국산재활용 한국형 목구조물혁신기술 연구 4세부는 Zero탄소에너지 중고층 목조건축물 설계가이드라인 및 맞춤형 LCA프로세스 개발을 목표로 한다. 이를 위해 중고층 목조건축물의 에너지성능을 최적화하고 탄소배출 저감 효과를 과학적으로 분석할 수 있는 체계적인 평가기준을 마련하고 있다.

 

특히 ZEB(Zero Energy Building)등급화를 위한 설계가이드라인을 구축하고 LCA기반 환경성평가체계를 정립해 목조건축물의 지속가능성을 높이는 것이 핵심연구과제다. 연구에는 △연세대학교 △경상국립대학교가 참여하고 있으며 프리패브외피시스템 개발과 신재생에너지 최적화 기술 연구를 통해 중고층 목조건축물의 실용성과 친환경성을 동시에 확보하는 것을 목표로 하고 있다.

 

김수민 연세대학교 교수를 만나 중고층 목조건축물의 에너지절감 및 탄소저감 효과를 극대화하기 위한 연구 필요성 및 진행상황과 향후 적용방안에 대해 이야기를 나눴다.

 

■ 건축환경재료연구실을 소개한다면

 

연세대학교 건축환경재료연구실은 친환경건축재료 및 에너지절감 기술개발을 통해 지속가능한 건축환경 조성을 목표로 연구를 수행하는 기관이다. 최근에는 중고층 목조건축물 에너지설계 및 탄소저감 기술을 중점적으로 연구하고 있으며 상변화물질 PCM과 탄소기반 친환경재료를 활용한 고효율 단열축열 기술 건축물 내 수분안전성 분석 및 실내공기질 개선 연구도 진행하고 있다. 현재까지 284편 이상 SCI E급 논문 게재, 10건 이상 특허 출원 및 등록 등 다양한 연구성과를 거뒀으며 국내·외 연구기관 및 기업과 협력해 탄소건축기술 실용화를 추진하고 있다.

 

경상국립대학교 인테리어재료공학과는 목재중심 건축재료 설계 제조 및 활용에 특화된 실용과학 분야를 연구하는 기관이다. 목재구조 및 물성을 분석해 목조건축물 단열기밀 성능을 최적화하며 심미적기능적 측면을 고려한 디자인 및 시공 기술을 연구하고 있다. 지속가능한 목조건축 발전을 위해 친환경재료 연구와 기술개발을 수행하며 목조건축 경제성과 실용성을 강화하는 데 기여하고자 한다.

 

■ 연구단 참여 계기 및 배경, 기여방안은

 

연세대학교 건축환경재료연구실은 친환경건축 및 에너지절감 기술을 연구해왔으며 이를 바탕으로 중고층 목조건축물 에너지성능 최적화 및 탄소중립 기술개발에 기여하고자 본 연구단에 참여했다. 목조건축물은 체화탄소(Embodied Carbon) 절감과 탄소저장 효과를 동시에 실현할 수 있는 대표적인 녹색건축 방식으로 2050 탄소중립 목표실현을 위해 중요한 역할을 할 것이다. 연세대 연구실은 ZEB기반 맞춤형 에너지설계 기술을 개발해 중고층 목조건축물의 표준화된 에너지성능 평가 및 설계가이드라인을 마련하며 이를 산업계와 공공부문에 적용하는 것을 목표로 한다.

 

경상국립대는 목재의 환경적 이점과 지속가능성을 강조하기 위해 전생애주기평가를 기반으로 목조건축의 에너지절감 효과와 탄소저감 기여도를 분석하고 있다. 이를 통해 목재활용 필요성을 과학적으로 입증하며 건축부문에서 목재활용의 환경적 가치를 널리 알리는 데 기여하고자 한다.

 

■ 4세부에서 담당한 연구과제는

 

목재는 친환경적이며 재생가능한 자원으로 탄소저장 능력을 갖춘 지속가능한 건축재료이다. 그러나 국내목조건축물 관련기준은 저층건축물에 집중돼 있어 중고층목조건축물 에너지설계를 위한 체계적인 가이드라인이 부족한 실정이다. 이를 해결하기 위해 연구단은 고단열고기밀 외피시스템을 개발하고 있으며 중고층목조건축물에서 발생하는 온도차이와 외부열전달을 효과적으로 차단하는 방안을 연구하고 있다.

 

또한 CLT(Cross Laminated Timber) 및 GLT(Glue Laminated Timber) 등 공학목재와 OSC공법을 결합해 목조건축의 탄소저장 능력과 건축물 운영단계에서 탄소배출 저감효과를 분석하고 있다.

 

■ 4세부의 구체적인 연구목표는

 

4세부 연구는 크게 세 가지 분야로 진행되고 있다. 첫째 중고층목조건축물 ZEB등급화 및 LCA평가 기반을 마련하는 것이다. 이를 위해 국내·외 중고층목조건축 시공사례를 분석하고 신재생에너지 및 고효율설비 적용가능성을 검토하고 있다. 또한 중고층목조건축물 에너지성능을 분석하며 LCA평가를 위한 탄소배출량 산출체계를 구축해 RC조건축물과 비교하는 연구를 수행하고 있다.

 

둘째 맞춤형 프리패브 외피구성안을 개발하는 연구를 수행하고 있다. 단열성능과 기밀성을 강화하기 위한 건자재 물성을 평가하며 에너지절약 설계기준을 만족하는 외피설계안을 개발하고 있다. 또한 결로발생 가능성과 기밀성을 면밀히 검토해 최적의 외피시스템을 도출하는 것이 목표이다.

 

셋째 ZEB 3등급 수준 에너지설계 방안 및 LCA평가 기술을 개발하고 있다. 이를 위해 고효율설비 및 신재생에너지시스템을 최적화하며 ZEB 3등급 수준을 달성할 수 있는 패시브 및 액티브기술 조합을 검토하고 있다. 또한 LCA평가를 통해 중고층목조건축물이 RC조건축물 대비 탄소저감효과를 가지는지를 검증하고 있다.

 

■ 연차별 개발계획을 소개한다면

 

첫 번째 연차에서는 중고층목조건축물 ZEB등급화 및 LCA평가를 위한 기초데이터를 구축하는 데 집중하고 있다. 이를 위해 국내·외 사례를 조사하며 패시브액티브 기술뿐만 아니라 신재생에너지 적용가능성을 검토하고 OSC공학목재 탄소배출량 데이터를 확보해 국내 환경에 적합한 설계전략 기초를 마련하고 있다.

 

두 번째 연차에서는 중고층목조건축물에 적합한 프리패브 외피구성안을 개발하는 연구가 진행된다. 단열 및 기밀성능을 향상시킬 수 있는 외피시스템을 설계하며 결로발생 여부와 기밀성을 면밀히 분석해 최적안을 도출하는 것이 핵심이다. 이를 실증하기 위해 목업을 제작하며 실측을 통해 성능을 검증하는 단계로 이어지고 있다. 또한 자재의 환경영향을 정량적으로 평가하기 위해 LCI데이터 구축도 함께 이뤄지고 있다.

 

세 번째 연차에서는 ZEB 3등급수준 에너지설계방안과 LCA평가 기술을 완성하는 데 집중한다. 이를 위해 고효율설비와 신재생설비 적용방안을 시뮬레이션을 통해 최적화하며 에너지자립률확보를 위한 전략을 수립해 최종적인 설계안을 완성하는 과정이 포함된다. 마지막으로 RC조건축물과 비교 분석을 통해 중고층목조건축물 탄소저감효과를 검증하는 작업을 수행한다.

 

결과적으로 본 연구는 중고층목조건축물이 에너지효율성과 탄소저감이라는 두 가지 목표를 동시에 달성할 수 있도록 실질적인 설계 및 적용방안을 제시하는 것을 목표로 한다. 이를 통해 국내 중고층목조건축물이 더욱 널리 보급될 수 있도록 기여하고자 한다.

 

■ 현재까지 연구개발 성과는

 

4세부에서는 중고층목조건축물에 적용할 수 있는 패시브·액티브·신재생 기술을 조사하며 국내·외 사례를 바탕으로 외피구성과 자재특성을 분석하고 국내 적용가능성을 평가했다. 국내 기후대에 적합한 외피구성안의 열습기 거동을 분석하며 한그린목조관 및 산림생명자원연구부 종합연구동 사례를 바탕으로 고효율설비와 신재생설비 적용현황을 검토했다.

 

이와 함께 국내·외 외피구성안을 활용한 건축자재 물성을 분석하며 건축물 에너지절약설계기준에 따른 지역별 열관류율과 수분안정성을 평가했다. 이를 통해 설계와 자재선정 과정에서 활용할 수 있는 기초자료를 확보했다. 설계도면안 검토 과정에서는 실별용도와 에너지사용 구분을 진행하며 열손실방지 조치 및 신재생에너지 예비계획을 검토하며 설계의 세부적인 방향을 구체화했다.

 

LCA의 경우 해외 LCA데이터베이스를 활용해 정량적 분석을 수행했으며 이를 통해 국내 실정에 적합한 LCA데이터 신뢰성과 적용가능성을 검토했다. 특히 주요 공학목재 생산 과정에서 발생하는 탄소배출량을 분석함으로써 향후 국산목재 기반 저탄소건축자재 개발을 위한 기초데이터를 구축했다. 또한 목조건축물을 철근콘크리트 및 철골건축물과 비교해 상대적 탄소저감 효과를 정량적으로 평가할 수 있는 기틀을 마련했으며 이를 바탕으로 국내 LCA데이터 구축 방향성을 설정했다.

 

■ 4세부 연구내용이 전체 연구에서 맡는 역할은

 

이번 연구개발사업의 목표는 국산재를 활용한 중고층 목조건축물의 에너지절감 및 탄소중립 실현이다. 이를 위해 세부과제에서 담당하는 연구는 목조건축물 에너지성능을 평가하고 최적화하는 핵심 기술 개발을 포함하고 있다.

 

세부적으로 ZEB 및 LCA기반 목조건축물 에너지설계 및 평가기술을 연구하며 이를 통해 탄소저감형 목조건축물의 표준화된 설계 및 검증체계 구축을 목표로 한다. 또한 프리패브외피 구성 및 신재생에너지 최적화 기술개발을 통해 목조건축물의 실제 시공과정에서 에너지효율성을 극대화하고자 한다.

 

이러한 연구는 전체 연구단 차원에서 탄소저감형 목조건축물 상용화를 위한 핵심 요소로 작용하며 최종적으로 목조건축물 인증체계 마련 에너지성능 평가시스템 구축 관련 산업 활성화에 기여할 것이다.

 

■ 연구를 계기로 기대되는 효과는

 

연구를 통해 중고층목조건축물의 에너지성능과 탄소배출 저감 기술을 보다 발전시킬 기반을 마련하고자 한다. 연구 과정에서 확보한 데이터와 실험 결과는 향후 국내 목조건축물 설계 및 시공 기준을 개선하는 데 활용할 수 있으며 고단열고기밀 외피시스템과 LCA평가 기술은 지속가능한 건축시장에서 중요한 기술적 요소로 자리 잡을 것으로 기대된다.

 

기술적 측면에서는 중고층목조건축물 에너지절약 설계와 신재생에너지 적용 기술을 최적화함으로써 보다 효율적이며 실용적인 설계방안을 확보하는 것이 가능하다. 이를 통해 목조건축물이 기존 RC조건축물과 비교해 에너지성능 면에서 동등하거나 우수한 수준을 유지할 수 있도록 하는 것이 연구의 중요한 목표다.

 

사업적 측면에서는 연구를 통해 개발한 기술과 평가체계를 바탕으로 향후 목조건축 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 예상된다. 특히 국내 환경에 적합한 공법을 적용한 중고층목조건축물의 표준화된 외피시스템과 에너지설계기준은 다양한 건축 프로젝트에 적용가능성이 높으며 실증사례를 바탕으로 산업화 및 사업확장 기회를 마련할 수 있을 것이다.

 

궁극적으로 이번 연구를 통해 중고층목조건축물이 국내 건축시장에서 보다 널리 보급될 수 있도록 기술적정책적 근거를 마련하며 지속가능한 건축환경 조성에 기여하는 것을 목표로 한다.

 

■ 연구결과를 토대로 추후 사업 시 활용방안은

 

연구실에서 개발하는 중고층목조건축물 ZEB기반 에너지설계 가이드라인은 향후 다양한 건축프로젝트 및 정책수립 과정에서 활용될 수 있다. 이를 통해 탄소중립 목표를 충족하는 건축물 설계 및 인증기준 마련이 가능할 것으로 기대된다.

 

구체적으로 연구결과는 정부 탄소중립건축 정책 및 건축물 에너지절약설계기준 개정에 기여할 수 있으며 중고층목조건축물의 에너지성능 및 탄소저감효과를 정량화해 관련 법제도 마련의 근거자료로 활용될 것이다.

 

또한 본 연구를 통해 도출한 고단열고기밀, 프리패브 외피 기술 및 공학목재 탄소배출량 데이터는 건축업계에서 친환경건축 설계 및 시공 기술로 적용될 수 있으며 목조건축물 대중화를 촉진하는 역할을 할 것으로 예상된다.

 

기업 및 연구기관에서는 이번 연구결과를 활용해 목조건축물 에너지성능 최적화, 신재생에너지 적용 전략 수립, LCA기반 탄소저감 효과 분석 등 분야에서 실질적인 사업 기회를 창출할 수 있을 것이다.

 

■ 마지막으로 하고 싶은 말이 있다면

 

목조건축은 탄소저감 효과가 뛰어난 친환경건축 방식으로 건축부문 온실가스 배출을 줄이고 지속가능한 미래를 구현하는 핵심기술로 주목받고 있다. 이번 연구를 통해 목조건축의 에너지성능과 탄소저감 효과를 정량적으로 평가하며 이를 바탕으로 국내 실정에 적합한 LCA프로세스를 구축함으로써 고층목조건축의 확산 가능성을 높이고자 한다.

 

현재 국내 목조건축시장은 점진적으로 성장하고 있지만 철근콘크리트 중심의 기존 건축패러다임과 제도적 한계로 인해 인프라가 부족한 실정이다. 특히 국산목재 활용을 위한 체계적인 공급망과 지원정책이 미흡하기 때문에 공공건축물의 목조건축 의무화와 같은 정책적 지원이 필수적이며 이를 뒷받침할 고층목조건축 에너지성능 향상을 위한 연구개발과 산업 인프라 확충이 필요하다.

 

목조건축은 우수한 단열성과 경량성 쾌적한 실내환경 조성 등 장점을 가지지만 경제성 등 기술적 보완이 요구된다. 따라서 기술적 완성도를 높이고 LCA기반 객관적 환경성능 데이터를 확보하며 정책적 지원을 강화한다면 국내에서도 목조건축을 탄소중립시대를 선도하는 지속가능한 건축방식으로 정착시킬 수 있을 것이다.

 

앞으로도 탄소저감형 목조건축 기술개발과 정책개선을 통해 국내 건축산업 패러다임 전환을 이끌고 지속가능한 건축환경 조성에 기여할 수 있도록 연구를 지속해 나갈 계획이다.