[김종대의 스틸스토리] 저탄소 고층 빌딩 설계 위한 7가지 원칙

건설과 빌딩운영과 관련된 탄소 배출 우려가 커지고 있음에도 불구하고 고층 빌딩은 전 세계적으로 계속 늘어나고 있다. 호주 시드니의 UNSW 건축환경학교 책임자 필립 올드필드는 보다 지속 가능한 고층건물을 설계하는 7가지 방법을 제시했다. 주요 내용을 정리한다. <편집자 주>

고층 건물은 주변 환경 위로 솟아오름으로써 더 많은 태양과 바람에 노출된다. 원칙적으로는 무료 난방과 환기가 쉽다. 그러나 너무 많은 타워가 완전히 유리로 둘러쌓여 있어 과도한 열 손실이 발생하면서 탄소배출을 증가시킨다.

고층 빌딩은 마천루 건축가 파즐루르 칸(Fazlur Khan)이 말한 것처럼 ‘높이에 대한 프리미엄’에 고통을 받고 있다. 더 높이 지을수록 타워는 바람과 지진 하중으로 점점 더 높은 횡적 압력에 직면한다.

이런 환경에 저항하기 위해 고층 건물은 탄소 집약적인 콘크리트와 강철을 더 많이 사용하게 된다. 결론은 고층 건물이 중층이나 저층보다 더 높은 탄소를 내재하게 된다.
고층건물은 일반적으로 수명주기 전반에 걸쳐 더 많은 탄소 배출량을 발생시킨다. 그렇다고 고층건물을 만들지 않을 수는 없는 일이다. 우리가 직면한 주요 과제는 수십억 명의 사람들을 편안하고 안전하게 수용하면서 탄소 배출량을 근본적으로 줄이는 일이다.

유엔에 따르면 현재 16억 명이 부적절한 주택에 살고 있다고 한다. 중층건물은 많은 부분에서 기초부터 탄소 배출을 줄이는 방안을 제공해야 한다. 그러나 모든 도시와 모든 사이트에 획일적인 솔루션이 있다고 생각하는 것은 순진한 생각이다.

토지가 부족한 곳에서는 고층건물이 더 높은 밀도를 제공함으로써 저탄소 대중교통과 도시인들의 인프라 근접을 쉽게 만들어 간다. 문제는 타워를 표준보다 훨씬 적은 탄소 배출량으로 설계할 수 있을까 하는 점이다. ‘지속 가능한 고층 빌딩’의 저자인 필립 올드필드는 7가지 원칙을 제안했다. 그는 UNSW 시드니의 건축환경학교 책임자이기도 하다.


시드니의 키 쿼터 타워(Quay Quarter Tower)는 개조된 초고층 빌딩 프로젝트의 예이다. 수천 톤의 강철과 콘크리트가 투입된 고층건물을 철거하는 것은 무의미한 일이다. 키 쿼터 타워는 시드니 브리지 스트리트 50번지에 위치한 마천루이다. 1976년에 건립되었다.

이 건물은 모더니스트 타워 블록을 업사이클링해 기존 바닥 판의 핵심과 대부분을 유지하지만 건축물을 완전히 변형시키고 바닥 면적을 35% 늘렸다. 이 접근 방식은 새로운 건축에 비해 약 8000톤의 내재 탄소를 줄였다.


제다의 국립상업은행은 단단한 외벽과 유약 커튼 월로 만든 내부 안뜰을 가지고 있다. 유약 커튼 월은 모든 고층빌딩의 클래딩(건물의 외피)이다. 시각적으로 단조롭고 환경적으로 나쁘다. 아르곤 갭, 전자 코팅 및 모든 종소리와 휘파람을 막을 수 있는 최고 성능의 삼중 유리조차도 단순한 단열 벽만큼 열적으로 작동하지 않는다.

물론 일광과 전망이 필요하므로 약간의 유약이 필수적이지만 바닥까지 유약을 바르고 꼭대기를 비출 필요는 없다. 미래의 고층 건물은 외관에 그늘과 견고함을 수용해야 하며 유약은 벽 면적의 40% 이하로 제한된다.

제다의 국립상업은행은 SOM의 건축가 고든 번샤프트(아이러니하게도 뉴욕의 세계 최초의 완전 유리 타워 중 하나인 레버하우스를 설계하는 데 도움을 주었다)가 디자인했다. 이 건물은 가혹한 사막의 태양에 대한 반응으로 내부 안뜰을 유리로 처리했지만 단단한 돌 외벽을 사용했다.



고층건물의 환경적 이점 중 하나는 소형이어서 저층건물에 비해 열을 잃을 봉투가 적다는 것이다. 이 특성은 컴팩트한 형태, 초절연, 기밀성 및 열 회수를 통해 매우 낮은 작동 에너지 요구 사항을 달성하는 성능 표준인 패시브 하우스에 적합하다.

패시브 하우스는 태양광 같은 자연 에너지를 최대한 활용하여 최소한의 냉난방으로 적당한 실내온도를 유지할 수 있게 지은 주택이다. 연평균 20℃의 기온을 유지한다. 세계에서 가장 높은 패시브 하우스는 현재 캐나다에서 건설 중인 WKK 아키텍트가 설계한 178m 높이의 1075 넬슨 스트리트 마천루이다.

ERA 건축가가 해밀턴의 캔소블 타워(해밀턴 온타리오의 오래된 빌딩)에서 했던 것처럼 기존 타워를 패시브 하우스로 개조하여 구체화 된 배출량과 운영 배출량을 모두 절약하지 않는 이유는 무엇인가?

컴팩트한 모양의 단점은 원치 않는 열이 고층 건물에 들어가면 다시 꺼내기가 더 어려울 수 있다는 것이다. 건물 내부의 사람과 장비는 열을 방출하며 타워는 작고 종종 부피가 크기 때문에 교차 환기가 더 어려울 수 있다.

아트리움, 스카이 가든 또는 투과성이 있는 고층 건물을 설계하면 산들바람이 원치 않는 열을 배출할 수 있는 경로를 만들 수 있다. 방콕의 우하스 더 메트에서는 깊은 발코니가 태양으로부터 그늘을 제공하고 궁극적으로 건물 채널을 통해 바람을 일으키고 유닛을 교차 환기시킬 수 있다. 주민들은 더운 열대 기후에서도 결과적으로 에어컨이 거의 필요하지 않다고 보고했다.


콘크리트의 주성분인 시멘트는 인간이 배출하는 모든 탄소 배출량의 약 8%를 차지한다. 고층 건물은 콘크리트의 큰 소비자이기 때문에 다른 것을 사용할 수 있는 방법이 필요하다.

목재 구조물은 강철과 콘크리트보다 내재 탄소 배출량이 적다는 이점이 있다. 목조건물은 건물의 수명 동안 나무에 탄소를 저장할 수 있다. 스웨덴 예테보리에 본사를 둔 국제건축회사 화이트 아키텍트의 20층짜리(세계에서 두 번째로 높은 목조 타워) 사라 쿨투르후스 센터(Sara Kulturhus Centre)는 교차 적층 목재(CLT)와 접착 적층 목재(glulam)로 지어졌다. 건물의 목재는 건설 중에 배출된 탄소의 두 배를 저장한다.


비엔나의 TU 위엔 플러스-에너지 오피스 하이-라이스는 1970년대 사무실 블록을 개조한 것이다.

초단열과 밀폐형 외관, 열 회수 시스템, 야간 플러시 환기, 저에너지 기기를 사용하여 1차 에너지를 제곱미터당 연간 803kWh에서 연간 56kWh/㎡로 줄였다. 이 급진적인 감소는 지붕과 정면에 태양광 패널이 있으면 타워가 1년동안 사용하는 것보다 더 많은 에너지를 생성한다는 것을 의미한다.

고층빌딩 꼭대기에 풍력 터빈을 추가하고 싶지만 그렇게 하는 것은 권하지 않는다. 대담한 녹색 시각적 표현을 만들 수 있지만 배출량을 많이 줄이지는 않는다. 풍속은 높이에 따라 증가하므로 청정에너지를 생성하는 데 사용하는 것이 합리적으로 보이지만 터빈도 소음을 발생시키기 때문에 도시 지역에서의 사용은 이상적이지 않다.


고층건물(300m 이상)과 초고층건물(600m 이상)은 건설을 위해 기하급수적으로 더 많은 재료가 필요하다. 더 많은 콘크리트, 더 많은 강철. 이것은 더 많은 구체화 된 탄소를 의미하다. 너무 자주 이 높이의 탑은 필수적인 사회적 필요를 제공하기보다는 단순히 아이콘, 권력과 기업의 부의 상징으로 만들어진다.

다행히도 고층 건물을 도시 트로피로 사용하는 것에서 멀어지고 있다는 징후가 있다. 대부분의 초고층이 건설된 중국에서는 정부가 500m 이상의 타워를 금지하고 250m가 넘는 타워는 "엄격하게 제한한다"고 발표했다.

기후변화로 어려움을 겪고 있는 세상에서 우리가 사용하는 모든 재료는 소중하므로 높이를 위한 미친 경주에 낭비하지 말아야 한다. 저탄소 고층건물은 가능하지만 고도보다 환경을 우선시해야 한다.


김종대 글로벌철강문화원 원장