학교건축의 친환경적 계획수법에 대한 사례연구 - 미국, 일본, 한국의 학교건축을 중심으로 - A Study on Examples of Eco-Friendly School Design - Focusing on School Facilities in USA, Japan and Korea -원문보기
This study aims to identify differences and lessons in eco-school planning techniques and sustainable design methods by analyzing comparatively green building certification system and the cases of sustainable schools in US, Korea and Japan. As a result of the comparative analysis, green building cer...
This study aims to identify differences and lessons in eco-school planning techniques and sustainable design methods by analyzing comparatively green building certification system and the cases of sustainable schools in US, Korea and Japan. As a result of the comparative analysis, green building certification system for school facilities, both domestic and international, is categorized into external environment, energy, materials and resources, and indoor environment. From the case study, it is common that roof garden and biotopes are installed for external environment, while energy saving, passive energy utilization methods for natural lighting and ventilation such as arrangement planning, courtyard, top-light, shading devices, solar panel and insulation by roof garden are most frequently used. Also, storm water uses, water saving equipment and sustainable materials are often introduced for resource savings. Concerns for indoor environment is frequently addressed by introducing natural light and ventilation in the buildings, which makes ultimately a comfortable space.
This study aims to identify differences and lessons in eco-school planning techniques and sustainable design methods by analyzing comparatively green building certification system and the cases of sustainable schools in US, Korea and Japan. As a result of the comparative analysis, green building certification system for school facilities, both domestic and international, is categorized into external environment, energy, materials and resources, and indoor environment. From the case study, it is common that roof garden and biotopes are installed for external environment, while energy saving, passive energy utilization methods for natural lighting and ventilation such as arrangement planning, courtyard, top-light, shading devices, solar panel and insulation by roof garden are most frequently used. Also, storm water uses, water saving equipment and sustainable materials are often introduced for resource savings. Concerns for indoor environment is frequently addressed by introducing natural light and ventilation in the buildings, which makes ultimately a comfortable space.
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문제 정의
따라서 본 연구는 학교건축에 도입되는 친환경적 계획수법의 적용실태를 파악하여 친환경적 학교건축의 계획을 위한 기초적 자료를 제시하는 것을 목표로 한다. 연구의 방법은 먼저 학교시설 친환경건축물인증제도 및 에코 스쿨의 이론적 고찰을 통하여 친환경 학교시설을 유도하기 위한 국내외 정책적 장치의 평가기준을 고찰하고, 친환경 학교시설의 평가기준에 의하여 친환경 학교시설의 사례를 분석, 그 적용실태를 관련제도의 평가항목별로 파악하여 친환경적 계획수법을 정리한다.
본 연구에서는 학교시설에 관련한 국내외 친환경건축물인증제도 등 관련제도와 친환경 학교시설의 사례를 분석하여 학교건축에서 나타나는 친환경적 계획수법을 파악하였다. 미국의 LEED for Schoole 지속가능한 부지, 수자원 효율, 에너지 및 대기, 재료 및 자원, 실내 환경의 질, 디자인의 혁신성, 지역적인 우선사항의 7개 카테고리에 의해, 한국의 학교시설 친환경건축물인증제도는 토지이용, 교통, 에너지, 재료 및 자원, 수자원, 환경오염, 유지관리, 생태환경, 실내 환경의 9개 부문에 의해 친환경요소를 평가 인증하는 시스템이고 일본의 에코스쿨정비 파이로트모델사업은 신에너지활용형, 에너지절약 및 자원절약형, 자연 공생형, 목재 이용형, 자원 재생형 등이 있다.
제안 방법
또한실내에는 광선반이, 실외와 지붕에는 차양이 설치되어 일조조정 및 빛의 현휘 현상을 감소시킬 수 있도록 계획되었고 연돌효과를 이용한 환기탑을 설치하여 기계설비의도움 없이 자연환기가 가능하게 하였다. 건물 시스템은 에너지 의존도를 줄이기 위하여 외벽 및 지붕에 고단열의고성능 외피를 적용하였다.
건물배치는 태양에너지 이용을 고려하였고 건물 외관의 스크린과 차양 장치를 통하여 직사광선에 의한 열 부하를 조절하여 열성능이 균형을 이루도록 계획되었다. 건물의 북쪽에는 스크린 대신 고측창이 설치되어 확산광을 유입하고 동쪽과 서쪽에는 51° 북서쪽으로 경사진 수직 차양이 이른 오후의 직사광 차단과 동시에 자연채광이 가능하도록 디자인되었으며 남쪽에는 수평차양이 설치되었다.
건물의 태양열 이용계획은 겨울철 난방부하와 여름철냉방부하를 저감하도록 계획되었는데 길고 좁은 형태의교사동은 동서 방향으로 길게 배치되어 남과 북측 창으로부터의 빛의 유입을 최대화하여 건물 중앙부까지 자연채광이 가능하도록 하였다. 특히 남측 2층 복도 상부의 고측창은 자연채광을 최대화하였고 반사율이 높은 흰색지붕을채택하여 열복사율을 줄였다.
건축자재는 생산 공정이 에너지 소비에 미치는 영향, 환경, 재활용 및 재생가능성을 고려하여 생활주기분석(LCA) 의 비교를 기반으로 선택되었다. 약 70%의 건축자재는 인근지역에서 생산되었고 약 75%의 건축폐기물은 재활용이가능하도록 분리되었다.
쾌적한 실내온열환경을 조성하는 동시에 에너지 절감을 위해연소가스와 소음이 발생하지 않고 각 실에서 자동온도 제어가 가능한 교실별 EHP를 적용하였다. 교실의 적절한음환경 확보를 위하여는 일반 교실 내 소음도를 40dB이하로 하였으며 내장재는 유해물질 저 함유재를 사용하여 실내의 공기환경을 개선하였고, 식재 공간을 조성하였다.
입방체에 가까운 3층 규모의 교육동은외기에 면하는 면적을 최소로 하여 냉난방부하를 저감하였다. 교실의 천장은 경사진 형태로 디자인되어 루버를 통해 들어오는 빛의 유입을 최대화하는 동시에 자연광을 확산시켜 현휘 현상을 막도록 하였다. 또한 북측의 지붕위에연속으로 돌출된 톱니 모양의 모니터 지붕은 유아원 교실에 자연 채광을 유도하고 100개의 관형 채광창(tubular skylight)도 그 외의 공간에 자연채광을 도모한다.
특히 만남의 갤러리 환기탑은 연돌효과를 이용하여 환기를 유도 하는 장치이며 톱니형지붕은 태양광패널의 발전효율이 좋은 각도에 지붕의 톱니 구배를 맞추어 태양광패널을 설치하였다. 교실의 천정이 높기에 효과적인 난방을 하기 위하여 바닥 난방 시스템을 채용하였으며, 이는 심야전력을 이용한 축열 시스템으로 아침까지도 따뜻하다. 난방수는 급식실의 지붕에 설치된 태양열급탕장치를 통하여 난방용급탕이 제공된다.
다음은 미국, 한국의 친환경건축물 인증을 받은 8사례와일본의 에코스쿨정비 파이로트 모델사업 3사례, 총 11사례의 학교를 중심으로 친환경 학교 디자인 및 적용실태를외부환경, 에너지, 재료 및 자원, 실내 환경의 기준별로 분석한다.
학교로 선정되었다. 동측으로는 대지 내에 기존의 수목을 유지하는 도로변 보도를 정비하고 서측의 센가와 하천과 연속적 경관을 조성하였다. 인접대지에는 지역에 개방되는 비오톱형의 학교정원을 정비하여 외부자연환경의 학습효과를 기대할 수 있으며 옥상녹화를 하여 옥상의 단열효과를 높이고 있다.
특히 남측 2층 복도 상부의 고측창은 자연채광을 최대화하였고 반사율이 높은 흰색지붕을채택하여 열복사율을 줄였다. 또한 각 교실은 약 100m 깊이로 30개의 지중열과 연결된 지열원 열펌프를 통해 연중일정한 지중 온도와 열교환을 통해 냉난방을 하며 열회수환기시스템을 사용하여 에너지 부하를 저감하였다.
외부공간은 투수성포장면적 비율을 35%이상으로 하여 우수부하를 절감하였고 우수는 우수 저류조를 통하여 조경 용수로 방출된다. 또한 절수형 수도꼭지 및 샤워헤드, 양변기 전자 감응식 소변기를 100% 적용하여 물 사용량을 저감하였다.
환경을 조성하였다. 또한 쾌적함과 소음 및 실내 공기의 질을 고려한 복사 난방법을 이용하여 기계 환기에필요한 덕트 스페이스를 줄였고 실내 소음을 줄이기 위하여 저소음 기계 설비를 하였다.
학교 부지는 주거지역 내의 교통 및 사회 기반 시설이 잘 갖추어져 있는 곳에 위치하고 모든 집회 장소는 지역주민들을 위한 공간의 기능을 고려하였다. 또한 클러스터 된 건물들은 생물 서식지를 보호하도록 개발 영역을 최소화하였으며 기존의 조경을 유지하거나 보완하도록 설계되었다. 강우 유출수 처리를 위한 생태유지 (Bio-retention)영역은 평상시 야외교실과 무대로 쓰인다.
아트리움의상부는 톱라이트를 설치하고 유리블럭설치 및 계단실의커튼월처리 등 태양광을 적극 이용하고 있다. 또한 환경을고려한 환경 교육의 일환으로서 교사 옥상에 풍력발전기와 병설하여 태양광 패널을 설치하였다. 이 태양열은 화장실과 급탕, 바닥 난방, 수영장, 샤워실에 이용되며 교내급탕의 약 60%를 담당하고 있다.
연돌효과를 이용한수직 환기덕트는 수동식창문 개폐로 신선한 공기를 끌어들이고 펜트하우스를 통해 공기를 배출시킨다. 또한 효율적인 기계 시스템으로 지열히트펌프, 외부 기후조건에 따른 냉방 시스템의 조절 등의 빌딩 자동화 시스템, 대용량저속 환기팬 및 열회수 환기시스템도 사용되었다.
에너지 절감을 위해 대체에너지인 지열을 이용한 냉난방 시스템, 태양열 급탕 시스템 및 태양광 전자 감응식 자동 소변기 등이 사용되었다. 또한 열관류율이 낮은 외벽과 외단열 공법, 기밀 창호 설치를 통해 에너지를 절약하였다.
또한실내에는 광선반이, 실외와 지붕에는 차양이 설치되어 일조조정 및 빛의 현휘 현상을 감소시킬 수 있도록 계획되었고 연돌효과를 이용한 환기탑을 설치하여 기계설비의도움 없이 자연환기가 가능하게 하였다. 건물 시스템은 에너지 의존도를 줄이기 위하여 외벽 및 지붕에 고단열의고성능 외피를 적용하였다.
단층건물이기에 무장애 공간으로 계획되었고, 교실은 천정고가 높다. 산기슭에 있던 기존의 습지를 살린 비오톱을 조성하고 대지를 횡단하던 물줄기를 돌려서 진입부에 시냇물을 만들어 대지 내에 자연환경을 조성하였다.
연구의 방법은 먼저 학교시설 친환경건축물인증제도 및 에코 스쿨의 이론적 고찰을 통하여 친환경 학교시설을 유도하기 위한 국내외 정책적 장치의 평가기준을 고찰하고, 친환경 학교시설의 평가기준에 의하여 친환경 학교시설의 사례를 분석, 그 적용실태를 관련제도의 평가항목별로 파악하여 친환경적 계획수법을 정리한다.
우수를 재이용하는 시스템으로는 교사지붕 l, 90(W에 내린 우수를 집수하여 지하의 저장소(233)에 모은 후 화장실 세정수와 교정의 산수용수로 이용한다. 만남의 갤러리, 도서 미디어코너 등 내장재에는 목재를 적극적으로 이용하였다.
우수부하를 저감하기 위하여 투수율이 높은 친환경 포장을 35%이상 적용하였고 절수형 수도전, 우수 집수시설을 설치하여 수자원을 절약하였다.
학교 주출입구에서 버스정류장 및 지하철역 같은 대중교통시설이 도보거리 안에 있고 약 250대를 수용할 수 있는 자전거 보관소를 설치하여 교통 부하를 줄였다. 운동장 먼지발생 억제 대책으로는 마사토 위에 먼지 억제제를 살포하여 학교주변에서 쾌적한 공기를 확보할 수 있도록 하였다. 협소한 대지에 일정 인원 이상을 수용하기 위해 건물의 높이가 학교 건물로는 다소 높은 지상 8층 규모로 계획되었고 각 층마다 하늘정원이나 쉼터를 제공하고 옥상녹화를 하였다.
쾌적한 실내 공기를 위해 C(成 감지센서를 이용한 환기제어 및 신선한 공기를 바닥에서 공급하는 바닥 급기 시스템을 통해 각 교실에 신선한 공기를 제공하여 환기 효율을 90%이상 증진시키고 습도 및 CO2레벨을 조절하였다. 실내공기오염을 줄이기 위해 친환경인증을 받은 카펫과 비 솔반트(non-solvent- based) 접착제, 유기화합물 함유율이 낮거나 없는 도료를 사용했다.
쾌적한 실내 환경을 제공하기 위하여 유해물질 저 함유자재를 사용하고 과학실험실내 급배기 환기장치를 설치하였으며 실내허용소음을 35dB이하로 하였다. 이밖에 과학센터 내부의 2개층, 교과동 중앙에 전시 공간과 연계된 3 개층 오픈의 실내녹지 등이 학생들의 휴게 및 커뮤니티장소로 쓰인다.
쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 유해물질 저함유 자재인 환경마크 표시자재를 사용하였고 연소가스와 소음이발생하지 않는 전기식(EHP) 개별 냉난방 방식을 적용하였다. 내부의 포켓코너에는 휴게 공간 및 식재 공간을 적용하여 어메니티 공간을 확보하였다.
쾌적한 실내온열환경을 조성하는 동시에 에너지 절감을 위해연소가스와 소음이 발생하지 않고 각 실에서 자동온도 제어가 가능한 교실별 EHP를 적용하였다. 교실의 적절한음환경 확보를 위하여는 일반 교실 내 소음도를 40dB이하로 하였으며 내장재는 유해물질 저 함유재를 사용하여 실내의 공기환경을 개선하였고, 식재 공간을 조성하였다.
있게 평가되는 부문이다. 태양열, 태양광, 바람, 지열등의 자연에너지를 활용하는 수법으로 체적대비 표면적을크게 하거나 건물을 동서 방향으로 길게 배치하여 자연채광 및 환기가 유리하게 하는 수법(5사례), 평면이 깊을 경우 중정이나 아트리움 등을 두어 자연광을 유도하고 자연환기를 하는 방법(5사례), 톱라이트, 고즉창 등을 설치하여실내 깊은 곳까지 자연광을 유인하는 방법(9사례), 차양장치의 설치로 직사광을 차단하여 현휘 현상을 감소시킴과 동시에 자연광을 효과적으로 도입하는 방법(7사례)이많이 적용된다. 이는 자연채광, 자연환기를 통한 조명부하, 냉난방부하를 절감하는 수법이라 할 수 있다.
특히 건물 파사드에 설치된 광선반은 복도로 직사광선이 들어오는 것을 막는 동시에 자연광을 내부 깊숙이 유입하는 역할을 한다. 특히 자연환기를 최대한 가능하게 하기 위하여 환기탑, 환기팬을 사용하여 기계식 냉방에 대한 의존도를 줄였다. 태양광 집열판은 건물 전체 전기 수요의 약 5%를 제공하며 태양열 패널을 이용하여 급탕을 한다.
운동장 먼지발생 억제 대책으로는 마사토 위에 먼지 억제제를 살포하여 학교주변에서 쾌적한 공기를 확보할 수 있도록 하였다. 협소한 대지에 일정 인원 이상을 수용하기 위해 건물의 높이가 학교 건물로는 다소 높은 지상 8층 규모로 계획되었고 각 층마다 하늘정원이나 쉼터를 제공하고 옥상녹화를 하였다. 학교 운동장에는 생물 서식이 가능한 수생 비오톱 및 생태학습원을 조성하여 학생들이 생태계에 자연스럽게 접근할 수 있도록 하였다.
대상 데이터
건축 재료는 비유해성 실내마감재료, 약20%의 재활용재, 유지 관리가 용이한 인근 지역에서 생산된 재료를 사용하였고 건설폐기물의 약 75%는 재활용이 가능하게 하였다" 또한 각 교실간의 소음전달을 줄이는 데 유효한 재료의 밀도와 디테일을 사용하였고 소음레벨을 줄이기 위한 흡음재료를 사용하였다. 우수는 건물의 지붕에서 여과되고 수집되어 물탱크에 보존되며 회장실 배수나 조경의관개용수로 사용되고 저수압 및 자동 수도전은 식수를 절약한다.
건축 재료로는 재활용재률 70%이상(폐목재 30%) 사용하였고 유효자원 재활용을 위한 친환경 인증제품을 사용하였다. 우수부하를 저감하기 위하여 투수율이 높은 친환경 포장을 35%이상 적용하였고 절수형 수도전, 우수 집수시설을 설치하여 수자원을 절약하였다.
건축자재의 재사용 및 교체는 ICA방법(life-cycle assess- ment)를 이용하여 결정하였는데 건물의 외피는 100년 된 와인 배럴에 쓰인 나무, 바닥 및 데크는 발티모어 항구의 말뚝을 재활용하였으며, 조경에 사용되는 석재도 재생된 재료를 사용하였고 내장재는 폐목재를 이용하는 등 재활용, 재생이 쉬운 재료, 화학 물질의 배출이 적은 재료를 사용하였다. 옥상녹화와 습지는 우수유출을 줄이고 침투된 빗물의 품질을 향상시키는 동시에 습지는 폐수처리를 원활히 하고 화장실 및 냉각 타워의 물로 재사용 되며 물 절약을 위해 자동수도전이 설치되었다.
작동시켜 신선한 공기가 유입되도록 한다. 또한 실내공기 오염을 감소시키기 위하여 유기화합물 함유율이 낮거나 없는 도료를 사용하였다.
재생이 빠른 대나무 바닥, 코르크벽, 유기화합물 함유율이 낮은 카펫 및 도료와 재활용률이 높은 건축자재를 사용하였다. 빗물은 재사용을 위해 물탱크에 저장되고 회장실에는 이 중 물 내림 변기, 무수소변기를 이용하였다.
실내공기오염을 줄이기 위해 친환경인증을 받은 카펫과 비 솔반트(non-solvent- based) 접착제, 유기화합물 함유율이 낮거나 없는 도료를 사용했다.
실내풀장은 투명 지붕재를 사용하여 태양복사열을 이용한 온실효과에 의해 봄, 여름, 가을에는 난방을 하지않고도 사용가능하게 하였다. 옥상의 우수는 지하의 저장소에 모아서 여과처리 후 교정의 산수용수로 사용하며 내장재는 목재를 적극 활용하였다.
일본의 대표적인 환경 친화 학교 중 하나인 무사시노시립 센가와 초등학교는 면적 6, 653m2, 교사 18명, 학생 320명 규모의 학교로 2001년 이타바시구가 지원하는 친환경 학교로 선정되었다. 동측으로는 대지 내에 기존의 수목을 유지하는 도로변 보도를 정비하고 서측의 센가와 하천과 연속적 경관을 조성하였다.
또한 건물내외부에 재생 목재가 광범위하게 사용되었고 철거 및 건설 폐기물의 90%이상이 재활용되었다. 재생이 빠른 대나무 바닥, 코르크벽, 유기화합물 함유율이 낮은 카펫 및 도료와 재활용률이 높은 건축자재를 사용하였다. 빗물은 재사용을 위해 물탱크에 저장되고 회장실에는 이 중 물 내림 변기, 무수소변기를 이용하였다.
쾌적한 실내 환경을 위하여 CO2와 재실감지 센서가 창문 아래와 상층에 위치한 루버를 자동으로 조정하여 환기를 제어한다.
이론/모형
약 70%의 건축자재는 인근지역에서 생산되었고 약 75%의 건축폐기물은 재활용이가능하도록 분리되었다. 건물의 외피는 방음, 화재 및 강풍에 강하고 유연한 디자인이 가능하며 단열성이 좋아 냉난방 에너지비용을 감소시킬 수 있는 ICF(Insulated Concrete Fomi) 공법이 이용되었다. 이 학교는 일반 학교보다 30% 이상의 상수 사용량 절감을 하는데 이는 무수소변기, 저수압 수도 및 샤워꼭지, 자동 수도전 설비에 의한 것이다.
성능/효과
천창과 고측창의 설치, 동서 방향으로 연속 배치된 중정과 교실은 자연채광과 자연 환기를 원활하게 한다. 또한 32kw의 태양광 발전 대체에너지 이용은 이산화탄소의 방출을 줄였고 열회수 환기시스템을 이용하여 에너지 부하를 저감하였다.
재료는 슬래그 혼합율이 높은 콘크리트를 사용하여 일반 콘크리트 보다 이산화탄소 발생량을 줄였다. 또한 건물내외부에 재생 목재가 광범위하게 사용되었고 철거 및 건설 폐기물의 90%이상이 재활용되었다.
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