이 보고서는 국제에너지기구의 건물 및 커뮤니티 프로그램 분야 주관한 기술내용으로 저작권은 세계 1위의 건축사회사인 AECOM에서 갖고 있으며, 2011년 6월 덴마크의 올보르대학(Aalborg University)에서 발간되었다. 건물통합설계 개념은 훌륭한 실내공기질 과 편안함을 제공하기 위한 에너지효율적인건물을 위한 필수적인 요소이다. 건물의 친환경 요소통합을 통해, 건물의 서비스, 신재생에너지 시스템, 건물설계는 완전하게 개별적인 시스템에서 건물통합개념으로 변하게 된다. 이러한 건물정보를 통해 통합설계가 이뤄지는데, 이 설계요소와 통합설계는 저탄소 녹색건물에 중요한 정보를 제공할 것으로 보인다.

친환경 건물의 개념은 최적화된 실내조건과 환경성능 요인과의 관계에서 외부조건 또는 내부조건의 적절한 균형을 유지하는 설계 해결방안이다. 친환경 건물은 에너지효율을 최적화하고, 인간적인 요인과 건축적 인 생각을 통합하는 여러 전문 분야에 걸친 설계 과정속에서 개발된다.

이러한 관점에서, 친환경 건물요소들은 통합건물개념을 전개해나가는 과정에서, 환경적인 에너지 자원과 신재생에너지 자원개발을 위한 필수적인 기술들이다, 도전의 핵심은 친환경 건물요소를 통합하여 최적 조합을 달성하는 것이며, 건물서비스 시스템과 신재생에너지 시스템을 건물요소와 통합하여 최적 환경성능에 도달하는 것이다.

통합된 건물 개념의 원리와 친환경 건물요소들

친환경 건물개념에서 건물서비스와 에너지시스템을 포함한 친환경건물요소를 통합할 때 수많은 중요한 장점은 아래와 같다.

- 에너지 시스템을 보유한 친환경 건물요소 통합은 환경적인 성능과 운용비용측면에서 실질적인 개선을 가져올 것이다.

- 통합된 건물개념원리와 요소들은 사용을 증진시키고, 에너지원의 품질을 개발하고, 신재생에너지와 부가가치가 낮은 에너지원(예를 들면, 폐열, 대기주변의 열, 잔류 열) 사용을 활발하게 한다.

- 통합된 건물개념원리와 요소들은 에너지의 패시브 저장과 액티브 저장 가능성을 증진시키고, 보다 쉽게 가능하게 할 것이다.

- 통합된 건물개념원리와 요소들은 건축적인 원칙들을 에너지효율화 건물개념으로 통합할 것이다.

- 친환경 건물요소들은 건물사용자들과 거주자들의 형태와 관련하여, 적용 가능한 기술들을 보다 좋게 조율하도록 유도한다.

- 통합된 건물개념원리와 요소들은 다중의 기능을 동일한 건물요소로 결합이 가능한 신기술과 요소 개발을 증진시킨다.

- 통합된 건물개념 원리와 요소들은 건축가와 엔지니어들 사이에서 통합된 설계원칙들을 보다 쉽게 이해하게 한다.

친환경 건물개념의 분류 목적은 가장 중요한 주제에 따라서, 개념을 규정하고 세분화하는 것이며, 주요 카테고리와 변수요인은 아래 표와 같다.

에너지 효율과 실내조건 사이에 최적화된 균형을 유지하기 위해서는 친환경건물요소(Responsive Building Element, RBE) 들이 적절하게 제어될 필요가 있다. 그렇지만, 제어는 수많은 다양한 요구조건의 관점에서 운용이 필요하다. 신재생 에너지원은 물론 실외 조건들이 변하며, 그래서 또한 거주자의 행동, 선호도, 낮 시간과 같은 여러 요인들에 따라 좌우되는 실내 환경 수요도 변한다. 훌륭하게 설계된 건물이라면, 주어진 조건에서 거주자들과 활동에 적합한 조건이 제공될 때, 에너지 저감이 가능하다. 그러나, 실제 상황에서는, 다양한 제어방식은 시스템을 빈번히 비효율적으로 운용하게 인도하는 경우, 사용자들을 불편하게 하는 경우, 적절한 기능이 수행되지 않는 경우를 결과적으로 만들고 있다.

친환경 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 친환경 건물요소(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 친환경 건물요소(RBE)의 적절한 기능은 시스템이나 개념수준에서의 능동적으로 ‘지적제어’에 의해 적합하게 되고, 조율되어 건물개념의 통합화(Integrated Building Concept)에 기여하게 된다.

통합된 설계 접근을 용이하게 하기 위해, 여러 가지 설계 형태, 방법과 도구들이 사용되고 있는데, 특별한 건물을 위한 가장 적용성이 높은 기술적 해결책을 선택하는 전략적인 방법이 필요하다. 국제에너지기구 부록 44에서 발표한 기술 보고서에 따르면, 전략적인 방법을 5단계로 그 분류를 하고 있다. 1단계는 건물의 위치와 무엇이 건축될 것인지에 대한 결정단계이다. 각국에서는 그린건물에 대한 등급제도를 개발해서 적용하고 있는데, 각국에서 개발한 그린건물의 규정과 관련코드에 맞는 건물에너지와 환경성능 지표에 따른다. 2단계는 1단계에서 결정된 건물의 성능목표에 맞는 설계개념 정립이다. 3단계에서는 초기 목표에 적합한 시뮬레이션 도구 설정과, 건물요소들의 에너지성능평가와 환경성능 평가가 이뤄지는 단계이다. 4단계에서는 시뮬레이션 결과로 나온 요소들의 상세설계가 이뤄지는 단계이다. 각각의 건물적용요소의 크기와 건물통합에 따른 요인들을 고려해야 한다. 5단계는 건물의 운용과 유지관리 단계이다. 적절하게 설계된 건물이 각국에서 정한 성능지표에 맞게 운용되는 지를 확인하고 성능 평가하는 방법과 도구에 관한 단계이다.

통합된 건물 개념은 최적 환경성능이 에너지 성능, 자원소비, 생태학적 부하, 실내환경 질에 의해 구현되는 설계 해결책이다. 따라서 통합된 건물 개념은 아래와 같이 3개 분류로 규정될 수 있다. 첫째, 건축적인 건물개념, 둘째, 구조적인 건물 개념, 셋째, 에너지와 환경적인 건물 개념이다. 다양한 설계 단계에서 설계전략에 적용될 로드맵은 <표 1>과 같다. 건물 냉/난방, 조명, 환기설계는 각각의 설계가 통합된 설계 과정으로 인식될 때 가능하다. 친환경건물의 설계과정은 <그림 2>와 같다.

친환경 건물개념의 설계에서, 특히 설계해결책의 대안들 사이에서 선택이 필요할 때 또는 목표가 건물성능 최적화를 달성하는 것이라면 건물성능이 만족할만한 정확도를 갖고 예측할 수 있는지 여부가 결정적이다. 1차 에너지 사용, 환경부하 그리고, 또는 실내 환경질과 같은 적당한 지표가 주어졌을 때, 건물성능 시뮬레이션은 설계결정권자가 설계해결책이 설계요건과 목표를 만족하는 범위의 정량적인 계측수단을 제공한다. 시뮬레이션 결과가 건물과 기술적인 시스템의 특성을 반영하고, 만족할만한 정확성으로 결과들이 신뢰할만하고, 비교할만하도록 하기 위해, 건물성능을 시뮬레이션하는 것이 필수적이다. 따라서, 시뮬레이션에서 입력 데이타가 불확실하면 결과도 그만큼 모호하게 나타난다. 이러한 불확실성은 크게 4가지로 분류할 수 있다. 첫째, 건물과 건물의 기술적 시스템에서 물리적 모델의 불확실성, 둘째, 소프트웨어와 방정식의 수치적 해결방안의 불확실성, 셋째, 소프트웨어 운영자에 의해 제기된 불확실성, 넷째, 시나리오 선택과 변수 산정의 불확실성.

친환경 건물요소와 통합건물 개념의 주요 추진력은 보다 나은 건강증진을 위하고 건물실내 공기질을 개선하기 위해 주어진 환경요건에서 에너지를 저감하려는 필요성이 증대되고 있다는 점이다. 오늘날, 건설산업은 공기조화설비가 소개되기 이전에 사용되었던 설계과정을 재발명 하기 위한 혁신 초기단계에 와 있다. 건축가들과 엔지니어들 사이에 설계과정은 통합하고 융합하려는 노력이 필요하다는 경각심이 증대되어 있다. 그러나, 건축과 공학 사이에 경계선이 가로지어질 때 수 많은 장벽이 발생하게 된다. 따라서, 설계과정에 참여한 많은 엔지니어와 건축가들에게 많은 도전의식을 부여하게 된다. 통합 설계과정에 도착하기까지의 주된 장벽은 지식, 정보, 가이드라인, 성공사례와 전문가들의 부족 때문에 발생한다. 이러한 장애요인들은 이 기술보고서의 내용을 통해 긍정적으로 감소될 수 있다.