KIEAE Journal

건축은 외피, 구조, 건물 시스템 등으로 구성되며, 건축 외피는 사전적으로 내부 공간을 감싸는 건물의 외측 부분을 일컫는 용어로[4], 건물과 외부환경을 경계 짓는 부분이다. 외피 설계는 건물 에너지 사용 및 방출에 상당한 영향을 미친다[5]. 건축 외피의 환경친화적 기능을 분류하고자 먼저 건축공간에 영향을 미치는 환경요소를 파악하였다. 박찬필(2018)[6], 이마무라 사토미(2015)[7], 대한건축학회(2009)[8], 김유숙(2005)[9]은 공통적으로 열, 빛, 공기, 소리 네 가지로 환경요소를 분류하였다. 열은 공간의 온도에, 빛은 공간의 밝기에, 공기는 실내의 공기 질에, 소리는 실내 주파수에 영향을 미치는 요소를 의미한다.

이를 조절하는 건축계획 요소에 대해 이승복(2007)[10]은 일사와 관련하여 창 면적, 차양, 반사판, 현휘 방지, 기온과 관련하여 단열재, 단열유리, 축열재, 공기와 관련하여 분산형 자연환기, 창을 통한 자연환기, 소음과 관련하여 방음재, 흡음재, 바람과 관련하여 풍속 저감을 제시하였다. 반자연(2019)[11]은 빛을 조절하는 계획요소로 자연채광, 광선반, 아트리움, 쉐이드, 바람 요소로 자연통풍, 회랑, 에너지 요소로 단열, 축열, 태양패널, 이중외피, 재료 관련 요소로 자연재료와 무독성재료, 생태적 요소로 녹화벽과 녹화지붕을 제안하였다. 정은희(2019)[12]는 열의 단열에 외벽, 아트리움, 수목, 지붕녹화, 열에너지원으로 솔라시스템, 빛의 채광 기능으로 천창, 아트리움, 테라스, 옥상, 발코니, 선룸, 광루, 차양 기능으로 차양장치, 처마, 브리즈 솔레이, 외벽 수목, 바람의 환기 기능으로 아트리움, 풍루, 필로티, 환기용 굴뚝, 풍력 기능으로 지붕풍차를 제안하였다. 이가영(2016)[13]은 패시브 디자인 관점에서 공공도서관 계획의 평면요소로 실내 및 지붕녹화, 입면요소로 루버 및 차양, 광선반, 수직녹화, 단면요소로 아트리움과 광정 및 덕트를 제안하였다.

고온다습기후는 환기의 필요성과 잠재력이 가장 높고 친환경 건축에 가장 유리한 기후조건으로, 이 지역의 대부분 건물의 에너지 소비 특성은 일사 조절과 관련된 된 세 가지 주요 요인인 적절한 개구율, 차양 설계 및 방위각 구성으로 결정된다. 또한 건물의 중앙 공조 및 조명의 전력 소비는 전체 전력 소비의 약 80 ~ 90% 를 차지하는데, 공조 및 조명의 전력 소비는 건물 외피의 영향을 받고 건물 외피의 수명주기는 공조 및 조명 장비의 수명주기보다 훨씬 길기 때문에 외피 설계는 우선시 되고 있다. 또한 고온다습기후의 건축물은 통풍이 잘 되는 건축양식과 문화적 특성이 잘 나타나 있다. 이 지역에서 자연환기와 채광은 모든 건물의 기초이며 이를 위해 평면의 깊이는 14미터 미만을 유지하며, 다공성 외피와 수평 윈드가이드를 설치한다. 과거 "다공성 외피"에 사용하던 풀, 대나무, 목재 등의 식물성 유기 자재가 지닌 환기 기능을 현대 건축자재를 이용한 창문, 난간, 그릴, 중공 벽돌, 격자 벽돌, 천공 강판 및 기타 내구성 건축자재를 이용하여 만들고 있다. 또한 이러한 다공성 건축요소는 일반적으로 발코니, 테라스, 난간, 계단, 복도, 실외 칸막이와 같은 중간 공간에 적용한다. "수평 윈드가이드"는 지붕, 발코니, 차양과 같은 강력한 수평 그림자 요소로, 공기 유입 및 그늘 냉각 효과가 있어 냉방 에너지 절약에 도움이 된다. 더불어 건축의 외부 음영, 즉, 차양, 그늘의 리듬 변화, 적당한 개방감을 잘 활용하면 지역 고유의 건축형태를 재구성하고 생태적 스타일과 외관을 만들 수 있다. 이 외에도 환기를 위한 "프레이도그(草原犬鼠)" 환기, Sind의 환기탑, 방습을 위해 바닥을 들어올린 죽마(干欄), 기단 위에 지은 데크하우스(平台屋), 해먹, 굴뚝 효과 등을 들 수 있다(Fig. 1.)[14].

Fig. 1. 
Natural ventilation method in hot and humid area

본 도서관은 대만 최초의 녹색도서관이다[17]. 베이터우 공원 내에 위치하여 방문객들이 쉽게 접근할 수 있으며, 기존 수림과 자연환경을 유지한 상태로 건물을 배치했다. 외부공간은 나무, 돌, 흙으로 마감했으며, 바닥을 투수성이 큰 재료로 마감해 빗물을 집수하고 활용한다. 건물 외피는 재활용이 가능한 목재와 강철을 사용하여 폐기물을 줄이고 부정적인 환경영향을 최소화했다. 처마와 나무격자는 실내로 들어오는 열을 제한하여 실내 온도를 낮추고, 목재 마감재는 공기 중의 습기를 흡수하여 제습 기능을 한다. 또한, 개구율이 적절한 창문을 외부 발코니와 연결하여 자연환기와 자연광을 유입하여 냉방에너지, 제습에너지, 조명에너지 사용을 줄였다. 지붕은 광범위한 생태지붕(extensive type eco roof)으로 태양전지는 최대 16㎾의 전기를 생산하고, 표면의 식물과 잔디를 이용하여 빗물을 모으고 재활용한다. 건물 외피에 적용된 세부적인 친환경 건축요소는 다음과 같다.

Fig. 3. 
Analysis of the case 1

본 도서관은 가오슝 중심지에 위치한 열린 공간으로, 높이 7.5m의 무주공간인 1층은 시민들이 여가·독서·운동할 수 있는 그늘광장을 제공하고 지반에서 올라오는 습기를 차단한다. 도서관 중앙 5층에 설치된 대규모 천창은 많은 양의 빛을 도입하여 건물의 중심에도 자연채광이 가능하고, 야외 정원의 대류를 개선하여 내부 공기 순환을 도와 공조와 조명에너지를 절약한다. 서쪽과 남쪽의 약 5m 깊이 정글 테라스에는 계피꽃과 토종 계피나무를 심어 낮 동안 직사광선을 피하고, 외부 소음과 열을 차단한다. 천장에 매달린 6, 7, 8층의 공중 숲과 옥상층의 공중정원에는 고유종 대나무를 심어 나무와 천장을 연결하여 건물에 최대한 많은 녹색공간을 제공한다[18].

Fig. 4. 
Analysis of the case 2

본 도서관은 타이동 대학 캠퍼스 내에 생태 연못에 인접한 녹색 축 종점에 위치해 있다. 두 권의 책이 교차된 형상을 한 도서관 외관은 토종 풀들로 뒤덮여 있어 마치 캠퍼스에 작은 산이 있는 것 같은 시각적 효과를 주고, 자연과의 밀접한 유대감을 강조함과 동시에 외부 열기와 습기를 차단하여 내부 공조 에너지를 줄이는 역할을 한다. 연못을 향해 남쪽으로 열린 전면 창은 많은 양의 빛을 끌어들여 내부공간에 자연채광이 가능하도록 하고 반면에 북서와 북동쪽을 향한 면의 창은 크기와 위치를 자유롭게 배치하여 조형성과 단열성을 확보하였다. 도서관 전면 개구부와 후면 상층부 개구부를 연결한 외기순환에 의한 굴뚝효과 통풍과 외부로 연결된 회랑을 통해 적극적인 자연환기를 유도하고 있다. 수직녹화와 구운흙으로 만든 높은 투수성의 바닥재 및 넓은 면적의 트렌치는 많은 양의 우수를 집수하도록 하고, 이러한 우수는 식물 재배에 다시 활용하고 있다. 건물 외피에 적용된 세부적인 친환경 건축요소는 다음과 같다.

Fig. 5. 
Analysis of the case 3

본 도서관은 책을 쌓아놓은 듯한 외관으로, 당초 대지가 골프장이었으므로 드문 공원 녹지와 연결되어 있으며, 도서관 건물은 기존의 자연환경을 보호하고 지속가능한 건물을 위해 '녹색, 자연, 독서'를 발전 이념으로 지향한다[20]. 외피 재료는 탄소 저감, 내구성이 큰 재료를 사용하여 유지관리비용을 절약하였다. 진입광장에는 기존 녹지와 어울리는 지역 수종을 심어서 경관 녹지를 공원까지 확장하고, 지붕 및 건물 입면 또한 녹화하여 식물의 다양성을 확보하였다. 바닥면을 옥토로 마감하고, 빗물회수 시스템을 설치하여 수자원을 절약하였다. 유리커튼에 경량유리를 사용하였으며, 공기 흡입창과 중앙의 굴뚝효과를 이용하여 자연환기를 실현하였다. 중간 옥상층 또한 식재를 이용하여 지붕단열 효과로 에너지 절약과 환경 지속이라는 목표를 달성하였다. 건물 외피에 적용된 세부적인 친환경 건축요소는 다음과 같다.

Fig. 6. 
Analysis of the case 4

본 도서관은 지식이 사람을 성장시키는 나무라는 개념을 도입하여 건물 자체가 도시의 나무 역할을 할 수 있도록 녹색 개념을 적용했다. 건물을 둘러싼 공원에 다양한 지역 고유 수종을 심고, 투수성이 큰 바닥재를 사용하여 생태와 우수 집수 기능을 확보하였다. 유리와 철로 만든 원뿔 모양 아트리움이 지하 2층부터 최상층까지 관통하여 지하까지 자연광이 도달하여 조명에너지를 절약하고 도서관 전체의 공기 순환을 원활하게 한다. 엇갈려 수직 배치한 나선형 바닥 면에서 바닥 송풍으로 찬 공기를 유통시켜 열부하를 억제하고 실내 통기를 촉진하여 내부열기를 식혀 냉방에너지 사용을 줄인다. 건물 외부 전체를 둘러싸는 여러 식물과 화단 나선형 테라스로 녹지면적을 확대하여 건물의 생태적 기능을 강화하였으며, 테라스 하부가 처마 역할을 해 그늘을 형성함으로써 한여름의 고열에서 내부공간을 보호한다. 또한, 나무무늬 저복사 유리는 내부로 전달되는 도시의 열기를 줄여준다.

Fig. 7. 
Analysis of the case 5

사례별 건축물 외피에 적용된 환경 친화적 계획요소는 최소 20종(신타이베이 공공도서관) 부터 최대 27종(가오슝 도서관)으로 적용 정도의 차이는 크지 않다. 그러나 이와는 별개로, 가장 먼저 지어진 베이터우 도서관은 자연환기와 통풍을 이용한 실내 온도와 습도 조절, 가오슝 도서관은 필로티, 아트리움, 실내정원, 바람길 등 공간 요소의 활용, 타이동대학 도서관은 대지 내 물길을 연계한 미소생태계(biotop) 및 바닥과 지붕으로 이어지는 벽면녹화, 신타이베이시티 공공도서관은 저방사 유리와 옥상녹화 등 외벽을 이용한 온도조절, 타오위엔 공공도서관은 나선형 테라스 및 대형 아트리움 등 공간요소를 활용한 특징을 보인다.

환경요소 측면에서는, 5개 사례 모두 평균 39%의 빈도로 “빛”을 통제하는 외피요소를 가장 적극적으로 활용했다. 즉, 외측 발코니와 실내 쉐이드로 주간의 일사를 거르면서도 가급적 자연채광을 하고, 태양광 발전으로 전기를 수급하여 장소와 용도에 알맞게 조명기기를 밝히는 것이 가장 공통적이다. 그밖에 “열” 조절 외피요소로 최상층 또는 테라스 녹화, “물”에는 투수 포장재, 투수 배수로, 빗물 재활용, “생태”에는 기존 식생 보존 및 활용, 다종 수목 식재를 공통 적용하고 있다. 다만, 고온다습기후에서 에너지를 많이 소모하는 습도 조절에 전통적으로도 유효했던 다공성 자재나 이중바닥 등의 외피요소는 현대건물에 적용하지 않았다.

외피요소의 하위분류 별로 살펴보면, 건축부재를 48종으로 훨씬 많이 활용하고 있으며, 이에 못지않게 건축공간 29종, 에너지 26종으로 건축자재 19종보다 더 다양하게 활용하고 있다. 이는 건축물의 외피 자체가 단순 자재보다는 부재 단위 이상에서 역할을 하는 건축 구성요소라는 근본 특성에 기인한다.

건축물의 수명주기 관점에서는, 전체 외피요소의 75%가 A 단계, 즉 재료·계획·건설 단계에서 환경친화적인 역할을 하며, 사용 및 유지관리의 B 단계는 대부분 조명기기와 빗물 저수 및 재활용 설비 관련 사항이었고, EEWH에서 강조했던 냉방에너지와 직접 관련된 내용을 찾아볼 수 없는 점 또한 주목할 만하다.