에너지 성능 향상을 위한 목재 외피 계획에 관한 연구 : 테헤란로 오피스 빌딩 리모델링을 중심으로 = A Study on Wood Building Planning for Enhancing Energy Performance : Focusing on Remodeling of Office Building on Teheran-ro

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study proposes and quantitatively evaluates a timber-based façade remodeling strategy for high-rise office buildings along Teheran-ro in Seoul, aiming to simultaneously improve energy performance and urban streetscape quality. Many office buildings constructed in the 1990s–2000s in this district are characterized by curtain wall systems with high window-to-wall ratios, which lead to increased cooling loads and monotonous urban façades. In response, this research explores an integrated façade design approach using timber louver systems.
A theoretical review was conducted to examine the thermal and environmental properties of timber as well as the solar control performance of louver systems. Based on this, a timber–steel hybrid louver system was proposed to address the structural and fire safety limitations of timber in high-rise applications. A representative base model reflecting the typical architectural characteristics of Teheran-ro—an 18-story office building with an eccentric core—was developed. Under identical window-to-wall ratio conditions, six grid-type timber louver alternatives （ALT 1–6） were designed and evaluated.
Environmental performance simulations were carried out using Autodesk Insight. The results indicate that the application of timber louvers can reduce energy use intensity （EUI） by up to approximately 15% compared to the baseline curtain wall model （321.7 kWh/m²·yr）. Among the alternatives, ALT 2 demonstrated the most balanced performance, achieving about 14% energy reduction while maintaining adequate daylight availability and visual openness. The proposed system is also estimated to reduce annual operational energy costs by approximately KRW 70 million.
The findings confirm that timber-based louver façade systems can serve as an effective remodeling strategy for high-rise office buildings by enhancing energy efficiency, indoor environmental quality, and urban visual diversity. Furthermore, the proposed hybrid façade system and performance-based design methodology provide a practical framework for sustainable retrofitting in dense urban business districts.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 서울 테헤란로에 위치한 노후 고층 오피스 빌딩을 대상으로 에너지 성능과 실내 채광환경을 개선할 수 있는 목재 루버 외피 리모델링 계획을 제안하고, 그 적용 효과를 정량적으로 검증하는 것을 목적으로 한다. 테헤란로에 분포하는 1990~2000년대 준공 오피스 빌딩은 높은 창면적비의 유리 커튼월이 주로 적용되어 과도한 일사 유입과 냉방부하 증가, 실내 눈부심 및 획일적인 가로 경관 등의 문제를 나타낸다. 이에 기존 구조체와 커튼월을 유지하면서 외측에 경량 목재 루버를 부가하는 외피 리모델링 방안을 검토하였다.

연구 방법으로는 먼저 오피스 외피 리모델링, 루버 시스템 및 목재 외피에 관한 이론적 고찰과 국내외 사례 분석을 통해 주요 계획 요소를 도출하였다. 이후 테헤란로 전면부 고층 건축물 117동의 규모와 평면 특성을 바탕으로 편심코어형 지상 18층 Base Model을 설정하였다. 동일한 건축물 규모, 창면적비, 창호 및 설비 조건에서 개구율, 패턴 밀도와 방향성이 서로 다른 6개의 격자형 목재 루버 대안을 구성하였다. BIM 기반 시뮬레이션 및 Ladybug/Honeybee를 활용하여 일사 및 채광 성능을 분석하고, Autodesk Insight를 통해 연간 에너지 사용집약도（EUI）와 운영단계의 에너지 비용을 비교하였다.

분석 결과, ALT 4는 기준 모델의 EUI를 321.7kWh/㎡·yr에서 278.8kWh/㎡·yr로 감소시켜 가장 높은 에너지 절감 성능을 나타냈다. 그러나 높은 패턴 밀도로 인해 자연채광과 외부 조망 및 입면 개방성이 저하되는 한계가 확인되었다. ALT 2는 EUI 282.1kWh/㎡·yr과 sDA300/50% 81.63%를 나타내어 ALT 4보다 에너지 절감 효과는 다소 낮았으나, 일사 차단, 자연채광, 외부 조망 및 입면 개방성 측면에서 상대적으로 균형적인 성능을 확보하였다. 또한 제시된 분석 조건을 기준으로 연간 약 7,073만원의 에너지 비용을 절감할 수 있는 것으로 산정되었다.

이에 에너지와 채광 성능, 조망, 방위 대응성 및 모듈화 가능성을 종합하여 ALT 2를 최종안으로 선정하였다. 최종 계획안은 저층·중층·고층의 일사 및 채광 조건에 따라 루버 밀도를 차등 적용하고, 구조적 하중은 강재 프레임이 담당하며 목재 루버는 개별 교체가 가능한 비내력 차양 부재로 결합하는 목재-강재 하이브리드 프리패브 모듈로 구체화하였다.

본 연구는 목재 루버 외피가 노후 오피스 빌딩의 에너지 성능과 실내 채광 환경을 개선하는 동시에, 유리와 금속 중심의 도시 입면에 재료적 다양성을 부여할 수 있는 리모델링 전략임을 제시하였다는 데 의의가 있다. 다만 실제 건축물에 적용하기 위해서는 구조 안전성, 내화 성능, 내구성, 유지관리성 및 재료의 전 생애주기 환경성에 대한 추가적인 실증과 검증이 필요하다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구의 배경 및 필요성 1
• 제2절 연구의 범위 및 방법 4
• 1. 연구의 범위 4
• 2. 연구의 방법 5
• 제2장 연구에 관한 이론적 배경 8
• 제1절 오피스 빌딩의 노후화와 리모델링의 필요성 8
• 1. 오피스 빌딩의 외피 노후화와 구조적환경적 한계 8
• 2. 기존 입면 유형별 에너지 소비 특성 13
• 제2절 에너지 성능 개선을 위한 외장 리모델링 기법 22
• 1. 외장 리모델링의 개념 및 유형 22
• 2. 부하 저감을 위한 입면 외장 리모델링 요소 분석 27
• 3. 외피 성능 향상을 위한 차양 및 외장 시스템 적용 전략 32
• 제3절 에너지 성능 개선을 위한 루버 시스템 적용 36
• 1. 루버 시스템의 개념 및 역할 36
• 2. 루버 유형별（수평수직격자형） 특성 비교 38
• 3. 루버 시스템의 에너지 절감 효과 42
• 제4절 친환경 외피로서의 목재 루버 시스템 46
• 1. 목재의 재료적 특성과 탄소저장 효과 46
• 2. 고층 건축 적용을 위한 목재-강재 하이브리드 기술 49
• 3. 에너지 성능 최적화를 위한 목재 루버 외피 적용 방향 52
• 제3장 목재 루버 건축물 및 루버 적용 리모델링 사례 분석 55
• 제1절 목재 루버 건축물 사례 분석 57
• 1. SunnyHills 57
• 2. The Black＆White Building 60
• 3. Freebooter Housing 63
• 4. 소결 66
• 제2절 에너지 성능 개선을 위한 루버 적용 리모델링 사례 분석 69
• 1. 청연빌딩 69
• 2. 한화빌딩 72
• 3. 100 Liverpool Street 76
• 4. 소결 79
• 제4장 테헤란로 오피스 빌딩의 현황 분석 및 기저모델 설정 82
• 제1절 테헤란로 오피스 빌딩의 현황 분석 82
• 1. 테헤란로의 가로도시적 특성과 미기후 환경 82
• 2. 테헤란로 오피스 빌딩의 노후도 및 가로 경관 특성 87
• 3. 입면 유형별 에너지 사용 특성 90
• 4. 테헤란로 오피스 빌딩의 높이에 따른 채광 분석 94
• 제2절 목재 루버 외피 적용을 위한 계획 조건 도출 99
• 1. 방위 및 주변 건축물 영향을 고려한 외피 계획 제약조건 99
• 2. 가로 경관 특성을 고려한 목재 외피 적용 가능성 검토 102
• 3. 실증 데이터 기반 목재 외피 설계 수용 조건 도출 103
• 제3절 테헤란로 오피스 빌딩 Base Model 설정 105
• 1. 테헤란로 오피스 빌딩의 현황 105
• 2. Base Model 설정의 목적 및 범위 108
• 3. 오피스 빌딩 Base Model 설정 109
• 4. Base Model의 외피 및 창호 조건 설정 115
• 제5장 목재 외피 디자인 계획안 117
• 제1절 에너지 성능 기반 목재 외피 디자인 제안 117
• 1. 루버 디자인 유형 분류 및 에너지 절감 효과 분석 117
• 2. 루버 간격 및 돌출 길이에 따른 채광 성능 분석 126
• 3. 분석 결과에 따른 목재 루버 디자인 제안 130
• 제2절 목재 외피 상세 계획 133
• 1. 입면 조건（방위높이）에 따른 루버 모듈 적용 계획 133
• 2. 프리패브 공법을 고려한 목재 모듈 계획 136
• 3. 유지관리 및 내구성 확보를 위한 디테일 계획 138
• 4. 최종 디자인 종합 및 기대효과 141
• 5. 모형 및 패널 143
• 제6장 결 론 147
• 제1절 연구 결과 요약 147
• 제2절 연구의 의의 150
• 제3절 한계 및 향후 과제 152
• 참 고 문 헌 155
• ABSTRACT 157