A Case Study on Sustainable Building Design of Focus on Takenaka Corporation Main Office Building

1. 지속 가능한 개발과 다케나카 본사 사옥
1.1 지속 가능한 개발의 이념과 현재의 상황
지속 가능한 개발의 이념이 세계적인 패러다임으로 정착한 것은 이미 수년 전의 일이다. 이는 비단 건축 뿐 아니라 생산기반의 모든 분야에 공통되는 주제로서, 세계 각국은 이에 대응하는 기술을 적극적으로 개발하려는 움직임을 보이고 있다.
선진 외국에서는 이미 국가적 차원에서 이를 관리, 유지, 평가하는 방법을 개발해 시행하고 있고, 특히 일본은 유엔 산하 환경전문기구인 유엔환경계획(United Nation Envirnment Programme)에서 주최하는 국제 기후변화 협약을 교토에서 개최해 ‘교토의정서’를 발표하는 등 지속 가능한 개발이라는 이념에 지대한 관심을 보이고 있으며, 이와 관련된 훌륭한 연구실적을 국가 차원에서 뿐 아니라 기업 차원에서도 다수 보유하고 있다.
1610년부터 약 4백년의 역사를 가지고 있는 다케나카 코퍼레이션은 일찍이 환경에 대한 관심을 가지고 환경친화 건축에 대한 많은 자료를 보유하고 있으며, 이를 기반으로 한 오랜 노하우를 바탕으로 2003년 도쿄에 다케나카 코퍼레이션 신사옥을 착공해 2004년에 완공했다.
이 건물은 오염의 감소나 에너지 보존, 그리고 지속 가능성과 유지관리단계에서의 에너지 감소, 공간계획 등 건축의 모든 분야에 걸쳐 매우 진보적이라는 평가를 받고 있다.

1.2 다케나카 본사 사옥의 건축 개요
대지면적 : 23,383m, 건축면적 : 5,904m / 연면적 : 29,747m, 건폐율 : 25.2%, 용적률 : 127.2% / 지상 7층 규모, 공업전용지역 / 용도 : 사무소 / 구조 : Steel Structure

2. 환경 성능 향상과 부하 절감
다케나카 코퍼레이션 신사옥에서는 계획단계에서부터 환경 성능, 삶의 질 향상, 환경 부하 절감의 기술을 채용하고 있으며 생애 CO2 방출량을 실시간 환경 모니터링하는 등의 친환경적 메니지먼트 기법을 적용했다.
또한 위의 설비적 수법 이외에도 작업공간의 계획기법과 친환경성 평가 기법들을 자체 개발해 사용하고 있는데, 이러한 방법들은 이미 기존의 평가도구와 비교해봐도 상당한 신뢰성을 갖추고 있는 것으로 평가받고 있다.

2.1 환경 성능 향상 방법
2.1.1 온열환경
오피스 계획에 있어 온열환경 계획은 거주성이라는 측면에서 가장 거주자를 만족시키기 어려운 환경요소로 알려져 있으며, 비중있게 다루어져야 할 계획요소이다.
동경 본점 다케나카 신사옥은 시시각각 변하는 온열환경에 대한 거주자의 요구를 만족시키기 위해 실내공간을 10단계로 구분해 개별 제어가 가능하도록 계획됐다.
또한 봄, 가을과 같이 외기와 내기의 온도차가 크지 않은 경우 자연 환기로 외기 체감이 가능하도록 했고, 겨울에는 열추적기를 이용해 실내 온도를 실측 및 조절해 상하 분포가 생기지 않는 쾌적한 온열환경이 유지되도록 자연적 변화를 고려했다.
2.1.2 소음, 진동환경
업무를 수향하는 공간을 계획함에 있어서 소음환경은 매우 중요한 요소이다. 실내 소음 성능 향상을 위해 공조기 본체의 흡음, 기계실의 방음벽, 외벽 개구부의 이중유리화를 적용하고, 외부 소음 방지 성능 수준 NC-35가 확보되고 있다.
잔향음 성능에는 상기의 흡음대책처럼 종래의 시스템 천장과 동등 이상의 대책을 수립하고 있으며, 천장면에 글래스 울(Glass Wool), 알미늄 펀칭 메탈을 흡음재로 활용하고 있다.
2.1.3 공기질 제어
인간이 섭취하는 물과 음식을 무게로 환산했을때 하루 평균 3~5kg 정도인 반면, 공기가 차지하는 무게는 15~20kg이라고 한다.
또 오피스에서 일하는 직원이 연간 체류하는 시간을 생각해볼 때, 거주 환경 성능이라는 측면에서 실내의 공기 질은 매우 중요하다 할 수 있다.
다케나카 본사 사옥에서의 환기를 통한 외기 도입방법은 다음의 4가지를 들 수 있다.
① 최소한의 필요 외기가 상시 도입 가능한 기계 환기 ② 외기 포텐셜을 이용해 냉방으로 이용하는 외기 냉방(팬 도입) ③ 자연력을 이용하는 환기 ④ 하이브리드

2.2 환경부하절감방법
2.2.1 태양집열덕트
식당 옥상에 설치된 태양열 집열덕트는 여름에는 식당 환기, 겨울에는 식당 난방에 이용된다. 냉방은 냉방기구에 의해서 이루어지나 태양열덕트 내의 온도와 식당 내부 온도차를 활용한 자연환기로 쾌적한 실내환경이 조성된다. 겨울에는 별도의 난방시설이 없이 내부의 팬을 이용해 태양열집열덕트를 통해 데워진 외기를 흡입, 이를 난방에 이용하고 있다.
태양열집열덕트는 상부 고투과율 유리와 내측에는 단열된 검은색 철판으로 이루어져 있어 외기를 가열시킬 수 있게 구성되어 있다.
2.2.2 하이브리드 공조
냉방 부하의 절감을 위해 자연환기와 자연통풍+공조병용(하이브리드), 외기냉방, 공조, 이렇게 4가지 환기 시스템이 외부의 기상(온도, 습도, 강우, 풍향, 풍속)에 맞게 자동으로 전환, 조절되고 있다. 특히 실제 외부의 기상과 관계없이 냉방을 할 경우 외부와의 온도차로 인해 급격하게 손실될 에너지의 절감효과를 볼 수 있다.
2.2.3 열에너지 운송시스템
공조 열원 시스템에서는 에너지 절감과 러닝코스트의 저감을 목표로, 열에너지의 균등한 분배를 위한 장치를 제안하고 있다.
이는 고효율 터보냉매기 400RT의 열원에 의해 제조한 3도의 저냉수를 1800m의 수축열조에 축열해 그 방열로 여름 낮동안 냉방부하가 최고인 3시간에 사용하는 시스템이다.
보통의 운반에는 고 COP의 가스흡수식온수방생기(300RT 2대)로 의해 취출된 6도의 냉각수를 빙축열(CLIS)을 시리즈로 접속해 3.5도까지 냉각, 취출하고 있다.
2차측 냉수는 3.5도~13도(9.5도차) 저온의 고온도차운송을 하고 있고 또 기준층의 약 30%의 영역에는 냉각수의 대부분 장열변화를 이용해 CHS(수화물스라리)를 이용해 1층 응접실에는 냉매 자연 환기 시스템을 채용해 운송동력을 크게 저감하고 있다.
실내의 공조 시스템은 냉방시의 취출해 온도를 11도의 저온으로서 팬의 운송동력 저감을 추구하고 있다. 또 난방시에는 40도 온풍을 공급하고 있다.

2.3 라이프 싸이클 매니지먼트
2.3.1 개념
다케나카 코퍼레이션은 건물의 종합적인 유지, 관리를 위해 환경보전(Ecology), 경제성(Economy), 품질(Quality)의 최적 밸런스를 유지하고자 한다. 중장기 유지관리계획, 시설관리운용계획, 각종 진단, 평가, 개선의 프로세스를 통해 종합적 라이프 싸이클 관리체계를 구축하고 회사의 보유자산평가를 향상시키는데 목적이 있다.
2.3.2 LCM 기술
■환경보전 (Ecology) : 시설의 라이프 싸이클에 있어서 환경에의 부하를 저감하기 위해 건물 녹화, 환경 부하 예측 시뮬레이션, 오염 토양과 물의 정화, 에너지 감소, 건설부산물리싸이클 등의 각종 기술을 보유, 적용하고 있다.
1) 녹화기술 : 열섬현황 완화, 대기 정화, 우수유출 조절, 에너지 절감, 도시환경 향상에 공헌한다.
2) LCA 평가 시스템 : 건설, 운용, 갱신, 해체에서 발생하는 CO2를 산출, 환경 부하를 최소화하는 계획을 한다.
3) 토양정화 시뮬레이션 기술 : 토양오염물질의 오염범위는 확대되고 있다. 오염범위를 정확히 시뮬레이션 함으로써 최적의 정화 시스템을 계획한다.
4) 전축열 시스템 : 주간의 공조 부하의 100%를 낮은 요금의 야간 전력에 의존해 축열, 전력 부하를 평준화해 저비용화를 추구하고 있다.
5) 콘크리트 리싸이클 기술 : 해체 콘크리트 덩어리를 독자적인 처리장치로 골재에 부착되어 있는 시멘트를 분리, 제거하고 자연골재의 품질과 동일한 재생골재를 제조한다.
■경제성 (Economy) : 시설을 전략적으로 운용, 관리해 생산 코스트를 저감하기 위해 기획단계에서부터 사업성 평가나 LCC 평가, IT 기술을 사용한 CAFM, 경제성 가치평가의 각종 기술을 보유, 적용하고 있다.
1) 사업성 평가 시스템 : 부동산 사업의 수지를 예측해 사업성을 평가하고 1기, 2기의 단계 건설, 복수 토지의 유효활용계획의 종합평가에 이용할 수 있다.
2) LCC 평가 시스템 : 건설, 운용, 갱신, 해체에 있어 발생되는 코스트를 산출해 라이프 싸이클 코스트를 최소화한다.
3) CAFM : 컴퓨터 네트워크를 활용한 시설의 전략 계획, 운영 유지 등의 분석이나 평가, 관리체제의 합리화 비용 절감을 추구한다.
4) 중장기 유지보전 계획 시스템 : 준공 후의 건물 부위나 기기에 관한 유지보전의 실시 시기, 비용을 보고 유지보전계획을 작성하고 적절한 유지보전 LCC 저감을 추구한다.
5) 듀딜리전스(Due Diligence) : 물적 조사, 환경 조사 등의 엔지니어링 그래프 레포트를 작성해 각 전문가와 연휴, DD 업무를 한다.
■품질 (Quality) : 라이프 싸이클에 있어 건축주의 사업을 시설면에서부터 지원하기 위한 건물의 기능, 효용을 유지, 향상시키는 고내구 장수명재료, 건물성능진단 리뉴얼 기술을 보유, 적용하고 있다.
1) 고내구성 콘크리트 : 내구성 개선제를 사용해 콘크리트의 사용가능 연수를 1백년에서 5백년 이상으로 향상시켜 건물의 장수명화를 추구하고 있다.
2) 오염에 강한 건물 : 건물의 외벽을 오염이 적고 높은 성능에 장기간 유지가 가능하고 메인터넌스의 토탈 비용의 저감을 추구한다.
3) 오피스 빌딩의 성능평가 시스템 : 기존의 시설 성능을 합리적으로 평가함으로써 개수 시공의 운영관리상의 판단재료를 제공한다.
4) 각종 진단기술 : 각종 진단기술로 현상을 조사, 분석하고 적절한 대처방법, 계획적인 유지관리 계획을 한다.
5) 외장리퍼 블리쉬 : 외장을 전면 갱신함으로써 건물의 미관을 향상하고 외장재의 건물의 장수명화를 추구한다.
2.3.3 다케나카 LCCO2 Management
다케나카 코퍼레이션은 공조 설비, 조명, 방재, 방범, 전력, 열원의 BA(Building Automation, 빌딩자동화)을 적극 활용했다.
또한 효율적인 운영을 위해 각각 설비들의 자동화시스템을 일원화시킬 필요성이 대두됐고, BEMS(Building Energy Management System) 개발을 통해 정량적인 에너지 소비량에 대한 관리가 가능해졌다.
이에 다케나카 코퍼레이션은 다케나카 CAFM(Computer Aided Facility management)인 B-MASS와 IP 네트워크로 구축된 BEMS를 채용해 빌딩 현관의 전광판이나 사무실 개인 컴퓨터로 전체 에너지 소비량을 모니터링해 관리, 제어하고 있다.
B-MASS를 사용해 역사 분석, 차기계획 검사, 중장기 보전계획, 연간 보전계획, 월간 보전계획, 실적 등록이 반복적으로 피드백됨으로써 에너지 절감에 기여하고 있다.
설계단계에서 TECS를 통해 에너지 소비량을 예측하고 준공 후에 실측을 통한 BEMS의 계측 결과를 TECS의 예측 결과와 비교 분석해 에너지 감소의 목표치를 효율적으로 관리하고 있다. 또한 이런 분석 결과를 1층 현관 ‘환경 모니터’에 실시간으로 보여줌으로써 방문객에게도 에너지 관리 현황을 보여줄 수 있다.

2.4 워크플레이스
중저층 건물의 장점을 활용해 넓은 오픈 스페이스를 만들어 작업공간의 개방감을 준 것이 특징이다.
도심형 고층건물은 엘리베이터와 계단실이 차지하는 비중이 크기 때문에 상대적으로 고밀의 작업공간인 반면에 다케나카 코퍼레이션 신사옥은 철골구조로 기둥간격이 넓고 층고도 높다.
게다가 중정의 충분한 채광으로 사내의 분위기가 밝고 쾌적하다. 높은 파티션으로 작업공간을 고립시키지 않고 개방된 공간에서의 작업이 이루어지게 설계됐다.
한편, 건물의 빛환경 측면에서 사무실의 공간 깊이에 따라 중정에서 가까워질수록 조도가 높아진다. 결국 건물 남북 방향으로 빛의 운하를 형성시켜 중정 부분에서 공용행위가 일어나게 프로그램을 해 효율적인 조명계획을 했다.

2.5 친환경 평가기법
건물의 환경성능평가를 위해 세계의 선진국들은 그들만의 평가기법을 가지고 있다. 주로 환경부하 절감에 대한 항목으로 구성되어 있는데, 각 항목에 대한 레벨을 체크해 건물의 환경성능 수준을 파악하게 할 수 있다. 일보의 CASBEE의 경우 환경성능과 환경의 질에 초점을 두었음을 알 수 있다.
다케나카 코퍼레이션의 경우 CASBEE와 같은 자체 평가 툴을 개발했는데 이 평가툴은 PAL(연간 열부하 계수)나 CEC(공조 에너지 소비계수) 등을 산출하지 않아도 정성적인 분석에 의해서 평가가 이루어지기 때문에 30분 만에 건물의 환경 성능을 파악해 기본설계 단계에서부터 수정 조치가 가능토록 했다.
 2.5.1 다케나카 평가도구
다케나카 코퍼레이션에서는 기본설계시, 건축물 환경에 대한 평가를 자체 실행하고 시공단계에서도 환경 성능을 정량화하는 툴을 구축해 설계 전 프로젝트에 활용했다.
평가대상은 원칙적으로 신축건물, 기본설계 단계에서 PAL(연간 열부하계수)나 CEC(공조 에너지 소비계수) 등의 수치가 계산되지 않은 상태에서도 개략적으로 30분 만에 평가할 수 있게 했다. 실내환경, 라이프 사이클, 랜드 스케이프, 에너지, 자원 매트리얼, 에미션의 6개의 카테고리로 구성되어 있고 평가는 정성적인 포인트제로서 0, 1, 2점으로 가산하고 환경의 질 성능에 관해 21항목, 환경부하에 관해 41항목, 총 62항목으로 평가하고 있다.
2.5.2 CASBEE
일본 SB 컨소시움에서 개발한 캐스비의 평가항목은 건축물의 환경품질, 성능에 관한 실내환경, 서비스 환경, 부지 내 환경의 3가지 평가항목으로 환경부하 평가항목은 에너지, 자원 매트리얼, 부지 외 환경의 3가지 항목으로 나눠 평가된다.
스코어시트 점수로 환경성능(Q)은 분자로 환경부하(L)는 분모로 해 BEE(Building Environmental Efficiency, 건물환경성능효율)를 가지고 평가 한다.

3. 친환경건축의 방향
우리나라에서도 이미 환경친화건축에 대한 의식이 매우 높으며 지속가능 건축에 대한 기술들의 도입과 개발이 활발하다.
근래 지어진 건축물은 대부분 BA시스템이 구축되어 있으며, 2003년에 코엑스에서는 4억6천만원의 예산을 투입해 건물 에너지 관리 시스템(BEMS)을 자체 개발, 적용해 그 결과 2003년 에너지 비용이 1백57억원으로 2002년보다 8억원 가량 줄였다.
또 우리나라도 건교부, 환경부가 개발한 Green Building 인증제도가 있어 건물의 환경성능평가를 하는 단계에 와 있다. 이로써 우리나라는 지속가능한 환경친화 건축의 출발점에 서 있다고 볼 수 있고 코엑스의 건물 에너지 관리 시스템 개발은 유지관리 분야에서 큰 의미를 갖는다고 보인다.
곧 우리나라도 학계나 기업에서 뿐만 아니라 클라이언트도 러닝코스트에 대한 인식이 높아져 건물의 초기 건설비용보다 유지관리 비용에 대한 관심이 높아질 것으로 예상된다. 현재 우리나라는 유지관리에 대한 기술들이 많이 확보되어 있지만, 각 분야의 기술들을 통합하는 툴이나 시스템 부재로 효율적인 운영이 되고 있지 않다.
건물 에너지의 통합관리 시스템 개발은 환경 보전을 통한 삶의 질 향상에 궁극적인 목적이 있다. 이는 건축환경이 환경부하 절감과 인간의 삶의 질 향상 차원에서 균형을 이루는 것을 의미한다. 이를 위해 인간이 만족할 수 있는 최소한의 환경수준을 파악하는 것이 선행되어야 할 것이다.
인간의 최적 환경기준을 설정함으로써 과도한 환경부하 절감 기준을 피하고 보다 쾌적한 거주환경을 통해 거주자의 삶의 질을 향상시킬 수 있다. 다케나카 코퍼레이션 본사 사옥은 TECS의 환경부하 예측치와 BEMS의 실측치를 비교하는 수법을 통해 최적의 친환경 건축공간을 구현하고 있다.
국내 건축물이 날로 고층화, 첨단화되어가고 있는 시점에서 건축물에 대한 친환경 통합관리 시스템 개발은 필수적이다. 물론 시스템 운영기준은 거주자의 삶의 질 향상이 우선되어야 할 것이다.
CASBEE를 개발한 일본에서도 삶의 질 평가에 대해 많은 시행착오를 겪고 있다. 우리나라에서도 에너지 절감 기술이나 환경부하 저감 기술 개발도 중요하게 다루어야 하지만, 삶의 질, 환경성능, 평가 툴에 대한 개발과 연구가 폭넓게 이루어져야 할 것이다.