하며 발생하는 배수불량의 결함을 최소화하였으며, 배수성과 보수성이 우수하여, 토양의 물리·화학적 성능을 지속적으로 양호하게 유지시켜준다. 식물생육에 필요한 영양성분을 첨가하고 보비력을 향상시킬 뿐만아니라, 유해한 토양미생물(nematode, Phytophthora root rot, Fusarium, Phythium root rot)의 생육을 생물학적으로 억제할 수 있다. 줄기의 생장을 억제하고, 뿌리의 생장을 증가시켜서 내건성을 향상시키는 장점 또한 지니고 있다.
3.2.3 유기질계 인공토양
인공토양으로 주로 사용되는 유기질은 바크나 코코넛, 피트모스, 이탄토 등이 있으며, 활용 가능한 유기질은 다양한 종류가 있으나 주로 농업용 상토나 유기질 퇴비로 제품화되어 있다. 최근 기존의 농업용 상토에 난분해성 유기질을 많이 혼합하여 인공지반용 토양으로 제품화하는 경향이 증가하고 있는 가운데, G사는 바크 등 유기물과 소량의 발근제 등을 미량원소로 첨가하여 수목의 활력을 증진시키는 유기질 토양을 시판하고 있으며, 최근에는 인공지반용 토양으로 일부 사용되고 있다. I사의 경우는 코코넛 섬유를 사각형태로 성형하여 그 속에 코코넛 유기물을 충진하고 이를 인공지반의 식재기반용 토양으로 제품을 출시하고 있다. M사는 이탄토를 주소재로 코코넛 섬유 등 유기질을 혼합한 인공토양을 개발하여 녹화용 토양으로 공급하고 있으며, 유기질 계열의 인공토양 중 인공지반 식재 기반용 소재로는 이탄토를 꼽을 수 있다.
 |
3.2.4 기타 토양소재
일본 Createrra
각주 012)
사의 인공토양매트식 식재기반공법으로 물을 충분히 흡수한 상태에서 중량이 50kg/m²으로 종래공법의 1/10이하의 초경량으로, 건축물에 하중의 부담을 주지 않고 녹화가 가능한 공법이다. 설치시 하중이 10kg/m²으로 들고 운반하기 간편하여 시공성을 높였으며, 시공방법은 다음과 같다.
3.3 적용 가능한 식물소재
3.3.1 식물소재 선정조건
(1) 식물 선정조건
생태적 건물외피시스템으로서 기존 외단열 공법을 대체한 옥상녹화 시스템에 있어서 식물 선정은 녹화시스템의 지속성을 좌우하는 중요한 요인으로 작용한다. 외단열 공법 대체 옥상녹화 시스템 Prototype의 구성요건에 적합한 식물 선정요건은 기존 보급형 옥상녹화 식재플랜시 적용가능 한 식물의 선정요건에 자연토양을 육성층으로 할 경우 다량의 유기물에 의한 염분피해 증상이 없는 식물을 선정해야 함과 동시에, 가능한 한 키가 작아서 관리가 용이하고, 수관부에 미치는 바람의 저항도 줄일 수 있는 초종을 선정하여야 한다. 또한, 일사 차단과 토양표면의 보호를 위해 잎과 가지가 조밀하여 견고한 피복상태를 나타내는 초종으로, 지하부 깊숙이 뿌리가 발달하는 심근성보다는 얕게 옆으로 퍼지는 천근성식물이 적합할 것으로 판단한다. 식물체 지상부 및 지하부의 생육이 너무 왕성하지 않은 식물로, 전지·전정이 필요 없고 관리가 용이한 식물이 선정되어야 한다. 내건성 및 내광성, 내습성, 내한성, 내서성, 내병성이 고루 강하며, 이식 후에도 활착이 빠르고 해를 입어도 회복이 빠른 초종으로, 내건성이 강하고, 옥상의 가혹한 환경을 견디는 척박성 식물이면서도, 영양분의 해를 입지 않는 식물을 선정하여야 한다.
(2) 식물소재 선정
1998년부터 지금까지 약 5년간 옥상녹화시스템과 식물소재에 대한 실험 연구 및 시범사업결과를 토대로
각주 013)
그 동안의 실험 연구에서 다양한 식물소재와 공법을 적용하여 본 결과, 옥상이라는 극한 조건에서 지속적으로 생육이 가능한 우리나라 고유의 자생식물 초종을 바탕으로, 앞서 말한 것과 같은 선정요건을 고려하여 Prototype 구성에 적용할만한 식생을 선정한 결과는 다음 표
각주 014)
와 같다.
 |
 |
 |
3.3.2 생장실험
(1) 실험 목적
외단열 대체 옥상녹화시스템 Prototype 에 적용 가능한 식생소재 선정하기 위함과 동시에, 육성층으로 쓰이는 자연토양에 대한 토양의 성능을 검사(유기물로서, 육성용으로서)하고, 육성토양으로 사용시 적용할 수 있는 최소 토심 검증하기 위한 예비실험을 목적으로 한다.
(2) 실험개요
기존의 무기질의 경량형 인공토양에서 적용 가능한 식물 소재에 관해서는 수년의 연구결과를 통해 어느 정도 검증된 바 있으나, 유기물이 풍부한 자연토양에서 적용 가능한 옥상녹화용 식물소재에 대한 연구는 아직까지 미흡한 실정이라 할 수 있다. 따라서 기존의 옥상녹화용으로 많이 선택되었던 식물을 중심으로 하여 대표 식물종을 선정하고, 또한 새로운 외래종으로 도입되고 있는 세덤류 중 몇가지 종을 선정하여 외단열 대체 옥상녹화 시스템 Prototype에 알맞는 옥상녹화식물을 선정하고자 하였다. 실험의 변수는 초화류 20종(자생종 11종, 외래종 9종)으로 옥상녹화가능 수종 중 선별하여 선정하였으며, 각 품종별 25개체씩 2열 반복 Pot묘를 식재하였다. 또한 개체별로 식물 생육정도를 초장측정 및 엽록소측정 등의 방법을 통해 정량화하여 조사 분석하였다.
(3) 예비실험 과정
자연토양을 옥상녹화 육성토양으로 사용시, 토심 변화에 따른 식생 영향 생도를 알아보는 시험으로서, 기존의 경량형 옥상녹화 시스템이 10cm토심을 감안할 때, 이를 표준으로 하고, 본 실험에서는 10~20cm 토심을 변수로 실험, 적용하여 보았다. 또한 기존의 경량형 옥상녹화 시스템의 경우 사용되는 육성토양층은(일반적인 유기물과 무기토양의 혼합비가 15 : 85) 유기물이 적정량 섞인 혼합토양이므로, 이러한 혼합 토양은 이미 검증된 것으로 보고, 순수 천연이암만을 사용했을 때의 토심으로 한정하여 실험해 보았다.
- 변수 : 10cm, 20cm 토심
- 식생 : pot묘 적용
(단 1m²규격 식생매트의 좌우 식재배열 및 식재종이 대칭·균일한 매트 5장)
예비실험 과정에서 유기질계 토양에서는 보다 다양한 식물소재의 적용가능성이 있는 것으로 판단되었으며, 이를 위해 2차년도에는 보다 다양한 식물소재를 검토하여 본격적인 생장실험을 수행할 계획이다.
 |
3.4 적용 가능한 단열소재
3.4.1 단열재 선정조건
옥상녹화용 단열재는 고유의 단열성능 외에 시스템의 구성에 따라 일정 수준의 압축강도와 투습저항이 요구되어지고 있다. 건축물 에너지절약설계기준(2001년 6월 1일)이 개정됨에 따라, 단열규정이 강화됨으로써 중부지방 최상층 천정의 단열재는 열관류을 기준으로 0.29W/m²k 이상의 성능이 요구되어지고 있다. 단열재 상부에 무근콘크리트층을 두지 않는 옥상녹화시스템의 경우 단열재는 상부 시스템의 적재하중에 견딜 수 있는 압축강도를 요구하고 있으며, 단열재가 방수층 상부에 위치하는 경우 단열재의 성능을 유지하기 위해 습기와 수분의 영향을 받지 않을 정도의 충분한 투습저항을 요구하고 있다. 따라서 옥상녹화시스템 단열재의 경우 에너지절약설계기준으로 정한 단열성 외에 추가로 일정한 압축강도와 투습저항을 지니고 있어야 한다.
 |
3.4.2 국내생산 단열소재 특성분석
(1) 폴리스티렌보온제
폴리스티렌보온제는 비드법 발포 폴리스틸렌(1차발포/2차발포)과 압출법 발포 플리스티렌(연속 압출발포)으로 구분되어지는데, 발포 폴리스틸렌 보온제(KS M 3038 : Foam Polystyrene Thermal Insulation Material)는 폴리스티렌수지에 발포제를 넣은 다공질의 기포플라스틱(foam plastic)으로 스티로폴(styropor)이라고도 하는 발포계 단열재로 단열효과가 높고 경량으로 운반, 시공성이 우수해 대부분의 건설현장에서 단열재로 사용되고 있는 소재이다. 최고안전사용온도는 70℃로 고온 및 자외선에 약하고 화재시 착화나 유독가스를 발생시키는 위험성을 내재하고 있으며, 일반적인 최상층 단열재로 사용되는 보온판은 열전도율을 기준으로 특호에서 3호까지 구분하고 있다. 압축발포 폴리스틸렌판 (Extruded Foam Polystyrene Borad)는 스티롤 수지 원료에 난연재, 발포제 등을 첨가하여 압출기에서 용해 혼합한 후 발포시킨 판상 단열재로서, 물리적 성질은 폴리스틸렌폼과 유사하나 단열성이 우수하며 우수한 투습저항을 가지고 있다. 특히, 고발포 폴리스틸렌은 폴리스틸렌수지에 발포제를 혼합하여 4~50배로 발포시킨 단열제로 열전도율이 작아 단열성이 우수하며 방수성, 내약품성, 내후성에서 우수한 성능을 가지고 있다.
 |
규사, 석회석, 장석, 소다회 등 유리계 광물질을 주원료로 유리섬유사이에 밀봉된 공기층이 단열층을 형성하는 소재로, 단열성외에 불연성, 흡음성, 시공성, 운반성 등이 우수하나, 압축이나 침하에 의한 유효두께 감소, 함수에 의한 단열성 저하가 우려된다. 또한 투습저항이 없으므로 별도의 방습층의 설치를 필요로 한다.
(3) 암면 (KS F 4701 : Thermal Insulation Material of Rock wool)
고로슬래그 및 현무암 등의 광석원료로 만든 단열재로 물리적 성질 및 특성은 유리면과 거의 동일한 수준을 나타낸다.
(4) 발포폴리에틸렌보온재 (통산산업부고시 83-14호 : Foam Polyethylene Thermal Insulation Material)
폴리에틸렌수지에 발포제 및 난연재를 배합하여 압출 발포시킨 후 냉각한 판상의 발포제로 적층 열융착하여 자기소화성을 갖추고 있는 소재로서, 평균온도상의 열전도율은 0.039kcal/mh℃ 이하이며, 최고안전사용온도는 80℃이다. 열사용 기자재형식승인기준에 의해 밀도 0.55g/cm² 이상의 1호부터 밀도 0.229/cm² 이상 0.03g/cm²미만의 4호까지 구분되어 진다.
(5) 폴리우레탄폼 (KS M 3809 : Polyurethan Foam)
폴리올(Polyol), 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate) 및 발포제, 난연성을 위한 첨가제를 주원료로 폴리우레탄폼을 발포 성형한 유기 발포체(독립기포구조)의 단열재로 경질의 폴리우레탄폼이 사용되며 판상, 통상형의 생산품과 현장발포 시공방식이 있다. 내열성(최고안전사용온도 100℃)보다는 단열성이 우수하여 냉동기기 등의 보냉재로 적합하며, 시공후 부피가 줄고 열전도율이 저하되는 단점을 지니고 있다. 가공이 자유롭고 자기접착성 및 기밀성이 우수하고, 냉동창고나 설비기기 및 시공이 곤란한 곳에 적합한 소재이다.
(6) 질석 (KS F 3702 : Vermiculite)
운모게 광석으로 1000℃에서 소성한 유공형의 무기질로 비중 0.2~0.4, 흡수율은 90%정도로 단열, 보온, 불연, 방음, 결로방지에 효과를 가지고 있다.
(7) 펄라이트 보온재 (Perlite)
화산석으로 된 진주석을 900~1200℃로 소성한 후 분쇄하여 소성 팽창한 것으로 내부에 미세공극을 가지는 경량구상형의 작은 입자로 구성되어 경량골재 및 단열재료로 이용한다. 단열, 보온, 홉음 등의 목적으로 사용되며 충진재, 몰탈, 플라스터의 골재로도 사용 가능하며, 합성수지에 펄라이트, 운모, 색소 등을 혼합하여 스프레이 코팅재로도 사용되고 있으며, 백색, 회백식으로 비중 0.04~0.2, 공극율은 90%로 경량의 소재이다. 내화성(최고사용온도 600℃), 흡음성(흡음율 30~50%)이 있으나 흡수성이 있어 외부마감재로는 부적합하다.
(8) 펄라이트 경량콘크리트
펄라이트 경량콘크리트는 경량골재용으로 생산한 건축용 펄라이트와 시멘트 분산제, 증점제, 균열방지제를 주성분으로 PRE-WETTING 상태로 생산하여, 작업성이 우수하며 경량성, 내구성, 내화성, 강도 등의 특성을 고루 갖추고 있다. 단열성 자체는 일반적인 발포 폴리스티렌에 비해 낮다.
펄라이트 경량콘크리트의 대표적 사례로 파라콘이 있다. 파라콘은 건축용 퍼라이트와 시멘트 분산제, 증점제, 균열방지제를 주성분으로 Pre-Wetting 상태로 생산되는 경량 단열콘크리트용 골재로, 초경량으로 일반콘크리트의 1/2~1/4이하의 하중을 가지며, 열전도율 0.18~0.45kcal/mh℃의 단열성능을 가지며, 옥상적용시 방수층 보호 및 에너지 절약에도 효과적이며, 내구성 또한 갖추고 있다.
 |
3.4.3 검토결과
(1) 압축발포 폴리스틸렌판 (Extruded Foam Polystyrene Borad)
압축발포 폴리스틸렌판은 본 연구에서 요구하고 있는 옥상녹화용 단열재로서의 단열성과 투습저항, 압축강도를 고루 갖추고 있으며, '건축물 에너지절약설계기준'의 강화로 건설 시장에서 이용이 보편화되고 있어 실용성 또한 높은 소재이다. 특히 B사의 EPS 제품 물성을 살펴보면 다음 표와 같고 국외의 옥상녹화용 단열재와 성능을 비교한 결과 압축강도를 제외한 나머지 부문에서 충분한 성능을 지니고 있음을 확인할 수 있었다.
 |
주단열재로 사용하기에는 물리적 한계가 있으나, 우수한 압축강도와 단열성으로 인해 기존의 무근콘크리트층을 대체하는 소재로는 활용 여지가 충분히 있는 것으로 판단된다. 기존 무근콘크리트와 펄라이트 경량콘크리트 적용시의 열관류율(K)을 비교하면 다음의 표와 같다. 기존 무근콘크리트를 펄라이트 경량콘크리트로 대체할 경우 열성능 측면에서 유리한 결과를 나타내며, 발포 폴리스티렌계 단열재에 비해 압축강도가 우수해 다양한 녹화시스템의 시공이 가능하게 된다. 녹화시스템의 하부시스템으로 활용하기 위해서는 소재의 장점을 극대화할 수 있는 새로운 시스템의 개발과 경제성에 대한 보완이 필요할 것으로 본다.
 |
3.5 Prototype 제안
3.5.1 시스템 구성
각 요소 기술별 검토 및 국내 시공현장의 기술수준을 고려하여 기존 외단열공법을 대체 가능한 Prototype을 아래와 같이 제안하고자 한다.
3.5.2 Prototype의 구성요소
(1) THK 150 구조체
국내 공동주택 시공현장에서 가장 일반적으로 시공되는 구조체 두께로 선정하였다.
(2) 면고르기
두께 30mm 이상의 폴리머시멘트 모르터를 사용하여 단순한 면고르기의 기능뿐 아니라 원할한 배수를 위한 구배조정, 구조체와 단열재와의 바인딩 및 습기차단 등의 복합적 기능을 구현하게 된다. 이 층을 구성하게 될 폴리머시멘트 모르터는 우수한 물성을 가진 수용성 아크릴 수지와 골재 및 안정재로 구성된 액상과 포틀랜드 시멘트를 1대1 비율로 혼합한 제품으로 혼합성, 작업성, 접착성이 우수한 판상 단열재 접착 및 고정용 액상, 분말 혼합형 모르터이다.
(3) THK 90 EPS 단열재
'건축물 에너지절약설계기준'에 따라 중부지방 최상층 지분의 열관류율은 0.29W/m²K 이상의 성능을 요구하고 있기 때문에 이에 따른 단열재의 두께가 결정되어지고 단열성능 외에 시스템의 구성에 따라 일정 수준의 압축강도와 투습저항이 요구되어 지는 단열층은 고밀도 압출발포폴리스티렌 또는 아이소핑크 특호를 사용하여 요구되어지는 단열성능에 부합시키며, 비드법에 비해 높은 압축강도를 유지하여 상부 옥상녹화시스템의 하중으로 인한 침하를 최소화하고자 하였다. 또한 높은 투습저항을 통해 습기에 의한 단열성능의 저하를 방지하고자 하였다.
(4) 증기압 조정층
옥상녹화시에는 상부표면인 방수층이 일사나 온도변화에 비교적 덜 영향을 받게 되지만 전체시스템의 안전을 위해 단열층상부에 증기압 조정층은 필요하다. 통상적으로는 아스팔트재, 폴리에틸렌재 또는 PVC계통이 사용되나, 가장 시공이 원활한 아스팔트재를 사용하고자 하였다.
(5) THK 3 방수층
하부로는 단열층 그리고 상부로는 배수층과의 상호간에 화학적 반응이 발생하지 않는 시트 또는 복합방수 시스템을 선정하기로 하였으며, 적용된 복합방수는 비노출형 합성고분자시트 중 기존의 EVA (Ethylene Vinyl Acetate) 시트를 LLDPE (Linear Low Density Poly-ethylene)을 통하여 내열에 대한 저항성을 부여하고, 폴리에스터 장섬유 부직포를 양면에 융착합으로써 유기질과 무기질 재료의 접착성을 개선한 시트방수층 공법을 채택하였다.
시공방법에 있어서 1차 방수는 가열용융 순간접착/점착재를 적용하고, 접합부시공의 기계화를 통해 작업능률과 방수성능을 향상시키며, 2차 방수에서는 절연방식으로 시트상부 무기질 탄성도막방수재를 적용하여 이음새 없는 PE개량 EVA시트와 무기질 탄성도막 방수재를 복합한 방수층을 형성하였다.
(6) THK 30 배수층 + 토양여과시트(부직포)
본 연구에서 지양하고 있는 기존 외단열 공법 대체 prototype에 있어서의 배수층은 식물의 성장과 방수층의 안전성에 직결되는 부분이기 때문에 신중하게 선정되어야 한다. 30mm Drainboard의 채택으로 원활한 배수기능의 수행과 상호간에 화학적 반응을 저지하며, 배수층의 보호기능 및 방근 기능을 포함하며, 특히 기존 옥상녹화시스템에서 보편적으로 사용되고 있는 투수펫SO920과 같은 배수 소재의 내압강도는 30tf/m² 정도로 구조적으로 우수하나, 무근콘크리트와 같은 보호층 없이 시공할 경우 하부시스템(배수층 및 단열층)에 집중하중을 주는 등의 부정적 영향을 미칠 것으로 예상되어 형태적으로 상부하중을 하부에 등분포시킬 수 있으며 Board형태로 토양층과 방수층을 구분해주어 방근층의 역할까지 가능한 구조로 이루어진 G사의 Drainboard를 채택하였다. 또한 이를 적용함에 있어 부착되어 있는 부직포의 성능 개선 등을 통해 배수성능의 향상이나 미분에 의한 배수성능 저하를 방지할 수 있도록 해야 한다. 현재 이 배수판은 물의 유출량이 적거나 구조물에 작용되는 토압이 적은 지역의 배수를 위해 사용되고 있다.
(7) THK 100 토양층
부식이암토를 주소재로 하는 유기질 토양을 선택하여 펄라이트 위주의 경량토양 구성에서 벗어나 토양소재의 다양성을 추구하고, 인공토양의 색상에서 주는 거부감을 줄여주어 친숙한 이미지의 공간을 조성하고자 하였다. 또한 자연토양은 유기물을 섞어서 사용해야 하는 인공토양의 번거러움을 줄여주며, 식재후 시비에 드는 시간과 경비를 절감할 수 있도록 자연토양 위주의 토양층을 형성하고자 하였다.
4.1 Prototype 성능평가
4.1.1 구조적 안전성 실험 (국부압축강도 실험)
(1) 실험 목적
본 실험은 옥상녹화의 하부시스템에 적합한 단열재 소재를 선정하기 위한 기본시험으로서 단열재의 압축 항복 응력 또는 규정 변형 압축 응력을 산출하여 옥상녹화 상부시스템의 적재한계 또는 시스템의 유형을 제한하는 자료로 활용된다. 또한 단열재를 포함하는 외단열 옥상녹화시스템의 구조적 안전성의 판단을 통해 적합한 단열재를 찾는 기초자료로 활용가능 할 것으로 판단한다.
(2) 실험 방법
실험은 구조체를 제외하고 Prototype에서 선정한 G사의 10mm배수매트, 시트방수층 그리고 단열재를 부착하여 실시하였다. 단열재는 50mm 두께의 압출법 단열재 특호와 현재 시공현장에서 가장 많이 사용되는 비드법 단열재 1호로 한정하여 각 시험체를 네 개씩 제작하였으며, 그 상부에 200mm × 200mm의 면적에 국부하중을 가하여 변형을 살펴보았다. 아래의 그래프는 평균값에 근접하는 시편의 변형에 대한 결과를 보여준다.
하중이 10tf/m² 아래에서는 두 시편의 보이는 변형의 경향은 큰 차이를 보이지 않았으나 그 이상의 하중시에는 그 차이가 매우 뚜렷하게 나타났다. 비드법 단열재의 경우 약 12tf/m² 이상에서 항복이 발생하였고, 압출법 단열재의 경우에는 보다 높은 약 18tf/m² 이상에서 항복이 발생하였다. 또한 변형의 경우에는 15tf/m²에서 비드법은 3.44mm, 압출법은 1.88mm의 변형이 발생하였고, 2mm변형에 비드법에서는 11.38tf/m²의 하중이 가해진 반면, 압출법에서는 16.47tf/m²의 하중만이 발생하였다.
상기의 실험결과로부터 현재 현장에서 가장 많이 활용되는 비드법 단열재는 옥상부에 외단열공법으로 적용하기에는 무리가 따르리라고 판단되며, 동일한 국부하중 발생시 압출법 단열재의 변형이 매우 적게 발생함으로 옥상녹화 적용 단열재로는 비드법 대비 압출법이 상대적으로 더 안정적임을 확인할 수 있었다.
4.1.2 열성능 실험
(1) 실험 목적
한국건설기술연구원이 보유하고 있는 단열성능평가에 사용되는 열관류율 시험장치는 KS F 2299(건축물 부재의 정상상태에서의 단열성능 시험), KS F 2278(창호의 단열성능 시험), KS F 2295(창 및 문의 결로방지성능 시험)의 시험기준 및 ISO 8990에 의하여 건축부재의 열관류율을 평가할 수 있는 장치이며, 본 시험장치로 한국산업규격 및 ISO 규격 외에 일본의 JIS A 1514(窓·門 結露防止 性能 試驗), JIS A 4710(建具 斷熱性 試驗)을 수행할 수 있고, 기타 미국의 ASTM C 236(Standard test method for steady-state thermal performance of building assemblies by means of a guarded hot box) 시험기준에 충족하는 사양을 갖추고 있다.
기존 외단열공법 시스템과 앞서 제시된 기존 외단열공법 대체 옥상녹화 시스템 Prototype의 열관류율 시험을 통해 각 시스템의 열성능을 정량적으로 비교분석하여 개발된 Prototype의 성능을 평가하며, 또한 보완 가능성을 찾고자 함에서 실험의 목적을 찾을 수 있다.
(2) 실험 방법
열관류율 시험장치는 항온실 및 저온실로 크게 나뉘어져 있고, 항온실내에는 가열상자 그리고 저온실내에는 냉풍 취출장치가 설치되어 있으며, 개별적으로 각 실에는 공조기기, 온습도 제어장치, 계측장치 및 기타 부대설비가 구축되는 구성현황을 가진다. 일반적으로는 실험하고자 하는 실험체는 창호 또는 벽체와 같은 수직면임으로 실험면에 부착하여 가동하는 과정에 큰 어려움이 따르지는 않는다. 하지만 본 연구에서 의도한 실험은 수평면인 옥상녹화 및 토양층이 동시에 구축되어야 함으로 Prototype 실험체 제작을 실험면 크기에 맞게 바닥에서제작, 시공한 후 이를 세워서 실험면에 다시 부착하고, 이후 벽체 열관류율 실험과 동일한 방법으로 수직면 실험을 실시하였다. 아래의 그림은 본 연구에 사용된 열관류율 시험장치의 개요도이다.
(3) 실험 결과
2003년 8월 5일에 실험체를 장착하여 실험기내 안정화상태 유지를 위한 예비가동을 시작하였으며, 8월 9일부터 13일까지 본 실험을 실시하였다. 실험의 결과를 중부지방 에너지절약 고시기준의 지붕층 단열성능 0.29W/m²K과 비교하면, Prototype으로 제안된 녹화옥상시스템의 단열성능이 0.217W/m²K로 낮아지게 되어 옥상부를 통한 열손실이 약 25.2%가량 감소하게 됨을 알 수 있었다.
 |
 |
4.1.3 우수유출 저감효과 실험
(1) 실험 목적
앞서 제시한 Prototype에서 토양의 두께 및 종류의 변경시 우수유출저감효과를 정량적으로 평가 할 수 있는 실험으로서 그 실험대상은 적용가능 한 토종에 한정되는 것이 아니라 투수성 포장재의 투수성능도 평가할 수 있는 기준마련이 가능하다.
(2) 실험 방법
강우재현 투수시험장치를 사용하여 우수량에 따라 시스템이 가지는 보수능력(우수 유출 억제 효과)의 측정 및 최초 우수의 유출이 시작되는 시간까지의 지연효과를 측정하여 유출계수를 산정 할 수 있다. 또한 강우재현 투수시험장치를 통하여 옥상녹화 뿐만 아니라 투수성 포장재의 실물모델까지 시험용 모델 토조에 제작하여 우수유출계수 및 투수율을 자동으로 측정해 주는 장치로서 2M(가로)×2M(세로)×1.2M(높이) 크기까지의 토조를 사용하여 측정할 수 있게 고안되었다.
우수재현 실험실은 완공되었고, 실험기기는 현재 Setting중에 있으며, 모니터링 수준에 있어 최고 수준에 있는 Berlin 공대 응용수자원연구소와 함께 2004년 1월 실험방식의 개선을 위한 자문을 통해, 본 실험기기의 구축 및 활용방안 등에 대해 공동 협의 계획이 수립되어 있다.
4.1.4 2차년도 실험 방향
(1) 1차년도 실험 보완
가. 재하실험
재하실험을 통해 Prototype 적용에서 구조적으로 가장 원만한 단열재로 압출법 단열재를 제안하였으나, 현재 국내 시공현장에서 비드법 1호가 가장 널리 보급되어 있음으로 인해 이를 보다 폭넓게 현장에서 적용될 수 있도록 향후 재하실험에서는 검토되어야 할 것으로 판단된다.
나. 열관류율실험
녹화부의 열성능 평가를 통해 옥상녹화가 단열재 두께산정에 미치는 영향을 예측할 수 있었지만, 여기서 고려되지 못한 부분은 토양층과 식생부의 함습량 변화에 따른 단열성능의 변화로서 수분함량에 의해 단열성능 변화에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
다. 우수유출저감효과 실험
현재 구축중인 우수유출저감효과 실험기기는 2003년 12월 시험가동을 통하여 2004년 1월부터 실험이 가능할 것으로 판단되며, 이로서 2차년도에는 옥상녹화층의 우수유출저감효과의 정략적 분석뿐만 아니라 투수성포장재에서도 그 효과를 평가할 수 있는 기준을 마련할 수 있을 것으로 판단된다.
(2) G.R.S.의 생태적 효과 실험
가. 토양부 증발산량 측정 실험
2차년도에는 옥상녹화부에서 토양층이 함습한 수분의 증발시 발생하는 기화열 및 증발산량에 의한 도시기후 조절효과를 평가할 수 있는 모니터링 실험기기를 본 연구원 실험주택의 옥상부에 설치될 녹화면에 구축할 예정이다.
나. 방열량비교분석
옥상녹화부와 기존 콘크리트옥상부로부터의 장파에 의한 방열량을 비교분석함으로 도시기후에 미치는 영향을 분석할 예정으로 2차년도에 본 연구원 실험주택의 옥상부를 녹화하여 그 효과를 평가할 예정이다.
다. 물순환 및 에너지수지분석 기초자료 축척
상기의 실험을 통하여 옥상녹화적용시의 물순환체계 및 에너지적 측면에서의 효과를 정략적으로 분석하여 기초자료를 축척 할 수 있는 기회가 마련될 수 있을 것으로 판단되며, 또한 TU-Belrin의 응용수자원연구소와 함께 기후가 다른 세계의 3개 도시(Berlin, Rio, Seoul)에서의 옥상녹화가 도시기후에 미치는 영향을 분석하는 작업에 공동으로 참여하여 그 결과를 공유하여 네트워킹함으로 이를 옥상녹화와 관련된 효과분석에 대한 기초자료로서 활용하고자 한다.
4.2 Prototype 적용 시범사업
4.2.1 시범사업 개요
(1) 대상지
가. 위치 : 서울시 영등포 크로바 아파트 재개발 현장
나. 현황 : 시범사업으로 선정하는 과정에서 본 대상지의 상황은 구조체 공사가 완료된 상황에서 국내에서 가장 일반적인 내단열공법 적용을 위한 작업이 진행되고 있었다. 이에 본 연구팀의 설득을 통해 현재까지 국내에서 한번도 적용되어 본적이 없는 기존 외단열공법 대체 옥상녹화공법을 적용할 수 있었다.
(2) 시범사업 구상
기존외단열 공법대체 옥상녹화공법의 안전성은 실험을 통해 검증할 수 있었음으로 이를 가장 면적이 넓은 노인정부에 설치하였으며, 기존 내단열 공법과 특히 공법상으로 아직 정확하게 검증되지 못한 역전지붕의 경우는 비교적 규모가 작은 경비실부에 각각 적용하였으며, 이후 이에 대한 물리적 특성과 열성능 등에 대한 비교검토가 가능한 토대를 마련하였다.
4.2.2 시범사업 Prototype 및 시공과정
(1) 면고르기
폴리머시멘트 모르터를 3mm 적용하여 면고르기 기능과 단열재와의 바인딩 그리고 습기차단의 복합기능을 확보하였다.
(2) 단열층
실험을 통하여 국내에서 생산되는 단열재 중 선진국에서 옥상녹화시 적용하고 있는 단열재의 물성에 가장 근접하고 있는 압출법 단열재 특호 90mm를 적용하였다.
(3) 방수층
1차방수로 시트를 가열용융하여 접착하며, 2차방수에서 절연방식의 무기질탄성도막방수를 적용하는 이음새 없는 복합시트방수 3mm를 적용하였다.
(4) 배수층
가장 합리적인 배수기능의 확보를 위해서는 30mm 배수매트가 적합하나, 국내에서 생산되고 있지 않는 관계로 이에 근접한 기능의 확보를 위하여 10mm 배수매트의 상부에 격자형식으로 배수보강을 위하여 아래의 그림과 같이 배수매트를 겹쳐서 설치하였고, 다시 그 상부에 30mm 배수토양층으로 펄라이트를 포설하였다.
평면을 반으로 나누어 왼편은 마사키 엔벡의 토양을 타설하였고, 오른편은 가림산업의 토양을 타설하여 향후 서로 다른 토양상에서 생장정도를 관찰하고자 하였다.
(6) 식생층 - 식재플랜 참조
4.2.3 Prototype의 개선방향
신축건물에서 최초로 적용된 기존 외단열공법 대체 옥상녹화를 노인정상부에 시공중 구조체 위에 모르타르층과 단열재의 고정작업이 완료된 후 야간에 내린 강우로 인한 침수로 단열재의 재설치작업이 불가피하였다. 이는 구조체 상부의 방수공사완료까지의 공정기일 장기화 때문에 발생한 문제로, 역전지붕의 경우 이에 반해 시공 공정상의 편리함과 물리적 하자 발생가능성이 외단열공법과 차이가 없으므로, 향후 옥상녹화에서 지향해 나아가야 할 표준으로 자리 매김하게될 것으로 판단된다.
궁극적으로 대우건설 시범사업에서 적용된 옥상녹화시스템은 3가지로서 향후 몇 년간의 지속적인 모니터링을 위한 기반을 설치하였으며, 이는 서로 다른 세 가지 시스템의 성능을 동일 단지내에서 비교해 볼 수 있는 긍정적 기회가 될 것으로 판단된다.
5.1 개발여건 분석
5.1.1 기존의 벽면부(전면) 문제
국내 공동주택의 가장 큰 특징 중 하나는 통상 신규 입주시 일반 소규모 영세업자들에 의해서 전면부가 유리면으로 샤시화되는 것으로, 특히 이 부분은 서비스면적이지만 법적 허용한도내에서 발코니의 외측에 별도의 싱글유리로 된 창호가 설치된다. 발코니에서 winter garden으로의 변신은 샤시를 설치전에 비해서는 발코니부를 통한 에너지 손실이 다소 감소하지만, 물리적인 Pufferzone으로서 생활에 이점을 가져다주는 점 이외의 냉난방기 중 이 공간은 실질적인 생활 공간으로서의 역할을 수행하기에는 부족한 점이 많아 여전히 환기 및 전도에 의한 열손실은 매우 높은 것이 현실이다. 또한 층고와 같은 높이의 Sliding 창호가 설치되어 특히 난방기 중 자연환기를 위해 창호 개방시 차가운 외기가 개방된 창호의 하부를 통해 내부로 직접 유입됨으로 쾌적함 또한 저하되며 에너지적 측면에서도 불리하게 작동한다.
5.1.2 이중외피 시스템 적용 가능성
(1) 이중외피 Super Window의 특징
○ 고기밀과 고단열 : 발코니에 적용되는 이중외피가 외피 가동형일 경우 창호의 기밀성을 더욱 높일 수 있고, 그 경우 3중유리에 의한 단열성능개선이 가능하며, 내부공간에서 보면 이는 5중유리의 단열효과가 발생한다.
○ 자연환기 : 내부창의 개방시 외풍압을 40~60N수준으로 감소시켜 고층에서도 자연환기가 가능하다.
각주 015)
이로 인한 년간 대비 자연환기 가능시간은 싱글외피의 44%에 비해 79%로 연장되며,
각주 016)
자연환기시간의 연장은 고기밀화 건물에서 나타나는 sick-building-syndrom 감소에 기여하게 된다.
○ 창개방시 소음감소 : 내부창의 개방시 외부 유입 소음을 이중외피 형태에 따라 약 5~10dB까지 감소시킬 수 있다.
각주 017)
○ 블라인드설치공간의 확보 : 외기로부터 보호되는 블라인드 설치공간의 확보로 악천후에 의한 블라인드의 파손을 최소화 할 수 있으며, 반사체를 이용한 자연채광의 가능성을 상승시킬 수 있다.
○ 야간중 축열체 열량을 이용한 자연냉방 : 내부창의 개방중에도 기상악화 및 방범에 대한 안전성이 보장될 수 있음으로 냉방기 중 야간에 창개방을 통한 벽체의 축열량을 이용하여 냉방효과를 얻는데 무리가 없다.
(2) 냉난방에너지 절약
2001년 대비 에너지해외 의존도(97.3%), 국가 총수입액 중 에너지가 차지하는 비중은 약 23.9%로 약 25,397백만불에 달하는 비용을 지불하였다. 난방기 중에는 외기의 예열에 의한 공기 유입으로 환기에 의한 열손실을 줄임과 동시에 전도에 의한 열손실을 줄이면 건물이 필요로 하는 난방에너지를 일반적으로 20% 절약가능하다. 또한 냉방기 중에는 직달일사가 내부로 전달되는 것을 막아 냉방부하의 발생을 원천적으로 줄임으로 약 25%의 냉방에너지 절약효과가 발생하며, 특히 전기요금에는 누진요금제가 적용됨으로 실제요금은 약 45%이상 감소하게 된다. 또한 냉난방에너지 생산에서 발생하는 CO₂량의 감소로 환경부하도 감소하게 된다. 물론 이런 냉난방기 중에 발생하는 긍정적인 에너지 절약 효과는 이중외피의 개념이나 구조유형에 따라 다소 차이를 보이게 된다. 외피가 이중으로 설치됨으로 초기 투자비의 상승은 막을 수 없으며, 제작과 시공방식의 표준화를 통해서만이 초기 투자비 절감은 가능할 것이다.
(3) 이중외피형 Super Window 적용 가능성
공동주택은 사무실에 비해 내부 발생열이 적고 환기도 간헐적으로 발생하여 박스식 가동외피형(a-2)나 복도식 가동외피형(b-1)의 경우 고단열과 고기밀을 보장할 수 있음으로 SuperWindow의 역할담당이 가능하다. 여기서는 이중외피 SuperWindow가 설치될 경우의 얻게 되는 이점을 도식화하여 현재 가장 일반화되어 있는 샤시 설치시의 특징과 비교하고자 하였다.
가. 기존 샤시설치시
- 냉방기 : 일사유입에 의한 온도상승으로 발코니 부는 (내부)생활의 공간역할을 담당하지 못한다. 외기온 35℃시 발코니부는 일사의 영향으로 40-45℃이상 상승하여, 내외부 실제 온도차는 9K이지만 발코니부와 내부공간과의 온도차는 적어도 14-l9K이상으로 상승가능하다. 즉 냉방이 되는 내부공간에서 보면 2중유리 효과만이 발생하게 된다.
- 난방기 : 발코니는 완충공간으로 Wintergarden 역할 담당하여, 샤시의 기밀성과 단열효과 저하로 열손실이 커서, 적극적인 Wintergarden의 효과를 극대화하기는 어렵다. 물리적으로는 (내부)생활공간의 부분적 확장이 가능하나, 환기에 의한 열손실을 결정하는 인자인 Δt는 발코니와 내부의 온도차에 의해 결정됨으로 환기에 의한 열손실이 다소 감소한다.
나. 이중외피 설치시
- 냉방기 : 일사는 발코니 외부에서 차단하여 일사가 발코니 부에 미치는 영향이 최소화되며, 이중외피 중공층의 기온은 45~50℃로 상승하지만, 발코니 부의 온도구배는 내외부온도차(9K)의 중간값을 가지게 되어 4.5K라는 차이를 보이게 된다. 창이 닫힌 상태에서 냉방이 될 경우 4중유리의 단열효과를 가지며 이때 발코니 공간은 (내부)생활공간으로서의 역할을 충분히 수행할 수 있게 되며, 이는 결국 생활공간의 확장을 의미한다.
- 난방기 : 이중외피의 높은 단열성능과 개선된 기밀성으로 열손실이 감소한다. 내부에서 볼 때 5중유리 효과가 발생하며, 이때 발코니 공간의 온도는 샤시 설치시에 비해 높아서 (내부)생활공간으로서의 역할을 충분히 해낼 수 있다. 결국 생활공간의 확장이 가능하며, 또한 이중외피의 개폐방식에 따라 자연환기에 의한 효과를 극대화 할 수 있게 된다.
5.2 Double Skin Facade 개발방향
5.2.1 Prototype 구성 및 특징
 |
단점으로는 난방기 중에도 항상 중공층으로 소량의 기류가 일정하게 발생한다는 것이다. 이는 난방기중 중공층에서 얻어지게 되는 공기의 온도상승을 내부창이 닫혀 있으면 내부로 유입시켜 적극적으로 활용하지 못하고 상부의 개구를통해 손실되게 되지만, 한편으로는 중공층에서 발생가능한 결로를 지속적으로 발생하는 기류가 방지하는 효과를 가진다. 또한 경제적으로 기존샤시부 창호 대비 가격상승은 불가피하지만, 개량된 창호가 가져다주는 냉난방에너지 감소라는 유지비감소에 의한 투자비 회수의 측면과 특히 passive한 자연환기에 의한 쾌적 개선은 기존샤시에 비교할 수 없는 장점이기도 하다.
5.2.2 Prototype의 계절별 이중외피 작동방식
5.2.3 이중외피시스템 연구개발 효과 및 활용방안
국내 공동주택 발코니부에서 일반적인 기존 샤시부를 이중외피 Super Window로 대체할 경우 내부공간에서 볼 때 창호부를 통한 U값은 1W/m²K이하로 단열성능 강화가 가능하며, 초고층 공동주택 및 주상복합건물이 주거문화의 주류를 이루는 국내의 경우 이중외피 적용시 풍압감소로 인해 쾌적한 자연환기를 안전하게 유입시킬 수 있는 가능성이 월등히 상승하게 된다. 복합기능 이중외피구조의 실현으로 년간 최대 40%이상 냉난방에너지절감이 가능하며, 도시경관의 개선뿐만 아니라 신축 및 리모델링시 획기적인 방안이 될 수 있으며, 2004년 5월 1일 "다중이용시설 등의 실내공기질관리법" 시행에 따른 대안기술로서 활용가능성이 매우 높음으로 인해 개발필요성이 증가하고 있다. 또한 제작과 시공방식의 표준화를 통해 초기 투자비 절감이 가능할 경우 그에 따른 경쟁력을 강화할 수 있을 것이다.
국내외적으로 현재까지 공동주택에 이중외피가 적극적으로 도입된 사례는 전무하다. 본 연구에서 개발하고자 하는 이중외피의 방향은 1-b 형으로 한정하였으며, 당해연도에는 개발방향을 선정하였고, 차기년도에는 TU-Darmstadt의 건설기술연구소와 한국형 이중외피 개발을 공동으로 추진할 수 있는 체계를 구축하였다. 또한 열관류 실험을 통한 열성능 실험 및 자연환기시의 쾌적성 실험을 통해 기존창호와 비교분석 할 예정이며, 차기년에는 본 연구원 내 실험주택의 남측면에 개발한 Prototype을 적용하여 모니터링을 지속적으로 수행할 예정이다.
6.1 개발여건 분석
6.1.1 기존 벽면부(측면)의 문제
도시생태 문제의 심화로 1990년대 말부터 건축계의 양상은 환경친화라는 패러다임 아래 도시환경을 고려한 인공지반녹화, 벽면녹화 등의 녹지면적 확보를 위한 사업이 부각되기 시작하였다. 최근에는 서울시를 비롯한 각 지자체는 이와 같은 도시녹화사업을 지속적으로 추진중이지만, 녹화 적용사례는 대부분 옹벽녹화, 방음벽 녹화로 한정되고 있으며, 건축물에 직접적인 적용을 위한 체계적인 연구나 적용사례는 극소수이다.
국내 공동주택 측면부의 가장 큰 특징 중 하나는 창호가 전혀 없는 단순한 콘크리트 벽으로서 벽면녹화의 적용 잠재성이 매우 높으며, 특히 내단열 시공되는 기존 콘크리트 벽면의 경우 에너지적인 차원에서도 매우 불리할 뿐만 아니라 물리적으로도 비합리적인 구조를 취하고 있다.
6.1.2 기존 벽면녹화시스템의 한계
벽면녹화는 건물의 수직면에 녹화를 적용한다는 것이며, 일반적으로 자연지반에 피복형 식생을 심어 등반형 피복을 통한 녹화가 주된 방식이었다. 벽면녹화 시장은 아직 우리나라에서는 활발히 형성되어 있지는 않으나 간헐적으로 추진되고 있는 상황이며, 벽면녹화를 위한 연구들이 진행되고 있는 상황이고, 녹화 적용사례는 옹벽녹화, 방음벽 녹화가 대부분을 차지하고 있으나 건축물에 적용될 수 있도록 하는 체계적인 연구나 적용사례는 전무한 실정이다.
벽면 녹화는 고밀도로 개발된 도심지와 같이 녹지공간의 확보가 어려운 곳에 건축물로 인해 생겨난 대규모의 수직적인 측면부를 이용하여, 녹지를 공급할 수 있다는 장점이 있다. 최근 들어 벽면녹화에 대한 관심이 높아지고 있으나, 아직까지는 부착형 식물을 이용한 소극적인 방법이 사용되고 있으며, 식물만을 녹화하는 경우, 식물의 종류가 한정되어 있다. 녹화의 높이가 식물의 특성에 따라 다르지만, 일반적으로 3~10cm 정도로 제한되어 있는 상황인데, 점점 건축물들의 고층화에 따라 어떤 식물을 적용하고, 플랜터박스의 부착 또는 식재가 가능한 블록의 조적구조 등을 활용한 방식은 식재기반조성이나 기후영향에 따른 관수문제 등 여러 가지 면에서 한계를 가지게 되며, 새로운 형태의 벽면녹화를 통한 도시환경개선에 기여할 방법을 모색할 필요가 있다.
일본, 독일 등지의 선진국에서 이런 유형의 벽면녹화는 아주 보편적인 도시녹화기법으로서 주로 건물이나 구조물에 식물을 식재하여 녹화시키는 방법으로 자리잡고 있음에 반해, 국내의 경우는 덩굴식물을 등반시킬 수 있는 등반보조재의 설치, 설계 또는 부착보조재를 이용한 녹화기술 등에 대해서도 많은 개발은 이루어져 있지 못한 현실이며, 특히 건물의 생태적인 외피시스템으로서의 완전한 건물 측벽 피복개념의 벽면녹화는 국내외적으로 개발 수준이 매우 미흡한 상태이다. 일본의 경우 건물의 전면에 생태적인 외피시스템으로서 벽면녹화를 시도하였으나 아직 성공적 결과를 얻지는 못하였다. 또한 국내외적으로 현재까지 벽면녹화와 관련된 시스템들은 저층건물에 한정되는 한계를 보이며, 고층 공동주택이 주를 이루는 국내의 경우는 측면부에 총체적인 적용의 한계는 존재함으로 이의 극복을 위한 노력도 필요하다.
6.1.3 건물외피형 벽면녹화시스템 적용가능성
(1) 유사 사례
가. 키타큐슈 환경박물관
7cm 토양층이 존재하며, 이는 벽면에 프레임을 별도로 설치하여, 식생매트를 끼워 넣은 형식으로 구성되어 있다.
약 30cm의 토양벽이 있고, 이에 덩굴식물류 식생을 적용하였고, 우수로만 관수하고 있다.
가. 특수 식물소재(이끼)의 특성
서리 이끼 또는 털깃털 이끼 등이 주로 적용되는 이끼류는 일반 식물에 비해 분해가 느리며 탄소를 고정한 채로 퇴적되어 이탄층을 형성함으로 궁극적으로는 지구온난화 억제하는 효과를 가진다. 또한 이끼는 자신 무게의 20배 이상 수분을 함유할 수 있음으로 다량의 초기우수를 보유할 수 있어 수분의 증발산량을 극대화할 수 있어서 도시미기후조절에 매우 적절한 식생으로 평가된다. 생물의 서식이 가능한 최초의 기반을 형성하는 특징을 가져 까다로운 조건에서도 생장이 원활하여 생태계 기반의 회복에 기여 할 수 있고, 특히 성장률도 빠르며 관수의 필요성 또한 적음으로 벽면녹화를 위한 매우 유리한 조건을 갖추고 있다.
나. 대체 식재기술(이끼시트)
현재 이끼류를 벽면에 부분적으로 적용하고 있는 일송환경복원의 경우 벽면에 실리콘을 이용하여 그 상부에 이끼매트를 그대로 부착하여 시공을 완료하는 단편적인 공법을 제시하고 있다. 간편한 전면벽면녹화가 가능함에도 불구하고 이 식재기술은 본 연구의 목표인 녹화기술과 건축기술의 통일될 수 있는 외피조성기술 개발이라는 측면에서 큰 대안이 되지는 못할 것으로 판단된다.
다. 대체 토양기술
국내에서는 건축용 벽면토양에 대한 기술관련 연구 및 사례가 현재까지는 전무하며, 옥상녹화용 토양으로서 유기질계 인공토양 또는 자연토양에 대한 자료가 있다. (3.2장 참조)
라. 벽면녹화시스템 기술
본 연구에서 개발하고자 하는 벽면녹화시스템의 방향은 녹화기술과 건축기술이 일체화된 생태적 건물외피 조성에 있다. 이는 등반형 또는 하수형에서처럼 식재후 식생생장이 저관리의 자발적으로 이루어지는 반면에 건물외피로서의 벽면녹화는 보양과정과 같은 별도의 준비기간과 또한 저관리화하기 위한 관수시스템에 대한 적극적 고려가 필요하며, 이와 함께 벽면녹화를 실현하기 위한 부착공법상의 문제가 발생하여 구조적으로 해결 방안에 대한 대책이 필요하다. 결국 벽면녹화 시공시 모든 요소들이 하나의 시스템으로서 구축되어야 함을 의미한다.
6.2 벽면녹화시스템 Prototype 개발방향
현재까지 국내외적으로 전면벽면녹화의 성공적 사례는 전무하다. 일본의 경우 전면녹화에 관한 약간의 진보가 있었으나, 수직면상에서 관수의 문제가 대두하여 대부분의 경우 고사하고 말았다. 또한 단층 또는 2층의 경우 부분적인 전면벽면녹화가 적용될 수 있었지만 공동주택 규모에서 적용된 사례는 없다. 이런 구조적 한계로 인해 한국건설기술연구원뿐만 아니라 해외연구소도 공동의 관심사로서 향후 이 부분에 있어 개발에 공동대처 해 나갈 수 있는 협력체계의 필요성이 대두되었다.
생태적 외피시스템으로서의 건물의 외벽을 완전한 녹화 panel로 개발한 사례는 일본에 다소 존재하지만, 전반적으로 국내외 모든 관련연구가 미진한 상태임으로 사례도 거의 전무한 상태이다. 현재 이 시스템의 개발에 있어 가장 핵심적인 부분은 관수방식의 해결이며, 또한 선정한 식생을 영구히 벽면에 부착시키기보다는 필요에 따라서는 장수명 구조체에서 항상 탈부착이 가능하도록 합리적인 기능이 부여된 아래와 같은 개발모델의 방향을 제시하고자 한다.
무엇보다도 본 연구에서 벽면녹화와 관련하여 가장 중요한 목표는 녹화기술과 건축기술이 일체화되는 생태적 건물외피 조성 기술 개발로서 이를 위해 국내외 현황 분석을 바탕으로 독일 TU-Belrin의 응용수자원연구소와 국제 공동연구를 위한 협력체계를 구축하였으며 향후 공동개발을 추진하고자 한다.
1.2 필요성 국내외적으로 특히 벽면녹화의 경우에는 성공적인 사례가 없음으로 향후 녹화면의 정략적 분석기술에 있어 세계최고의 수준에 있는 TU-Berlin 응용수자원연구소와 협력하여 국내와 독일에 적용가능 한 벽면녹화시스템의 공동 구축가능성의 모색하고자 하였으며, 그 효과를 도시기후적인 차원으로 확대하여 녹화면토양층의 증발산량과 온도강화가 도시미기후에 미치는 영향의 정략적 분석하고자 한다. 또한 TU-Darmstadt 건설기술연구소는 시스템기술개발 연구소로 시스템기술 구축에 있어서 독일내에서 가장 진보적인 연구소로서 벽면녹화시 발생하는 구조적 문제의 해결이나 또한 이중외피의 시스템상의 공동개발에 대한 필요성이 대두되었다.
1.3 일시 ㆍ 초청기간 : 2003년 12월 2일 ~ 12월 5일
ㆍ 국제세미나 : 2003년 12월 4일
ㆍ 내부세미나 : 2003년 12월 3일 ~ 4일
2. 발표내용 요약 2.1 Prof. Dr. -lng. Habil. Heiko Diestel Rainwater retention in building complexes 건물(建物) 군(群)에서의 빗물 저류(貯留)
2.1.1 머리말
도시화가 세계 도처에서 계속 진행되고 있다. 극심한 홍수 위협, 지표수 오염, 도시 미기후 변화와 같은 환경적 악영향 그리고 물과 에너지 소비 증가와 같은 특징이 도시에서 나타나고 있다. 빌딩이나 아스팔트, 콘크리트와 같은 불투수성 포장의 증가로 인해 많은 도시들이 홍수의 위협에 직면하였다. 독일에 있는 3개의 강(라인강, 모젤강, 마인강)에서 매년 일어나고 있는 홍수는 현지 분산식((現地 分散式 : decentralized) 유출수 저류방안이 최우선 과제임을 보여주고 있다. 토지이용 관행은 유역내에서 빗물의 저류, 침투 그리고 증발산을 감소시키는데, 이로 인해서 강변을 따라 형성된 정주(定住) 구역과 도시 인프라에 주기적으로 홍수 피해가 발생한다. 가장 최근에 독일에서 발생한 2002년 9월 홍수에서는 9억 유러화(약 12조원) 이상의 재산 피해가 났다.
불투수성 지표면의 증가는 자연적인 녹지에서 발견되는 것과는 다른 에너지수지(收支 : balance)를 야기하고, 이것은 미기후에 부가적인 영향을 준다. 자연경관에서는 강수량의 대부분이 증발된다. 예를 들면, 독일의 슈프레 강과 하벨강 유역의 자연 경관 내에서는 전체 강수량의 약 80 %가 증발되거나 식물로 인해 증산된다. 물의 증발산 작용 시에 에너지가 소요된다. 이러한 물리적 상태변화 과정에서 소위 "증발 냉각(蒸發 冷却 : evaporation cooling) 효과 - 2450J/(증발된 물 1그램)"가 발생한다. 1957년 독일 함부르크에서의 연구에 따르면, 초지와 같은 자연녹지에서 전체 태양복사 수지의 약 86%가 매년 평균적으로 소요된다고 한다 [Collmann, 1958]. 이 에너지는 식물의 증산 작용 및 생체 형성에 이용된다. 이렇게 이용된 에너지는 공기 중 물 입자 응축으로 변환된다.
도시지역 환경 변화에는 강수의 증발산량 감소와 태양 복사 수지(輻射 收支)의 95% 까지 잠열(潛熱) 형태로 변환되는 것이 포함된다. 또한, 콘크리트와 같은 단단한 물질 표면에서의 고온에 의한 열복사(熱輻射 또는 장파(長波) 복사)량의 증가 및 그러한 표면이 갖는 열 저장능력의 증가도 포함된다.
결론적으로, 건물 내부의 기온이 상승하고, 쾌적하지 못한 실내 환경으로 바뀌며, 냉방을 위한 에너지 소비를 증가시킨다. 건물 내부와 외부 기온을 좀더 쾌적하게 창출할 수 있는 합리적 해결 방안은 결국 벽면과 옥상을 녹화하는 것이며, 증발산(蒸發散)을 통해 에너지 소비를 줄일 수 있다. 베를린의 UFA Fabrik(생태문화 마을) 실험 시설에서 우리가 측정한 바에 의하면, 저관리 자연형 옥상 녹화에서 여름철 동안 전체 태양복사 수지의 약 58%가 증발산에 의해 전환되었다. 연평균 에너지 소비는 약 81% 이다. (전체 복사 수지 372kWh/(m²a)에서 냉각율(冷却率) 302 kWh/(m²a) 1987-89년 평균, 표 1참조 요망) 열대 지방에서는 강수량과 증발산량도 더 많아서, 더 높은 냉각율을 기대할 수 있다. (K\ddot{o}hler et al., 2001)
건물 내에서 냉방 및 환기시설에 사용되는 에너지 소비는 점점 더 중요한 요소가 되고 있다. "건축물 에너지 업무에 관한 유럽의회의 지침(2002/91/EC)"에 따르면, 건물 실내 기후환경을 좋게 하고, 건물 주변 미기후(微氣候)를 향상시키는 Passiv냉방 기술을 적용해야 한다고 명시되어 있다. 또한, 냉방 시스템에 들어가는 비용 상승은 건축 분야에서 에너지 절감을 위한 노력을 촉진시키는 중요한 요소가 되었다. Berlin-Adlershof 지역에 위치한 물리학관 건물은 지속 가능한 물 관리 기술과 빗물을 이용한 건물 냉방 기법을 혼합한 연구 및 업무용 건물이다. 이 프로젝트에는 3가지 중요한 빗물 모으기의 목표가 있다.
빗물은 건물 내부 2개의 정원에 저류된 후, 벽면 녹화 식물의 관개(灌漑) 용수와 단열팽창 냉각(斷熱膨脹 冷却 : adiabatic cooling) 장치의 용수로 사용된다. 서로 다른 타입의 덩굴식물을 벽면에 식재해서 4계절의 변화를 잘 드러낼 수 있도록 설계되었다. 여름철에는 이 식물들이 그늘을 제공하고, 겨울철 잎이 지면 태양 광선이 건물 전면 유리창을 통해 들어온다. 이 프로젝트에서는 단열팽창 냉각 장치와 벽면 녹화 시설 내의 다양한 식물의 물 소비량을 실시간으로 모니터링하는 것이 포함되어 있다. 식물에 의한 그늘 조성 및 증발산 작용에 의한 냉각 효과는 건물의 에너지 수지(收支 : energy balance)에 중요한 영향을 줄 것이다.
2.2 Prof. Dipl.-lng. Karl Heinz Petzinka Ecological Innovation of Architecture based on Simplicity and Economic Efficiency 단순함과 경제성에 근거한 생태건축의 이노베이션
2.2.1 머리말
지난 몇 년간 국제적인 관심을 끌어온 기능주의와 고전적 모더니즘의 원리에 기반을 둔 생태에 관련된 여러 가지 기준이 등장하기 시작했다. 이들 기준에는 공통된 두가지 원리가 있다. 하나는 "창조적이고 기술 집약적인 건물타입"에 대한 접근이고, 다른 하나는 "생태적이며 경제적인 건축공법"이다. 이러한 접근은 '형태'와 '미'라는 배타적인 시각에서 건물을 바라보는 것이 아니라 건축과 건축물에 대한 다양한 수요와 상호 관계 및 다양한 영향력을 기본으로 건축물의 구조적 실체를 발전시켜 나간다.
이러한 복잡다단한 사고들을 프로젝트 속에 결합시키는 것은 필요하다. 건축물이 시공과정 및 완공 후에 보수 및 보완의 과정을 거치지 않도록 모든 재료와 공법이 명확하고 합리성을 가지고 다루어져야 한다는 결론에 도달하게 된다. 시대적 패러다임을 근간으로 설계된 독일의 뒤셀도르프 Citygate는 도시 마천루 건물로서 그리고 Hypothekenbank는 밀집한 도심지내의 리노베이션 새례로서 생태적 건축개념과 경제성을 동시에 만족시키는 건물 사례이다.
2.2.2 Citygate - Significance
Citygate는 뒤셀도르프 시내 중심가에서 주요 대기통로 중 하나에 입지하고 있어, 설계 당시 기류의 흐름과 건물 주위의 난류와 미시 및 거시기후의 영향에 대해 분석이 선행되었다. 당시 건축물 에너지 소비에 관련하여 논의중이었던 2001년 에너지 절약에 대한 법령 개정의 대비책이 계획안에 반영되었다. 마천루특성상 계획 초기 단계에서부터 자연환기 및 소음에 대한 대비책이 고려되어야 했다. 냉방을 위한 지하수의 활용이 고려되었고, 계획초기 단계부터 향, 햇빛, 풍향의 적극적인 도입을 위해 분야별 전문가들이 밀접하게 협력하였다.
건물 구조는 세 개의 zone으로 나뉜다. landscape bridge와 도시의 보행가로로 사용되는 예비터널의 양가 측면에 다이아몬드 형태의 16층 타워가 세워져 있고, 높이 55m의 Atrium이 두개의 타워를 연결하고 있다. 이 위에 3개 층이 두 타워와 Atrium을 연결시키고 있다. 여기서 건물의 뼈대는 미학적 관점과 경제적·논리적 관점을 동시에 만족하기 위해 접합 강구조가 선정되었다. 시공과정에서의 원활한 진행과 최적의 공기를 맞추기 위하여 장기간의 사전준비 및 디테일 작업이 선행되었고, 이와 함께 조립식 부품의 사용비율을 높였다.
이중 외피는 건물 외부와 내부를 연결하는 또 하나의 중공층으로 작용하여,외기 상황과 오염원으로부터 건물을 보호한다. 이중외피의 도입과 함께 건물제어기술의 최적화에 노력하여, 기존의 공조기술에서 탈피하여 복사냉난방기술, 공조설비, 일사의 적극적 활용 등을 총체적으로 접목하고자 하였다. 외부 파사드의 하부 에어콘솔을 통하여 유입되는 외기는 자동조절 뿐만 아니라, 사용자의 요구에 따라 조정가능하다.
이중외피를 통해 자연환기의 도입과 소음·먼지와 같은 오염원에 대한 대비가 가능하였다. 뿐만 아니라 이를 통한 다양한 자연에너지의 적극적인 도입이 가능하였다. 이중외피 내의 중공층은 내외부의 완충공간이다. 난방기 중 일사는 중공층의 온도를 상승시켜 온실효과를 만들어 낸다. 아트리움에 면한 공간은 6000m³의 달하는 건물 내에서 발생하는 서로 다른 압력의 상태에 균형을 잡아주며, 또한 아트리움에 축척된 공기로 환기 및 온도조절도 가능하다. 일반적으로 태양열과 인체 열, 그리고 건물 내부의 기계작동으로 인한 실내온도 증가와 공기질의 문제는 특히 사무소건물에서 크게 대두되었으나, 이중외피에 의한 자연환기와 보조설비를 통합함으로 이에 대한 문제점을 크게 개선할 수 있었다.
2.2.3 Nuernberger Hypothekenbank - Normality
Duesseldorf 지역의 전형적 뒤뜰을 가지며 교차로에 면한 이 사무소건물은 1950년대에 지어졌다. 파사드부의 부실시공과 시대에 뒤떨어진 평면구성으로 인해 장기간 임대되지 못한 상태였다. 이에 건축주인 Nuernberger Hypothekenbank는 생태적인 관점에서 진보적시스템을 가진 파사드와 공간구성으로 미래지향적인 리노베이션을 요구하였다.
알루미늄 단열창호는 카세트형식의 조립형으로 구성하였고, 단위유닛은 기존건물의 기둥간격을 적용하였다. 계획에서부터 동일한 그리드로 반복되어 조립되는 파사드를 구상하였다. 그래서 1.05m의 간격을 가진 창호부와 파사드가 1 : 1로 반복되는 시스템을 취한다. 창호와 창호사이의 외벽부는 외부표면이 싱글유리, 그 사이 공간은 순화가능한 공기층, 섬유시멘트판 그리고 방수되는 석고판으로 이루어지는 공장생산된 카세트형 구조이다. 이로서 건축요소의 감소로 기술적으로 최적화되어 시공될 수 있었다. 특히 공장생산은 국제 규격의 이용으로 높은 정확도를 보장하였다.
건축주에게 중요한 것는 부동산과 대지의 경제적 활용이었다. 중심지의 밀도로 인해 더 이상 신축은 효과적일 수 없다는 것을 분명해 질 수 있었다. 단순한 구조에 의한 파사드요소의 극단적인 감소로 결정적으로 긍정적 결과를 얻을 수있었다. 또한 공장생산되어 조립된 경량구조로 인해 공사기간의 단축이라는 부가적인 긍정적 측면을 낳았다. 이런 높은 조립도의 성공으로 시공상에 필요한 수분이란 이 건물에서 배제될 수 있었다.
여기서 적용된 Low-Tech 시스템에 의한 태양열의 이용으로 난방에너지 소비가 현저하게 감소되었을 뿐만 아니라, 작업공간에서의 층고높이의 창호에 의한 자연채광의 적극적 활용으로 인공조명의 역할을 축소할 수 있었다.
분야 : 국내문헌 , Green Town 개발사업 I 한국건설기술연구원 , 1996
, Green Town 개발사업 II 한국건설기술연구원 , 1997
, Green Town 개발사업 III 한국건설기술연구원 , 1998
, 보급형 옥상녹화 가이드 북 환경부 , 1999
, 건축물 에너지절약 설계기준 2001
, 2003 plus 50 환경공생빌딩 건축기술 국제세미나 한국건설기술연구원 , 2003. 12
, 한·미·일의 옥상녹화 국제 심포지엄 (사)한국인공지반녹화협회 , 2003. 12
, 도시환경개선을 위한 식생방음벽 실용화기술 연구보고서 건설교통부 , 한국건설기술연구원 , 2002. 9
, 생태도시 조성 핵심기술개발 연구보고서 건설교통부 , 한국건설기술연구원 , 2002. 12
, 서울시 비오톱 현황조사 및 생태도시 조성지침수립 서울특별시 , 2001. 2
, 생태도시 조성 기반기술 개발사업 III 환경부 , 한국건설기술연구원 , 1999
, 보급형 옥상녹화 가이드북 환경부 , 한국건설기술연구원 , 1999
, 건축공사 표준상세도 대한주택공사 , 2003
이상우 외 22인 , 건축환경계획 , 대한건축학회편 1997
정헌수 외 3인 , , 건축재료학 세진사 , 2002. 9
이영노 , , 한국 식물 도감 교학사 , 1996
이창복 , , 대한 식물 도감 향문사 , 1993
안영희·이택주 , 생명의 나무 , 자생식물 대백과 1997
김태정 , , 한국의 야생화 교학사 , 1996
함정도·노정선 , , 친환경건축의 이해 기문당 , 2003
강재식, 변혜선, 김현수 , 옥상녹화시스템의 열성능에 관한 연구 , '98 하계 학술발표회 논문집 pp.702~707 , 공기 조화냉동공학회 ,
분야 : 국외 문헌 Oesterle 외 3인 , Doppelschalige Fassaden , ganzheitliche Planung Muenchen , 1999
K. Daniels , , Technologie des oekologischen Bauens Berlin , 1999
Blum 외 10인 , , Dappelfassaden Berlin , 2001
Fischer 외 5인 , , Lehrbuch des Bauphysik Stuttgart 1997
Dierks 외 3인 , Baukonstruktion , Duesseldorf 1986
Krusche , , P. U. M : kologisches Bauen Berlin , 1982
Umweltschutx in der Bebauungsplanung , Bauverlag GmbH Berlin : Umweltbundesamt Berlin Umweltbundesamt Berlin , 1997
, NEO-GREEN SPACEDESIGN (재) 도시녹화기술개발기구 , 1995
, 옥상이용 가이드북 옥상개발 연구회 , (주) 창수사 , 1995
출처 : 천지인이 어우러지는 건축문화
글쓴이 : 이형석 원글보기
메모 :
'벽면녹화' 카테고리의 다른 글
| 일본 시미즈건설 녹화공법 (0) | 2008.11.05 |
|---|---|
| skyfarm (0) | 2008.11.02 |
| 도시구조물 벽면 유형별 녹화지침 (0) | 2008.11.01 |
| urban green strategies 에서 link (0) | 2008.11.01 |
| Garden information (0) | 2008.10.31 |