전 세계적으로 '2050 탄소중립' 선언이 이어지는 가운데, 건물의 전 생애주기 관점에서 운영탄소와 내재탄소를 모두 고려한 생태건축의 필요성이 높아지고 있다. 생태건축의 선진국에서는 에너지와 습·열 환경 성능을 모두 확보하는 생태건축 구조체 모델을 지속적으로 개발하고 있으나, 국내에는 에너지 및 습·열 환경 성능을 종합적으로 고려한 국내 생태건축 구조체 모델이 없어 국외 환경 조건에 맞춰 개발된 생태건축 구조체 모델을 그대로 활용하는 방법밖에 없는 것이 현실이다. 이에 본 논문에서는 국내 목구조 표준모델 구조체의 성능 개선 과정을 통해 단열 성능, 축열 성능, 습·열 환경 성능을 확보하기 위한 계획 방안들을 도출하고, 이를 바탕으로 에너지 및 습·열 환경 성능을 모두 확보하는 국내 생태건축 구조체 모델을 개발하였다. 이에 본 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 국내 목구조 표준모델 구조체의 성능을 개선하는 과정을 통해서 에너지 및 습·열 환경 성능을 확보하기 위한 주요 계획 방안들을 다음과 같이 도출하였다. 단열 성능을 확보하기 위해 외단열을 최우선으로 하였으며, 목재를 통한 열 손실을 고려하여 열관류율을 산정하였다. 외단열 구성 방식은 화스너 고정 방식 또는 이중 스터드 방식을 활용하였으며, 단열층은 두 겹 이상으로 엇갈리게 배치하였다. 축열 성능을 확보하기 위해 흙 미장, 고밀도 경질 목섬유 보드와 같이 열용량이 높은 건축 자재로 마감하거나 실내 표면과 가깝게 위치시켰으며, 실내 공기가 축열체에 직접 면할 수 있도록 계획하였다. 중단열 또는 내단열을 적용하는 경우 목섬유 단열재나 셀룰로오스 단열재와 같이 열용량이 높은 단열재를 적용하며, 특히 CLT 구조인 경우 내단열층은 구성하지 않도록 하였다. 습·열 환경 성능을 확보하기 위해 구조체의 실외 측은 투습방수층, 실내 측은 가변형 투습방습층으로 구성하였으며, 불투습 자재인 CLT를 구조체로 활용하는 경우 단열층은 반드시 외단열로 구성하도록 하였다. 장기적인 관점에서 지붕의 형태는 경사지붕으로 계획하며, 외벽과 지붕 모두 외부 마감층은 통기층을 갖는 레인스크린을 구성하도록 하였다, 목섬유 단열재나 셀룰로오스 단열재와 같이 모세관 현상이 있는 단열재를 적용하여 수분이 집중되어 발생되는 문제를 완화할 수 있도록 계획하였다.
둘째, 도출된 계획 방안을 종합적으로 고려하여 에너지 및 습·열 환경 성능을 고려한 생태건축 구조체 모델로 '경골목구조 중단열 구조체 모델', '경골목구조 외단열 구조체 모델', CLT구조 외단열 구조체 모델'을 제안하였다.
셋째, 성능 분석 시뮬레이션을 활용하여 제시한 3가지 유형의 '생태건축 구조체 모델'에 대해 단열, 축열, 습·열 환경 성능을 검증하였다. 그 결과 생태건축 구조체 모델 모두 열관류율이 0.15 kW/m²·K이하로 패시브하우스 구조체 수준의 단열 성능을 확보하였으며, 국내 목구조 표준모델보다 최소 10%에서 최대 34.1%까지 단열 성능이 높은 수준인 것으로 나타났다. 축열 성능은 국내 목구조 표준모델보다 최소 2.3배에서 최대 5.2배 높은 수준의 축열 성능을 확보하였으며, 습·열 환경 성능 평가 항목인 다년간 수분 안정성, 목질 판재의 구조적 안정성, 결로·곰팡이 발생 위험에 대한 안정성도 모두 확보한 것으로 나타났다.
결과적으로 본 연구를 통해 단열, 축열, 습·열 환경 성능을 고려한 국내 생태건축 구조체 모델을 개발하였으며, 이에 대한 성능 검증을 완료하였다.