1.1 연구의 필요성

우리나라 학교 시설의 상당수는 준공 후 30~40년 이상 경과하여, 노후화된 경관, 단열성능 저하에 따른 에너지 비효율성 등의 문제를 가지고 있다^{(Lee, 2019)}. 이러한 노후 학교들은 학생들에게 쾌적하고 건강한 학습 환경을 제공해 주지 못할 뿐 아니라, 과도한 냉난방 에너지 소비의 주요 원인이 되고 있다. 교육부와 각 시도교육청에서는 학생들의 건강한 학습권 보장을 위한 일환으로 ‘그린스마트 미래학교’ 사업을 수행하여 이러한 문제를 해결하고자 정책적 노력을 기울여 왔다. 그린스마트 미래학교는 2021년부터 교육부가 추진하는 전국 단위 학교 시설 개선 및 교육환경 혁신 사업으로 그린, 스마트, 미래형 학습공간, 시설 안전성 강화를 목표로 대규모 리모델링 및 개축을 진행하여 왔다. 특히 고효율 단열재 사용, 창호 및 외피 성능 향상 등 탄소중립형 학교를 목표로 노력을 기울여 왔다. 하지만 기존 철근 콘크리트 공법 위주의 리모델링의 경우 공사 기간이 길고 소음 및 분진 발생으로 학생들의 학사 일정에 지장을 주는 한계를 가지고 있었다. 따라서 방학 기간 내에 신속하고 안전한 시공이 가능하면서 단열성능을 획기적으로 개선하여 충분한 유효 교실 공간을 확보할 수 있는 높은 성능의 공간 확보형 공업화 건축 기술의 도입이 요구되고 있다.

전 세계적인 기후위기 대응을 위한 탄소 중립 정책이 주요 국가적 과제로 부상함에 따라 건축 분야에서도 탄소 저감이 필수적인 고려 요소 중 하나로 자리잡았다. 콘크리트와 철근으로 대표되는 기존의 건축 자재의 경우 생산 및 이동 과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하는 반면, 목재는 생장 과정에서 탄소를 흡수하고 저장하는 유일한 건축 소재 중 하나이다. 특히 공공 건축물 중 하나인 학교에 목재를 활용한 외장 패널을 활용하는 것은 건물 자체를 탄소 저장고로 전환하는 효과적인 방향인 동시에 국내 목재 산업을 보다 활성화 시킬 수 있는 방향 전략이라 할 수 있다.

뿐만 아니라 학교 리모델링과 같이 공사 기간이 제한적이고 정밀한 시공 계획을 통한 시공이 요구되는 프로젝트의 경우 공장에서 부재를 사전 제작하여 현장에서 조립하는 OSC(탈현장 건설) 방식인 모듈러 공법으로의 전환이 필수적이며, 이를 통하여 현장 작업을 최소화하고 시공 속도와 품질을 동시에 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 공업화 목재 외장 패널의 성공적인 개발을 위하여 제품 개발을 위한 필수 고려요소를 도출하고 이를 환경적, 경제적 관점에서 분석하고자 한다. 이를 통하여 이러한 공업화 공법의 시공성 및 경제적 타당성을 분석하여, 단순한 자재 개발을 넘어 건설 프로세스의 혁신에 기여할 수 있는 실용적인 기술 모델을 제시할 수 있을 것이다.

1.2 관련 연구 동향

새로운 친환경 건축 자재를 개발할 때 그 당위성을 확보하는 것은 개발 프로젝트의 성공과 시장 진입을 위한 가장 기본적인 단계라 할 수 있다. 특히 친환경 자재의 경우 자재의 개발이 가져올 수 있는 비재무적 가치인 정책 및 규제 준수, 사회적 수요 및 이미지, 자원 순환에 기여 등 지속가능성 및 사회적 책임 측면에서 개발 당위성을 가진다고 볼 수 있다. 하지만 이러한 정성적 가치 평가의 경우 평가자의 경험과 의견에 따라 검증 및 신뢰성 확보의 어려움 등으로 한계를 가질 수밖에 없다. 따라서 개발된 친환경 자재의 정성적 평가와 더불어 정량적인 측면에서의 가치 평가를 통하여 개발의 당위성을 강력하게 뒷받침할 수 있도록 해 준다. 정량적 측면에서의 분석의 경우 개발될 친환경 자재의 경제적 이점을 수치화된 데이터와 과학적 방법론을 통하여 객관적으로 입증하는 것을 목표로 한다.

개발될 친환경 건축 자재의 경제적 분석의 경우 해당 자재의 경제적 성능 분석과 더불어 개발될 자재의 환경적 성능의 분석을 통해 정량화를 수행한다. 경제적 성능 분석의 경우 자재 혹은 건축물의 전체 수명 주기 동안 발생하는 모든 비용을 총합하여 경제성을 분석하는 방법인 생애주기 비용(LCC: Life Cycle Cost) 분석을 통해 총 비용 절감 효과 혹은 이익을 입증하는 것이라 할 수 있다. 친환경 건축 자재를 활용하거나, 에너지 효율화, 새로운 건축기법 적용 등을 수행시 생애주기 비용을 산정하여, 적용 및 개발될 기술의 경제적 가치를 산정하는 연구가 이루어져 왔다. 에너지 절감을 위한 조명을 건축물에 설치 후 생애주기 분석을 통해 절약 가능한 에너지와 그 환경적, 경제적 가치를 분석하기도 하였으며^{(Kim et al., 2020),} 친환경 저에너지로 설계된 아파트의 이산화탄소 배출량을 생애주기 관점에서 비교분석하는 연구를 진행하기도 하였다^{(Kim and Sohn, 2010)}. 친환경 건설기술의 평가를 위하여 기존 기술과의 비교를 LCC-LCA(Life Cycle Assessment) 통합분석을 통해 경제적 요소와 환경적 요소가 함께 고려된 평가를 수행하는 연구를 진행하였다^{(Kim et al., 2011)}. 또한 공공 건축물을 대상으로 그린리모델링 수행시 수준별 LCC 분석을 통한 경제성 비교 관련 연구를 진행하기도 하였다^{(Kim et al., 2018)}. 또한 실내공기 오염물질을 적게 방출하는 자재 선정을 위하여 경제성 평가 기법을 활용하기도 하였다^{(Kwon and Kim, 2021)}.

환경적 성능 분석의 경우 자재 혹은 건축물의 전과정 평가(LCA) 방법론을 통해 기존 자재 혹은 건축물 대비 환경 부하 감소량을 수치화하여 제시하는 것이라 할 수 있다. 친환경 건축 자재로서 목재를 활용한 건축 관련 연구도 활발히 진행되었는데, 친환경 건축 자재의 현황과 탄소 배출량 저감 극대화를 위한 전략을 제시하기도 하였으며^{(Son et al., 2025),} 국내 산림의 주요 수종을 대상으로 건축 외장재로서의 활용가능성을 평가하여 목재 활용도를 높이고자 하는 연구가 진행되었다^{(Jeong et al., 2024)}. 또한 목구조 건축물의 환경적 이점을 전과정평가의 측면에서 정량적으로 평가하기 위한 LCI(Life Cycle Inventory) 데이터베이스 구축 관련 현황 조사를 진행하기도 하였다^{(Jeon and Lee, 2024)}. 뿐만 아니라, BIM(Building Information Modeling)과 같은 기술과 LCA를 이용하여 건축물 리모델링시 발생할 수 있는 온실가스 배출량을 건축물 외장재를 중심으로 연구를 진행하기도 하였다^{(Kim et al., 2024)}.

1.3 연구의 목적

본 연구의 목적은 성능목표 및 경제적 타당성을 고려한 공업화 목재 외장패널을 개발하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 개발될 공업화 목재 외장패널이라는 친환경 자재의 경제적, 환경적 이점을 객관적으로 입증하기 위하여 측정 가능한 지표를 활용한 정량적 분석을 실제 사례를 기반으로 수행하고자 한다. 공업화 목재 외장패널 개발을 위하여 고려해야 할 요소를 도출하고 이에 따른 개발 요구조건을 설정한다. 또한 도출된 핵심 요소를 주축으로 다각적인 성능평가를 진행한다. 먼저, 전과정평가(LCA)를 통해 개발될 공업화 목재 외장패널의 환경적 가치를 수치화 한다. 다음으로 공장제작 기반의 OSC(Off-Site Construction) 모듈러 공법이 가져오는 경제적 가치와 생애주기 비용 분석 및 공간 활용에 따른 경제적 가치를 수치화 한다. 이렇게 분석된 경제적 가치와 설치 비용을 현재적 가치로 환산하여 비교하는 경제적 분석 기법인 비용편익(B/C) 모델로 통합 분석하여 개발될 외장 패널의 경제적 타당성도 함께 분석하고자 한다. 본 연구에서 도출된 결과를 바탕으로 향후 노후 학교 리모델링 시장에서 공업화 목재 건축의 활성화를 견인하고, 지속 가능한 교육 환경을 조성하기 위한 실무적 가이드라인으로 활용되기를 기대한다.

2.1 성능목표 요구조건 도출

학교 신축 관련 전문가 집중 인터뷰 및 관련 연구동향 조사를 통하여 학교에 적합하고 적용이 가능한 패널 개발을 위한 핵심 요구사항을 도출하였으며, 이를 통하여 개발될 공업화 목재 외장패널 시스템의 개발 요구조건을 도출할 수 있었다. 미래학교의 핵심 성능목표(Table 1)는 학생들의 여유있고 충분한 학습 공간을 확보해 주며, 학생들의 안전하고 조용한 수업 진행을 위하여 공사 기간을 최소화 하여야 한다. 또한 학생들에게 쾌적한 환경의 제공을 경제적으로 제공해 주기 위하여 높은 에너지 성능이 필요하다. 위와 같은 핵심 요구사항을 달성할 수 있도록 다음과 같이 공업화 목재 외장패널 시스템의 개발 요구조건을 도출하였다.

1) 교실에서의 학생들의 여유있는 공간 확보를 위하여 기존 외벽 대비 슬림한 구조로 설계 및 제작을 진행하여야 한다.

2) 방학이라는 정해진 기간 내에 공사를 마무리 할 수 있도록 공기 단축 및 현장 시공 단순화를 위한 구조물의 모듈화 설계가 필요하다.

3) 탄소 배출 저감을 위하여 높은 에너지 성능을 보유한 목재 외피 개발이 필요하다.

이와 같은 요구조건을 충족하는 공업화 목재 외장패널 시스템 개발을 통해 학생들이 여유로운 공간에서 학사일정에 방해받지 않고 쾌적한 환경에서 학업을 진행할 수 있을 것으로 기대된다.

2.2 경제적 타당성 분석 항목 도출

평가 요소 선정을 위해 먼저 학교 리모델링 관련 전문가 인터뷰를 통해 분석 항목 후보군을 도출하였다. 이 중 건강 증진이나 심미적 가치는 학교 환경 개선의 중요한 성능 목표이나, 현재 수준에서 객관적인 화폐 단위 환산 모델의 불확실성이 높아 본 B/C 분석의 보수적 접근을 위해 제외하였다. 결과적으로, 공업화 목재 패널 도입에 따른 실질적인 물리적 변화와 데이터 기반의 계측이 가능한 공간, 공기, 에너지의 3대 핵심 요소를 최종 평가 항목으로 확정하였다.

3.1 성능목표 조건 검증

본 연구에서 도출한 핵심 성능 지표상 요구하는 추가 공간 확보, 공사기간 최소화, 그리고 높은 에너지 성능 측면에서 개발 기술의 성능목표를 도출하였다.

3.1.3 단열 성능 및 에너지 효율 검증

개발된 목재 패널은 진공단열재와 EPS(Expanded PolyStyrene)의 복합 구성을 통해 단열 성능을 극대화 하였으며, 한국건설기술연구원의 공인 시험 결과(Fig. 1) 개발 패널의 열관류율은 평균 0.168 W/m²K으로 중부2지역 기준에 부합되는 단열 성능을 확보할 수 있었다. 기존 노후학교의 외벽 열관류율(1.0 W/m²K) ^{(Choi et al., 2016)}을 중부2지역 기준(0.24 W/m²K)으로 개선했을 경우 약 76 %의 성능 향상을 기대할 수 있으며, 열 손실량을 24 % 감소시킨다고 가정할 수 있다.

Table 2. Economic Feasibility Analysis Criteria

Category	Economic Feasibility Analysis Criteria
Securing Additional Space	- Calculation of additionally secured usable space
Construction Time & Cost Reduction	- Estimation of construction cost savings achieved through modular construction
Energy Saving & Carbon Reduction	- Calculation of energy cost savings due to improved insulation performance- Carbon storage effect resulting from the substitution of timber materials

Fig. 1. Placing Test Specimens for Thermal Testing

3.2 경제적 타당성 검증

개발 기술의 경제적 타당성을 입증하기 위해 교실 1개실의 개선공사를 기준으로 비용편익분석(B/C Analysis)을 수행하였다. 분석 기간은 30년, 사회적 할인율은 기획재정부 훈령 「예비타당성평가수행총괄지침」에 따른 4.5 %를 적용하였으며, 비용과 편익은 순현재가치(NPV: Net Present Value)로 환산하여 비교하였다. 뿐만 아니라 국가 예비타당성조사 지침에 따라, 시장 가격이 존재하지 않는 공공 시설의 공간 효용을 산정하기 위해 인근 유사 부동산의 시장 가치를 대리지표로 활용하였다.