지속 가능한 건축

섬네일|독일 프라이부르크-보방에 있는 에너지 플러스 하우스

지속 가능한 건축(sustainable architecture)은 재료, 에너지, 개발 공간 및 전체 생태계 사용의 효율성을 개선하고 절제하여 건물의 환경 영향을 최소화하려는 건축이다. 때때로 지속 가능한 건축은 지속 가능성의 사회적 측면에도 초점을 맞춘다. 지속 가능한 건축은 건축 환경 설계에서 에너지 및 생태 보존에 대한 의식적인 접근 방식을 사용한다.

지속 가능성 또는 에코 디자인의 개념은 현재 자원의 사용이 미래 사회의 복지에 부정적인 영향을 미치거나 장기적으로 다른 용도로 자원을 얻는 것을 불가능하게 만들지 않도록 보장한다.

배경 

협소한 접근 방식에서 광범위한 접근 방식으로의 전환 

건축과 관련된 "지속 가능성"이라는 용어는 지금까지 주로 건축 기술과 그 변화의 관점에서 고려되었다. "그린 디자인", 발명, 전문 지식의 기술적인 영역을 넘어, 일부 학자들은 건축을 인간과 자연의 상호관계라는 훨씬 더 광범위한 문화적 틀 안에 배치하기 시작했다. 이 틀을 채택하면 다양한 역사적, 지리적 맥락의 관점에서 인류와 자연 및 환경의 관계에 대한 풍부한 문화적 논쟁의 역사를 추적할 수 있다.

운영 탄소 대 내재 탄소 

전 세계 건설은 전체 전 세계 배출량의 38%를 차지한다. 지속 가능한 건축 및 건설 표준은 전통적으로 운영 탄소 배출량을 줄이는 데 초점을 맞추었지만, 현재까지 내재 탄소를 추적하고 줄이기 위한 표준이나 시스템은 거의 없다. 강철 및 기타 재료가 대규모 배출의 원인인 반면, 시멘트만으로도 전체 배출량의 8%를 차지한다.

변화하는 교육자들

모더니즘의 환원주의에 대한 비판자들은 종종 건축사 교육의 포기를 원인으로 지적했다. 모더니즘으로부터의 일탈에 참여한 주요 인물 중 다수가 1940년대와 1950년대에 역사를 디자인 교육의 일부로 계속 활용했던 프린스턴 대학교 건축대학에서 교육을 받았다는 사실은 중요했다. 역사에 대한 관심의 증가는 건축 교육에 심오한 영향을 미쳤다. 역사 과정은 더욱 일반적이고 정형화되었다. 건축사에 정통한 교수들의 요구에 따라 건축사학자들이 이전에 훈련받았던 미술사 박사 과정과 차별화하기 위해 여러 건축대학 박사 과정이 생겨났다. 미국에서는 1970년대 중반에 MIT와 코넬이 처음 설립되었고, 이어서 컬럼비아, 버클리, 프린스턴이 뒤를 이었다. 새로운 건축사 프로그램의 설립자 중에는 베니스 건축사 연구소의 브루노 제비, MIT의 스탠포드 앤더슨과 헨리 밀론, 건축협회의 알렉산더 트조니스, 프린스턴의 앤서니 비들러, 베니스 대학교의 만프레도 타푸리, 컬럼비아 대학교의 케네스 프램턴, ETH 취리히의 베르너 외슐린과 쿠르트 포스터 등이 있었다.

지속 가능한 에너지 사용 

섬네일|오스트레일리아 빅토리아주 윈저에 있는 DesignInc의 K2 지속 가능한 아파트(2006)는 패시브 태양열 설계, 재활용 및 지속 가능한 재료, 태양광 전지, 폐수 처리, 빗물 집수, 태양열 온수를 특징으로 한다.
섬네일|패시브하우스 표준은 다양한 기술을 결합하여 초저에너지 사용을 달성한다.
섬네일|2007년 토네이도에 파괴된 후, 그린스버그 (캔자스주)(미국)는 매우 엄격한 LEED 플래티넘 환경 표준에 따라 재건하기로 결정했다. 사진은 도시의 새로운 아트 센터로, 에너지 자급자족을 위해 자체 태양 전지판과 풍력 발전기를 통합하고 있다.

건물 전체 수명 주기 동안의 에너지 효율은 지속 가능한 건축의 주요 목표이다. 건축가들은 건물의 에너지 요구량을 줄이고 자체 에너지를 포획하거나 생성하는 능력을 높이기 위해 다양한 수동 및 능동 기술을 사용한다. 비용과 복잡성을 최소화하기 위해 지속 가능한 건축은 통합된 건축 요소를 사용하여 건물 위치를 활용하는 수동 시스템을 우선시하고, 필요에 따라 재생 가능 에너지원과 화석 연료 자원을 보충한다. 부지 분석을 사용하여 난방 및 환기를 위해 낮의 빛과 주변 바람과 같은 지역 환경 자원의 사용을 최적화할 수 있다.

에너지 사용은 건물에 전력망이 연결되어 있는지 또는 독립형인지에 따라 크게 달라진다. 독립형 건물은 유틸리티 서비스에서 제공하는 에너지를 사용하지 않고 자체적인 독립적인 에너지 생산을 한다. 이들은 현장 에너지 저장을 사용하는 반면, 전력망에 연결된 건물은 과잉 전력을 전력망으로 다시 공급한다.

난방, 환기 및 냉방 시스템 효율성 
수많은 수동 건축 전략이 시간이 지남에 따라 개발되었다. 이러한 전략의 예로는 건물 내 방의 배치 또는 창문의 크기와 방향, 그리고 도시 계획을 위한 파사드 및 거리의 방향 또는 건물 높이와 거리 너비 사이의 비율 등이 있다.

효율적인 공기조화기술(HVAC) 시스템의 중요하고 비용 효율적인 요소는 잘 단열된 건물이다. 더 효율적인 건물은 더 적은 열 발생 또는 소산 동력을 필요로 하지만, 오염된 실내 공기를 배출하기 위해 더 많은 환기 용량을 필요로 할 수 있다.

상당량의 에너지가 물, 공기, 퇴비 흐름으로 건물 밖으로 배출된다. 상업용으로 구입 가능한 현장 에너지 재활용 기술은 폐열수와 오래된 공기에서 에너지를 효과적으로 회수하여 유입되는 신선한 냉수 또는 신선한 공기로 전달할 수 있다. 건물에서 나오는 퇴비에서 정원 가꾸기 이외의 용도로 에너지를 회수하려면 중앙 집중식 혐기성 소화조가 필요하다.

HVAC 시스템은 모터로 작동한다. 구리는 다른 금속 도체에 비해 모터의 전기 에너지 효율을 향상시켜 전기 건물 구성 요소의 지속 가능성을 높이는 데 도움이 된다.

부지 및 건물 방향은 건물의 HVAC 효율성에 상당한 영향을 미친다.

패시브 태양열 건물 설계는 태양광 전지나 태양열 온수 패널과 같은 능동형 태양열 메커니즘을 사용하지 않고도 건물이 태양 에너지를 효율적으로 활용할 수 있도록 한다. 일반적으로 패시브 태양열 건물 설계는 열을 효과적으로 유지하는 높은 열용량을 가진 재료와 열 손실을 방지하는 강력한 단열재를 통합한다. 저에너지 설계는 또한 여름철 태양열 획득을 줄이고 인공 냉방의 필요성을 줄이기 위해 차양, 블라인드 또는 셔터와 같은 태양 차광 장치의 사용을 필요로 한다. 또한, 저에너지 빌딩은 일반적으로 열 손실을 최소화하기 위해 표면적 대 부피 비율이 매우 낮다. 이는 넓게 퍼진 다중 날개 건물 설계(때때로 더 "유기적"으로 보이는 것으로 생각됨)는 일반적으로 더 중앙 집중화된 구조를 선호하여 피한다는 것을 의미한다. 미국 식민지 소금 상자 집 설계와 같은 전통적인 추운 기후 건물은 소규모 건물에서 중앙 집중식 열 효율성을 위한 좋은 역사적 모델을 제공한다.

창문은 열을 발생하는 빛의 유입을 최대화하는 동시에 단열재가 좋지 않은 유리창을 통한 열 손실을 최소화하도록 배치된다. 북반구에서는 일반적으로 남향 창문을 많이 설치하여 직사광선을 모으고 북향 창문의 수를 엄격히 제한한다. 가스 충전 공간과 저방사율 (low-E) 코팅이 있는 이중 또는 삼중 유리 단열 유리와 같은 특정 창문 유형은 단일 유리창보다 훨씬 더 나은 단열 효과를 제공한다. 여름철에 태양 차광 장치를 통해 과도한 태양열 획득을 방지하는 것은 냉방 수요를 줄이는 데 중요하다. 낙엽수는 여름에는 잎으로 과도한 햇빛을 차단하지만, 겨울에는 잎이 떨어져 빛이 들어오도록 창문 앞에 심는 경우가 많다. 루버 또는 라이트 선반은 겨울(태양이 하늘에 낮게 있을 때)에는 햇빛이 들어오게 하고 여름(태양이 하늘에 높게 있을 때)에는 햇빛을 차단하도록 설치된다. 이들은 셔터처럼 슬랫으로 되어 있으며 빛과 복사열을 반사하여 내부 공간의 눈부심을 줄인다. 고급 루버 시스템은 주광을 최대화하고 기울기를 조절하여 실내 온도를 모니터링하기 위해 자동화되어 있다. 침엽수 또는 상록 식물은 차가운 북풍을 막기 위해 건물 북쪽에 심는 경우가 많다.

더 추운 기후에서는 난방 시스템이 지속 가능한 건축의 주요 초점인데, 이는 일반적으로 건물에서 가장 큰 단일 에너지 소모원 중 하나이기 때문이다.

냉방이 주요 관심사인 더 따뜻한 기후에서는 패시브 태양열 디자인도 매우 효과적일 수 있다. 높은 열용량을 가진 건축재료는 밤의 시원한 온도를 낮 동안 유지하는 데 매우 유용하다. 또한 건축업자들은 종종 표면적과 열 손실을 최대화하기 위해 넓은 단층 구조를 선호한다. 건물은 종종 기존의 바람, 특히 인근 수역에서 불어오는 특히 시원한 바람을 포착하고 유도하도록 설계된다. 이러한 귀중한 전략 중 다수는 남서부 선교 건물과 같은 따뜻한 지역의 토속건축에서 어떤 식으로든 사용된다.

사계절 기후에서 통합 에너지 시스템은 다음과 같은 경우에 효율성이 증가할 것이다. 건물이 잘 단열되었을 때, 자연의 힘과 함께 작동하도록 배치되었을 때, 열이 회수되었을 때(즉시 사용하거나 저장), 화석연료나 전기에 의존하는 열 발생기가 100% 이상의 효율을 가질 때, 그리고 재생 가능 에너지가 사용되었을 때.

재생 가능 에너지 생성 
섬네일|right|영국 최대이자 최초의 탄소 중립 친환경 커뮤니티인 베드제드(Beddington Zero Energy Development): 태양광 패널과 수동 환기 굴뚝이 있는 독특한 지붕 경관

태양광 패널

능동형 태양열 장치인 태양광 패널은 모든 용도에 지속 가능한 전기를 제공하는 데 도움이 된다. 태양광 패널의 전기 출력은 방향, 효율성, 위도 및 기후에 따라 달라진다. 태양광 획득은 동일한 위도에서도 다양하다. 상업적으로 사용 가능한 PV 패널의 일반적인 효율은 4%에서 28% 범위이다. 특정 태양광 패널의 낮은 효율은 설치 회수 기간에 크게 영향을 미칠 수 있다. 이러한 낮은 효율은 태양광 패널이 실행 가능한 에너지 대안이 아니라는 것을 의미하지는 않는다. 예를 들어 독일에서는 주거용 주택 건설에 태양광 패널이 일반적으로 설치된다.

태양광 패널이 최대 효율로 에너지를 수집할 수 있도록 지붕은 종종 태양을 향해 기울어진다. 북반구에서는 정남향으로 향하는 것이 태양광 패널의 수율을 최대화한다. 정남향이 불가능할 경우, 태양광 패널은 남쪽에서 30° 이내로 정렬되면 적절한 에너지를 생산할 수 있다. 그러나 고위도에서는 남향이 아닐 경우 겨울철 에너지 수율이 크게 감소한다.

겨울철 효율을 극대화하려면 집열기를 수평 위도 +15° 위로 기울일 수 있다. 여름철 효율을 극대화하려면 각도를 위도 -15°로 해야 한다. 그러나 연간 최대 생산량을 위해서는 패널의 수평 위 각도가 해당 위도와 같아야 한다.

풍력 터빈

지속 가능한 건축물에서 에너지 생산을 위한 소형 풍력 터빈의 사용에는 여러 요소에 대한 고려가 필요하다. 비용을 고려할 때, 소형 풍력 시스템은 일반적으로 생산하는 에너지 양에 비해 대형 풍력 터빈보다 비싸다. 소형 풍력 터빈의 경우, 바람 활용 능력이 미미한 지역에서는 유지보수 비용이 결정적인 요소가 될 수 있다. 바람이 약한 지역에서는 유지보수가 소형 풍력 터빈의 수익 대부분을 차지할 수 있다. 풍력 터빈은 바람이 8마일/시(약 12.8km/h)에 도달하면 작동하기 시작하고, 32~37마일/시(약 51.5~59.5km/h)의 속도에서 에너지 생산 능력에 도달하며, 55마일/시(약 88.5km/h)를 초과하는 속도에서는 손상을 방지하기 위해 작동을 멈춘다. 풍력 터빈의 에너지 잠재력은 블레이드 길이의 제곱과 블레이드 회전 속도의 세제곱에 비례한다. 풍력 터빈은 단일 건물에 전력을 공급할 수 있지만, 이러한 요인 때문에 풍력 터빈의 효율은 건물 부지의 바람 조건에 크게 좌우된다. 이러한 이유로 풍력 터빈이 효율적이려면 바람이 간헐적으로 불어오는 지역이 아닌, 일정한 양의 바람(평균 풍속이 15마일/시(약 24.1km/h) 이상)이 부는 것으로 알려진 지역에 설치해야 한다. 소형 풍력 터빈은 지붕에 설치할 수 있다. 이때 설치 문제는 지붕의 강도, 진동, 지붕 가장자리에 의한 난류 등이 있다. 소형 옥상 풍력 터빈은 일반 가정 주택에 필요한 전력의 10%에서 최대 25%까지 생산할 수 있는 것으로 알려져 있다. 주거용 터빈은 일반적으로 직경이 7피트(2m)에서 25피트(8m) 사이이며, 시험 풍속에서 900와트에서 10,000와트의 속도로 전기를 생산한다.

풍력 터빈 시스템의 신뢰성은 풍력 에너지 프로젝트의 성공에 중요하다. 예상치 못한 고장은 풍력 터빈의 핵심 부품 교체에 대한 물류적, 실제적 어려움 때문에 프로젝트의 수익성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 장기적인 부품 신뢰성 불확실성은 에너지 비용(COE) 추정치와 관련된 신뢰도에 직접적인 영향을 미친다.

태양열 온수 난방

태양열 온수기(태양열 가정용 온수 시스템이라고도 함)는 가정용 온수를 생산하는 비용 효율적인 방법이 될 수 있다. 어떤 기후에서도 사용할 수 있으며, 사용하는 연료인 햇빛은 무료이다.

태양열 온수 시스템에는 능동형과 수동형 두 가지 유형이 있다. 능동형 태양열 집열 시스템은 하루에 약 80~100갤런의 온수를 생산할 수 있다. 수동형 시스템은 용량이 더 낮다. 능동형 태양열 온수 시스템의 효율은 35-80%인 반면, 수동형 시스템은 30-50%로 능동형 태양열 시스템이 더 강력하다.

순환 방식에도 직접 순환 시스템과 간접 순환 시스템 두 가지 유형이 있다. 직접 순환 시스템은 가정용 물을 패널을 통해 순환시킨다. 이 시스템은 기온이 영하로 내려가는 기후에서는 사용해서는 안 된다. 간접 순환 시스템은 글리콜 또는 다른 유체를 태양열 패널을 통해 순환시키고 열 교환기를 사용하여 가정용 물을 가열한다.

가장 일반적인 두 가지 집열기 패널 유형은 평판형과 진공관형이다. 이 둘은 진공관이 대류적으로 열을 잃지 않는다는 점을 제외하고는 비슷하게 작동하여 효율성을 크게 향상시킨다(5%–25% 더 효율적). 이러한 높은 효율성으로 진공관 태양열 집열기는 더 높은 온도의 공간 난방을 생산할 수 있으며, 흡수식 냉방 시스템을 위해서는 훨씬 더 높은 온도를 생산할 수도 있다.

오늘날 주택에서 흔히 사용되는 전기 저항 온수기는 연간 약 4500kW·h의 전력을 소비한다. 태양열 집열기를 사용하면 에너지 사용량이 절반으로 줄어든다. 태양열 집열기 설치의 초기 비용은 높지만, 연간 에너지 절약으로 인해 회수 기간은 상대적으로 짧다.

열펌프
공기열원 열펌프(ASHP)는 역방향 에어컨으로 생각할 수 있다. 에어컨처럼 ASHP는 비교적 시원한 공간(예: 70°F의 집)에서 열을 빼내어 뜨거운 공간(예: 85°F의 외부)으로 버릴 수 있다. 그러나 에어컨과 달리 ASHP의 응축기와 증발기는 역할을 바꿔 차가운 외부 공기에서 열을 흡수하여 따뜻한 집으로 버릴 수 있다.

공기열원 열펌프는 다른 열펌프 시스템에 비해 저렴하다. 공기열원 열펌프의 효율은 외부 온도가 매우 춥거나 매우 더울 때 감소하므로 온화한 기후에서 가장 효율적으로 사용된다. 그러나 초기 예상과는 달리 스칸디나비아나 알래스카와 같은 추운 외부 온도 지역에서도 잘 작동하는 것으로 입증되었다. 노르웨이, 핀란드, 스웨덴에서는 지난 20년 동안 열펌프 사용이 크게 증가했다. 2019년에는 이들 국가에서 100명당 15~25개의 열펌프가 있었고, ASHP가 주요 열펌프 기술이었다. 마찬가지로, ASHP가 완전히 단열된 건물에서만 잘 작동할 것이라는 초기 가정은 잘못된 것으로 입증되었다. 심지어 오래되고 부분적으로 단열된 건물도 ASHP로 개조하여 에너지 수요를 크게 줄일 수 있다.

앞서 언급된 지역에서 EAHP(배기열 히트펌프)의 효과도 연구되어 유망한 결과를 보였다. 배기열 히트펌프는 전기를 사용하여 건물 밖으로 나가는 배기 공기에서 열을 추출하여 DHW(가정용 온수), 공간 난방 및 공급 공기 가열에 사용한다. 추운 국가에서는 EAHP가 공기-공기 교환 시스템보다 약 2-3배 더 많은 에너지를 회수할 수 있다. 2022년 핀란드 퀴멘락소 지역의 예상 배출량 감소에 대한 연구는 기존 아파트 건물(다양한 연령대)에 EAHP 시스템을 개조하는 측면을 탐구했다. 코트카와 코우볼라 시에서 선택된 건물들은 예상 탄소 배출량이 각각 약 590 tCO2와 944 tCO2 감소했으며, 회수 기간은 7~13년이었다. 그러나 EAHP 시스템은 호환되지 않는 배기 출력량이나 전력 소비를 보이는 건물에 설치할 경우 유리한 결과를 내지 못할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이 경우 EAHP 시스템은 탄소 배출량에 합리적인 절감 효과를 제공하지 못하고 에너지 비용을 증가시킬 수 있다(참조: EAHP).

지열원(또는 지열) 열펌프는 효율적인 대안을 제공한다. 두 열펌프의 차이점은 지열원 열펌프는 열교환기 중 하나가 지하에 배치된다는 점이다. 일반적으로 수평 또는 수직 배열이다. 지열원 열펌프는 지하의 비교적 일정하고 온화한 온도를 활용하므로 공기열원 열펌프보다 훨씬 더 효율적일 수 있다. 지하 열교환기는 일반적으로 상당한 면적을 필요로 한다. 설계자들은 이를 건물 옆의 개방된 공간이나 주차장 아래에 배치했다.

에너지 스타 지열원 열펌프는 공기열원 열펌프보다 40%에서 60% 더 효율적일 수 있다. 또한 더 조용하며 가정용 온수 난방과 같은 다른 기능에도 적용될 수 있다.

초기 비용 면에서 지열원 열펌프 시스템은 표준 공기열원 열펌프 설치 비용의 약 두 배이다. 그러나 초기 비용은 에너지 비용 절감으로 충분히 상쇄될 수 있다. 에너지 비용 절감은 특히 여름이 덥고 겨울이 추운 지역에서 두드러진다.

다른 유형의 열펌프로는 수열원 및 공기-지열 열펌프가 있다. 건물이 수역 근처에 위치한 경우 연못이나 호수를 열원으로 사용하거나 열을 배출하는 곳으로 사용할 수 있다. 공기-지열 열펌프는 건물의 공기를 지하 덕트를 통해 순환시킨다. 더 높은 팬 동력 요구 사항과 비효율적인 열 전달로 인해 공기-지열 열펌프는 일반적으로 주요 건설에는 실용적이지 않다.

 수동식 주간 복사 냉각 
수동식 주간 복사 냉각은 외기권의 극저온을 재생 가능한 에너지원으로 활용하여 주간 냉각을 달성한다. 태양열 획득을 줄이기 위한 높은 태양 반사율과 장파 적외선(LWIR) 열복사 열전달의 강점을 통해 주간 복사 냉각 표면은 지붕에 적용될 때 실내외 공간에 대해 주변 온도 이하의 냉각을 달성할 수 있으며, 이는 냉각에 필요한 에너지 수요와 비용을 크게 낮출 수 있다. 이러한 냉각 표면은 태양 에너지 패널과 같은 다른 재생 가능 에너지원과 유사하게 하늘을 향하는 패널로 적용될 수 있어 건축 디자인에 쉽게 통합할 수 있다.

수동식 주간 복사 냉각 지붕 적용은 흰색 지붕의 에너지 절약 효과를 두 배로 늘릴 수 있으며, 건물 지붕의 10%에 다층 표면으로 적용될 경우 낮 시간 중 가장 더운 시간대에 사용되는 에어컨의 35%를 대체할 수 있다. 실내 공간 냉각을 위한 주간 복사 냉각 적용은 "2025년에 약 270억 달러의 시장 규모"로 성장하고 있다.

지속 가능한 건축 자재

지속 가능한 건축 자재의 몇 가지 예로는 재활용 데님 또는 분사식 유리 섬유 단열재, 지속 가능하게 수확된 목재, 트라스, 리놀륨, 양 모섬유, 헴프크리트, 로마 콘크리트, 종이 조각으로 만든 패널, 구운 흙, 다진 흙, 점토, 균사체 단열재, 질석, 아마 섬유, 사이잘삼, 해초, 팽창 점토 알갱이, 코코넛, 목재 섬유판, 칼슘 사암, 현지에서 조달한 돌과 암석, 그리고 가장 강하고 빠르게 자라는 목본식물 중 하나인 대나무, 그리고 무독성 저VOC 접착제와 페인트가 있다. 대나무 마루는 공기 중 오염 입자를 줄이는 데 도움이 되므로 생태 공간에 유용할 수 있다. 건물 외피에 식물 덮개나 보호막을 씌우는 것도 마찬가지로 도움이 된다. 산림 목재로 제작 또는 제조된 종이는 100% 재활용 가능하다고 알려져 있으며, 따라서 제조 과정에서 사용되는 거의 모든 산림 목재를 재생하고 절약한다. 건축 환경에 체계적으로 탄소를 저장할 수 있는 활용되지 않은 잠재력이 있다.

천연 제품 
지속 가능한 건축에서 천연 건축 자재를 사용하는 것은 토속건축에서 볼 수 있는 관행이다. 지역 건축 양식은 여러 세대에 걸쳐 발전하며 지역 재료를 활용한다. 이러한 관행은 운송 및 생산 배출량을 줄인다. 재생 가능한 원료, 폐기물 사용, 재사용 가능성은 목재, 이엉, 석재 및 점토의 지속 가능한 특성이다. 집성 목재 제품, 짚, 석재는 확장 가능성이 큰 저탄소 건축 자재이다. 목재 제품은 탄소를 격리할 수 있으며, 석재는 추출 에너지가 낮다. 짚은 높은 수준의 단열을 제공하면서 탄소를 격리한다. 천연 재료의 높은 열 성능은 현대 기술을 사용하지 않고도 실내 조건을 조절하는 데 기여한다.

목재, 짚, 석재의 지속 가능한 건축에서의 사용은 영국 디자인 박물관에서 주요 전시회의 주제였다.

재활용 재료
섬네일| 랄프 스펜서 스텐블리크와 아론 레전드의 2008년 '버려진 꿈' 공모전 출품작으로, 건축용품 재활용을 강조한다.

지속 가능한 건축은 종종 재생 목재 및 재활용 구리와 같은 재활용 또는 중고 재료의 사용을 통합한다. 새 재료 사용을 줄이면 체화 에너지(재료 생산에 사용되는 에너지)가 그만큼 줄어든다. 종종 지속 가능한 건축가들은 불필요한 개발을 피하기 위해 오래된 구조를 새로운 요구에 맞게 개조하려고 노력한다. 건축 재활용 및 재생 재료는 적절할 때 사용된다. 오래된 건물이 철거될 때, 종종 좋은 목재는 회수되어 재생되고 바닥재로 판매된다. 좋은 치수석재도 마찬가지로 회수된다. 문, 창문, 벽난로, 철물 등 다른 많은 부품도 재사용되어 새로운 제품의 소비를 줄인다. 새로운 재료가 사용될 경우, 친환경 디자이너는 6년만 성장하면 상업적으로 수확할 수 있는 대나무와 같이 빠르게 보충되는 재료를 찾거나, 폐기물로 패널로 압축할 수 있는 수수 또는 밀짚, 또는 껍질만 벗겨 사용하고 나무는 보존되는 코르크 참나무와 같은 재료를 찾는다. 가능하면 건축 자재는 부지 자체에서 얻을 수 있다. 예를 들어, 숲이 우거진 지역에 새 구조물이 건설되는 경우, 건물을 위한 공간을 만들기 위해 잘린 나무의 목재는 건물 자체의 일부로 재사용된다. 건물 외피 단열재의 경우, "폐 양모"와 섬유 및 농업 산업에서 발생하는 다른 폐기물 섬유와 같은 더 실험적인 재료도 연구되고 있으며, 최근 연구에서는 재활용 단열재가 건축 목적으로 효과적이라고 제안한다.

휘발성 유기 화합물 감소 
저영향 건축 자재는 가능한 한 사용된다. 예를 들어, 단열재는 포름알데히드와 같은 발암성 또는 유독성 물질을 포함할 수 있는 건물 단열재 대신 재활용 데님 또는 셀룰로스 단열재와 같은 저 VOC(휘발성 유기 화합물) 방출 재료로 만들 수 있다. 곤충 피해를 막기 위해 이러한 대체 단열재는 붕산으로 처리될 수 있다. 유기농 또는 우유 기반 페인트가 사용될 수 있다. 그러나 "친환경" 재료가 항상 거주자의 건강이나 환경에 더 좋다는 것은 흔한 오류이다. 많은 유해 물질(포름알데히드, 비소, 석면 포함)은 자연적으로 발생하며 최선의 의도로 사용된 역사를 가지고 있다. 캘리포니아주에서 수행된 재료 배출 연구에 따르면 일부 친환경 재료는 상당한 배출량을 보인 반면, 일부 "전통적인" 재료는 실제로 배출량이 더 낮았다. 따라서 천연 재료가 거주자와 지구에 항상 가장 건강한 대안이라고 결론 내리기 전에 배출량에 대한 주제를 신중하게 조사해야 한다.

휘발성 유기 화합물(VOC)은 다양한 출처에서 발생하는 모든 실내 환경에서 발견될 수 있다. VOC는 증기압이 높고 수용성이 낮으며, 새집증후군 유형의 증상을 유발하는 것으로 의심된다. 이는 많은 VOC가 새집증후군에 특징적인 감각 자극 및 중추 신경계 증상을 유발하는 것으로 알려져 있고, 실내 VOC 농도가 실외 대기보다 높으며, 많은 VOC가 존재할 경우 가산 및 승수 효과를 유발할 수 있기 때문이다.

친환경 제품은 일반적으로 VOC 함량이 적고 인간 및 환경 건강에 더 좋은 것으로 간주된다. 마이애미 대학교 토목, 건축 및 환경 공학과에서 친환경 제품 3가지와 비친환경 제품을 비교한 사례 연구에 따르면, 친환경 제품과 비친환경 제품 모두 VOC를 배출했지만, 친환경 제품에서 배출되는 VOC의 양과 강도는 인간 노출에 훨씬 안전하고 편안했다.

실험실에서 배양된 유기 물질 
목재와 같이 일반적으로 사용되는 건축 자재는 적절한 관리가 없으면 지속 불가능한 삼림 벌채를 필요로 한다. 2022년 10월 현재, MIT 연구원들은 실험실에서 배양된 백일홍 세포가 통제된 조건에서 특정 특성으로 성장하는 데 성공했다. 이러한 특성에는 "형태, 두께, 강성"뿐만 아니라 목재를 모방할 수 있는 기계적 특성도 포함된다. USDA의 데이비드 N. 벵스턴은 이 대안이 전통적인 목재 수확보다 더 효율적이며, 미래의 발전은 운송 에너지를 절약하고 숲을 보존할 수 있다고 제안한다. 그러나 벵스턴은 이 돌파구가 패러다임을 바꿀 것이며, 목재에 의존하는 지역사회의 일자리나 보존이 산불에 미치는 영향과 같은 새로운 경제적, 환경적 문제를 제기한다고 언급한다.

재료 지속가능성 표준
재료가 전체 건물 지속가능성에 미치는 중요성에도 불구하고, 건축 자재의 지속가능성을 정량화하고 평가하는 것은 어려운 것으로 입증되었다. 재료 지속가능성 속성 측정 및 평가에는 일관성이 거의 없어, 현재 수백 가지의 경쟁적이고 일관성이 없으며 종종 부정확한 환경 마크, 기술 표준 및 인증이 난무하고 있다. 이러한 불일치는 소비자 및 상업 구매자 모두에게 혼란을 야기했으며, LEED와 같은 더 큰 건물 인증 프로그램에 일관성 없는 지속가능성 기준이 통합되는 결과를 낳았다. 지속 가능한 건축 자재 표준화 환경의 합리화에 관한 다양한 제안이 이루어졌다.

지속 가능한 디자인 및 계획 

건물 

빌딩 정보 모델링

빌딩 정보 모델링(BIM)은 건축가와 엔지니어가 건물 성능을 통합하고 분석할 수 있도록 하여 지속 가능한 디자인을 가능하게 하는 데 사용된다.[5]. 개념 및 지형 모델링을 포함한 BIM 서비스는 내부적으로 일관되고 신뢰할 수 있는 프로젝트 정보를 연속적이고 즉각적으로 제공하여 친환경 건축에 새로운 채널을 제공한다. BIM은 설계자가 시스템 및 재료의 환경 영향을 정량화하여 지속 가능한 건물을 설계하는 데 필요한 결정을 지원할 수 있도록 한다.

컨설팅

지속 가능한 건축 컨설턴트는 설계 과정 초기에 참여하여 건축재료, 방향, 유리창 및 기타 물리적 요인이 지속 가능성에 미치는 영향을 예측함으로써 프로젝트의 특정 요구 사항을 충족하는 지속 가능한 접근 방식을 식별할 수 있다.

LEED 및 주택용 에너지 스타와 같은 성능 기반 등급 시스템에 의해 규범과 표준이 공식화되었다. 이들은 충족해야 할 벤치마크를 정의하고 해당 벤치마크를 충족하기 위한 측정 기준과 테스트를 제공한다. 이러한 표준을 충족하기 위한 최상의 접근 방식을 결정하는 것은 프로젝트에 관련된 당사자에게 달려 있다.

지속 가능한 건축 컨설팅은 종종 추가 비용과 관련이 있기 때문에, Architects Assist와 같은 조직은 지속 가능하고 거주자 중심의 디자인에 대한 접근의 형평성을 목표로 한다.

건물 배치

지속 가능한 건축의 핵심적이면서도 종종 무시되는 측면 중 하나는 건물 배치이다. 이상적인 친환경 주택 또는 사무실 건물은 종종 고립된 장소로 상상되지만, 이러한 종류의 배치는 일반적으로 환경에 해롭다. 첫째, 그러한 구조물은 종종 교외 스프롤의 무의식적인 최전선 역할을 한다. 둘째, 운송에 필요한 에너지 소비를 증가시키고 불필요한 자동차 배출을 유발한다. 이상적으로는 대부분의 건물이 신도시주의 운동에서 명확히 표현된 종류의 경량 도시 개발을 선호하여 교외 스프롤을 피해야 한다. 신중한 복합 용도 구역 설정은 지능형 도시 계획 원칙에서 제안된 바와 같이 상업, 주거 및 경공업 지역을 도보, 자전거 또는 대중교통 이용자에게 더 쉽게 접근할 수 있도록 만들 수 있다. 퍼머컬처 연구는 전체적인 적용에서 특히 농촌 및 삼림 지역에서 에너지 소비를 최소화하고 주변 환경과 조화를 이루는 적절한 건물 배치에 크게 도움이 될 수 있다.

물 사용량

지속 가능한 건물은 물 절약 방법을 모색한다. 전략적인 물 절약 설계인 그린 빌딩은 옥상녹화를 통합한다. 옥상녹화는 빗물을 포집하는 지붕 식생을 가지고 있다. 이 기능은 물을 추가 사용을 위해 모을 뿐만 아니라 도시 열섬 현상을 돕는 좋은 단열재 역할도 한다. 또 다른 전략적인 물 효율적인 설계는 폐수를 처리하여 재사용할 수 있도록 하는 것이다.

또 다른 지속 가능한 디자인 전략은 절수 설비와 같은 빗물 수확 시스템의 사용이다. 이는 물 소비를 기하급수적으로 줄이고 장기적인 자원 보존을 지원하는 친환경 건축에서 널리 알려져 있다.

도시 설계 

지속 가능한 도시론은 지속 가능한 건축을 넘어 지속 가능성에 대한 더 넓은 시각을 취한다. 일반적인 해결책으로는 생태산업단지(EIP)와 도시 농업이 있다. 지원되는 국제 프로그램으로는 UN-HABITAT가 지원하는 지속 가능한 도시 개발 네트워크, 그리고 세계은행이 지원하는 Eco2 Cities 등이 있다.

동시에, 최근의 신도시주의, 신고전주의 건축 및 현대 전통 건축 운동은 스마트 성장, 건축 전통 및 고전 디자인을 높이 평가하고 발전시키는 지속 가능한 건축 접근 방식을 장려한다. 이는 근대 건축 및 세계적으로 통일된 건축과 대조되며, 고립된 주택단지 및 교외 스프롤에 반대하는 경향이 있다. 두 가지 추세는 모두 1980년대에 시작되었다. 드라이하우스 건축상은 신도시주의 및 신고전주의 건축의 노력을 인정하는 상으로, 근대주의 프리츠커상의 두 배에 달하는 상금이 수여된다.

폐기물 관리 

폐기물은 가정과 기업, 건설 및 철거 과정, 제조 및 농업 산업에서 발생하는 사용되었거나 쓸모없는 물질의 형태를 취한다. 이러한 물질은 크게 도시 고형 폐기물, 건설 및 철거(C&D) 잔해, 산업 또는 농업 부산물로 분류된다. 지속 가능한 건축은 폐기물 관리를 현장에서 활용하는 데 중점을 두며, 정원용 회색물 시스템 및 퇴비 변기와 같은 것을 통합하여 하수량을 줄인다. 이러한 방법은 현장 음식물 쓰레기 퇴비화 및 외부 재활용과 결합될 때 가정의 폐기물을 소량의 포장 폐기물로 줄일 수 있다.
인공지능
건설 산업은 고도로 복잡하고 체계적인 분야이다. 전체 수명 주기는 설계, 건설 및 운영과 같은 많은 핵심 연결 고리를 포함한다. 각 연결 고리는 건물 구성 요소, 장비 매개 변수, 기후 적응성 등에 대한 정밀한 계산을 필요로 하며, 이는 학제 간 전문 지식에 의존할 뿐만 아니라 지루한 작업을 수행하는 데 많은 인력 비용을 요구한다. 현재 인공 지능의 건설 분야 응용은 널리 보급되지 않았지만, 이 기술은 독특한 장점으로 산업의 에너지 절약 및 탄소 저감 문제를 해결하는 데 중요한 지원이 되고 있다. 우선, 인공 지능은 건물 에너지 절약, 재료 성능, 기후 데이터, 장비 작동 법칙 등 다양한 분야를 포괄하는 동적 지식 기반을 보유하고 있으며, 지속적인 학습을 통해 지속적으로 최적화 반복할 수 있다. 강력한 데이터 분석 및 컴퓨팅 기능을 통해 AI는 전통적인 수동 방식으로는 수행하기 어려운 복잡한 작업을 효율적으로 완료할 수 있다. 예를 들어, EnergyPlus 모델 시뮬레이션에서는 16개 기후 지역 및 3가지 침투 시나리오에서 방대한 매개 변수 조합을 신속하게 처리하여 분석 주기를 크게 단축하고 인력 비용을 현저히 줄일 수 있으며, 에너지 절약 계획 수립에 정확한 지원을 제공한다. 둘째, 인공 지능은 동적으로 적응하는 능력을 가지고 있으며 실제 작업 조건에 따라 전략을 유연하게 조정할 수 있다. 미국 중형 사무실 건물 연구에서는 EnergyPlus 모델이 장비 효율성, 설계 및 건설, 거주자 행동, AI 적용의 네 가지 차원을 통합한다. AI는 실시간 최적화 계획의 다중 기후 지역 시뮬레이션을 통해 포괄적인 에너지 절약 잠재력을 강조한다. 국가 탄소 배출 예측에서는 AI가 6가지 시나리오(벤치마크 동결, AI 유무에 관계없이 "평소와 같이" 및 세 가지 유형의 정책 주도 시나리오 포함)를 구축하고 민감도 분석과 결합하여 효과를 정확하게 예측하고 의사 결정에 과학적 기반을 제공한다. 또한 인공 지능은 두 가지 경로를 통해 건물의 배출량 감소를 촉진한다. 한편으로는 고효율 및 에너지 절약 기술의 보급을 가속화하고 홍보 및 적용의 비용 임계값을 낮춘다. 다른 한편으로는 건물의 전체 수명 주기 프로세스를 최적화하고 에너지 절약의 전체 사슬을 실현한다. 미국의 장기 에너지 정책 및 저탄소 발전 기술과 결합하여 AI의 심층 적용은 2050년까지 상업용 건물의 에너지 소비를 약 40% 줄이고 탄소 배출량을 약 90% 줄여 산업의 순 제로 배출 목표 달성에 핵심 동력을 불어넣을 것으로 예상된다.
 같이 보기 

 각주 

 외부 링크 

 세계 그린빌딩 협의회
 패시브하우스 인스티튜트 독일 패시브 빌딩 연구소

 
분류:지속 가능성
분류:에너지 절약형 건축
분류:지속 가능한 발전
분류:지속 가능한 건축물
분류:환경사회과학
분류:지속 가능한 환경 설계