[우지환 연재(4)] 지구온난화에 최적설계가 필요한 이유

아파트 생애주기 과정서 최적설계로 환경부하 줄여야
김한결 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2020-11-10 15:31:15
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우리는 ‘코로나19 사태를 훌쩍 뛰어넘을 공포가 오고 있다’는 연재기획을 통해 지금까지의 지구온난화가 단순한 우발적 기후변화에 기인한 것으로 인식해 해왔다. 그러나 그로 인한 영향은 상상을 넘어서는 심각한 현상이자 지금 우리가 살고 있는 아파트 또한 예외일 수 없다는 것도 알게 되었다. 그런 와중에도 모든 일들은 여전히 가속화하며 나타나는 자연현상은 우리가 지구상에서 온전히 살아갈 수 있을까에 대해 의구심을 갖게 한다. ‘호미로 막을 것을 가래로 막는다’는 속담이 있다. 적은 힘을 들여서 해결할 수 있는 기회를 놓쳐 큰 힘을 들이게 된다는 말이,‘적은 힘을 들이지 않아 큰 힘으로도 막을 수 없게 되었다’는 속담으로 바뀔 공산이 크다. 지금 이대로라면 지구가 2개 필요하거나 인구가 절반으로 줄어들거나 하는 한계에 봉착할 수 있음을 우리는 명심해야 한다. 그러므로 당장 시작할 일은 종이한 장, 음식 한 조각을 황금같이 여길 것이며, 사용하지 않는 멀티탭, 콘센트의 스위치를 끄거나 플러그를 당장 뽑는 일이다. <글쓴이 주>

최적설계란 어떤 의미인가
최적화(Optimization)는 ‘최고’란 의미의 라틴어 ‘Optimus’로부터 유래되었다. 최적화 이론과 그 해법은 일찍이 수학의 한 분야로서 유럽과 미국에서 여러 분야의 학자들에 의해 많이 연구되어 왔으며 제2차 세계대전 이후에는 산업, 군사, 행정 등의 여러 조직에 적극적으로 활용되기 시작하여 생활에 많은 변화를 가져왔다. 우리는 사실 모두가 알게 모르게 최적화의 개념을 인식하고 있으며 그 해법 또한 나름대로 지니고 있다.


최적화는 달성하고자 하는 목적이나 효용을 위해 현재의 조건하에서 투입(Input)자원을 최소로 하고 산출(Output)을 최대로 하는 가장 좋은 방책 결정은 적화(適化)의 문제이며, 이 최량(最良)의 방책(方策)에 의해 해결되는 수치가 최적해(最適解)가 되는 것으로, 공학에서 최적설계는 가능하면 짧은 시간에 최고 성능을 갖는 제품을 가장 값싸게 생산할 수 있는 설계를 의미한다.


최적설계란 설계 사양을 수학적 모델로 구성하고 이를 수학적인 방식으로 설계치를 구하는 자동화 설계기법이다. 설계자의 통찰력과 경험적 기술에 의존하는 전통적인 설계방식에서도 획기적이고 창의적인 결과를 얻을 수도 있으나, 체계적인 설계변수의 변화를 얻기가 어려우므로 수학적인 방법으로 설계변수 변화를 구할 수 있는 수치적인 설계법을 모색하게 된다. 최적설계에서는 중요한 시스템 변수를 최적화 알고리즘으로 변화시켜 가장 좋은 설계라고 정한 기준의 만족여부를 확인함으로써 설계를 마치게 된다.

최적설계 평가시스템의 Flow Chart  

▲  최적설계 평가시스템의 Flow Chart

지난 호에 언급한 바와 같이 우리가 살아가는 주요 거주공간인 아파트는 건축설계 단계를 시작으로 건설단계, 운용 및 유지관리 단계, 해체 및 폐기 단계에 이르는 각 단계별 과정의 생애주기를 가지고 있다. 이 생애주기 과정을 통해 아파트는 탄생과 소멸을 반복하게 되는데 생애 주기를 반복하는 모든 과정에서 발생하는 환경부하는 지구온난화에 지대한 영향을 미친다.


따라서 우리의 주요 거주공간인 아파트를 일반 공동주택과 초고층 공동주택으로 구분하고 이를 대상으로 최적설계를 진행하게 된다. 이때 최적설계를 위한 평가 시스템의 개괄적 흐름은, 설계단계에서 공동주택의 구분과 건축개요의 설정, 표준대비 대상 건축물의 환경부하 목표를 설정 후 자재별 원단위 적용에 의해 부하량을 도출한다.

 
이어 건설단계, 운용단계, 해체단계 등 각 단계별 부하량을 평가하고, 친환경 요소기술의 선별적 적용에 의해 각 단계별 CO₂의 발생비율과 초기투자 비율 등의 초기목표치가 분석되면, 목표대비 평가주택의 CO₂발생량 및 감소율, 초기 투자비율 등의 최적설계 결과를 확인할 수 있다.

            

▲ 일반 공동주택의 평가조건 및 분석결과


▲ 초고층 공동주택의 평가조건 및 분석결과


공동주택 친환경 최적설계 평가시스템의 효과
이 평가 시스템은 프로그램이 가진 특유의 친환경건축 요소기술의 데이터베이스를 기초로 공동주택의 시뮬레이션을 통해 이산화탄소 저감 및 초기 투자비율을 확인할 수 있다.
특히, 전 생애주기의 평가는 준공된 공동주택은 물론 건립될 공동주택의 환경부하 평가가 가능하며 사업초기 단계인 건설·기획 및 기본설계 단계를 포함하여 사업의 시행단계 중 어떠한 단계에서도 평가가 가능하여 향후 공동주택의 건립 시 환경부하와 경제성을 종합적으로 평가가 가능한 시스템으로 활용할 수 있다.


이 시스템은 필자에 의해 국제 환경저널 Renewable & Sustainable Energy Review(RSER/SCI)에 두 편의 논문이 연이어 게재된 바 있으며, 이 평가 시스템에 대한 논문의 내용은 국토부 연구과제인 녹색건축물 활성화를 위한 온실가스 배출량 평가 및 통합인증 시스템(GB-GACIS)구축 프로젝트에 적용되었다. 그리고 이상의 논문을 통해 개발된 최적설계 평가 시스템은 현재 국내 공동주택 건설의 다양한 프로젝트에 선별적으로 활용하고 있다.

 

우리는 해방이후 70년이라는 압축성장의 기간 동안 지구상 그 어느 나라보다도 비약적으로 놀라운 발전을 이룩했다. 그러나 지구를 구할 시간이 앞으로 몇 년 남지 않았다는 유엔 산하 보고서와 이어지는 과학자들에 의해 지구 온난화의 심각한 주장들이 설득력 있게 다가오고 있다. 이는 안경을 착용한 것처럼 안개가 걷히며 명확하고도 선명하게 나타나고 있어 이를 그저 방관자적 자세로 관망하는 우리에게 시사하는 바가 결코 적지 않다. 

 

오랜 기간 근시안적인 생산성 위주의 건축으로 일관해온 만큼 이제는 지구환경을 생각하고 모든 학문이나 산업의 중심인 융합 차원에서 우리 건축의 역할이 크다는 것을 그 어느 때보다 절실하게 다가온다. 이러한 절심함으로 건축을 대할 때 건축의 미래는 비로소 미래 세대의 필요를 충족할 능력에 손상을 주지 않으면서도 지속가능한 하나뿐인 지구와 함께 공존할 수 있을 것으로 생각한다. 우리에게 남은 시간은 그리 많지 않다. 

 

글 l 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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