국제에너지기구에서 발표한 ‘Basic Design Guide'의 간단한 요약보고서에 대한 후속 상세한 요소기술을 설명하는 보고서로써, Part 1, Part2로 구성된 보고서의 Part 2의 내용이다. 이 연구결과는 지속가능한 건물기술 분야에 종사하는 연구자, 엔지니어, 자문기술자, 요소기술 제작자 등 전문가그룹을 대상으로 한다.

이 보고서에서는 환경에 적합한 건물요소(Responsive Building Element, RBE)를 통합하는 기술을 크게 5개로 분류하고 있다. 건물통합 입면에 대한 요소기술, 구조체의 축열 활성화, 상변화물질, 지중 쿨 튜브를 이용한 냉난방기술, 고성능 단열에 관한 기술과 사례를 통해 친환경 저에너지 건물에 대한 요소기술에 대해 상세하게 설명하고 있다.

환경에 적합한 건물요소(RBE)기술의 주요한 원칙은 다음과 같은 4가지에 따른다. 그 원칙들은 ‘동적 거동’, ‘적용성’, ‘다른 기능을 수행할 능력’, ‘지적 제어’ 이다.

이 원칙 중 ‘동적 거동’과 ‘적용성’의 개념은 환경적으로 부합하는 건물요소들의 기능, 특징, 열적/물리적 성질이 시간에 따라 변화가능 해야 한다는 점이다. 더불어, 다른 기능을 가진 건물, 거주자의 요구조건과 필요성(예를 들어, 냉난방의 필요성, 환기조건의 제어 필요성)과 건물주변의 다른 경계조건(예를 들어, 기후변화에 대한 과학적 연구, 내부 발열, 오염부하 등)에 적절하게 적합해야 한다는 점이다. 에너지/안락한 요구요건 과 RBE 거동/성질의 관계는 ‘지적 제어’를 통해 일치되고, 보증된다. 이 ‘지적 제어’는 건물의 단순한 요소기술의 운용원칙을 올바르게 통합하게 허용하는 하나의 장치이자 시스템이다. 다시 말해, 하나 또는 하나이상 RBE의 적절한 기능은 시스템이나 개념수준에서의 능동적으로 ‘지적제어’에 의해 적합하게 되고, 조율되어 통합건물개념(Integrated Building Concept)에 기여하게 된다.

실질적인 시각에서, 현존하는 RBE 사례는 다음과 같이 분류할 수 있다.

○ 입면시스템: 환기를 위한 입면, 이중외피 입면, 건물통합형 태양광패널, 동적 단열성능 등

○ 기초와 지중시스템 : 지중 커플링시스템, 매입 덕트 등

○ 에너지저장 : 콘크리트, 중량목재와 같은 축열구조체, 구조재의 능동적인 사용, 냉난방을 위한 코어 활성화, 상변화 물질 등

○ 지붕시스템 : 지붕녹화시스템, 동적 단열 등

○ 수동적 태양열시스템, 조명기술, 증발성 냉방요소들(지붕연못, 물 저장 벽체(water wall), 스프레이 연못 등)

일반적인 시각에서, RBE는 다음과 같은 기능으로 분류할 수 있다.

○ 건물자체의 수동적 설계요소: 건축시스템(외피, 구조 등), 건물요소(입면, 벽체, 지붕)

○ 기계를 이용한 능동적 설계요소: 냉방, 난방, 환기, 조명, 에너지 저장 등

○ 공기조화 시스템과 열적 목적으로 사용되는 유체형태의 통합

진보된 통합입면시스템 요소기술에서는 다양한 기술을 모은 요소들을 6가지로 분류하여 정의하고 각각의 기술을 설명하고 있다. 이중유리층으로 구성된 입면에 로이코팅, 아르곤가스 주입을 통해 형성한 투명/불투명 환기를 고려한 입면, 건물통합형 태양광 패널의 투명/불투명 입면, 통합태양열 집열기, 투명 단열재를 포함한 입면이 대표적인 기술이다.

구조체의 축열요소기술은 표면 축열과 심층부 축열로 구분하여 기술하고 있다. 표면축열 요소기술은 기존의 건물요소들 구조체, 바닥, 천정 또는 내부구조체나 가구를 이용한 축열이용기술을 통합하여 수행한다. 심층부 축열 요소기술은 통상적으로 물, 공기와 같은 유체가 적절하게 설계된 덕트 또는 채널을 통해 내부구조체로 유입되어 축열을 수행하는 방법이다.

지중 커플링 요소기술은 지중토양을 통해 냉난방에 필요한 열을 획득하고 저장하는 기술이며, 이 보고서에서는 다음과 같이 3가지 기술로 분류하고 있다. 1) 직접적인 방법 : 건물과 지표를 직접접촉면을 증가시킴으로써, 실내환경조건을 맞추는 방법, 2) 간접적인 방법 : 실내에 냉난방 열을 공급하기 전에 지하저장장치를 이용하여 선 가열된 공기나, 선 냉방된 공기를 공급하는 방법, 3) 건물과 지표면 격리 방법: 지표면과 실내환경 사이에 에너지를 교환하기 위한 지하수, 냉각수 등의 매개체를 통해 열을 공급하는 방법이다.

상변화물질은 잠재된 열 저장 재료이다. 이 재료는 화학적인 결합에 의해 열을 저장하고 방출하는 기능을 갖고 있는데, 20도에서 50도 사이에서 녹는 온도를 갖고 있다. 이러한 재료특성을 이용하여, 건물의 냉난방을 위한 태양열 저장에 필요한 수동적 설계요소와 능동적 설계요소에 각각 적용할 수 있다.

상변화 물질 요소기술은 다음과 같은 3가지 장소에 적용할 수 있다. 1) 상변화 물질의 벽체적용 2) 상변화 물질의 천정 적용 3) 상변화 물질의 냉난방시스템의 저장조 적용. 1)과 2)는 건물의 패시브 요소에 적용하는 방법이며, 3)은 액티브요소에 적용하는 방법이다.

동적 단열요소기술은 건물외피에 특정 설계기술을 도입하여 단열성능을 높이는 기술이다. 이 기술은 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 중공벽 설계(Cavity wall design)와, 숨쉬는 벽체 설계(Breathing wall design)이다. 중공벽 설계는 벽체 사이에 액체 또는 공기를 순환하는 통로를 적용하는 방법이다. 이 통로는 벽체와 일정간격을 두고 평행하게 설치되어 열 교환을 수행한다. 숨쉬는 벽체 설계기술은 기공성이 있는 단열재를 통해 가스나 공기를 전달하는 방법이다. 이 방법은 가스형상과 고체형상의 상호작용이 단열역할을 수행하는 주요한 기능이 된다.