자연형 디자인 측면으로 본 공공청사 계획안 분석 = An analysis of Government Building Design from the Viewpoint of Passive Solar Design

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Since the local self-governing system was launched in Korea, the construction of local government buildings for each region has been activated from 2000’s and the facilities have been more complicated as various needs of local service oriented function had increased. However, these government buildings called attention due to the notorious energy waste especially with increasing green drive from the government. While some regulations and standards related to building energy performance were established emphasizing the importance of building energy efficiency, they still have their own limitation as they are focusing on engineering aspects rather than architectural design aspects using passive solar design. The consideration of passive solar strategies should be prepared in the early stage of whole design process and be optimized to make maximum effects in reducing energy consumption of the building. Therefore it is important to investigate the passive solar design strategies applied to the governmental buildings in early stage to find their problems in terms of energy waste.

This research intends to analyze the current condition of the passive solar design strategies of the government buildings that were certified by green building rating system and to solve their problems in terms of their energy waste. The result is as follows.

First, some of the public area which became critical with increasing local service for the resident tends to be divided into several zones and it is located on the base and top of the building. This public area, open for the general public, have people's access with different schedule after the office hour and have different energy profile compared to the office zone. This zoning plan causes some problems in terms of building operation, maintenance and energy efficiency. Therefore, it is recommended to integrate the public zones and place them on the lower part of the buildings to improve accessibility and energy efficiency.

Second, the building orientation, never being optimized in length-to-width ratio of the building plan, generates conflict in terms of the shadow on facade directly affecting the thermal and lighting environment of the buildings. Although it is not easy to optimize the building shape and plan with control both external condition and internal condition, the initial analysis of solar access and shading can contribute to its optimization.

Third, the shading devices that are installed on facade does not work properly for thermal and lighting environment especially for the office zone. The spacing and size of the shading devices should satisfy cooling and heating load reduction considering solar azimuth and altitude.

Forth, the atrium prepared for public zone tends to be malfunctioning for natural ventilation and for control of direct solar access. The shading devices of atrium is one of the most important elements to control the indoor thermal condition especially for cooling period catching prevailing wind direction for natural ventilation.

Fifth, there is limitation to apply the green building certification for the government buildings as the office building category which is applied to the government building generates many conflicts. It is recommended to develop a separate rating system for assessment of government building.

The purpose of this research is to analyze the problems of passive solar design strategies applied to the governmental buildings in case study. The conclusion of this research can contribute to the appropriate passive solar strategy in early stage of design for the government building afterward. And it is expected to improve the quality of government buildings which can be a show case for green building design when the newer version of the green building certification is set as suggested in this research.

국문 초록 (Abstract)

우리나라는 지방자치제가 시행되면서 2000년대 이후에 각 지역에 공공청사의 건립이 활발히 이루어지게 되었으며, 시대적 변화에 따른 공공청사의 기능도 변화하면서 다양한 시설들이 복합화 되었다. 그러나, 친환경 건축의 필요성이 대두되면서 이러한 공공청사들은 호화청사, 에너지낭비 등으로 인해 사회적 지탄을 받게 되었다. 이러한 맥락에서 공공청사와 관련된 친환경 관련 정책들이 수립되고 에너지 절약에 대한 중요성을 강조하고 있지만 이와 같은 정책들은 건축계획적인 측면보다 주로 엔지니어링 측면의 고려사항들이 주를 이루고 있기 때문에 한계를 갖고 있다. 건물의 에너지 소비를 줄이기 위해서는 계획 초기에 자연형 디자인에 대한 고려가 선행되어야 하며, 계획방법이 적합하게 이루어져야 그 효과를 얻을 수 있다. 그러기 위해서는 기존의 공공청사에 적용된 자연형 디자인에 대한 검토가 선행되어 그에 따른 문제점을 파악하는 것이 중요하다.

본 연구는 친환경 건축물 인증을 획득한 공공청사를 대상으로 자연형 디자인이 적용된 현황을 분석하여 문제점을 파악하는데 목적이 있으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

첫째, 공공에게 오픈되는 커뮤니티시설의 조닝계획이 수직적인 분산형으로 이루어져 있다. 커뮤니티 시설은 업무 외 시간에도 운영되므로 수직적인 분산형 조닝계획의 경우 이를 이용하기 위해 거치게 되는 공용공간의 시설들이 업무 외 시간에도 함께 운영되기 때문에 불필요한 에너지 사용을 증가시키게 되며, 냉·난방 지원에 있어서도 비효율적이기 때문에 에너지효율적인 측면에서 불리하다. 따라서 주민의 출입이 원활한 저층부, 전면에 통합형으로 조닝계획이 이루어져야 한다.

둘째, 건물의 향 및 형태구성에 있어 최적화 되지 못한 장, 단변비와 건물에 의한 영구음영의 발생으로 건물의 열, 빛환경에 직접적인 영향을 미치고 있다. 실의 기능과 공간구성 요소 등의 영향으로 형태를 최적화 시키는데 한계가 있을 수 있지만, 계획초기에 일조와 일사에 대한 분석이 함께 이루어져 건물의 향과 형태를 최적화 시킬 필요가 있다.

셋째, 업무영역에 적용된 차양시설에서는 차양의 길이와 간격에 대한 잘못된 적용으로 업무영역의 열, 빛환경에 도움을 주지 못하고 있다. 차양계획을 위해서는 계절별 태양고도각과 방위각에 대한 분석이 선행된 데에 이어, 여름철의 냉방부하 저감과 겨울철 난방부하 저감을 동시에 만족시킬 수 있는 차양의 최적화된 수치를 찾아내는 것이 필요하며, 더불어 빛선반을 함께 적용할 필요가 있다.

넷째, 공공영역에 적용된 아트리움에는 실내의 자연환기를 유도하기 위한 상부의 개구부 계획과 일사제어를 위한 아트리움 천창의 차양시설의 부재가 실내의 열환경에 불리하게 작용하고 있다. 여름철 열환경에 있어 차양시설은 무엇보다 중요하며, 자연형 냉방을 위해 자연환기를 원활하게 하기 위해서는 계획초기에 주풍향을 고려한 개구부를 설치하여야 한다.

다섯째, 공공청사의 기능이 업무시설에 국한되지 않고 복합화 되어 감에 따라 공공청사에 친환경 건축물 인증기준을 업무시설의 기준으로 적용하는 것은 한계가 있다. 공공영역을 평가하는 기준을 마련하여 공공청사의 계획적 특성을 반영한 인증기준으로 친환경 건축물 인증기준의 용도별 분류에서 별도로 분류하여 평가가 이루어져야 한다.

본 연구에서는 친환경 건축물 인증을 획득한 구청사를 중심으로 이에 반영된 자연형 디자인의 문제점을 파악하는데 주된 목적이 있으며, 이러한 연구결과는 추후에 공공청사의 최적화된 자연형 디자인 적용을 위한 기초적 자료가 될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서 제안한 바와 같이 추후 공공청사를 대상으로 하는 별도의 친환경 건축물 인증제도 마련을 위한 구체적인 연구가 이루어져 공공청사가 친환경건물로서의 선도적인 역할을 수행할 수 있게 되길 기대한다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구 배경 및 목적 2
• 제2절 선행연구 검토 4
• 제3절 연구범위 및 방법 6
• 제2장 이론적 고찰 9
• 제1절 공공청사와 자연형 디자인 10
• 1. 공공청사의 정의 10
• 2. 자연형 디자인의 필요성 11
• 3. 공공청사의 친환경 건축물 인증제도 13
• 4. 공공청사의 변화에 따른 쟁점 14
• 제2절 공공청사의 친환경관련 현황과 문제점 20
• 1. 설계지침서에 따른 친환경 고려사항 20
• 2. 공공청사의 법적 규제사항 20
• 3. 공공청사의 현황을 통해 본 문제점 24
• 제3장 공공청사의 자연형 디자인 전략 27
• 제1절 공공청사에 적용된 자연형 디자인 요소 28
• 1. 건물의 향 및 형태 31
• 2. 차양시설 33
• 3. 아트리움 38
• 제2절 공공청사의 자연형 디자인 적용 현황 및 분석틀 40
• 1. 공공청사의 자연형 디자인 적용현황 40
• 2. 공공청사의 자연형 디자인 분석틀 46
• 제4장 자연형 디자인 전략에 따른 공공청사 분석 49
• 제1절 대상선정 배경 및 개요 50
• 1. 대상선정 배경 50
• 2. 대상건물 개요 51
• 제2절 대상건물 분석 55
• 1. GA 구청 55
• 2. GC 구청 67
• 3. SB 구청 77
• 4. YS 구청 85
• 5. 종합 94
• 제5장 결론 97
• 참고문헌 102
• 부 록 105
• ABSTRACT 108