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[ Research Article ]
The International Journal of The Korea Institute of Ecological Architecture and Environment - Vol. 22, No. 5, pp. 27-34
Abbreviation: J. Korea Inst. Ecol. Archit. And Environ.
ISSN: 2288-968X (Print) 2288-9698 (Online)
Print publication date 31 Oct 2022
Received 04 Jul 2022 Revised 19 Sep 2022 Accepted 23 Sep 2022
DOI: https://doi.org/10.12813/kieae.2022.22.5.027

전통온돌의 바닥 난방온도에 대한 열 특성 비교분석 : 부뚜막 아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌 비교
육흥수* ; 김준봉**

Comparative Analysis of Floor Heating Temperature of Traditional Ondol : Comparison of Buttumak Agungi Ondol and Hamsil Agungi Ondol
Heung-Soo Yook* ; June-Bong Kim**
*PhD research student, Dept. Shenyang Univ. of Architecture, China (yook-hs@hanmail.net)
**Corresponding author, Professor, Graduate School of Environmental Studies, Shenyang Univ. of Architecture, China (ondol92@daum.net)

ⓒ 2022. KIEAE all rights reserved.

Abstract
Purpose:

Korea's ondol culture started using a brazier in the center of a hut to beat the cold from the Neolithic period, when people lived a hunting life in a hut. It developed from a single furnace type to a double room type, and a gorae was made on one wall of the hut, and gudle jang was laid to make and use it. Afterwards, gorae were made in the entire room, and gudle jang was laid on it to heat the discharge body. The purpose of this study is to analyze buttumak agungi ondol and hamsil agngi ondol according to the repair specifications for cultural properties, understand the thermal characteristics of buttumak agungi ondol and hamsil agngi ondol, and compare and analyze the floor heating temperature.

Method:

It was difficult to find a case of experimenting by making a real mockup. Due to the nature of the actual fire-heating experiment, it was judged that it was difficult to input the same amount of heat to the furnace, so the wood of the same moisture content was measured with the same weight, and the wood of the same moisture content was measured at the same time and under the same conditions as possible to measure the floor heating temperature by location. and comparative analysis.

Result:

The temperature difference occurred according to the type of traditional ondol, and it was confirmed that the temperature was low in the gorae located close to yeondo.


Keywords: Ondol, Gudeul, Buttumakagungi, Hamsilagugi, Gorae
키워드: 온돌, 구들, 부뚜막아궁이, 함실아궁이, 고래

1. 서론
1.1. 연구의 배경 및 목적

한국의 온돌문화는 움집에서 수렵생활을 하던 신석기 시대부터 추위를 이기기 위하여 움집 중앙에 화로를 만들어 사용하기 시작하였다[1]. 1로식에서 2로식으로 발전하였고[2], 움집의 한쪽 벽에 고래를 만들고 구들장을 깔아 쪽구들을 만들어 사용하였다. 이후 방 전체에 고래를 만들고 구들장을 깔아 온방에 난방을 하는 통구들[3]로 발전하였다. 본 연구의 목적은 한국인이 가장 많이 사용하였던 부뚜막 아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌의 형식과 난방구조를 이해하고 문화재수리시방서에 적합하도록 Mockup을 제작하여 부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌의 바닥 난방온도를 측정하여 두 형식의 바닥 난방온도를 비교하고 효율적으로 난방구조를 배치하기 위하여 고래부터 연도까지 거리에 따라서 나타나는 각 지점별 온도를 비교분석하는 것이다.

1.2. 부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이온돌의 정의

부뚜막아궁이 온돌은 난방과 취사를 겸하기 위하여 부엌에 부뚜막을 설치하고 그곳에 불을 때는 아궁이1)[4]라고 정리되어있다. Fig. 1.은 2021년 문화재수리 표준시방서의 부뚜막아궁이 온돌에 대한 도해이다.


Fig. 1. 
Structure of buttumak agungi ondol 2) [4]

함실아궁이 온돌이란 난방 전용의 온돌방식으로 부뚜막 없이 방구들 아랫목에 불을 땔 수 있는 함실을 둔 아궁이3)[4]를 의미한다. Fig. 2.는 2021년 문화재수리 표준시방서 함실아궁이 (함실아궁이-민가)의 도해이다.


Fig. 2. 
Structure of hamsil agungi ondol4) [4]

본 연구의 부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌은 민가에서 간단하게 만들어 사하는 규격으로 방 크기는 3m×3m(10자방), 고래의 넓이는 30cm, 고래뚝의 높이 45cm, 개자리 깊이는 고래바닥에서 50cm, 고래바닥은 고래에서 개자리방향으로 2.5%의 경사로 만들었다. 방바닥은 아궁이보다 90cm 높고, 고래의 형식은 줄고래 형식의 되돈고래 방식을 적용하였다.


2. 전통온돌의 바닥 난방온도 열 특성 연구방법

본 연구는 제한된 조건에서 진행한 실험이기에 Mockup 실내의 위치별 온도측정기를 설치하기 어렵기 때문에 온습도개1갤르 설치하여 1시간 단위로 측정하기로 하였고, 방바닥에는 데이터로거를 이용하여 10개의 온도 측정센서 부착하고 10분 단위로 온도측정 하도록 하여 바닥표면온도만을 측정 분석하려고 한다. 아궁이에 투입하는 열량은 실물을 만들어 실험하는 특성상 동일하게 투입하기 어렵기 때문에 동일한 함수율을 가지 동일한 화목을 동일한 무게를 개근하여 사용하기로 하였다. 실험 2일차까지는 아궁이, 고래, 개자리 등에 냉기와 습기가 존재한다고 가정하여 화목 30kg을 사용하고 이후 3일차부터는 20kg을 사용하기로 하였다.

2.1. 부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌의 Mockup

부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌의 Mockup은 사람이 실제 생활이 가능한 3m×3m 크기로 제작하였다. 데이터로거는 20개의 온도를 동시에 측정 가능한 것을 사용하였으며 방바닥의 온도 측정을 위하여BO1, HO1 지점은 아랫묵 벽에서 20cm 이격하여 설치하였고 이외(BO1~BO10, HO1~HO10) 각 지점의 센서는 75cm간격으로 균등분할 하여 설치하였다.

1) 부뚜막아궁이 온돌

Fig. 3.은 부뚜막 아궁이온돌의 평면도이며, 데이터 로거 측정지점에 배치한 온도센서 번호이다. 고래의 형식은 되돈고래 형식으로 설치하였으며, Fig. 3.의 우측 화살표는 고래 바닥에서 뜨거운 열기를 구들장에 전달하고 식은 연기가 배출되는 되돈고래 형식의 연도를 나타낸 것이다.


Fig. 3. 
buttumak agungi measuring point floor plan

Fig. 4.는 부뚜막 아궁이온돌의 단면도를 나타낸 것이고, 되돈고래[5]의 연도는 고래 바닥 하부에 위치하는 것을 의미한다.


Fig. 4. 
buttumak agungi ondol cross section

2) 함실아궁이온돌

Fig. 5.는 함실아궁이 온돌의 평면도이며, 데이터 로거 측정지점을 배치한 온도센서 번호이다. 고래의 형식은 되돈고래 형식으로 설치하였다. Fig. 5.의 좌측 화살표는 연기가 배출되는 되돈고래의 연도를 나타낸 것이며 연도는 고래바닥 하부에 위치한다.


Fig. 5. 
hamsil agungi ondol measurement point floor plan

이번 실험에서 Fig. 3.의 온도측정 센서 BO1~BO10의 부호는 부뚜막 아궁이온돌의 바닥표면온도 측정 지점번호를 의미하며, Fig. 5.의 온도측정 센서 HO1~HO10의 부호는 함실아궁이온돌의 바닥 바닥표면온도 측정 지점번호를 의미한다.

Fig. 6.은 함실아궁이 온돌의 단면도를 나타낸 것이다. 실제 사람이 거주 가능한 높이이며 되돈고래의 형식으로 설치하였다.


Fig. 6. 
hamsil agungi ondol cross section

2.2. 부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌의 실험

Fig. 7.은 부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌의 불때기 실험에 사용될 화목의 양을 동일하게 사용하기 화목의 무게를 개근한 그림이다. 본 연구는 2020년 2월 29일 15시부터 2020년 3월 1일까지 2일간 30kg의 화목을 사용하여 아궁이내부, 고래내부, 개자리내부, 연도내부 등에 존재하고 있을 냉기와 습기를 제거하기 위하여 불때기를 실시하였다. 2020년 3월 2일부터 2020년 3월4일까지 3일 동안 매일 1회씩 화목 20kg을 아궁이에 투입하여 불때기하였다. 부뚜막 아궁이 온돌의 바닥표면온도 실험은 2020년 2월 29일 화목의 무게는 30kg, 함수율 10.8%, 불때기 시작한 시간 15시 56분부터 17시 58분까지 불문 차단시간 18시 20분이었으며 외부 최저기온 2.6℃ 최고기온 13℃, 습도는 84.8%였다. 2020년 3월 1일 화목의 무게는 30kg, 함수율 11.5%, 불때기 시작한 시간 16시 20분부터 19시까지, 불문 차단시각 19시 57분이었으며 외부 최저기온 0.2℃ 최고기온 11.5℃, 습도는 82.9%였다.


Fig. 7. 
firewood moisture measurement.

2020년 3월 2일 화목의 무게는 20kg, 함수율 11.6%, 불때기 시작한 시간 15시 10분부터 16시 39분까지, 불문 차단시각 17시 40분이었으며 외부 최저기온 0.9℃ 최고온도는 7.5℃, 습도는 62.8%이었다. 2020년 3월 3일 목재의 무게는 20kg, 함수율 13.3%, 불때기 시작한 시간 15시 10분부터 16시 22분까지, 불문 차단시각 17시45분이었으며 외부최저기온 -2.0℃ 최고기온 12.9℃, 습도는 72.6%이었다. 2020년 3월 4일 목재의 무게는 20kg, 함수율 7.9%, 불때기 시작한 시간 15시부터 15시 48분까지, 불문 차단시각 17시였으며 외부최저기온 0.2℃ 최고기온 7.1℃, 습도는 66.8%가 측정되었다. 함실 아궁이 온돌의 바닥 난방온도 실험은 조건은 2020년 2월 29일 화목의 무게는 30kg, 함수율 13.0%, 불때기 시작한 시간 15시 54분부터 17시 30분까지, 불문 차단시각 17시 50분이었으며 외부최저기온 2.6℃ 최고기온 13℃, 습도는 84.8%였다. 2020년 3월 1일 화목의 무게는 30kg, 함수율 10.8%, 불때기 시작한 시간 16시 20분부터 19시 15분까지, 불문 차단시간 19시 30분이었으며 외부최저기온 0.2℃ 최고기온 11.5℃, 습도는 82.9%였다. 2020년 3월 2일 화목의 무게는 20kg, 함수율 8.6%, 불때기 시작한 시간 15시 10분부터 16시 30분까지, 불문 차단시간 17시 15분이었으며 외부최저기온 0.9℃ 최고기온 7.5℃, 습도는 62.8%이었다. 2020년 3월 3일 화목의 무게는 20kg, 함수율 10.3%, 불때기 시작한 시간 15시 12분부터 16시 12분까지, 불문 차단시간 17시 19분이었으며 외부최저기온 –2.0℃ 최고기온 12.9℃, 습도는 72.6%이었다. 2020년 3월 4일 화목의 무게 20kg, 함수율 7.3%, 불때기 시작한 시간 15시부터 15시 48분까지, 불문 차단시간 16시 50분이였으며 외부 최저기온 0.2℃ 최고기온 7.1℃, 습도는 66.8%가 측정되었다. 본 실험 데이터를 동일한 조건으로 측정하기 위하여 동시에 여러 지점의 온도측정이 가능한 측정 장비를 준비하였다. 부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이온돌의 고래는 Fig. 3.Fig. 5.처럼 고래를 각각 6개씩 설치하였다. 측정 지점의 번호는 Fig. 3.Fig. 5.의 2번 고래의 상부에는 2, 5, 8을 배치하였다. 3번 고래와 4번고래 사이 고래둑에는 3, 6, 9을 배치하였으며, 5번고래 상부에는 4, 7, 10으로 정하여 각각의 측정지점을 설치하였다.

Fig. 8.은 부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌의 불때기 실험한 전경이다.


Fig. 8. 
Buttumak agungi ondo and Hamsil agungi ondo make fire

1) 부뚜막아궁이 온돌의 측정온도

Table 1.의 BO1부터 BO10은 부뚜막아궁이 온돌의 데이터로거 측정지점 번호를 의미한다. Table 1.과 Table 2.는 2020년 2월 29일부터 15시부터 2020년 3월 5일 15까지 120시간 동안 온도를 10분 간격으로 측정하였으나 데이터가 광범위하여 일평균바닥표면온도로 나타낸 것이며, Table 1.과 Table 2.에서 high는 실험일 측정된 일평균 최고온도 low는 실험일 측정된 일평균 최저온도 average는 실험일 측정된 일평균온도를 나타낸 것이다. 1일차 불때기 완료 후 2020년 3월 1일 0:30 평균 바닥표면온도는 19.60℃로 가장 높게 측정되었고 불때기 실험 직전 2020년 2월 29일 15:00 8.23℃로 가장 낮게 측정되었다. 2일차 불때기 완료 후 2020년 3월 2일 0:10의 평균 바닥표면온도는 24.32℃로 가장 높게 측정되었고 2020년 3월 1일 17:00 16.99℃로 가장 낮게 측정되었다. 3일차 불때기 완료 후 2020년 3월 2일 22:00 평균 바닥표면온도는 21.90℃로 가장 높게 측정되었고 2020년 3월 3일 12:10 16.60℃로 가장 낮게 측정되었다. 4일차 불때기 완료 후 2020년 3월 3일 22:20 평균 바닥표면온도는 20.49℃로 가장 높게 측정되었고 2020년 3월 4일 14:50 16.60℃로 가장 낮게 측정되었다. 5일차 불때기 완료 후 2020년 3월 4일 20:50 평균 바닥표면온도는 19.03℃로 가장 높게 측정되었고 2020년 3월 5일 14:30 14.02℃로 가장 낮게 측정되었다. 불목 상부에 위치한 BO1지점에서 5일 평균 바닥표면온도가 18.08℃로 측정되었고 2일차의 BO2 지점에서 5일 평균 바닥표면온도가 20.44℃로 가장 높은 온도가 측정되었다. BO3 지점에서 5일 평균 바닥표면온도는 15.42℃로 가장 낮은 바닥표면온도가 측정되었다. 평균 바닥표면온도가 높게 측정된 순서는 BO2, BO5, BO8, BO6, BO1, BO9, BO10, BO4, BO3, BO7지점의 순서로 나타났다. 평균 바닥표면온도와 평균 실내온도를 확인하면 1일차 평균 바닥표면온도 16.52℃ 평균 실내온도 13.75℃, 2일차 평균 바닥표면온도 21.29℃ 평균 실내온도 17.58℃, 3일차 평균 바닥표면온도 19.34℃ 평균 실내온도 15.75℃, 4일차 평균 바닥표면온도 18.59℃ 평균 실내온도 15.46℃, 5일차 평균 바닥표면온도 16.60℃ 평균 실내온도 15.09℃가 측정되었다.

Table 1. 
Daily average floor surface temperatures according to the location of Buttumak Agung Ondol
Division Day Average Order
1 2 3 4 5
BO1 18.95 25.50 22.35 20.45 18.70 21.19
8.55 17.45 17.45 17.20 14.25 14.98
16.00 19.51 19.38 18.78 16.72 18.08
BO2 22.70 28.80 25.05 23.60 21.75 24.38
8.90 19.10 18.90 18.70 15.90 16.30
18.57 21.77 21.67 21.17 19.03 20.44
BO3 16.05 19.60 18.60 18.10 16.40 17.75
10.30 15.85 14.95 14.50 11.05 13.33
14.50 16.17 16.26 16.36 13.80 15.42
BO4 20.00 24.40 21.00 19.70 18.60 20.74
7.40 15.20 14.65 14.70 12.25 12.84
16.01 17.63 17.89 17.18 15.33 16.81
BO5 19.65 27.85 24.65 23.45 21.85 23.49
8.55 18.90 18.95 18.80 16.20 16.28
18.61 21.57 21.40 21.13 19.14 20.37
BO6 19.95 24.60 22.10 20.70 19.65 21.40
7.95 17.05 17.20 17.05 14.55 14.76
16.84 19.36 19.27 18.95 17.14 18.31
BO7 18.25 21.80 19.10 18.05 16.80 18.80
7.10 14.3 13.95 13.90 11.50 12.15
14.76 16.14 16.39 15.87 13.97 15.43
BO8 22.30 26.85 23.95 22.65 21.10 23.37
8.35 18.55 18.20 18.00 15.35 15.69
18.54 20.83 20.88 20.40 18.40 19.81
BO9 18.95 23.45 21.35 20.15 18.50 20.48
7.95 17.35 17.25 17.10 14.60 14.85
16.05 18.97 18.72 18.65 16.75 17.83
BO10 18.45 22.6 20.45 19.20 18.15 19.77
7.25 15.25 15.40 15.40 12.95 13.25
15.32 17.65 17.54 17.33 15.62 16.70
Average 19.53 24.55 21.86 20.61 19.15 21.14 High
8.23 16.90 16.69 16.54 13.86 14.44 Low
15.63 18.73 18.73 18.40 16.33 17.56 Average

Table 2. 
Daily average floor surface temperatures according to the location of Hamsil Agung Ondol
Division Day Average Order
1 2 3 4 5
Ho1 58.10 44.50 42.35 40.95 36.25 44.43
8.4 28.90 24.10 23.55 21.20 21.23
40.96 32.60 36.60 32.18 28.53 34.18
Ho2 36.75 31.65 29.35 29.20 25.65 30.52
7.9 21.40 19.05 18.60 16.70 16.73
28.17 23.89 26.04 23.96 21.11 24.64
Ho3 56.40 38.65 37.70 36.65 33.00 40.48
8.55 25.25 22.10 21.80 19.65 19.47
37.69 28.96 32.66 22.88 26.00 29.64
Ho4 48.6 41.00 40.85 39.00 35.35 40.96
8.55 25.50 22.70 22.35 20.35 19.89
34.69 30.04 32.38 30.00 26.98 30.82
Ho5 30.00 27.35 25.15 25.10 22.40 26.00
7.85 19.40 17.35 17.15 15.25 15.40
24.33 20.96 22.66 20.99 18.74 21.54
Ho6 33.9 29.50 26.45 26.50 22.60 27.79
8.25 20.35 18.25 17.45 15.35 15.93
25.67 21.78 23.88 21.85 18.81 21.40
Ho7 38.9 34.25 32.90 32.00 28.75 33.36
8.3 23.80 21.05 30.95 19.10 20.64
30.08 26.37 28.29 24.43 23.63 26.56
Ho8 27.05 24.10 21.85 22.10 19.95 23.01
7.55 17.65 14.90 15.55 13.80 13.89
21.95 18.57 20.19 18.74 16.58 19.21
Ho9 36.95 32.60 29.70 30.15 26.55 31.19
8.20 21.80 19.55 19.00 17.20 17.15
28.46 24.20 26.28 24.30 21.60 24.97
Ho10 31.25 29.50 27.45 27.6 24.30 28.02
8.75 21.30 19.10 18.55 17.00 16.94
25.25 22.90 24.25 23.03 20.61 23.21
Average 39.79 33.31 31.38 30.93 27.48 32.58 High
8.23 22.54 19.82 20.50 17.56 17.73 Low
29.73 25.03 27.32 24.24 22.30 25.71 Average

Fig. 9.는 부뚜막아궁이 온돌에 대하여 5일 동안 각 지점에 대한 바닥표면온도를 10분 간격으로 측정하였으나 지면관계상 4시간 간격으로 축소하여 그래프를 나타낸 것이다.


Fig. 9. 
Temperature graph of 10 buttumak agungi ondol

2) 함실아궁이 온돌의 측정온도

Table 2.의 HO1부터 HO10은 함실아궁이 온돌의 데이터로거 측정지점 번호를 의미한다. Table 2.의 온도 측정지점에 대하여 바닥표면온도가 높게 측정된 순서를 확인하면, 1일차 불때기 완료 후 2020년 2월 29일 22:50 평균 바닥표면온도는 35.90℃로 가장 높게 측정되었고 불때기 실험 직전 2020년 2월 29일 15:00 7.48℃로 가장 낮게 측정되었다. 2일차 불때기 완료 후 2020년 3월1일 23:40 평균 바닥표면온도는 30.08℃로 가장 높게 측정되었고 2020년 3월 2일 14.500 20.49℃로 가장 낮게 측정되었다. 3일차 불때기 완료 후 2020년 3월2일 20:40 평균 바닥표면온도는 28.12℃로 가장 높게 측정되었고 2020년 3월 3일 14:50 18.26℃로 가장 낮게 측정되었다. 4일차 불때기 완료 후 2020년 3월 3일 21:20 평균 바닥표면온도는 27.79℃로 가장 높게 측정되었고 2020년 3월 4일 14:50 17.79℃로 가장 낮게 측정되었다. 5일차 불때기 완료 후 2020년 3월 4일 21:20 평균 바닥표면온도는 24.65℃로 가장 높게 측정되었고 2020년 3월 5일 14:30 17.12℃로 가장 낮게 측정되었다. 함실아궁이 상부에 위치한 HO1지점에서 5일 평균 바닥표면온도 34.18℃로 가장 높게 측정되었다. 연도에서 가장 가까이 위치한 HO8지점에서 5일 평균 바닥표면온도는 18.70℃ 가장 낮게 측정되었다. 함실아궁이 온돌의 평균 바닥표면온도가 높게 측정된 순서는 HO1, HO4, HO3, HO7, HO9, HO2, HO10, HO6, HO5, HO8의 순서로 측정되었다. 일평균 바닥표면온도와 평균 실내온도를 확인하면 1일차 평균 바닥표면온도 29.76℃ 평균 실내온도 17.52℃, 2일차 평균 바닥표면온도 27.95℃ 평균 실내온도 18.88℃, 3일차 평균 바닥표면온도 24.85℃ 평균 실내온도 16.49℃, 4일차 평균 바닥표면온도 25.04℃ 평균 실내온도 17.04℃, 5일차 평균 바닥표면온도 22.25℃ 평균 실내온도 16.82℃가 측정되었다.

Fig. 10.은 함실아궁이 온돌에 대하여 5일 동안 측정된 일 평균바닥표면온도를 그래프로 나타낸 것이다.


Fig. 10. 
Temperature graph hamsil agungi ondol

Table 3. 은 실험기간동안 천안기상관측소에서 발표한 외기온도와 강수량에 대한 기록이다.

Table 3. 
meteorological observation outside temperature (Cheonan Weather Station)
Day Minimum external temperature ℃ Maximum outside temperature ℃ Daily precipitation (mm)
2020. 2. 29 2.6 13 84.8
2020. 3. 01 0.2 11.5 82.9
2020. 3. 02 0.9 7.5 62.8
2020. 3. 03 -2 12.9 72.6
2020. 3. 04 0.2 7.1 66.8

2.4 부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌의 열 특성 분석

부뚜막아궁이 온돌의 실험 1일차 2020년 3월 1일 01:50 BO2지점에서 최고 바닥표면온도는 22.70℃가 측정되었고, 2020년 3월 1일 02:50에 BO1지점의 최고 바닥표면온도는 18.95℃가 측정되었다. BO2지점보다 BO1지점의 바닥표면온도가 낮게 측정된 이유는 아궁이 후렁이에서 뜨거운 열기가 빠른 속도로 BO2지점으로 이동 하였고, BO2지점은 되돈 고래의 연도에서 가장 멀리한 위치이므로 뜨거운 열기가 다른 지점보다 느린 속도로 이동하였기 때문으로 분석된다. 함실아궁이온돌의 HO1지점의 최고 바닥표면온도는 2020년 2월 29일 23:00 58.10℃로 측정되었다. BO1지점 HO1지점은 동일한 위치이지만 HO1지점보다 BO1지점의 바닥표면온도가 현저히 낮게 측정된 이유는 실험 첫날 부뚜막아궁이 온돌의 연소부와 채난부, 배연부에 냉기와 습기가 많이 존재하였던 이유도 있지만, 부뚜막에 설치된 가마솥 하부의 아궁이 후렁이에 함실아궁이와 동일한 무게의 화목을 넣어서 동일한 열량을 공급하여도 가마솥의 내용물을 데우는데 열의 일부가 소모되고, 아궁이 후렁이의 면적이 방바닥 외부에 위치하므로 열손실이 발생하였기 때문에 많은 열이 고래 속으로 공급되지 않아 바닥표면온도가 낮게 측정되는 것으로 분석된다. 부뚜막아궁이 상부의 가열용기에는 취사에 사용되는 상황을 모사하기 위하여 물을 0.67㎥ 담수하여 불때기 실험하였다.

Fig. 11.은 실험기간 5일 동안의 부뚜막아궁이 온돌의 BO1지점과 함실아궁이 온돌의 HO1지점의 측정된 실제 바닥표면온도를 나타내는 그림이다. 실험 첫날 BO1지점에서 최고 바닥표면온도는 2020년 3월 1일 02:40 18.95℃ 가 측정되었고 5일 동안 평균 바닥표면온도는 18.08℃가 측정되었다. HO1지점에서 최고 바닥표면온도는 2020년 2월 29일 23:40 58.10℃가 측정되었고 5일 동안 평균 바닥표면온도는 34.18℃가 측정되었다. BO1지점과 HO1지점은 난방 시 불때기하면 열기가 처음 도착하는 지점이지만 39.15℃의 온도차가 발생한 것을 확인할 수 있다.


Fig. 11. 
Temperature comparison graph of HO1 and BO1 points

Fig. 12.는 함실아궁이 온돌의 HO2지점과 부뚜막아궁이 온돌의 BO2지점의 측정된 바닥표면온도를 나타낸 그래프이다. 함실아궁이 온돌의 HO2지점의 측정된 바닥표면온도를 위의 Table 2.에서 확인하면 5일 동안 평균 바닥표면온도는 24.08℃이다. HO2지점의 측정위치를 Fig. 5를 확인하면 2번고래 앞쪽에 위치하며 이 1번고래 하부에는 연기가 배출되는 되돈 고래의 연도가 위치하고 있다. BO2지점에서의 평균 바닥표면온도는 21.00℃로 부뚜막아궁이 온돌의 측정된 바닥표면온도 중 가장 높게 측정된 온도이다. HO2지점의 측정된 바닥표면온도가 BO2지점 바닥표면온도보다 3.08℃높게 측정되었다. 함실아궁이는 부뚜막 아궁이에 비하여 많은 고래를 통하여 열을 전달하지만 부뚜막 아궁이는 가마솥이나, 외부에 열을 많이 빼앗긴 상태이므로 함실아궁이보다 적은 열이 이동된 것으로 분석된다.


Fig. 12. 
Temperature comparison graph of HO2 and BO2 points

Fig. 13.은 함실아궁이 온돌의 HO4지점과 부뚜막아궁이 온돌의 BO4지점의 측정된 바닥표면온도를 나타낸 그래프이다. HO4지점에서 측정된 평균 바닥표면온도는 30.27℃로 측정되었다. BO4지점에서 측정된 평균 바닥표면온도는 17.11℃로 측정되었다. 함실아궁이 온돌의 HO4지점은 HO1지점 다음으로 높은 바닥표면온도를 나타낸 지점이며 HO4지점은 1번고래 하부에 설치된 연도에서 거리가 가장 먼 거리에 위치하기 때문에 높게 나타난 것으로 분석된다. BO4지점이 HO4지점보다 현저하게 낮은 바닥표면온도가 나타난 것은 BO4지점이 되돈고래 연도와 가까운 위치의 고래이기 때문인 것으로 분석된다.


Fig. 13. 
Temperature comparison graph of HO4 and BO4 points

Fig. 14.는 부뚜막아궁이 온돌의 BO5지점과 함실아궁이 온돌의 HO5지점의 측정된 바닥표면온도를 나타낸 그래프이다. BO5지점에서 측정된 평균 바닥표면온도를 Table 1.에서 확인하면 평균 바닥표면온도가 20.28℃이고, HO5지점에서 측정된 평균바닥표면온도를 Table 2.에서 확인하면 21.06℃이다. 부뚜막 아궁이 온돌 중 BO5지점이 BO1지점 다음으로 높게 측정된 위치이다. 중 BO5지점이 높게 측정된 이유는 부뚜막아궁이 온돌의 연도는 6번고래 하부에 위치하므로 되돈 고래의 연도 시작점에서 멀리위치하기 때문에 바닥표면온도가 높게 측정된 것으로 분석된다.


Fig. 14. 
Temperature comparison graph of HO5 and BO5 points

Fig. 15.는 부뚜막아궁이 온돌의 BO7지점과 함실아궁이 온돌의 HO7지점의 측정된 바닥표면온도를 나타낸 그래프이다. BO7지점에서 측정된 평균 바닥표면온도는 15.60℃로 측정되었다. HO7지점에서 측정된 평균 바닥표면온도는 26.66℃로 측정되었다. 부뚜막아궁이 온돌의 BO7지점은 5번 고래의 상부에 위치하며 6번 고래 하부에는 되돈고래 개자리 연도와 가까운 고래위치이므로 연기배출시간이 짧기 때문에 바닥표면온도가 낮게 측정된 것으로 분석된다.


Fig. 15. 
Temperature comparison graph of HO7 and BO7 points

Fig. 16.은 부뚜막아궁이 온돌의 BO8지점과 함실아궁이 온돌의 HO8지점의 측정된 바닥표면온도를 나타낸 그래프이다. HO8지점에서 측정된 평균 바닥표면온도는 18.92℃로 측정되었다. BO8지점에서 측정된 평균 바닥표면온도는 20.01℃로 측정되었다. 함실아궁이 온돌의 BO8지점이 부뚜막 아궁이 온돌의 BO8지점보다 바닥표면온도가 낮게 측정된 원인은 함실아궁이 온돌의 되돈고래 개자리에서 연도가 시작되는 직상부에 위치하기 때문에 이지점에서 연기는 이곳까지 이동하며 열기가 식었던 것으로 분석된다.


Fig. 16. 
Temperature comparison graph of HO8 and BO8 points

Fig. 17.은 함실아궁이 온돌의 HO10지점과 부뚜막아궁이 온돌의 BO10지점의 측정된 바닥표면온도를 나타낸 그래프이다. HO10지점에서 측정된 평균 바닥표면온도는 22.99℃로 측정되었고 BO10지점에서 측정된 평균 바닥표면온도는 16.88℃로 측정되었다. 이 지점은 부뚜막아궁이 온돌의 6번 고래에 위치하며 되돈고래 개자리에서 연도가 시작되는 직상부에 위치이므로 연기의 잔열이 빠르게 배출되므로 바닥 난방온도가 낮게 측정된 것으로 분석된다.


Fig. 17. 
Temperature comparison graph of HO8 and BO8 points


3. 고래와 연도의 위치에 따른 열 특성 분석

부뚜막아궁이 온돌의 2번고래 상부에서 측정한 BO8, BO5, BO2 지점의 평균 바닥표면온도는 20.70℃로 측정되었고, 3번 고래와 4번 고래 사이 고래뚝에 설치한 BO9, BO6, BO3 지점의 평균 바닥표면온도는 17.62℃로 측정되었다. 5번고래 상부에서 측정한 BO10, BO7, BO4 지점의 평균 바닥표면온도는 16.64℃ 측정되었다. 함실아궁이 온돌의 2번고래 상부에서 측정한 HO8, HO5, HO2 지점의 평균 바닥표면온도는 21.28℃로 측정되었다. 3번 고래와 4번고래 사이의 고래뚝에 설치한 HO9, HO6, HO3 지점의 평균 바닥표면온도는 25.33℃가 측정되었으며, 5번고래 상부에서 측정한 HO10, HO7, HO4번 지점의 평균 바닥표면온도는 26.56℃ 측정되었다. 부뚜막아궁이 온돌의 되돈고래 연도는 6번고래 하부에 위치한다. 부뚜막아궁이 온돌의 연도 반대 2번 고래 상부 측정 지점 BO8, BO5, BO2의 평균 바닥표면온도는 20.20℃로 측정되었고 연도 옆 5번 고래 상부의 측정지점 B10, BO7, BO4 지점의 평균 바닥표면온도는 16.31℃로 측정되었다. 함실아궁이 온돌의 연도 옆 2번고래 측정위치 HO8, HO5, HO2 지점의 평균 바닥표면온도는 21.80℃로 측정되었고, 연도 반대 5번고래 상부의 측정지점 H10, HO7, HO4 지점의 평균 바닥표면온도는 26.86℃로 측정되었다.


4. 결론

본 연구는 부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌의 바닥표면온도 차이를 규명하기 위하여 2020. 2. 29.부터 2020. 3. 5.까지 5일 동안 실험을 하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. 부뚜막아궁이 온돌과 함실아궁이 온돌에 동일한 열량을 아궁이에 투입하기가 어려워 연구자는 동일한 함수율의 같은종류의 목재를 동일한 무게를 측정하여 실험하였다. 두 유형의 아궁이에 동일한 시간에 동일한 무게의 화목을 사용하였으므로 동일한 조건에 실험하였다고 생각한다. 5일 동안 실험한 결과 부뚜막아궁이 온돌의 바닥표면온도는 평균 18.36℃가 측정되었고 함실아궁이온돌의 바닥표면온도는 평균 25.26℃가 측정되었다. 부뚜막 아궁이 온돌은 함실아궁이 온돌에 비하여 72.68% 낮은 것으로 나타났다.

2. 부뚜막아궁이 온돌의 바닥표면온도가 함실아궁이 온돌에 비하여 낮은 이유는 부뚜막아궁이 온돌의 불때기 위치가 부뚜막에 설치된 가마솥 아래 아궁이 후렁이 이므로 가마솥의 내용물을 데우는데 열 손실이 많이 발생하고, 부뚜막 아궁이 후렁이 주변에서 열손실이 발생하기 때문에 함실아궁이 온돌보다 바닥 난방온도가 낮게 나타났다.

3. 부뚜막아궁이 온돌은 되돈고래 연도 입구와 가까운 위치의 5번 고래상부 BO10, BO7, BO4지점 온도보다 되돈고래 연도 멀리 위치한 2번 고래상부 BO8, BO5, BO2지점 평균 바닥표면온도를 비교하면 5번 고래상부온도가 2번 고래상부온도에 비해 80.74% 낮게 나타났다. 함실아궁이 온돌은 되돈고래 연도 입구와 가까운 위치의 2번 고래상부 HO8, HO5, HO2지점 온도보다 되돈고래 연도 멀리 위치한 5번 고래상부 HO10, HO7, HO4지점 평균 바닥표면온도를 비교하면 2번 고래상부온도가 5번 고래상부온도에 비해 81.16% 낮게 나타났다. 이는 뜨거운 열기를 구들장에 전달하고 연도에 가까운 지점의 따뜻한 연기가 다른 지점보다 빠르게 연도를 통하여 굴뚝으로 이동하기 때문이다. 연기가 고래내부에서 빠르게 이동하는 것을 방지하해서는 굴뚝에 챔버를 설치하는 방법과 고래를 선형으로 만들어 고래의 길이를 길게 만들면 고래내부에 열기를 오랫동안 저장이 가능할 것이다.

4. 전통온돌은 민가의 경우 취사겸용 부뚜막형 아궁이가 대부분이다. 최근 전원주택이나 농촌주택에서 전통온돌을 시공하는 사례가 빈번하게 확인되는데 일반적으로 현대건축에서 전통온돌을 사용하는 경우 취사겸용 부뚜막 아궁이형식은 난방전용 함실아궁이 형식에 비하여 현저하게 효율이 저하되는 것이 보통 장인들은 경험에 따라 알고 있다. 따라서 이를 실증적으로 증명하기 위하여 본 연구에서는 부뚜막 형 아궁이온돌과 함실 형 아궁이의 온돌에 대하여 실물Mockup을 만들어 각각의 아궁이에 동일한 조건으로 불을 때서 그 효율을 비교하였다. 동일한 조건의 열량을 투입하여야 하는 조건은 동일한 함수량과 동일한 무게의 화목으로 불때기 하였지만 동일한 조건의 동일시간이 실험조건상 어려움이 있어 완전히 동일한 열량이 발생하였는지는 증명하기 어렵지만 그 차이는 비교적 크지 않기에 동일한 열량이 발생한 것으로 가정하여 실험을 진행하여 유의미한 결과를 얻었다.

5. 이번 연구는 시물레이션이 아닌 사람이 실제 거주 가능한 공간의 전통온돌 실물Mockup을 만들어 실험을 진행하였다는 것과 전통온돌도 아궁이의 구조를 개선하고 그 형태와 종류를 적합하게 선택하면 열 특성상 난방 효율을 높일 수 있는 가능성이 있다는 것을 확인하였다는데 그 의의가 있다. 향후 다양한 전통구들의 형태별로 계속적인 연구가 있어 현대적으로 온돌을 계승 발전하는데 활용되기를 기대한다.


Notes
1) 2021년 문화재수리 표준시방서 1020 부뚜막아궁이 215쪽.
2) 2021년 문화재수리 표준시방서 1020 온돌의 구조(부뚜막아궁이) 218쪽
3) 2021년 문화재수리 표준시방서 1030 부뚜막아궁이 228쪽.
4) 2021년 문화재수리 표준시방서 1030 온돌의 구조(함실아궁이-민가) 231쪽

References
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3. 김준봉, 옥종호, 온돌과 구들의 용어 정의와 그 유래에 관한 연구, 한국: 건축역사연구, 제23권 제2호, 2014.
J.B. Kim, J.O. Ok, A Study on the definition of term and origin of Ondol and Gudeul, Korea: Journal of Architectural History, 23(2), 2014.
4. 문화재청, 문화재수리표준시방서, 문화재청 고시 제2020-127호.
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5. 박동현, 김준봉, 온돌(구들)의 고래개자리와 연도의 상관성 연구, 한국: 한국생태환경건축학회 학술발표대회논문집, 제21권 제2호, 2021.
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