[스크랩] 구들난방의 이해

어떻게 구들은 오랫동안 열기를 보존할 수 있는 것일까. 이를 알아보 기 위해 아궁이에 불을 지펴보자. 불로 인해 아궁이 안의 공기는 가열된다.

가열된 공기(열기)는 연기와 함께 아궁이 후렁이 위쪽으로 빠르게 올라간다. 뜨거운 공기는 위로, 차가운 공기는 아래로 이동한다는 대류현상이 일어난 것이다. 따라서 아궁이에서 지핀 불로 인해 데워진 열기는 밖으로 나가지 않고 구들 속으로 들어가게 되는 것이다.

올라간 열기는 부넹기의 좁은 통로를 만난다. 이때 열기의 이동 속력이 빨라 지면서 부넹기에서의 열기의 압력은 낮아진다. 바로 여기서 베르누이의 정리를 확인할 수 있다. 즉 공기나 액체와 같은 유체는 지나가는 길이 넓은 곳에서 좁은 곳으로 이동하게 되면 속력이 빨라지고 압력은 낮아진다.

이는 어느 일정 시간 동안 어느 한 단면으로 들어간 유체의 양이 그 단면을 빠져나온 유체의 양과 같아야 한다는 질량 보존의 법칙 때문이다. 따라서 부뚜막보다 부넹기에서 압력이 낮기 때문에 부넹기는 열기를 효과적으로 빠르게 빨아들여 구들개자리로 넘겨주는 역할을 한다.

바다 속 고래 모양의 열 저장고
                                                                   다양한 고래의 형태

그렇다면 부넹기를 넘어서 구들개자리로 들어간 열기에서는 어떤 일이 일어날까.

이때는 열기가 부뚜막에서 부넹기로 이동 할 때와는 반대 현상이 나타난다. 왜냐하 면 부넹기의 좁은 통로에서 구들개자리의 넓은 통로로 열기가 이동하기 때문이다.

따라서 구들개자리에서 열기의 속력이 급 격히 떨어지고 천천히 소용돌이 흐름(와류)이 생긴다. 한꺼번에 고래 쪽으로 이동 하지 않고 구들개자리에서 한동안 머물게 되는 것이다. 구들개자리는 열기 저장고와 같은 역할을 하는 셈이다.

좀더 구체적으로 구들개자리에서 열기가 어떻게 이동하는지를 살펴보자. 구들장 바로 아래를 지나는 위 부분의 열기는 구들장을 데우면서 여러 갈래의 고래로 들어간다. 그리고 구들개자리로 들어간 열기는 와류로 인해 그곳에 있던 차가운 공기와 열 교환을 한다. 이후 열기는 여러개의 고래로 서서히 균등하게 들어가게 돼 방 전체를 고루 따뜻하게 해주는 역할도 한다.

고래로 넘어간 열기는 다시 고래 머리 부분의 넓은 공간을 만나게 된다. 여기서 또한번 열기의 이동 속력이 줄어들게 된다. 이곳의 열기 중 온도가 가장 높은 공기가 위로 올라가 구들장 바로 아래로 서서히 흘러가면서 구들장을 가열한다. 이로 인해 공기는 점점 냉각돼 결국 고래 바닥으로 내려오고 일부는 고래개자리로 흘러간다.

한편 냉각된 공기가 점점 고래 바닥으로 흘러 구들개자리 쪽으로 이동하게 되면 뜨거운 고래개자리 부위와 만나 데워지고 다시 구들장 쪽으로 상승하게 된다. 고래에서 전체적으로 대류현상이 일어나는 것이다.

이런 대류가 원활하게 되는 이유 중 하나는 고래의 모양 때문이다. 고래는 바다 속의 고래의 배를 연상시키듯 아궁이 쪽이 넓고 굴뚝 쪽으로 갈수록 점점 좁아진다. 이것이 바로 이 부위를 고래라고 부르는 이유다. 따라서 고래 꼬리 쪽으로 갈수록 냉각되는 공기는 고래 바닥으로 흘러 내려가면서 어느 한 곳 에 머물지 않고 점점 낮아지는 고래의 머리 쪽으로 이동하게 되는 것이다.

좁은 꼬리 부분의 고래를 통과해서 넓은 공간의 고래개자리로 넘어간 공기는 또다시 이동속력이 줄어들게 된다. 여기서 여러개의 각 고래에서 나오는 다른 온도의 공기가 한데 모여 고루 섞이게 된다. 그러면서 온도의 고저에 따라 공기는 위아래로 분포하게 된다. 이때 남아있던 열기가 고래개자리 위 부분의 구들장을 가열하면서 서서히 실외 굴뚝개자리로 흘러가서 굴뚝을 통해 대기로 방출된다.

구들장 재료로 사용된 절연체 운모

구들의 독특한 구조는 가능한 열기를 내부에 오래 머물도록 하기 위해서다. 여기에서 베르누이의 정리나 대류현상과 같은 과학적인 원리가 잘 적용됐음을 확인할 수 있다.

구들의 독특한 구조는 가능한 열 기를 내부에 오래 머물도록 하기 위해서다. 여기에서 베르누이의 정리나 대류현상과 같은 과학적인 원리가 잘 적용됐음을 확인할 수 있다.
결국 부뚜막에서 열을 공급해주는 하나의 불주머니가 생기고, 구들개자리, 고래, 고 래개자리에서 열을 오랫동안 저장하는 열 주머니를 형성해 열기의 급속한 유출을 막는다. 따라서 불 지피기를 그만둬도 열주머니에 머물러 있는 열기가 천천히 이동하면서 오랫동안 구들장을 가열해준다(그림 2).

 

출처 : 황토와산수 = 황토예문, 흙연구원

글쓴이 : 선진마을건설 원글보기

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