建築物의 環境性能과 經濟性을 考慮한 評價프로그램 開發에 관한 硏究

국문 초록 (Abstract)

현재 전 세계적으로 지구환경과 관련되어 관심의 초점이 되고 있는 문제는 바로 지속 가능한 개발이다. 건축에 있어서 지속 가능한 개발이란 건물의 에너지 소비를 최소화함으로써 자원을 절약하고 생태계와 지구환경을 보전하는 에너지절약형 건축이다. 그러나 우리나라의 경우 건물에너지절약기술은 환경성능 및 경제성에 대한 고려가 미흡하고, 단지 기술적 성능만을 고려한 경우가 대부분이었다. 또한 지금까지 건축물의 환경평가 및 경제성분석에 관한 연구들은 전생애비용, 전과정평가 및 환경성능평가를 개별적으로 분석하는 모델을 개발하는 것이었다. 그러나 이와 같은 연구의 문제는 환경성능과 경제성이라는 상호 간섭적인 두 가지 개념을 분리하여 판단하고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 전생애비용과 전과정평가방법을 동시에 이용하여 환경의 가치를 비용을 통해 분석하는 평가모델을 제시하는데 있다.
건축물 환경평가 모델을 설정하기 위하여 환경평가와 경제성분석의 일반적인 이론과 방법을 정리하였고, 건축물의 전생애비용 및 전과정평가에 대한 평가모델의 기존 연구와 현황을 조사하였다. 또한 전생애단계별 에너지소비량, CO₂배출량을 적산법, 산업연관분석법 및 현장실태조사를 통하여 산출했고, 비용항목을 문헌조사를 통해 정리한 후 환경부하 및 비용항목에 대한 데이터베이스를 구축하였다. 이와 같은 기초연구를 기반으로 본 연구에서는 건축물의 환경부하 및 비용평가 분석모델과 전생애단계의 데이터베이스를 이용하여 프로그램을 전산화하고, 컴퓨터시뮬레이션을 이용한 공동주택의 사례연구를 통하여 평가모델의 적용성을 검토하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

첫째, 건축물의 환경성능 및 경제성을 고려한 평가모델에 대한 연구결과는 다음과 같다.
1) 기존의 평가모델들은 전생애비용, 전과정평가 및 환경성능 평가를 개별적으로 분석하는데 반하여 본 연구에서 개발된 평가모델은 이들을 통합함으로써 환경의 경제적 가치를 비용으로 환산할 수 있다. 또한 환경부하 및 비용의 정량화뿐만 아니라 경제적인 설계대안의 평가에도 유용한 도구로서 적용 가능하다.
2) 본 연구에서 제시된 평가모델을 이용하여 건축물의 각 공정 및 사용자재별로 에너지소비량 및 환경부하 배출량을 정량화하고 비용산출이 가능함으로써 추후 에너지비용에 부가될 것으로 예상되는 환경비용의 영향을 예측할 수 있다.

둘째, 환경성능 및 경제성을 고려한 평가프로그램을 위한 데이터베이스 구축에 대한 연구결과는 다음과 같다.
1) 생산단계, 시공단계, 사용단계 및 폐기단계별로 에너지소비량과 CO₂배출 원 단위 및 폐기물발생 원 단위를 산정하였다. 그리고, 그 결과 값을 시공단계에서 선정된 건물의 조건에 적용시킴으로서 건축물의 전생애단계의 환경부하를 산출하였다.
2) 환경비용을 고려한 전생애비용(LCC)을 산출하기 위하여 생산단계, 시공단계, 사용단계 및 폐기단계의 각종 비용을 참고문헌과 물가자료를 기초로 하여 산출하였다. 환경비용은 우리나라가 기후변화협약에 따른 CO2의 감축의무를 가질 상황을 좀더 현실적으로 반영할 수 있도록 지구온난화비용을 근거로 배출탄소량에 따라 환경부과금을 산정하였다.

셋째, 건축물의 환경성능 및 경제성을 고려한 평가 프로그램의 전산화 및 적용성에 대한 연구결과는 다음과 같다.
1) 본 연구에서 개발된 컴퓨터 프로그램은 건축물의 환경부하에 대한 다양한 경제성분석이 가능하여 건축물의 특성과 건축주의 요구조건에 따른 투자의 효율성 분석이 가능하다.
2) 본 연구에서 개발된 컴퓨터 프로그램은 민감도 분석을 이용하여 다양한 설계요소의 변화에 따른 환경경제성의 변화를 분석함으로써 설계대안의 평가 및 설계요소의 수정을 가능하게 한다. 또한 환경성능 및 경제성 평가과정의 동시선정 알고리즘을 전산화함으로서, 지속적인 건물설계를 위한 주요한 공헌을 할 가능성이 있다.

넷째, 환경성능과 경제성 측면에서 평가방법의 사례연구결과는 다음과 같다.
1) 사례연구의 결과 공동주택의 경우 신축과 리모델링의 두가지 경우에서 모두 대부분의 환경비용은 사용단계에서 발생하는 것으로 나타났다. 따라서, 환경에 미치는 영향을 최소화하기 위해서는 무엇보다도 사용단계에서의 에너지절약이 필수적이며 에너지절약시스템의 적극적인 도입이 필요하다.
2) 연료의 청정정도(즉, 탄소의 배출량)에 근거하여 CO₂배출비용을 부과한다는 측면에서 볼 때, 주로 석탄류와 같은 저가의 고효율 에너지는 고 탄소배출 연료이므로 더 이상 저가의 고효율 에너지원이 아니다.
3) 전생애 경제성 분석결과 성능이 유사하면서 환경부하를 많이 발생시키는 건설자재는 환경성능뿐만 아니라 경제성에도 불리하였다. 따라서 수명기간 및 비용 등의 변수들에 대한 고려가 요구된다.

종합적으로 본 연구에서 개발된 환경성능 및 경제성 평가 모델과 컴퓨터 프로그램을 건축산업에 적용할 경우 건축과정의 각 단계에서 합리적인 환경부하 관리가 용이하고, 또한 초기계획단계에서 환경영향을 파악함으로써 설계안의 개선 및 다양한 대안에 대한 합리적인 판단기준으로 활용이 가능할 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1. 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2. 연구의 방법 및 범위 2
• 1.3. 용어 정의 6
• 제 2 장 연구의 이론적 배경 8
• 2.1. 전과정평가(LCA)에 관한 연구 8
• 2.1.1. 전과정평가의 개요 8
• 2.1.2. 전과정평가(LCA)의 구성요소 9
• 2.1.3. 전과정평가(LCA) 계산법 10
• 2.1.4. 건축분야의 전과정평가(LCA) 연구현황 12
• 2.2. 경제성 분석에 관한 연구 15
• 2.2.1. 경제성 분석의 목적 및 주요인자 15
• 2.2.2. 경제성 분석 기법 19
• 2.2.3. 전생애비용(LCC) 분석 24
• 2.3. 환경성능 및 경제성 평가를 위한 분석모델 및 프로그램 현황 30
• 2.3.1. 전생애비용(LCC) 모델 30
• 2.3.2. 전과정평가(LCA) 모델 33
• 2.3.3. 환경성능 평가모델 36
• 2.3.4. 기존 프로그램의 비교검토 38
• 제 3 장 건축물의 환경성능 및 경제성 평가모델 42
• 3.1. 평가개요 및 시스템경계 42
• 3.1.1. 평가 개요 42
• 3.1.2. 전생애 건축시스템 44
• 3.2. 자료 수집방법 및 대상자재의 선정 45
• 3.2.1. 전생애단계별 자료수집 방법 45
• 3.2.2. 평가대상 선정 49
• 3.3. 평가모델의 설정 52
• 3.3.1. 평가모델의 적용범위 및 방법 52
• 3.3.2 환경성능 평가모델의 설정 54
• 3.3.3. 경제성 평가모델의 설정 59
• 제 4 장 환경부하 및 비용항목에 대한 데이터베이스 구축 64
• 4.1. 전생애 환경부하 64
• 4.1.1. 환경부하 원 단위 계산방법 64
• 4.1.2. 생산단계 68
• 4.1.3. 시공단계 77
• 4.1.4. 사용단계 82
• 4.1.5. 폐기단계 83
• 4.1.6. 전생애단계의 환경부하 87
• 4.2. 전생애단계의 비용 89
• 4.2.1. 환경비용의 산정 89
• 4.2.2. 생산단계의 비용 92
• 4.2.3. 시공단계의 비용 95
• 4.2.4. 사용단계의 비용 96
• 4.2.5. 폐기단계의 비용 99
• 제 5 장 건축물 환경평가 프로그램 개발 100
• 5.1. 프로그램의 로직 및 알고리즘 100
• 5.1.1. 분석 및 평가 방법 100
• 5.1.2. 환경부하 및 비용산정 로직 및 알고리즘 100
• 5.1.3. 전생애비용(LCC) 및 경제성분석 로직 및 알고리즘 103
• 5.2. 프로그램의 개요 및 흐름도 108
• 5.2.1. 프로그램의 개요 108
• 5.2.2. 프로그램의 구성 109
• 5.2.3 프로그램의 흐름도 111
• 제 6 장 프로그램의 적용성 연구 114
• 6.1. 신축 건축물의 시뮬레이션 결과 및 고찰 114
• 6.1.1. 전생애 환경부하 분석 116
• 6.1.2. 전생애 환경비용 분석 120
• 6.1.3. 변수들간의 민감도 분석 125
• 6.2. 리모델링 건축물의 시뮬레이션 129
• 6.2.1. 사례건물 및 분석기준의 선정 129
• 6.2.2. 에너지소비량 산정 시뮬레이션 131
• 6.2.3. 전생애 경제성 분석 134
• 6.2.4. 난방방식에 따른 경제성분석 136
• 6.3. 소결 141
• 제 7 장 결론 143
• 참고문헌 146
• 부록 161
• 부록 Ⅰ 평가모델의 Data-Sheet(제 4 장) 162
• 부록 Ⅱ 건축자재 및 에너지부분의 생산유발계수(제 4 장) 168
• 부록 Ⅲ 평가모델의 Manual(제 5장) 170
• 부록 Ⅳ 평가모델의 Source Code(제 5장) 191
• 국문초록 196
• ABSTRACT 199