[우지환 연재(3)] 이산화탄소 주범 ‘아파트’

건설단계 공종별 이산화탄소 발생
김한결 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2020-10-13 12:01:41
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지속가능한 개발은 2015년 UN이 거시적 차원에서 내세운 용어로 하나뿐인 지구를 보호해야 한다는 새로운 어젠더라 할 수 있다. 지속가능한 개발의 정의는 미래 세대의 필요를 충족할 능력에 손상을 주지 않으면서 필요를 충족시키는 개발을 의미한다. 다시 말해, 실제 자원의 지속가능만이 아니라 자연자원을 포함한 생태계 전체가 지속가능할 것을 요구하고 있다. 자연자원의 소모뿐 아니라 환경오염으로 인한 생태계의 파괴도 충분히 제어되어야 한다는 포괄적 의미다. 이런 지속가능한 개발의 일환에 기초한 건축적 기술의 필요를 느껴 지난 호에 이어 이번 호에서는 우리 삶의 보금자리인 아파트가 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 산실이라는 사실과 이를 제어할 구체적인 기술적 대안을 제시하고자 한다. <글쓴이 주>

환경오염을 이끈 삶의 보금자리
통계청 국가통계포털(KOSIS, Korean Statistical Information Service)의 주요 통계자료에 의하면 2019년을 기준으로 우리나라 국민이 거처하는 종류 중 아파트가 차지하고 있는 비율은 전체 거주거처 대비 60.22%에 달하는 것으로 조사되었다. 아파트가 수도권을 중심으로 부동산 광풍의 시작이라고 불릴 정도였던 지난 2017년 대비 23.41%가량 증가한 것으로 단독주택이나 연립주택 등에서 아파트로 이사를 했다는 것이며 이는 연간 1.95%에 달하는 수준이다.
이렇듯 우리가 주요 거처로 삼게 된 아파트는 인간의 삶에서 편리함을 추구하고자 하는 인간 본능의 마음에서 비롯된 것임을 알 수 있다. 더욱이 아파트는 실제 우리의 생활에 있어서 지난 과거 힘겹게 살아왔던 주거환경을 개선하고 이를 통한 삶의 질 향상에 그 역할을 톡톡히 한 것임에는 두말할 나위가 없다. 하지만 아파트가 주거환경을 개선하고 삶의 질을 높여주어 편리한 생활을 영위할 수 있게 해준 반면, 우리가 현실에서 실감하고 있는 바와 같이 빠른 속도로 엄습해오고 있는 지구온난화의 주범이라는 것은 의아한 일일 것이다.
자 그렇다면, 어째서 아파트가 지구온난화의 주범인가에 대해 알아보자. 우리의 주요 거주공간인 아파트는 다음과 같은 전 생애주기가 있다. 건축설계 단계를 시작으로 건설단계, 운용 및 유지관리 단계, 해체 및 폐기 단계에 이르는 각 단계별 과정의 주기를 가지고 있으며 아파트는 이 과정을 통해 탄생과 소멸을 반복하게 된다. 이러한 생애주기를 반복하는 모든 과정에서 발생하는 환경부하의 오염은 우리에게 미치는 영향이 실로 지대하다.

아파트의 전생애주기를 통한 평가시스템 소개

아파트의 전 생애주기를 통해 경제성을 고려한 공동주택 친환경 최적설계 평가시스템이 있어 이를 소개하고자 한다. 아파트의 전생애주기 평가는 설계단계에서부터 충분히 다루어져야 한다. 설계단계의 지속가능한 이산화탄소 저감은 데이터베이스 구축에 있으며 환경부하를 고려한 건축설계의 도입으로부터 친환경 기술 전략의 구성과 친환경 재료의 선정 등 실제 공사에 투입되고 있는 자재를 대상으로 한 실질적인 DB구축을 필요로 한다. 또한 친환경부하 저감기술과 전생에 각 단계별 검토를 통해 개발된 요소기술들을 적용하는 것은 설계단계에서 필요한 사항이다.
건설과정의 각 단계별 공종의 환경부하와 그리고 투입되는 재료 중 부하의 가중치가 높은 대표자재를 선정해 환경부하 인자를 고려하게 된다. 건설단계의 공종별 이산화탄소 발생량의 경우 건축공사에서 약 85.3%가 배출되고, 설비공사의 경우 약 12.0%가 배출되며, 토목공사에서 약 2.7%가 배출되는 것으로 확인되었다.

 


건축공사에서 이산화탄소를 발생하는 주요 건설자재를 대상으로 분석하여 일반공동주택 및 초고층공동주택의 건설에 투입되는 자재 7개 항목(철근, 레미콘, 알루미늄제품, 합판, 콘크리트제품, 산업용 플라스틱제품, 도료)을 대표자재로 선정하고 선정된 자재를 이산화탄소(CO₂) 배출의 주요 환경부하 인자로 결정한다.




주요 대표자재 고강도 콘크리트 대체
지구상에 초고층 건축물이 만들어지게 된 대표적 주요인자는 콘크리트와 엘리베이터라 할 수 있다. 특히 고강도 콘크리트는 일반 콘크리트에 비해 고층화에 따른 친환경 요소기술로서 재료적 측면에서 기술적 가치가 월등하며 재료절감에 의한 경제성과 구조적 측면의 진동 등의 사용성 및 안정성 확보에 있어서 매우 유리하다. 이는 환경부하의 저감은 물론 안정성, 경제성, 실 전용면적의 확대 등 실수요자들의 다양한 욕구를 해결할 수 있는 최적의 대안으로 지속적으로 발전할 가능성이 존재하고 있다. 고강도 콘크리트에 대한 요소기술 적용의 궁극적인 목표는 에너지소비량 및 이산화탄소 배출량의 저감효과를 위한 것으로 건축물의 콘크리트 강도를 일정 강도 이상의 고강도 콘크리트로 대체하는 것이 주요 내용이다.

 

 


환경부하 평가 모델은 국내 대부분의 규모를 포함하는 일반 공동주택과 국가기준에 의한 초고층 건축물 규모의 초고층 공동주택을 선정하여 주요 환경부하 인자를 분석하고 대표자재를 선정한다. 또한 공동주택의 자동물량 산출이 가능한 시스템을 구축하고 대표자재를 통한 원단위 분석방식을 적용하여 수량의 산출과 전 생애주기 각 단계별 에너지 소비량의 도출과 함께 이산화탄소(CO₂) 발생량 산출이 가능한 데이터베이스를 구축하였다. 이와 같이 평가모델선정, 대표자재 자동 물량산출, 환경부하 원단위, 단계별 에너지소비량에 의한 CO₂발생량, 친환경 요소기술 적용, 단계별 DB구축 등 각 공정별 환경부하 인자들의 총유를 기초로 진화 알고리즘에 기반한 최적설계 평가프로그램을 개발하였다.


진화 알고리즘의 원리와 최적설계 프로그램 

▲ 진화 알고리즘의 프로세스 

염색체 진화과정을 모방한 알고리즘은 1960년대 Bienert, Rechenberg, Schwefel에 의해 제안된 것으로 실제 진화 매커니즘을 선택한 재결합이나 돌연변이 등을 매체로 한 묘사방법이다. 이 방법은 적합한 환경에 의해 수집된 개체 인자들의 해를 1차 도출한 후 이를 통해 2차 해석 과정에서 돌연변이 인자들까지 고려한 분석 결과를 상호 조합하여 최종 최적의 해를 도출해 내는 방법이다.
 
이러한 매커니즘의 묘사방법을 통한 알고리즘에 다분야 간 해석을 고려한 분산환경(Bistributed Environment)에서 다양한 설계 방법론 수행의 최적설계 도구인 PIAnO(Process Integration, Automation and Optimization) Tool을 접목하여 개발된 것이 최적설계 프로그램이다. 이 최적화 프로그램은 최적화 프로세스 다이아그램에 따라 아파트의 전생애주기(LCA)를 기준으로 친환경건축 요소기술을 접목하여 각 건설 단계별로 이산화탄소의 저감과 공사에 대한 초기 투자비율의 증감율 등에 대한 최적의 해를 도출할 수 있다.
 

▲ 최적설계 프로세스 다이아그램 

 

글. 우지환 ㈜엑스퍼트벤처 건축사무소 대표이사(사진)

법원행정처 전문심리위원 및 특수감정인

우정사업조달센터 공공건축가

한국감정원 공사비 검증 위원

세종특별시 건설기술심의 위원

 

* 본 칼럼은 환경미디어의 편집방향과 다를 수 있음을 알려드립니다.​  

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