탄소중립은 탄소 배출량을 최소화하고 온실가스의 배출을 대체할 수 있는 대안을 찾는 것으로 정의된다. 탄소중립에 대한 연구는 환경문제와 기후변화가 국제적으로 위협을 끼치게 되면서 더욱 중요해졌다. IPCC에 따르면 기후변화의 대부분은 인간활동에 의해 발생하고 아무런 조치를 취하지 않는 한 지구 기온은 2100년 최대 5.7℃가 상승하고 국제적으로 2040년 이전에 티핑 포인트로 지정된 1.5℃를 돌파할 것으로 보고 있다. 이러한 상황에서 국제 사회에서의 탄소중립 요구와 함께 건축 구조 분야의 탄소 배출량 비중이 작지 않다는 사실이 인식되며 많은 연구가 진행되고 동시에 많은 대안이 제안되고 있다.
국제적으로는 2015년 제 70차 UN총회를 시작으로 탄소 배출량을 줄이기 위한 국제 사회의 노력이 계속되고 있으며 전생애주기를 기반으로 한 탄소 배출량 평가 방법에 대한 정보 및 지식공유가 활발해지고 있다. 국내에는 이러한 탄소 배출량 평가 방법 및 탄소중립에 대한 인식과 기준이 미흡한 가운데 대한건축학회에서 탄소중립 설계 지침서를 발간하며 본격적인 건축 구조분야에 대한 탄소중립 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 해당 지침서의 방법론을 사용하여 탄소중립설계를 진행하여 아직 국내에 모자란 데이터를 작성하고자 하였다. 탄소중립을 달성하는데 있어 기존 프로젝트의 결과를 공유하고 해당 데이터를 이용해 비교하는 것 재료나 구조 또는 작은 설계 변경으로도 탄소 배출량의 절감에 많은 영향을 미치기에 중요하다.
탄소중립의 달성에 있어 순환경제의 달성 또한 중요한 목표이다. 재사용 및 재활용을 통해 배출되는 탄소의 양을 효과적으로 절감할 수 있고 때문에 전생애주기 중 재생단계의 고려가 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 전생애주기에 기반한 탄소 배출량 평가방법을 이용하여 기준이 되는 철골 구조 건축물에 대하여 탄소중립평가를 수행하고 이를 기준으로 11개의 설계변경된 모델에 대하여 탄소 배출량 평가를 진행하였다. 이후 재활용을 고려한 모듈인 재생단계의 적용 유무에 따른 데이터 비교 분석을 통해 어떠한 구조의 건축물이 탄소중립에 있어 유리한지 판단하고자 하였다. 또한 산출된 탄소 배출량 연면적으로 나누여 표준화를 진행하였으며 연구의 결과는 다음과 같다.
1) 철골 구조 건축물을 기준 건축물로 설정하였으며 기둥의 경간, 보의 경간을 변수로 구조 설계 변경을 진행하며 탄소 배출량 평가를 진행하였다.
2) 보 경간을 축소할 경우 합성보의 사이즈는 축소되나 개수가 늘어나 기존 건축물과 큰 차이를 보이지 않았다. 보 경간을 늘릴 경우엔 합성보의 분담면적이 커져 사이즈가 증가하나 개수가 줄어들어 보의 탄소 배출량은 감소하였다. 다만 슬라브의 두께가 두꺼워져 총 탄소 배출량은 늘어나는 경향을 보였다.
3) 기둥 경간을 줄이는 경우 기둥의 단면 사이즈는 축소되나 기둥에 사용되는 강재 사용량이 대폭 증가해 탄소 배출량이 늘어남을 확인하였다. 반대로 기둥 경간을 늘린 경우는 기둥의 단면 사이즈가 크게 증가하며 가장 많은 총 탄소 배출량 증가를 보였다. 기둥의 경간 변경에 따른 탄소 배출량이 크게 변동하는 경향이 있어 기둥 경간의 결정은 탄소중립설계에 있어 중요할 것으로 보인다.
4) 보와 기둥 경간을 함께 늘린 경우는 기둥의 경간이 늘어남에 따라 큰 총 탄소 배출량 증가의 경향을 보였다.
5) 재생단계의 적용으로 약 -70kgCO₂e/m²의 탄소 배출 절감량을 보였으며 이는 총 탄소 배출량을 약 10% 절감할 수 있는 수치이다. 이는 타 구조 건축물에 비해 재생단계의 탄소배출계수가 높은 강재를 사용하여 재활용 효과가 크게 나타난 것으로 판단된다.
6) 구조 시스템과 재활용 효과의 영향력을 판단해 보았으며 재활용 효과와 구조 설계 변경을 통해 최대 48.6%의 탄소 배출 절감효과를 낼 수 있음을 확인하였다. 위 결과는 탄소중립의 달성에 있어 충분히 영향력있는 수치로 판단되며 건축 산업의 탄소중립을 위해서는 재활용을 이용한 순환경제의 달성이 반드시 필수로 판단되며 또한 탄소중립설계를 진행함에 있어 구조 설계의 결정에 효과적인 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.