전과정 CO2 배출저감을 고려한 공동주택의 친환경내구설계 기법 개발에 관한 연구 = (A) study on the development of sustainable durability design method in an apartment house considering reduced life cycle CO2 emissions

국문 초록 (Abstract)

지구온난화 완화를 위한 지속가능한 개발이 21세기의 새로운 패러다임으로 대두된 이래, 다양한 친환경 건축기술이 개발되고 있다. 그중 장수명 공동주택 연구가 전과정에 걸쳐 자원절약과 CO2 배출량의 절감을 위한 기술로 부각되면서 목표 내구수명을 고려한 내구설계 수법과 전과정 CO2 배출량을 정량적으로 평가 가능한 기술 개발이 요구되고 있다.
하지만 현재 장수명 건축물 설계를 위해 수반되는 내구설계에서는 CO2 배출량 평가에 관해 고려되지 않고 있다. 또한 LCCO2 배출량 평가기법은 주로 운영단계 평가에 초점이 맞추어져 건설단계의 자재선정에 따른 투입물량의 평가가 부족하며, 평가시점도 실시설계 이후에 산정된 투입물량의 직접 입력을 통해만 LCCO2 배출량 산정이 가능한 문제점이 있다. 이것은 높은 CO2 배출저감효과를 기대할 수 있는 기본설계단계에서 LCCO2 저감을 위한 친환경설계안으로의 변경이 어렵다는 것을 의미한다.
따라서 본 연구는 전과정 CO2 배출저감을 고려한 공동주택의 친환경내구설계 기법을 목적으로 하여 기본설계단계에서 평가가 가능하도록 구성하였다. 목표로 하는 내구수명과 목표로 하는 LCCO2 배출 저감률을 만족시키기 위하여 내구수명에 따른 전과정 CO2 배출량을 정량적으로 평가 파악하고 평가 공동주택이 목표를 만족하지 못할 경우 대안설계 조건을 통하여 목표를 만족하는 친환경내구설계 설계 조건을 제안할 수 있도록 구성하였다.
이를 위해 내구수명에 따른 CO2 배출량을 산정하기 위해 일본토목학회 표면보호공법 설계시공지침과 시간에 따른 확산계수 예측식을 통해 내구수명을 산정하여 W/B와 피복두께를 산정하고 산정된 W/B에 따른 철근콘크리트구조물의 수직부재의 물량 저감률을 적용하였다.
건축물의 전 생애를 건설단계, 운영단계, 유지관리단계, 해체/폐기단계로 구분하여 각 단계의 CO2 평가방안을 제안하였다. 건설단계는 건축공사의 CO2 배출량의 80%이상을 차지하는 CO2 배출 주요건설자재를 선정하고 5가지 표준 공동주택에 대한 CO2 평가 방안을 제안하였다. 또한 운영단계는 에너지효율등급 인증제도의 난방부하계산 통해 CO2 배출량을 산출하였다. 유지관리단계는 내구수명에 따른 유지보수공법을 선정하고, 선정된 보수공법별 투입보수자재의 CO2 배출량과 산정하였다. 해체폐기단계는 건설표준품셈을 이용하여 각각의 CO2 배출량을 산출하였다.
대안설계 조건으로 고내구성 설계조건, 유지보수공법 적용 설계조건, 고성능 단열시스템 설계조건을 제시하여 목표수치를 만족할수 있도록 설정하였다. 친환경 내구설계 기법을 통하여 목표로 하는 내구수명과 목표로 하는 LCCO2 배출 저감률을 만족하는 설계 조건을 제안할수 있으며 각각의 설계 조건에서의 정량적인 수치평가가 가능하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

To alleviate global warming effect, sustainable development has emerged as a new paradigm of the 21st century and diverse sustainable construction technologies have been developed. In particular, apartment house with long life spans have gained attention due to their ability to conserve resources and reduce CO2 emissions.

The purpose of the study was to develop a Sustainable Durability Design method that can quantitatively evaluate LCCO2 emissions based on the durability life of apartment buildings in the early design phase.

To compute CO2 emissions as a function of the durability life, the durability life was determined using the durability design method of Japan Society of Civil Engineers(JSCE) and concrete structures exposed to marine environment considering time dependency method computed W/B, and thickness of concrete cover.

The life cycle of the building was divided into the construction, operation, maintenance, management, dismantlement and disposal phase, and a plan was proposed for each of the phases to assess CO2 emissions. For the construction phase, major CO2-emitting construction materials were selected, and CO2 assessment plans for 5 standard apartment housings were proposed. For the operation phase, CO2 emissions were computed using the heating load calculation of the Energy Efficiency Grade Certification System. For the maintenance and management phase, maintenance methods were selected according to the durability life, and CO2 emissions from repair materials for each maintenance method were computed. For the dismantlement and disposal phase, individual CO2 emissions were computed using the Standard Quantities per unit of construction.

To suggest Sustainable design specifications that satisfy specific target durability life and target reductions in LCCO2 were selected 3 design specifications. Sustainable design specifications are the high-durability design condition, the maintenance design condition and the high-insulation design condition.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 내용 및 방법 2
• 1.3 연구의 범위 4
• 제 2 장 기존문헌 고찰 5
• 2.1 건설산업의 환경부하 저감 필요성 5
• 2.1.1 지구환경문제와 에너지 소비 5
• 2.1.2 건설산업에서의 환경부하 9
• 2.2 내구성 설계 11
• 2.2.1 내구 수명의 개념 11
• 2.2.2 국내외 내구성 설계 동향 12
• 2.3 전과정 CO2 평가 14
• 2.3.1 전과정 평가의 개념 14
• 2.3.2 국내외 전과정 CO2 평가 동향 17
• 2.4 소결 22
• 제 3 장 친환경 내구설계 기법 23
• 3.1 친환경 내구설계 개념 23
• 3.2 친환경 내구설계 평가 프로세스 24
• 3.3 표준공동주택 설정 26
• 3.4 대안설계조건 설정 28
• 3.4.1 주요배출단계 분석 28
• 3.4.2 대안설계조건 설정 30
• 3.5 친환경 내구설계 기법 데이터 베이스 구성 31
• 제 4 장 친환경 내구설계 개발을 위한 내구설계 기술 32
• 4.1 개요 32
• 4.2 수명예측기법 32
• 4.2.1 염화물 이온 침투속도 산정 32
• 4.2.2 내구수명 산정 39
• 4.3 강도별 물량 변화율 41
• 제 5 장 친환경 내구설계 개발을 위한 전과정 CO2평가 기술 42
• 5.1 개요 42
• 5.2 건설단계 42
• 5.2.1 자재생산단계 43
• 5.2.2 운송단계 45
• 5.2.3 시공단계 46
• 5.3 운영단계 47
• 5.3.1 에너지사용량 산정 48
• 5.3.2 CO2 배출량 산정 52
• 5.4 유지관리단계 54
• 5.4.1 비구조체 유지관리 54
• 5.4.2 구조체 유지관리 55
• 5.5 해체폐기단계 61
• 제 6 장 평가기법 적용 사례분석 63
• 6.1 평가개요 63
• 6.2 평가공동주택 사례분석 66
• 6.2.1 내구수명 66
• 6.2.2 전과정 CO2 배출량 67
• 6.3 대안설계조건별 사례분석 68
• 6.3.1 고내구성 설계조건 68
• 6.3.2 유지보수공법 적용 설계조건 69
• 6.3.3 고성능 단열시스템 설계조건 70
• 6.3.4 대안설계조건 평가분석 71
• 6.4 종합평가 72
• 제 7 장 결 론 74