설계 및 건설에서 저탄소 개발이란 무엇인가?
저탄소 개발은 더 나은 미래를 세우기 위한 발전적이고 에너지 효율적이며, 환경 친화적인 관행으로 구성된 설계 및 건설에 대한 전체론적 접근 방식이다. 브룬틀란트 위원회(Brundtland Commission, PDF 16페이지)에 따르면 대략 “미래 세대가 필요를 충족할 수 있는 능력을 손상시키지 않으면서 현재의 필요를 충족시키는” 개발로 정의된다. 1980년대 중반의 글로벌 회담이었던 브룬틀란트 위원회가 그 핵심을 처음으로 정의했던 재생 가능한 비전에 대한 개념으로, 이제 전 세계 업계의 리더들이 원칙적으로 수용하고 있다.
기술 발전과 기후 변화가 지속가능한 솔루션이 시급하다는 것을 강력히 나타내면서, 저탄소 개발은 미래가 아니라 현재 벌어지고 있는 이슈라는 것을 알 수 있다. 프로젝트 설계 및 구축 방식을 근본적으로 변경하지 않고는 건축, 엔지니어링, 건설(AEC, architecture, engineering, and construction) 산업에서 전반적인 지속가능성을 달성할 수 있는 방법은 없다. 건물은 전 세계 연간 탄소 배출량의 38%(PDF 10페이지)를 차지하는데, 난방, 냉방 및 전력 운영에서 28%, 자재 및 건설에서 10%가 발생한다. 이러한 수치를 줄이는 것은 예상되는 도시화의 물결로 인해 더욱 어려워질 것이다.
저탄소 개발, 왜 중요한가?
지금부터 2060년까지 건설 부지 면적은 두 배로 늘어날 것으로 예상되며, 이는 향후 40년 동안 매달 뉴욕시를 하나씩 추가하는 것과 같다. 신규 및 기존 건물의 탈탄소화에 대해 즉각적인 조치를 취해야 한다. 이를 염두에 두고 2030년을 목표로 하는 유엔의 17가지 지속가능 발전 목표(Sustainable Development Goals) 중 두 가지는 건축 환경에 중점을 두고 있다. 바로 탄력있는 인프라 구축과 지속가능한 도시 및 공동체를 만드는 것이다.
앞으로 나아가는 것은 일련의 서로 맞물려있는 도전에 직면한다는 것을 의미한다. 건설 환경은 전력망과 함께 발전해야 하며 화석 연료 기반 인프라를 단계적으로 폐지하고 전기 운송 방안을 촉진해야 한다. 부실한 조정과 구식 사고방식이 이러한 변화를 저해했지만, 성공하기 위한 기술과 창의성이 존재한다.
이러한 변화는 기꺼이 다른 접근 방식을 채택하고자 하는 사람들에게 엄청난 기회를 제공한다. 저탄소 개발도 현명한 자금 이동이 될 수 있는데, 국제금융공사(ICF)는 환경 친화적인 건물의 가치가 2030년까지 24조 7천억 달러에 이를 것이라 예상한다.
저탄소 개발 전략 요소
저탄소 개발은 환경 개선에 초점을 맞추고 종종 탈탄소화, 탄력성, 순환성 및 형평성을 채택하는 전체론적 비전과 과정이다. 제대로 수행하려면 건축, 엔지니어링 및 건설 전반에 걸친 조정이 필요하며, 모든 팀이 시작 단계부터 디지털 자산을 공유해 자체 작업과 완제품에서 낭비를 없애야 한다.
이 과정의 초기 그림은 데이터가 풍부하지 않을 수 있으며 저해상도 이미지처럼 명확하지 않을 수도 있다. 그러나 그런 거칠고 흐린 단계라 해도, 더 많은 측면에 초점이 맞춰질 수 있도록 비전을 갖는 것이 중요하다. 모든 프로젝트에 대한 공유된 비전과 디지털 툴은 내재 에너지(embodied energy) 및 프로젝트가 종결되었을 때의 영향을 포함한 건물 수명의 모든 단계를 고려해야 한다. 이 정보를 통해 팀은 올바른 지속가능한 자재 및 건설 관행으로 포괄적인 청사진에 전념할 수 있다.
신중한 부지 선정
무언가를 건설하기 전에, 프로젝트를 위한 적절한 부지 선정은 배출량을 줄이는 데 있어 상당히 유리한 시작이 될 수 있다. 친환경 설계의 경우 위치에 대한 부동산 공리는 두 배가 된다.
로스알라모스 국립연구소(Los Alamos National Laboratory)의 지속가능한 설계 가이드(Sustainable Design Guide)에 따르면 적절한 부지 선정 방법은 다음과 같다.
- 현장의 지형, 일광, 그늘, 바람을 활용해 에너지 보존 촉진
- 기존 초목 보존
- 건물을 주변 경관에 건축적으로 융합
좋은 위치를 선택하면 방해요소를 최소화하는 데 도움이 된다. 기존 구조를 개조하거나 브라운필드 부지를 재사용해 환경 발자국을 줄이고, 하천 유역 및 야생 동물 통행로를 방해하지 않으면서, 토종 식물로 조경을 하는 것을 고려해야한다. 이러한 조치는 탄소 배출량과 관련해 부지의 가치를 극대화한다. 도심의 편의 시설 및 대중 교통 근처 도보 가능한 위치를 선택하는 것도 교통으로 인한 배출을 줄일 수 있다.
오토데스크 Insight(인사이트)와 같은 도구는 건축가가 프로젝트의 최전선에서 에너지 효율성과 환경 최적화를 고려해 설계하는 데 도움이 된다. 설계 초기 단계에서 사용되는 인공 지능 기반 툴인 오토데스크 Spacemaker(스페이스메이커)는 실시간 데이터 기반으로 바람 및 일광 분석과 피드백을 사용해 부동산 전문가가 건물 위치와 방향의 영향에 대해 고려할 수 있도록 지원한다.
이 계획은 풍력 발전소 및 태양열 설비와 같은 재생 에너지 기반 시설에서 특히 중요하다. 청정 에너지 발전은 향후 5년 동안 투자가 두 배로 증가할 것으로 예상되며, 특히 야생 동물 서식지에 대한 잠재적인 생태 피해를 피할 수 있는 현명한 계획이 필요하다.
창의적인 비전과 구획을 자재 선택과 결합하는 것이 중요하다. 저탄소 개발 계획은 생산 공정 방식에 크게 좌우된다.
건물 소유주는 환경에 대한 영향을 줄이는 동시에 전반적인 포트폴리오 성과를 높이기 위해 건물 자산 포트폴리오를 가장 잘 사용할 방법을 재고하고 있다. 소유주는 기존 자산 포트폴리오를 혁신하고 용도를 변경함으로써, 변화하는 임차인의 요구에 더 빠르게 적응하고, 부동산 시장이 변화함에 따라 심지어 새로운 시장으로 확장할 수도 있다.
창의적인 비전과 구획을 자재 선택과 결합하는 것이 중요하다. 저탄소 개발 계획은 주로 생산 공정 방법에 따라 달라진다. 예를 들어, 이동 및 운송 비용을 없앨 수 있는 현지 공급망을 활용하면 내재 탄소를 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 탄소 경량화 건설 단계는 올바른 조달과 절차 운영에 달려 있다.
조달을 줄이거나 갱신해야 한다. 다른 모든 방법이 실패하면 제조와 운송, 자재 사용에 수반되는 탄소를 상쇄해야 한다. 예를 들어, 어떤 경우에는 매스 팀버 건설(mass-timber construction)이 건물 구조에 탄소를 저장해 건물의 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 또 다른 예로는, 사용 중인 강철이 저탄소 공급망에서 왔고 재활용 가능성이 높은지를 확인하는 등 조기에 지침을 제공하면 건물의 수명이 다할 때까지 효과를 볼 수 있다. 건축가와 엔지니어는 제안서에 저탄소 건축 자재를 지정하고 물, 에너지, 독성 화학 물질 및 세제가 덜 필요한 자재를 명시해야 한다. 이 접근 방식은 또한 시간이 지남에 따라 유지 관리 비용을 줄인다.
저탄소 건설 자재
하나의 건물에서 내재 탄소의 80%는 구조적 자재에서 나오기 때문에 지속가능한 개발은 저탄소 방안에 기반을 두어야 한다. 저탄소 건설 자재 선택사항에는 재생 목재 및 재활용 강철 함량과 같은 용도가 변경된 자재도 포함될 수 있다. (건설업은 사용하지 않은 자재를 버리는 것으로 악명이 높다.) 전통적인 콘크리트만으로도 매년 세계 CO2의 거의 8%가 생산된다. 다음 사항들을 포함하는 신생 재료들은 보다 친환경적인 대안이 될 수 있다.
- 회수된 건축 자재로 만든 벽돌
- 재활용 콘크리트
- 탄소 영향을 줄이는 콘크리트 믹스
매끄러운 라인, 노출된 천장 및 연마된 콘크리트 바닥 등, 설계에서 새로운 기술과 미니멀리스트 접근 방식을 활용하면 사용되는 자재의 총량도 줄일 수 있다.
BIM(빌딩 정보 모델링, Building Information Modeling) 소프트웨어와 함께 연동되는 EC3라고도 하는 내재 탄소 측정기(Embodied Carbon Calculator)는 건물 설계가 상세화 되면 기본 단계에서 자재를 매핑해 작동한다. 프로젝트를 위해 제작, 운송 및 조립된 모든 자재의 예상 온실 가스 배출량과 재료의 유지 보수 및 수명이 다했을 때의 비용, 내재 탄소와 같은 중요한 측정항목에 대한 빠른 이해를 제공할 수 있다.
자재 조립에 유의
알맞은 자재가 마련되면 동일한 주의를 기울여 조립해야 한다. 작업 현장에서의 보다 나은 BIM 관리와 디지털 협업을 통해, 비용, 에너지, 소요 시간 및 자재를 절약할 수 있다. 린 건설과 같은 보다 효율적인 방법을 수용하면 더 나은 프로젝트 관리를 통해 폐기물을 제거하고 내재된 탄소를 줄일 수 있다. 린 건설 협회(Lean Construction Institute)에 따르면 건설 프로젝트의 70%가 지연되거나 예산을 초과한다.
프리패브, 모듈러 및 산업화 건설은 또한 프로젝트 일정을 단축하고, 건설을 체계화하며, 프로젝트 수명 주기 동안 낭비를 줄일 수 있다. 예를 들어, 네덜란드 펜로(Venlo)의 시청은 실제로 분해돼 다른 곳에서 완전히 다른 구조로 재조립될 수 있다. 밤코어(BamCore)는 하이브리드 대나무 패널을 설계 및 제조하기 위해 맞춤형 시스템을 고안해 주거 및 저층 상업용 구조물에 더 많은 재생 가능한 자재를 제공한다. 마지막으로, 성장하는 차세대 순수 전기 중장비 및 트럭은 재생 가능한 동력 건설 현장을 위한 길을 구축했다.
저탄소 건물 운영 및 유지보수
스마트하고 지속가능한 건물은 건설 작업자들이 작업 현장에서 철수할 때 완성되는 것이 아니다. 건물 운영 및 유지 관리는 에너지 비용과 궁극적으로는 공해를 줄이는 방법을 제공하는 평생의 일이다. UN 연구원들은 건물 운영으로 인한 배출량이 2019년에 정점에 이르렀음을 발견했다. 더 나은 건설과 보다 스마트한 운영 기술이 새로운 표준이 되고 있다. 파리 협정의 목표를 달성하기 위해서는 건물 운영에서 배출되는 배출량을 신속히 줄여야 한다.
건물 소유주는 건물 운영을 위한 기술과 데이터를 활용해 난방, 냉방 및 공조 시스템의 효율성을 극대화할 수 있다. 여기에 정교한 센서와 디지털 트윈을 사용할 수 있다. 디지털 트윈은 물리적 모델의 성능을 모니터하고, 유지 관리 및 최적화할 수 있는 인공지능과 머신 러닝으로 구동되는, 지속적으로 업데이트되는 건물의 디지털 시뮬레이션 모델이다. 이러한 기술 발전은 또한 센서와 실시간 모니터링이 특정 기준점을 넘어 흔들리기 시작하는 때를 감지하고 분열이 발생하기 전에 에너지, 시간 및 비용 절약 방안을 구현해 자산 성능을 가능한한 최고 수준의 효율성에 가깝게 유지하는 예측 유지 관리를 가져다준다.
건물 해체 및 폐건물 재사용
곧 철거되거나 해체될 건물도 스마트하고 전체론적인 개발자에게는 지속가능한 가치가 있다. 부지를 매각하거나 철거하는 20세기의 패러다임은 인양 회사가 무너진 건물을 부품용으로 해체하는 방식과 함께 어느 정도 효과가 있다. 그러나 디지털 솔루션은 더 나은 재활용 및 재생 방안과 보다 사려 깊은 접근 방식을 제공한다.
오토데스크 Tandem(탠덤), 재료 여권(프로젝트에 사용된 모든 재료의 데이터베이스)과 같은 프로그램을 통해 디지털 트윈을 활용하면 오래된 건물이 자재 은행이 될 수 있다. 이러한 방식으로 설치된 때부터 추적한 사용했던 강철 기둥이나 벽돌을 구조하고 다른 건물의 정면으로 재 탄생시킬 수 있다. 건물을 분해하기 전에 건물에 무엇이 있는지 알수록 해당 자재를 재사용하는 것이 더 쉽고 저렴하다. 해체에 대한 로드맵이 없으면 오래된 건물의 대부분이 매립지로 직행한다.
설계-데이터 여정이 디지털 트윈에서 절정에 달할 때, 건축가와 설계자는 건물의 전용(adaptive reuse)을 추구할 수 있는 유리한 위치에 있게 된다. 제너레이티브 디자인(generative design)을 사용해, 건축가는 이용 가능한 공간을 가장 잘 활용할 수 있는 구획을 재고 및 재설계하는 데 기술을 이용할 수 있다. 재료 여권 접근 방식은 또한 폐건물의 창의적인 설계를 장려할 수 있다. 건축가, 엔지니어 및 건설자는 유적지나 유산을 더 잘 이해함으로써 기존 구조물의 핵심을 재사용하거나 재활용 재료를 새 프로젝트 설계의 중심으로 만들 수 있다. 시드니의 새로운 키 쿼터 타워(Quay Quarter Tower)는 오래된 70년대 건물의 68%를 재사용해, 시드니에서 멜버른까지 비행 10,000회에 해당하는 내재 에너지를 절약했다.
저탄소 개발 전략 채택 이점
지구를 구하는 것은 특히 저탄소 개발 전략과 관련해 비용도 절약하는 것으로 나타났다. 저탄소 개발 전략은 건설의 여러 단계를 가속화하는 경향이 있어 프로젝트 비용을 극적으로 낮출 수 있다. 에너지 효율이 높은 건물은 프로젝트 수명 기간 동안 에너지 비용을 크게 절약한다. 쓰리 퍼센트 클럽(Three Percent Club)에 따르면, 탈탄소화, 전기화, 효율성 및 디지털화를 통해 에너지 효율성에 초점을 맞추면 지출 1달러당 3달러를 회수하는 것이 된다. 전 세계 많은 대학 및 사무실 건물은 지속가능한 고급 설계로 수백만 달러를 절약했다. 스탠포드 대학교는 과감한 전체 건물 개조를 통해 연간 평균 24%를 절약할 수 있음을 발견했다.
지속가능한 건물이 실제로 근로자의 업무 수행에도 도움이 된다는 포괄적인 연구도 있다. 바이오필릭(biophilic) 및 바이오미메틱(biomimetic) 설계는 건축가가 자연을 외부에서 내부로 가져가 건물 사용자에게 약간의 활력을 더해주는 방법의 예다. 더 나은 재료를 사용하고, 공기 흐름과 일광을 늘리고, 화석 연료와 유해 화학 물질을 제거하는 것은 모두 사무실 건물 소유주에게 놀라운 설득력 있는 논의를 제공한다. 에너지 비용은 줄이고 생산성은 높일 수 있는 점이다. 미국 그린빌딩 위원회(U.S. Green Building Council)는 직원들이 지속가능한 사무실 건물에서 “더 행복하고 건강하며 생산적”이라는 사실을 발견했다.
결국 건물은 자산이다. 더 낮은 비용과 더 높은 입주자 만족도가 건물을 더욱 매력적으로 만들지만, ESG 투자(지속가능한 건설 및 운영 계획을 요구하는 환경, 사회 및 기업 지배구조에 초점을 맞춘 투자자)의 급격한 증가는 보다 친환경적인 프로젝트가 자본 투자를 끌어온다는 것을 의미한다. 지속가능성은 금융 시스템에서 표준이 돼 신중한 부지 계획, 내재 탄소 및 적극적인 기후 벤치마크로 이어진다. 말 그대로, 지속가능한 요건들을 요구하는 수조 달러의 자본이 사용돼 AEC 생태계의 지속가능성 실천에 대한 논의를 재정 및 환경적 의무로 전환한다.
저탄소 건물 설계 모습은?
실제로 저탄소 건물은 더 많은 가치를 지닌 첨단 건축물을 만들어 냈다. 에너지 효율성의 제약이나 오래된 건물 재사용은 실질적으로 건축가와 설계자에게 창조적 영감을 제공해 더욱 눈길을 끄는 결과로 이끈다.
건축 사무소 우이아웃(OuyOut)은 프랑스 에페르니에 회계 협회 CDER을 위한 새로운 공간을 설계하면서 오래된 흉한 건물을 철거하는 대신 개조하고, 정면을 재작업하는 것에 대해 조언했다. 구불구불한 곡선과 퍼걸러와 같은 식물을 이용한 이중 두께의 정면이 인상적인 외관은 프랑스 샹파뉴 지역 중심부에 어울리는 미학이다. 또한 에너지 비용을 절감하는 더 두껍고 단열성이 높은 외관이 됐다.
마이애미에서 최근 완성된 고급 주거 프로젝트인 그로브 센트럴(Grove Central)은 지속가능한 건축 자재와 옥상 태양 전지판을 자랑한다. 아마도 가장 지속적인 환경적 영향은 단지의 부지 및 대중 교통 연결일 것이다. 경전철 정류장 근처에 위치한 그로브 센트럴은 자동차 없는 복합 운송 수단을 용이하게 한다. 또한 도보 거리의 부지 내 상점과 소셜 허브와 같은 편의 시설을 갖추고 있어 통근 및 쇼핑에서 발생하는 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 된다. 우이아웃의 설계와 마찬가지로 이 지속가능한 주거 프로젝트는 라이프스타일을 희생시키지 않는다. 창의적이고 책임감 있는 설계는 분명 기존 디자인보다 더 많은 미적 가치와 사용자 편의를 더한다.
태국의 매그놀리아 퀄리티 디벨롭먼트사(Magnolia Quality Development Corporation)는 위즈덤101(WHIZDOM 101)을 설계할 때 더 큰 규모의 유사한 아이디어를 채택했다. 17에이커(약 68,796제곱미터)의 캠퍼스와 지속가능한 스마트 시티는 일, 삶, 놀이의 통합된 비전이다. 고급 주거 편의 시설로는 조깅 트랙, 자전거 트랙, 도서관 및 풍부한 녹지 공간이 있다. 필요한 건축 자재의 양을 줄이기 위해 디지털 설계로 생성된 개발로, 열을 줄이기 위해 실외 미세기후를 계획하고, 실시간 에너지 소비를 모니터링 및 감소시키기 위해 스마트 시스템 제어를 사용했다. 전반적으로 이 프로젝트는 에너지 사용을 30%, 그리고 물 사용을 40%까지 줄였다.
미국 애틀랜타에 있는 혁신적이고 지속가능한 설계의 켄데다 빌딩(Kendeda Building)은 리빙 빌딩 챌린지(Living Building Challenge)의 전체 인증을 목표로 하며 현재 미국 남동부에서 가장 혁신적이고 지속가능한 건물 중 하나로 인정받고 있다. 조지아 공과대학에 위치한 켄데다 빌딩은 매스 팀버를 사용해 지은 37,000제곱피트(약 3,437제곱미터)의 교육 공간이다. 녹색 지붕, 빗물 수집 및 재사용을 위한 물탱크, 태양 전지판 캐노피 등을 비롯한 지속가능한 기능들을 갖추고 있다. 건물 자체가 재생 가능하고, 환경에서 얻는 것보다 더 많은 것을 환경에 되돌려준다.
저탄소 개발의 미래는?
저탄소 개발을 위한 길은 순환적이다. 액센츄어(Accentur)는 순환 경제를 연구해, 일상적으로 버려지고 낭비되는 것을 재사용하는 방향으로 전환하면 전 세계적으로 4조 5천억 달러를 절약할 수 있다고 추정했다. 탄소 배출량을 줄이는 더 나은 정보에 입각한 재사용 및 재활용 작업은 개발자가 건축 환경에서 자재를 재사용하는 창의적이고 비용 절감적인 방법을 찾는 데 도움이 될 것이다. 도시들은 전 세계 쓰레기의 50%를 생산하는데 (엘렌 맥아서 재단(Ellen MacArthur Foundation) 기준), 보다 진화되고 자연에서 영감을 받은 디자인 운동의 시험장이 될 수 있다.
미래는 2020년에 화이트 리캡처(White ReCapture) 공정법을 도입한 스웨덴 회사 화이트 아키텍처(White Arkitekter)와 비슷할 것이다. 이 공정법은 기존 구조를 레이저 스캔해, 모든 항목의 가치와 재사용법을 결정하는데 오토데스크 BIM 360, Revit(레빗) 및 ReCap(리캡)을 이용한다. 이 회사는 최근 이 공정법을 사용해 새로운 시립 건물의 가구 비용에서만 100만 달러를 절약했다.
지속가능한 건설을 향한 길의 모든 단계는 데이터와 기술을 사용해 건축가, 엔지니어 및 건설자를 연결할 뿐만 아니라, 자재의 흐름, 제조법 및 조립법, 그리고 궁극적으로는 회수와 재활용까지 관리한다. 재사용이 더욱 쉽고 저렴해지고 현상 유지가 가능해짐에 따라 오래된 건물의 벽돌과 기둥이 더 가치 있는 자산이 된다. 새로운 스카이라인과 도시화가 전 세계적으로 계속해서 증가함에 따라, 지속가능한 저탄소 개발은 시간의 시험을 진정으로 견딜 수 있도록 보장할 것이다.f