겨울철 한옥의 온돌이 방바닥 전체를 오랫동안 따뜻하게 데우는 원리를 아궁이의 열기가 구들장을 통과하며 발생하는 열에너지로 설명 부탁드려요.

Question

겨울철 한옥의 온돌이 방바닥 전체를 오랫동안 따뜻하게 데우는 원리를 아궁이의 열기가 구들장을 통과하며 발생하는 열에너지로 설명 부탁드려요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

한옥의 온돌은 아궁이에서 발생한 고온의 열에너지를 방바닥 밑의 돌에 축적한 뒤, 이를 시간에 따라 천천히 방출하는 매우 뛰어난 열저장식 열전달 시스템입니다.

먼저, 아궁이에서 땔감을 태우면 화학 에너지가 고온의 열에너지와 뜨거운 연기로 바뀌고, 아궁이와 방바닥 통로 사이에는 약간 높게 솟은 아궁이 턱을 지나며 열기의 이동 속도가 빨라지고, 한 번 들어간 열기와 연기가 다시 아궁이 쪽으로 역류하지 않도록 가두어 줍니다. 고온의 열기는 구들장에서 굴뚝 방향으로 이동하며, 방바닥 전체 표면으로 열에너지를 골고루 전달합니다.

구들장은 주로 두꺼운 화강암과 황토로 만들졌으며 비열이 매우 커서, 열을 흡수하는 데 시간이 오래 걸리지만 한번 흡수한 열에너지를 오랫동안 가두어 두는 성질이 있습니다. 구들장에 갇힌 열에너지는 전도, 복사, 대류의 열전달 방식을 통해 은은하게 지속적으로 방안 전체로 퍼져나가 추운 겨울에도 온기를 오래 유지할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 한옥의 온돌이 겨울철에 방바닥 전체를 오랫동안 따뜻하게 유지할 수 있는 이유는 아궁이에서 발생한 열을 구들장에 저장한 뒤 천천히 방 안으로 방출하기 때문입니다. 아궁이에 장작을 때면 뜨거운 연기와 화염이 아궁이에서 바로 밖으로 빠져나가는 것이 아니라, 구들장 아래에 만들어진 고래를 따라 이동합니다. 이 과정에서 뜨거운 연기와 구들장 사이에 열이 전달되는데요,즉, 아궁이의 화학에너지가 연소 과정에서 열에너지로 바뀌고, 그 열이 구들장으로 전달되는 것입니다. 구들장은 주로 돌과 흙 등으로 이루어져 있어 열을 저장할 수 있는데요, 뜨거운 연기가 구들장 아래를 지나가면서 구들장의 온도를 높이면, 데워진 구들장은 그 열을 오랫동안 간직합니다. 이후 구들장 위의 방바닥으로 열이 전도되고, 따뜻해진 바닥은 다시 방 안의 공기와 사람에게 열을 전달합니다. 특히 사람의 몸은 따뜻한 바닥과 직접 접촉하기 때문에 복사와 전도를 통해 효율적으로 열을 얻을 수 있습니다. 이때 온돌이 특히 오래 따뜻한 핵심은 구들장의 열용량이 크다는 것입니다. 돌과 흙은 많은 열에너지를 저장할 수 있기 때문에 아궁이에 불을 지핀 뒤 불이 꺼져도 구들장이 즉시 식지 않습니다. 저장된 열이 시간이 지나면서 조금씩 방출되므로 방바닥이 오랫동안 따뜻하게 유지됩니다. 게다가 연기가 구들장 아래의 여러 통로를 지나가도록 설계되어 있기 때문에 방바닥의 넓은 면적에 열을 비교적 고르게 전달할 수 있습니다. 마지막에는 식은 연기가 굴뚝으로 빠져나가면서 아궁이에서 발생한 열을 최대한 활용하게 됩니다. 감사합니다.