에코테크(Eco-Tech) 시스템을 적용한 고등학교 계획에 관한 연구 : 건축 입면 디자인에 적용 가능한 가변적 태양광 발전 시스템을 중심으로 = (A) study on the planning of a highscool based on Eco-Tech system

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Since the Industrial Revolution, mankind has the benefit of rich material civilization by achieved high economic growth as a result of the development of science technology and industrialization. However, the industrialization lead to serious environmental pollution, including acid rain and global warming and environment pollution such as air, water, soil and the ozone by the expansion of the city and the rapid increase in the use of various resources and energy. Further, the destruction of ecosystems and extreme weather that can threaten the survival of the human race itself.
Today, most of the resources and energy such as air, water, wood, minerals and fossil fuels consumed by human that depends on the nature. This can not be replaced, and will be impossible to revive. We use the buildings has the entire life cycle that construction and operation and the number of repeat repairs before the dissolution and it is not only has a ripple effect on a variety of industries, but also is using a large amount of the resources and energy to maintaining and improving the residential environment. The pollution problems in the field of building energy conservation, as well as the more comprehensive care for the Earth's environment and strong bonds between buildings and cities as a symbiotic.
In addition to the human race to return to the natural environment the machine and dichotomy paradigm in human and nature is recognize and change as a ecological paradigm.
The technology - discussion of the relationship with biological ecology and the development of civilization - is cutting-edge technology of the composite word Eco -Tech in the wave of the concept of this ecological paradigm is emerging as an alternative one. Design and construction, structure, equipment and space is implied that apply environmentally friendly of the principles of planning and maintaining the mutual relationships as possible to maximize the connection.
Environmental issues is offered as a solution as a ecological world to continues is needed the systematic education from the children. To recognize the environment around itself through education and the environment, children most easily be close to a new environment can be involved in the space and education programs about the relationship between nature and human and technology.
A Eco-Tech system, the center of this research of applied on high school plan is the following.
First, To organize the element of ecological environment and the concept of Eco School and Eco-Tech System by the case for the analyze the school building in Eco-Tech System.
Second, analysis of the case construction Kinetic and the BIPV System applicable to the building elevation design offers a flexible solar system.
Third, set the design study for surrounding of Hangang located in Mapogu dang-in-dong, and, in theory, research the Eco-Tech system has been applied with a high school facilities and the surrounding community to develop appropriate community facilities plan.
This study of the solar system offers as an alternative to a monotonous elevation design.
To consider a interior space and comfortable environment, the user's convenience and function. it has changed at the same time for various elevation. Solar system have already secured economy in the design of the building elevation forms and does not limit the possibility of a variety of building design technology, as the purpose is to present.

국문 초록 (Abstract)

산업혁명 이 후 인류는 눈부신 과학 기술의 발전과 산업화의 결과로 고도의 경제 성장을 이룸으로써 풍요로운 물질 문명의 혜택을 누리게 되었다. 그러나 이러한 산업화로 인하여 도시가 비대해지고, 각종 자원과 에너지의 사용이 급격히 늘어나 이들의 무분별한 소비에 따른 대기, 수질 및 토양의 오염은 물론 산성비, 지구 온난화, 오존층 파괴 등 심각한 환경 오염을 초래하게 되었고, 더 나아가서는 생태계의 파괴 및 기상 이변 등 인류의 생존 자체를 위협하는 단계에까지 이르렀다.
오늘날 인류가 사용하는 공기, 수자원, 광물질 목재 및 화석 연료 등 자원이나 에너지의 대부분은 단지 자연에 의존하는 것으로 이는 재생이 불가능 하고 대체할 수 없는 것이다. 우리가 사용하는 건축물은 건설 및 운용 그리고 수선과 개수를 반복한 후 해체되기까지 전체 생애 주기를 통하여 다양한 산업 분야에 파급효과를 미칠 뿐만 아니라, 기능의 유지 및 주거 환경의 향상을 위하여 많은 양의 자원과 에너지를 사용하고 있다. 이에 따라 건물 분야에서도 환경 오염 문제가 대두되면서 에너지 절약은 물론 보다 광범위한 지구 환경도 배려하는 건축물 및 도시의 환경 공생성이 강하게 요구되고 있다. 또한 인류는 자연환경으로의 복귀를 지향하며, 인간 대 자연이라는 기계 주의적 패러다임에서 상호관계를 중시하는 생태학적 패러다임으로 인식이 변화하고 있다.
생물과의 관계를 논하는 에콜로지(Ecology)와 첨단문명을 발달시킨 기술을 의미하는 테크놀로지(Technology)의 합성어인 에코테크(Eco-Tech) 개념은 이런 생태학적 패러다임의 물결 속에 등장하여 하나의 대안으로 떠오르고 있다. 설계와 시공, 구조, 설비에 의한 환경 친화적 적용과 더불어 공간 계획 시 적용 원리들의 상호간의 관계성을 최대한 유지하면서 상호간의 연결을 극대화 시키는 의미를 내포한다.
환경문제의 해결방안으로 제시되고 있는 이러한 생태학적 세계관이 지속되기 위해서는 저 연령의 아동부터 체계적인 환경교육이 필요하다. 주변 환경을 통해 스스로 인지할 수 있는 교육환경을 제공하고 어린이들이 가장 쉽게 자연을 접하며 인간과 자연, 기술의 관계에 관한 새로운 환경윤리를 체험할 수 있는 공간과 교육 프로그램이 수반 될 때 결실을 맺을 수 있다.
본 연구의 중심 내용인 에코테크(Eco-Tech) 시스템을 적용한 고등학교계획에 관한 연구의 내용은 다음과 같다.
첫째, 생태학적 환경요소와 Eco School의 개념을 정리하고 Eco-Tech System의 사례분석을 통해 학교건축에 적합한 Eco-Tech System을 도출한다.
둘째, 키네틱 건축의 사례와 BIPV System의 종류를 분석하여 건축 입면 디자인에 적용 가능한 가변적 태양광 시스템을 제안한다.
셋째, 설계 연구에서 한강변에 위치한 마포구 당인동을 대상지로 설정하고, 이론 연구에서 검토한 에코테크(Eco-Tech) 시스템이 적용된 고등학교 시설과 주변 지역사회와 함께 어울리는 커뮤니티 시설 계획을 도출한다.
본 연구는 기존의 태양광 시스템의 단조로운 입면 디자인에 대한 하나의 대안으로 가변적인 입면 시스템을 제안한다. 실내공간의 쾌적한 환경과 사용자의 편의성을 고려하여 계적별, 시간대별로 형태와 기능이 바뀌면서 동시에 입면의 다양한 변화를 연출 할 수 잇다. 이미 경제성을 확보한 태양광 시스템이 건물 형태와 입면 디자인에 제한받지 않는 다양한 건축디자인 기술로써 하나의 가능성을 제시하는데 그 목적이 있다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 1. 연구의 배경 및 목적 = 2
• 2. 연구의 방법 및 범위 = 5
• 3. 연구의 흐름도 = 7
• 제2장 생태학적 개념을 적용한 Eco-School의 이론적 고찰 = 8
• 2.1 생태건축(Ecological architecture) = 9
• 2.1.1 생태건축(Ecological Architecture)의 필요성 = 9
• (1) 건축물이 지구 환경에 미치는 영향 = 9
• (2) 건축물에 요구되는 성능 = 10
• (3) 건축물에 적용되는 생태학적 설계 = 14
• (4) 환경 친화 건축의 설계안 = 16
• 2.1.2 생태건축의 특성 = 17
• (1) 생태건축의 새로운 패러다임 = 17
• (2) 생태건축의 환경요소 = 18
• 2.1.3 용어의 정리 = 22
• (1) 생태학 = 22
• (2) 생태건축 = 22
• (3) 그린빌딩(Green Building) = 23
• (4) 환경친화적 건축 = 24
• 2.2 에코테크(Eco-Tech) System = 25
• 2.2.1 에코테크(Eco-Tech)의 개념 = 25
• 2.2.2 에너지 부하저감 기술 = 26
• (1) 건축계획 = 26
• (가) Sunlight(주광) = 26
• (나) Stack effect(굴뚝효과) = 33
• (다) Double skin(이중외피) = 35
• (라) Insulation of Building Envelope(외피단열) = 41
• (마) Shading(차양) = 45
• (바) Greening(녹화) = 52
• (2) 설비계획 = 56
• (가) 고효율 시스템 = 56
• (나) 열 회수 이용 시스템 = 56
• (다) 열병합발전 시스템 = 56
• (라) 축열 공조 시스템 = 56
• (마) 빌딩 에너지 관리 시스템 = 57
• 2.2.3 자원의 활용 = 57
• (1) 태양열 이용 시스템 = 57
• (가) Active Solar System = 57
• (나) Passive Solar System = 60
• (2) 태양광 발전 = 62
• (3) 지열 이용 시스템 = 64
• (4) 풍력 이용 시스템 = 65
• (5) 중수 이용 시스템 = 68
• (6) 우수 이용 시스템 = 70
• (7) 코제너레이션 시스템(co-generation system) = 73
• 2.2.4 에코테크(Eco-Tech) System 사례 = 75
• (1) Next 21 = 75
• (2) Ionica Headquarters = 81
• 2.3 에코스쿨(Eco School) = 87
• 2.3.1 에코스쿨(Eco School)의 개념 = 87
• 2.3.2 에코스쿨(Eco School)의 사례분석 = 88
• 2.3.3 교육공간에 적용 가능한 에코테크(Eco-Tech) System = 89
• 제3장 키네틱(Kinetic) 건축 개념을 적용한 BIPV시스템 분석 = 90
• 3.1 키네틱(Kinetic) 건축 = 91
• 3.1.1 키네틱(Kinetic) 건축의 개념 = 91
• 3.1.2 키네틱(Kinetic) 구조의 일반적 특성 = 92
• 3.1.3 Santiago Calatrava 건축의 특징 = 94
• 3.2 태양광 발전(Photovoltaic) System = 97
• 3.2.1 태양광 발전(Photovoltaic) System의 개념 = 97
• 3.2.2 태양광 발전(Photovoltaic) System의 적용 유형 = 97
• (1) 지붕 요소 적용 = 98
• (2) 벽면 요소 적용 = 98
• (3) 차양 및 채광 요소 = 98
• 3.2.3 일조 조정장치(brise soleil) = 99
• (1) 일조 조정장치의 종류 = 99
• (2) 일조 조정장치의 검토 = 100
• 제4장 설계 계획안 = 102
• 4.1 대지 선정 및 분석 = 103
• 4.1.1 대지현황 = 103
• 4.1.2 대지분석 = 104
• (1) Street System = 104
• (2) Mass Group = 104
• (3) Pedestrian Node = 104
• (4) Natural Factor = 104
• 4.1.3 대지의 문제점 및 해결방안 = 105
• 4.2 건축 기본 계획 = 108
• 4.2.1 Mass Process = 108
• 4.2.2 High School Program = 108
• 4.2.3 Circulation & Zoning = 111
• 4.3 Flexible BIPV System 계획 = 112
• 4.3.1 적용 위치 = 112
• (1) BIPV System = 112
• (2) Greening System = 112
• 4.3.2 설계의 조건 = 113
• (1) 서울의 방위각 12:30 = 113
• (2) 서울의 태양고도 12:30 = 113
• 4.3.3 Kinetic Solar Eaves = 114
• (1) South - Flexible BIPV System = 114
• (2) West - Eaves & Generation = 118
• (3) East - Eaves & Generation = 120
• 4.4 계획도면 / 모형사진 / 전시패널 = 122
• 4.4.1 계획도면 = 122
• (1) 배치도 = 122
• (2) 평면도 = 123
• (3) 입면도 = 130
• (4) 단면도 = 131
• 4.4.2 모형사진 = 132
• 4.4.3 전시패널 = 134
• 제5장 결론 = 136
• ┃참고문헌┃ = 138
• ABSTRACT = 140