친환경 건축설계 환경 최적화 기법 연구 -서울시 다목적체육센터 설계를 중심으로-

Abstract

(연구배경 및 목적) 도시형 공공체육시설은 대규모 에너지 소비와 냉·난방 부하, 그리고 불균형한 실내 환경으로 인해 기후변화 대응 및 탄소중립 실현 과정에 있어 중요한 과제로 인식되고 있다. 특히 실내 체육관과 같은 대공간 시설은 높은 층고와 넓은 외피 면적, 인공조명 및 기계 환기에 대한 과도한 의존도로 인해 에너지 효율이 낮고, 열적·시각적 쾌적성이 떨어지는 구조적 한계를 지닌다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해, 서울시 방배동에 계획하는 중규모 다목적 실내 체육 센터를 대상으로 일사 조절, 자연채광, 자연환기 등 세 가지 핵심 패시브 디자인 요소를 통합적으로 적용한 친환경 건축 설계 환경 최적화 기법을 제시하고, 이를 시뮬레이션 분석을 통해 검증하는 것을 목표로 한다. (연구방법) 본 연구는 첫째, 국내외 문헌과 선행 연구를 통해 체육시설의 에너지 절감 및 실내 환경 개선을 위한 패시브 설계 원칙을 도출하였다. 둘째, Ladybug Tools(Ladybug, Honeybee, Butterfly)를 활용하여 대상지의 기후 조건-일사량, 조도, 주풍향, 열환경-을 정량적으로 분석하였다. 셋째, 분석 결과를 바탕으로 방위별 차양 형상, 창호 비율, 단면 환기 경로 등 세부 설계 전략을 설정하고 시뮬레이션을 통해 성능을 비교·검증하였다. 또한 국제조명위원회(IES) 조도 기준을 참고하여 프로그램별 목표 조도를 설정하고, 유입 일사량, 조도, 환기 효율을 주요 성능 지표로 평가하였다. (결과) 시뮬레이션 분석 결과, 남향 및 북향의 확산 채광과 천창 조합은 인공조명 의존도를 감소시키며, 실내 조도를 권장 조도 범위 내에서 일정하게 유지하였다. 방위별 최적화된 차양 계획은 여름철 일사 유입을 절감하고, 동지 기준으로는 남향 일사를 적극 유입시켜 겨울철 난방 에너지 사용량 감소를 가능케 하였다. 상부 배기창과 하부 유입구를 연계한 자연환기 전략은 CFD 분석을 통해 평균 공기 순환 속도 향상을 확인하였으며, 실내 온도 분포를 균일하게 유지하여 체육활동 시 열쾌적성을 높였다. 또한 단을 활용한 매스 분절은 주변 지형과의 연계성을 강화하면서 채광과 통풍을 극대화하였고, 옥외 공간과 보행 네트워크를 통합하여 지역사회와의 상호작용 및 사회적 지속가능성을 높였다. (결론) 본 연구는 시뮬레이션 기반의 통합적 패시브 설계가 도심형 체육시설의 에너지 효율 및 실내 환경 성능을 실질적으로 향상시킬 수 있음을 실증적으로 입증하였다. 제안된 설계 프로세스는 초기 설계 단계에서 기후 데이터와 공간 성능 분석을 결합함으로써 건축물의 에너지 절감, 쾌적성, 사회적 개방성을 동시에 확보할 수 있는 체계적 접근법을 제시한다. 특히, 패시브 전략 간의 상호보완적 효과를 정량적으로 분석하여 향후 공공건축물의 친환경 설계 기준 및 정책 수립에 기여할 수 있는 근거를 마련하였다. 이러한 통합 설계 모델은 체육시설뿐 아니라 교육·문화시설 등 중규모 공공건축물에도 확장 가능하며, 지속가능한 도시 건축의 실현을 위한 실질적 설계 지침으로 활용될 수 있다.