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■ ELIOS-R2 개발 배경
“수도권 아파트 절반이 일조권 침해를 받고 있습니다.”
일조권에 대하여 사회통념상 수인한도를 초과하는 경우 일조권 침해가 발생한다고 판시하면서, “공동주택의 경우에는 동지를 기준으로 오전 9시부터 오후 3시까지의 6시간 중 일조시간이 연속하여 2시간 이상 확보되는 경우, 또는 동지를 기준으로 오전 8시에서 오후 4시까지의 8시간 중 일조시간이 통틀어서 4시간 이상 확보되는 경우에는 이를 수인하여야 하고, 그 두 가지 중 어느 것에도 속하지 아니하는 일조 저해의 경우에는 수인한도를 넘는다고 봄이 상당하다”의 내용이 판단기준으로 적용되고 있습니다.
이러한 현대인의 생활환경에서, 햇빛이 인간에게 중요하다는 것은 이미 잘 알려져 있었기 때문에, 여러 가지 자연채광장치들이 개발된 바 있으나, 지붕을 뚫는 등의 방식이거나, 햇빛의 형상변화, 사생활 침해, 빛공해 발생, 거대화 및 채광디자인 불가능 등의 기술적 문제들로 인하여 일조권 침해 해결을 위해 사용하기는 현실적으로 어려운 상황이었습니다.
ELIOS-R2는 타사의 자연채광장치가 갖고 있는 기능상의 한계를 극복하였기 때문에, 현대인들의 <일상적인 일조권 침해> 문제를 포괄적으로 해결할 수 있는 유일한 해답입니다.
이제부터 ELIOS-R2에 대해서 말씀 드리겠습니다.
위 사진과 같이 ELIOS-R2는 태양의 위치를 실시간으로 산출하고 ELIOS-R2로 들어온 햇빛이 항상 2차 반사경으로 광량 누락 없이 전달되도록 GPS와 연계된 제어장치에 의해 각도가 자동 조절되는 1:  비율의 1차 반사경, 그리고 아래의 사진과 같이 태양의 형상 및 지구와의 거리에 따른 햇빛의 확산 특성을 채광디자인과 결합시킨 픽셀 방식의 2차 반사경으로 이루어져 있습니다.
2차 반사경에는 매우 특별한 내용이 담겨져 있는데요. 바로 픽셀 방식이라는 것으로 햇빛을 이용한 채광디자인이 가능하도록 합니다. 아래의 그림은 태양과 지구 사이에 어떻게 햇빛이 전달되는지를 나타내는 것입니다. (본 내용들에 대해서는 본문 아래쪽의 "ELIOS-R2 2차경으로 픽셀거울을 사용하는 이유는?"이라는 제목의 영상을 보시면 보다 더 상세한 설명을 접하실 수 있습니다.)
위 그림과 같이 태양과 지구 사이의 거리가 매우 멀고, 지구상의 한 곳에서 태양을 바라보면 동그랗게 보이는데, 그 이유는 태양의 한 점이 아니라 둥근 태양의 전체에서 인간의 눈으로 햇빛이 전달돼 오기 때문입니다. 따라서 지구상의 한 곳에서 보이는 햇빛은 태양의 직경과 지구와의 거리 관계에 의해 약 0.5도 각도를 형성하게 됩니다. (이는 돋보기로 햇빛을 모으는 것과는 전혀 다른 얘기이니 혼동하지 마시기 바랍니다.)
이와 같이 전달된 햇빛이 지구상의 거울에서 반사되면, 입사각과 반사각이 같아야 하므로, 들어올 때와 동일하게 약 0.5도 각도를 형성하면서 반사되는데, 사각형 거울의 경우 가까운 거리에서는 사각형과 유사한 형태로 보이나, 거리가 멀어질수록 원형에 가까워지다가, 수십 미터 떨어지면 완전한 원형이 되는 것을 보실 수 있는데, 이는 사각형 거울로 들어온 햇빛의 광원인 태양이 동그랗기 때문입니다.(사각거울로 실제로 시험해보시면 좋습니다.)
위 그림에서 가장 오른쪽에는 두 가지 크기의 사각 거울이 표현돼 있는데요. 거리의 증가에 따라, 큰 사각 거울에서 반사되는 햇빛과 작은 사각 거울에서 반사되는 햇빛의 형태는 같고 크기만 다른데, 그들의 전달각도는 동일하게 0.5도 입니다. 따라서 같은 거리를 기준으로, 작은 사각 거울에서 반사되는 햇빛이 상대적으로 더 큰 확대율을 갖게 되고, 햇빛의 조도는 더 약해집니다. 확대율과 조도는 반비례 하기 때문입니다. 즉 픽셀 거울의 크기에 따라 거리에 따른 햇빛 확대율이 달라지므로, 이를 이용해서 적절한 크기의 픽셀을 설계할 수 있습니다.
일반적인 아파트 단지를 기준으로 10x10센티미터 크기의 사각형 픽셀이 채광디자인에 효율적임이 확인되었고, 이에 따라 ELIOS-R2의 중형(R2M)에는 위와 같이 60여개의 픽셀 거울로 2차 반사경이 구성되어 있으며, 예를 들어 20개씩 나누어 아파트의 2/5/7층을 채광한다면, 픽셀 거울 하나하나가 앞서 설명된 반사 후 원형확산의 특성을 갖기 때문에, 아래의 좌측과 같이 3개 층의 거실을 채광하게 되며, 그중 한곳에 대한 채광효과는 우측 사진을 통해 전/후를 비교할 수 있고, 사진에는 조도계가 배열된 것을 보실 수 있으며, 성능이 실측됐습니다.
이러한 기능은 창문의 크기와 모양에 맞추어 햇빛을 전달하는 것은 물론, 햇빛의 중복과 분산을 통하여 세부적인 채광영역 배치와 채광조도 설정까지 포함하는 채광디자인이 가능한 것으로, 이는 ELIOS-R2만이 갖추고 있는 전 세계적으로 유일한 기능입니다.
이와 같은 ELIOS-R2의 기술은 아래의 특허획득(한국/미국/중국)과 NET 신기술지정을 통하여 일조권 침해를 해결할 수 있는 일조공간 제어시스템으로서 공식적으로 인정되었습니다.
ELIOS-R2에는 크기에 따른 모델이 있는데, 신규 아파트와 공공기관에 적용되는 것은 주로 ELIOS-R2M(중형)이고, 기존 아파트에는 주로 ELIOS-R2S(소형)가 적용되며, 빌라 및 단독주택에도 주로 ELIOS-R2S(소형)가 적용됩니다. ELIOS-R2C(초소형)는 작은 창을 통한 채광이 필요한 밀집주거지역에서 활용될 수 있습니다. (ELIOS-R2L(대형)은 특주 사양)
근래에는 ELIOS-R2M(중형)의 경우, 2차경 픽셀거울을 60개의 작은 픽셀이 아닌, 9개의 큰 픽셀을 사용하는 경우가 많아지고 있습니다. 이는 채광 거리 및 방식에 따라 선택하여 적용되는 것입니다.
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