건축물 전과정평가 기반의 탄소중립건축물 인증제에 관한 연구

Abstract

ABSTRACT

A Study on Carbon Neutral Building Certification System Based on Building Life Cycle Assessment

Seong Jo Wang Dept. of Smart City Engineering The Graduate School Hanyang University

Many major countries, including South Korea, declared to achieve Net Zero by 2050 in response to the climate change crisis. South Korea operates various environment-friendly building certification systems focused on green architecture and energy in the construction sector, but as there is a lack of a carbon-centered certification system throughout the life cycle of buildings, a certification system that can quantitatively assess and manage carbon emissions is necessary. As of 2018, greenhouse gas emissions from the building sector in South Korea were 52.1 million tons, only accounting for 7.16% of the total emissions from all industries, which was 727.6 million tons. However, the building sector is an important sector closely associated with various construction-related industries, such as manufacturing construction materials like cement and steel, transporting construction machinery and materials, and managing construction waste. Accordingly, this study proposed a carbon-neutral building certification system that quantitatively assesses the carbon neutrality rate, which is the ratio of greenhouse gas reduction to greenhouse gas emissions throughout the life cycle of buildings, and grants a certification grade. The ISO 14040s life cycle assessment technique was utilized to derive a carbon neutrality rate assessment method and calculation equation by focusing on the production and operational stages, which take up over 90% of greenhouse gas emissions in the life cycle of buildings. The minimum criteria for each certification grade were established to facilitate the efforts to reduce carbon emissions throughout the life cycle and build the foundation for a decarbonized market involving various construction-related industries and construction stakeholders. Lastly, the definition, necessity, and expected effects of the carbon-neutral building certification system were established. Strategies for attaining the ultimate objectives of this study, which include the effective operation of the certification system, voluntary acquisition of certification, and activation of the system, were proposed. With over 25 years remaining until the target of attaining net zero by 2050, a comprehensive carbon-centered certification system that embraces greenhouse gas carbon reduction (CR), carbon absorption (CA), carbon capture (CC), carbon offset (CO), and carbon management system (CMS) would be essential. This study can contribute to achieving net zero in the building sector by continuously enhancing the assessment system and certification standards. This paper comprises seven chapters, and the contents of each chapter are as follows. (1) Chapter 1 presented the background, objective, scope, composition, and method of research for developing the carbon-neutral building certification system. (2) Chapter 2 examined the assessment system necessary for achieving net zero in buildings using the life cycle assessment technique for buildings based on Korean and international environmental impact certification systems, greenhouse gas management systems, and international standards for environmental impact. (3) Chapter 3 defined the reference building to analyze the carbon neutrality rate proposed in this study. The reference building was determined according to the classification system derived from the case study of life cycle assessment and building energy efficiency certification systems. (4) Chapter 4 derived the amount of carbon reduction and carbon neutrality rate in the production stage by applying major construction materials with Environmental Product Declaration (EPD). (5) Chapter 5 derived the annual energy production from fixed-type photovoltaic (PV) and building-integrated photovoltaic (BIPV) systems. It also derived the amount of carbon reduction, including the amount of carbon emissions in the PV module manufacturing stage, and the carbon neutrality rate in the operational stage. Additionally, an equation for calculating the carbon neutrality rate in the operational stage according to the quantity of PV modules installed was formulated. (6) Chapter 6 defined the carbon-neutral building certification system, which is the ultimate objective of this study, and proposed the carbon-neutral building certification system with different certification grades. This certification system suggested measures to facilitate voluntary carbon reduction efforts in the building sector and build a market base, such as enacting ordinances of local governments and public institutions and establishing incentive criteria. Certification grades were classified into seven grades to facilitate adequate carbon reduction in each stage of the building life cycle by considering additional cases, the national greenhouse gas reduction goals of South Korea, and the roadmap for zero energy building certification. (7) Chapter 7 presented comprehensive conclusions and future research plans based on the research outcomes presented in Chapters 1 to 6.|국문요지

기후변화 위기 대응을 위해 국내를 포함한 많은 주요국은 2050년까지 탄소중립을 선언하였다. 국내의 경우 건물부문에서 녹색건축물 조성 및 에너지 중점의 다양한 친환경건축물 인증제도를 운영하고 있지만, 건축물 전 생애주기에서의 탄소 중점의 인증제도가 부재하여 이를 정량적으로 평가하고 관리할 수 있는 인증제도가 필요하다. 국내 2018년 기준 건물부문 온실가스 배출량은 52.1백만톤으로 전체 산업군의 727.6백만톤 대비 7.16%으로 높지 않지만, 건물부문은 시멘트·철강 등 건설자재 제조산업, 건설기계·건설자재 등 운송산업, 건설폐기물 등 폐기물산업 등의 최종 소비재로써 다양한 건설관련 산업군과 연계되는 중요한 부문이다. 이에 본 연구는 건축물 전 생애주기에서의 온실가스 배출량 대비 온실가스 저감량의 비율인 탄소중립률을 정량적으로 평가하여 인증등급을 부여하는 탄소중립건축물 인증제를 제언하였다. 이를 위해 ISO 14040s 전과정평가 기법을 활용하여 건축물 전 생애주기 중 온실가스 배출량의 90% 이상을 차지하는 생산단계와 운영단계를 중점으로 탄소중립률 평가 방법 및 계산식을 도출하였으며, 전과정에서 일정 수준 이상의 탄소저감 노력을 촉진하고 다양한 건설관련 산업군 및 건설관계자로 하여금 탈탄소화 시장 기반 구축을 위해 인증등급별 최소기준을 설정하였다. 최종적으로 탄소중립건축물 인증제의 정의, 필요성 및 기대효과 등을 설정하고, 본 연구의 최종목표인 효과적인 인증제 운영과 자발적인 인증제 취득 및 활성화를 위한 전략을 제언하였다. 2050년 탄소중립 목표까지 약 25년 이상 남은 현재, 온실가스 감축, 흡수, 포집, 상쇄 및 관리까지의 종합적인 탄소 중점의 인증제는 반드시 필요할 것으로 판단되며, 본 연구를 기반으로 지속적인 평가체계 및 인증기준 고도화를 통해 건물부문 탄소중립 실현에 이바지할 수 있기를 기대한다. 본 논문은 총 7장으로 구성되며, 각 장의 내용은 다음과 같다.

(1) 제1장에서는 건축물 탄소중립 인증제 개발을 위하여 연구배경, 연구목적, 연구범위 및 연구의 구성 및 방법을 제시하였다. (2) 제2장에서는 국내·외 건축물 환경영향 인증제도, 온실가스 관리제도 및 환경영향 국제표준 등을 통해 건축물 전과정평가 기법을 활용한 건축물 탄소중립에 필요한 평가체계에 대하여 고찰하였다. (3) 제3장에서는 본 연구에서 제안하는 탄소중립률 분석을 위한 기준건축물을 설정하였다. 기준건축물은 건축물 전과정평가 및 건축물 에너지효율등급 인증제 평가사례를 통해 분류체계에 따라 설정하였다. (4) 제4장에서는 건축 주요자재별 환경성적표지 인증제품 적용을 통해 탄소저감량 및 생산단계 탄소중립률을 도출하였다. (5) 제5장에서는 고정식태양광(PV) 및 건물 일체형 태양광(BIPV) 적용을 통한 연간 에너지생산량을 도출하고 태양광 모듈의 제조단계 탄소배출량을 포함한 탄소저감량 및 운영단계 탄소중립률을 도출하였다. 또한 태양광 모듈 설치 수량에 따른 운영단계 탄소중립률 계산식을 도출하였다. (6) 제6장에서는 본 연구의 최종목표인 탄소중립건축물 인증제를 정의하고 인증등급을 구분하여 탄소중립건축물 인증제를 제언하였다. 본 인증제는 자발적인 건물부문 탄소중립 노력 촉진 및 시장 기반 구축을 위하여 지자체·공공기관 등 자체 조례 제정 및 인센티브 기준 수립 등의 방안을 제언하였다. 인증등급은 추가적인 사례평가와 국가 온실가스 감축목표 및 제로에너지건축물 인증제 로드맵 등을 고려하고 건축물 전과정 단계별 적정수준 이상의 탄소저감 촉진을 위해 최종 7개 등급으로 구분하였다. (7) 제7장에서는 본 연구의 제1장부터 제6장의 연구를 통해 도출한 종합결론 및 향후 연구계획을 제시하였다.