일본의 지속가능한 건축(9) : 사카이 가스회사

● Sakai Gas Building / 사카이 가스빌딩

'사카이 가스'는 일본 오사카현 사카이시 중심지역에 위치하고 있는 가스공급회사이다.
이 건물의 기능은 오가야마현 지역과 오사카 남부지역에 가스를 공급 및 관리사무실로 지어졌다. 아주 평범한 오피스 형태이지만 우리가 일반적으로 생각하는 바람길을 통한 통풍기능에 의해 에너지를 절감할 수 있는 구조로 지어진 건물이다. 도심형 오피스 건물에 적용하기 좋은 친환경 기법의 모델로서 지어졌다.

● Project Outline/ 개요
- 이 건물에 적용된 핵심적 요소는 ‘자연에너지를 사용하는 패시브 시스템’과 ‘고효율 에너지에 의해 절감하는 기법’이다.
- 도시지역에서 자연환기를 최대한 활용하는 방법에 접근함으로서, 하이브리드/혼합형 공조방식이 적용되었으며, 이것은 천정의 팬과 바닥공조 급기구에 의한 공기흐름을 유도하여 자연환기를 조합하였다.
- 특히, 공조방식은 가급적 자연환기를 사용한 공조방식이 되도록 디자인되었으며, 에너지를 사용하지 않은 공조시간을 최대한 확장되도록 하였다. 부분적으로 간절기에 천정팬과 자연환기에 의한 공기흐름을 보충하도록 하였다.
- 하절기에 28°C의 온도로 쾌적한 공조를 달성할 수 있도록, 천정팬과 기류형성을 유도하여 실내의 쾌적성을 높였다.

● Basic Information/ 건축개요
[CASBEE rank] S ()
[CASBEE tool used] CASBEE for New Construction (2006 edition)
[Location] Sakai, Osaka prefecture
[Completion date] August, 2003
[Site area] 1,842 m2
[Total floor area] 7,155 m2
[Structure] Steel structure, SRC structure in part
[Floors] 7 floors above ground
[Owner] Osaka Gas Co., Ltd., Urbanex Co., Ltd.
[Designer] Nikken Sekkei Ltd.
Yasui Architects & Engineers, Inc.
[Contractor] Construction: Obayashi/Takenaka/Nankai Tatsumura JV, Air conditioning: Takasago Thermal Engineering Co., Ltd., Sanitation: Suga Co., Ltd

● Special Features / 건물의 특징
Q-1 Indoor Environment

(측벽의 틈은 공기흡입구 역할을 한다.)

-  PMV 센서가 설치되어 쾌적한 범위 이내로 기온조절이 가능하도록 하였다.
- 자연공기를 흡수하는 챔버는 공기 흡입시 발생되는 외부 소음을 차단하는 구조로 설치되었다.
- 공조지역은 실내와 외부측의 방향에 따라서 분활 구획하였다.
- 개별적으로 조절할 수 있는 천정팬에 의해 실내 쾌적 환경을 조성할 수 있는 구조이다.
- 공용으로 사용되는 공간(복도, 화장실, 계단실 등)은 분절된 코아의 틈을 통해 충분한 자연채광이 이루어진다.

(공용 코아부분은 틈을 통해 채광 및 환기가 가능하다.)

Q-2 Quality of Service / 서비스의 질
- 소형가스터빈 열병합에 의한 신뢰성 증진
- 바닥 공조 : 200 mmH
- 바닥의 전원 용량 : 50 VA/m2
- 천정고 : 2.8m
- 층고 : 4.3m
- 중요한 설비를 위한 전력공급과 열원공급이 필요한 곳에 이중 구조체를 사용
- 우수 재활용
- 원격 통신을 위한 전용 EPS 설치
- 자판기가 있는 휴게 공간을 제공하여 비흡연자를 위한 공간확보와 추가적으로 흡연공간을 분리 설치함

(창측 바닥 환기트렌치 및 바닥급기, 천정팬에 의한 기류 흐름도)

(조명과 일체화된 천정팬 모습)

Q-3 Outdoor Environment on Site  / 대지 외부환경
- 도심축과 방향과 조화를 이루도록 한다. 하늘로 향한 수직적 입면, 대지의 녹음, 구조체와 소공원의 유지관리
- 외부 및 옥상의 녹지, 투수형 포장, 지붕에 집중 설치된 실외기
-  외부와 옥상의 녹지는 대지 주변의 환경을 관리를 촉진하는 역할을 한다.

(계단실을 통한 환기 기능 단면도)

(외벽 급기 챔버를 통한 실내 기류 형성도)

LR-1 Energy
- 하절기 28도 온도설정하고 환기팬에 의해 냉방효과를 높일 수 있다.
- 공조와 창측트렌치에 의한 자연환기를 조합하여 야간시 공기정화기능,낮시간대에 적용. 
- 공조, 환기, 조명, 승강기에 다양한 에너지 절감방식이 사용된다.
- 모니터 자료는 기기 작동시 반영한다.

(천정팬 단면)

(천정팬 모습)

LR-2 Resources and Materials
- 빗물은 잡용수로 사용
- 물 절약형 위한 수전과 변기를 사용
- 포장벽돌은 하수 찌꺼기 재료로 만들어지며 사무실의 바닥은 폐 유리와 폐 블록을 사용된 재료를 적용
- 건물의 구조와 마감재료는 쉽게 분리될 수 있는 재료로, 실내재료와 설비도 폐기하기 용이한 재료사용
- 흡수식 냉각장치가 주 열원으로 사용.
- CGS로 부터의 열배출은 건조된 공조로 사용되며, 배출열 회수방식은 냉각히터에, 그리고 열원장치에 그리고 온수공급장치에 사용된다.

(바닥급기에 의한 기류 형성도)

(천정팬에 의한 기류 형성도)

LR-3 Off-site Environment
- 주 공조설비는 저소음형으로 옥상에 설치되며, 보호펜스는 외장마감으로 사용.
- 주방에서 배출공기는 지붕을 통해 배출되며, 주방 음식쓰레기 분쇄기 탈취를 위하여 옥상에 설치
- 건물의 코너부분에 이론적 조사와 실험에 의해 적절하게 잘려나갔다.
- 태양열 흡수율인 낮은 외벽이 사용되었으며, 건물의 배치는 일반적인 바람의 방향흡입에 적합하게 하였다.

● Other Features / 기타 특징
- 파이프 감압재는 송수압을 절약하기 위해 공조파이프 내에 충진되었다.
- 외벽측의 부하는 창측에 단순한 공기흐름의 적용하여 부분적으로 처리한다.
- 하이브리도 외기조절은 건조제와 열교환기를 조합하여 사용
- 동작 후에 성적이 검증하여 각 기술별 에너지 절약기술이 확인된 것을 적용한다.

● Air conditioning system combining natural ventilation and ceiling fans
/ 천정팬과 자연환기를 조합한 공조방식
< Natural ventilation / 자연환기 >
- 자연환기의 효율성은 환기통로를 거주하는 공간에서 최소화하는 경로에 의해 강화되었다. 추가적으로 대지 정면에 면한 주도로에서 외기는 창을 통해 직접 들어올 수 없다.
- 대신에 감압 챔버에 의해서 실내로 유입될 수 있으며, 지층의 트렌치를 통해 소음과 먼지를 제거하여 저소음 상태에서 실내로 들어오도록 되어있다.
- CFD의 분석결과치에서 실내의 소음은 일반층에서 약 0.2 m/s이며, 계단실에서는 0.5 에서 0.7 m/s정도 측정되었다.

(기류형성에 의한 열 분포도, 
단면상 계단실에 의한 환기효과, 
평면상 측벽의 공기챔버에 의해 공급된 기류가 코아방향으로 형성되고 있다.)

(환기횟수/시간당 : 가을, 여름, 봄)

< Ceiling fan / 천정펜>
-천정팬 작동시, 바닥에서 1.1m에서 공기 소음측정 결과치는 일정하게 0.2 to 0.3 m/s 로 나타났으며, 일반적인 공기흐름에 의해 실내공기의 순환이 됨을 확인할 수 있었다.
- 주어진 설문조가 결과 천정팬에 의한 공조 중에 재실자의 86%가 시원함을 느꼈다고 한다.

(천정팬에 의한 기류형성도: 0.5 - 0.1m/s를 형성하고 있다.)

(실내온도 28도에서 환기팬에 의한 기류에 의해 86%가 시원함을 느끼고 있다.)

< 혼합방식에 의한 에너지 효율성 >
- 2004년 4월에서 11월까지 냉방 기간중의 자연환기, 천정팬, 바닥공조 조합에 의한 에너지 효용성을 연구하였다.
- ‘자연환기’ 열원을 사용하지 않을 뿐만 아니라 공조방식을 취하지 않은 방법으로, ‘자연환기 + 천정팬’에 의한 공조방식을 모든 방식에 17%에 해당되는 기간에 사용할 수 있었으며, 추가적으로 자연환기와 함께 바닥 공조급기구가 사용되는 시간이 23%증가하였다.
- 천정팬에 사용되는 공조기간은 약 87%정도가 되었다. 10월에 적용되는 공조방식에서 주목할 것은 , 시즌 사이에 공조시간의 56%정도를 열원이나 공조방식을 사용하지 않고 가능하다는 것이다.
- 간절기에 실내의 온도변화를 측정한 결과치는 다양한 공기조절 방식에 의해서 공조시간을 선택할 수 있음을 보여준다. 그리고 실내온도는 표준공조 방식에 의해 일정하게 유지되지 않는다는 것이며, 단지 쾌적한 범위 내에서 변화된다는 것이다.
- 우리는 공조방식이 외부 공기조전에 따라서 선택할 수 있으며 내부 부하의 변화에 따라 적용되어진다는 것을 확신하였다. 그리고 사무공간내의 온도 환경은 가급적 적은 에너지를 사용하여 그리고 특정한 방법에 의해 조절될 수 있다는 것을 확신할 수 있었다.

< Use of exhaust heat for a cascade by micro gas turbine cogeneration >
< 소형가스 터빈 열별합에 의한 열배출을 회수 >
- 배출가스 공급방식은 냉온수 가스시스템 방식에 의해 배출열은 회수되며 그곳에서 배출가스 열교환기에 의해 온수로 전환된다.
- 배출열 회수는 건조된 공조방식에 의해 냉방기간 동안 이루어지며, 난방기간 동안은 온수열교환기에 의한 히터에 의해 이루어진다. 그리고 급탕공급 열은 열교환기에 의해 이루어지며 연중 배출열을 통해 사용하게된다.
- 연간 약 8.4%의 에너지 절약할 수 있었다.

(년간 에너지 절감표)

<< 참고할 만한 요소들 >>

● '자연환기를 위한 건축적 요소'의 도입
- 가장 잘 알고 있는 바람길의 효능을 과학적인 계측에 의해 입증한, 우리에게 수치로 보여주는 예이다.
- 굳이 얘기하자면 패시브 건축중의 패시브 건축의 선례라고 할만하다. 미세하지만 바람이 신체에 미치는 냉방효과를 과학에 근거하지 않고 실증에 의해 검증하였기 때문이다.

<< 마무리 하면서 >>
자연이 우리에게 무한한 에너지를 주지만,
우리는 그것을 몇%나 활용을 하고 있는지?
바람만이---
자연만이 그 답을 알겠지요!  <<<