구들강좌 1

전통구들의 구조와개선 방안

흙부대생활기술네트워크김성원

선사시대 : 불자리 : fireplace: 불구덩 : fire pit: 모닥불 : open fire

연기구멍이구들로발전해가다 .

알라스카 이마낙 섬의 온돌유적

로켓철판화덕과 구들구들과 철판화덕의 로켓철판화덕의 기본원리와 구조는 같다 .

폭 30

45 40

120

25~30

* 4 평 내외의 경우 주물 아궁이문은 ( 내경 가로 28cm * 세로 22cm) 권장

불맞이돌

불목

아궁이

함실

함실개자리

0

5050

100

110

0

40

( 회굴 )

120

60~70

30cm

30cm

불목

연도(굴뚝방향 )

아궁이

윗불목(바람막이턱 )

개자리

전통구들의 문제점은 무엇일까 ?

- 전통구들은 단열 , 내화 , 방습 , 기밀 자재가 없던 시대의 산물이다 . 제한된 자연자재 ( 흙 , 돌 , 볏짚 ) 만을 활용하여 구들을 만들수 밖에 없었기 때문에 전통구들은 물 ( 습기 ), 바람 ( 공기 , 냉기 ), 불 ( 열기 ) 의 조절과 조화가 중요했으며 , 그에 적합한 구조를 갖추게 되었다 .

- 그럼에도 단열 , 내화 , 방습 , 기밀을 확보하지 못한 전통구들은 ‘ 저온연소 ( 낮은 연소효율 )’, ‘ 다량의 배기가스 ( 연기 )’, ‘ 낮은 열이용율 ( 큰 열손실 )’ ‘ 높은 연료투입량’ , ‘ 여름철 바닥 습기와 고래하부 구조 취약’ 등 적지 않은 단점을 갖고 있다 .

- 해결방안은 함실 ( 화실 ) 의 단열 , 내화 ( 라이너 ), 기밀화구 ( 공기량 조절 ), 방습처리로 고온연소를 유도하고 , 구들과 고래 하부 기초와 시근담 ( 고막이 ) 를 철저히 방습 , 단열 처리하여 열손실을 막는 방법이 가장 기본적인 개선 방안이다 .

- 함실과 구들고래 구조의 단열 , 내화 , 방습 , 기밀성을 강화하였다면 , 굳이 전통구들의 구조를 그대로 유지할 필요가 있을까 ? 어떤 구조의 변화가 가능할까 ? 구조 역할의 변화는 없을까 ?

이화종 선생의 겹구들주물함실 , 상하 겹구들 ( 하부 냉기처리 목적 ), 별도의 냉기배출구 , 유선형 고래가 특징단점 : 시공 비용 상승 , 방습단열만 잘해도 될 것을 과잉은 아닐까 ?

무운 선생의 좌침관 구조고래 개자리에 차는 냉습을 고래개자리 또는 함실 바닥보다 낮은 외부 지면으로 빼주어 고래 내부의 냉습에 의한 압력을 줄여주는 ( 감압 ) 구조 : 첫 착화시 외에는 필요 없는 구조

조선말 왕실 구들

조선말 왕실 구들 유적을 보면 러시아를 비롯한 서구 벽난로의영향을 받았다는 것을 알 수 있다 .

재구덩과 함실 ( 화실 ) 을 구분하여편리하게 재를 청소하도록 하였고함실 하부로부터 공기유입이 되도록 만들어져있다 . 또한 재구덩과 함실에 철문이 부착되어 있다 .

만약 서구 벽난로 전통을 통해 우리의 전통구들을 재해석한다면 어떤 모습일까 ?

벽난로 장인들중국의 캉을 재해석하다 .

중국의 캉 ( 구들 ) 을 서구의 벽난로 장인들이 벽난로식으로 재해석하였다 .

- 철저한 단열- 철저한 내화구조- 확장연소실 (?) 도입 ( 개자리에 대한 서구식 해석일까 ?) ( 벽난로에서 불목 위에 있는 smoke chamber 가 확장연소실에 해당한다 .)

가마식 구들 화실 구조매우 긴 장작을 그대로 넣을 수 있는 긴 화실 , 2 차 공기주입 , 화실과 재구덩 분리 등

로켓매스히터와 구들의 결합철저한 단열 , 내화구조 , 거꾸로타는 방식으로 고온연소 , 작은 화구로 공기유입량 조절 , 열기상승관을 이용한 강한 흡입력 발생 , 공간난방과 바닥난방을 동시에 단점 : 잦은 장작투입과 연기역류 ( 프랑스 플렉스오븐 방식으로 해결 가능 ), 수직 발열부와 방바닥의 열균형 조절이 관건 .

플렉스 오븐높은 장작투입구와 기밀화구 , 하부 공기주입구 겸 재청소구 , 열기상승관과 굴뚝 사이에 직행댐퍼 설치하고 초기 착화 시 개방 ( 좌침관과 비교할 것 ) 긴 장작 투입이 가능해지므로 장작투입 시간 단축

플렉스 오븐 + 가스 슬롯 ( 감압구 )+ 구들플렉스오븐 구조 + 벽난로의 가스 슬롯 ( 중적가스와 압력을 줄여주는 구멍들 ) 을 열기상승관 에 두어 열기흐름을 좋게하고 수직발열부 ( 벽난로 ) 와 수평발열부 ( 구들 바닥 ) 의 열균형 유지 .

러시아 페치카의 기본 구조에서 가스슬롯

A : 장작받침B : 재구덩 ( 재서랍 )C : 상부덮게D : 불목E : 재점검구F : 재구덩문 ( 공기주입구 )G : 하강열기통로H : 굴뚝I : 신축이음 ( 신축이음 유격 )J : 화실K : 화구문

L : 가스슬롯 ( 감압구 )M : 노상N : 기초바닥 ( 단열 )O : 단열재P : 외벽 (Face)Q: 댐퍼R: 상승열기통로

러시아 컨트라플로우형 페치카의 가스슬롯 수직구조뿐 아니라 수평구조에서도 활용된다 .

마니산님의 벽난로 겹구들플렉스오븐 구조 + 가스슬롯 + 이화종 선생의 겹구들을 결합하였으나가스슬롯 위치 , 열기상승관의 높이와 단면적 , 하강열기통로의 간격 , 화실 구조 등 세부 시공 미흡으로 수직발열부 ( 축열부 ) 와 바닥발열부 사이에 열편중 현상 발생할 것으로 판단 된다 . 즉 , 바닥이 미지근할 가능성이 매우 높다

가스슬롯과 중적가스 처리에 대한 오해

로켓매스히터의 중적가스 역시 습기와 불완전연소 입자 모두를 포함합니다 . 중적가스 배출을 위한 구조에 대한 몇 가지 오해가 있습니다 . ' 배출 '이란 표현때문에 오해가 생기죠 . 중적 가스는 고온연소 환경에서도 어느 정도 발생하고 열기의 흐름과 연소 그 자체를 방해하기도 합니다 . 그래서 중적가스를 화실에서 배출할 필요가 있습니다 .

중적가스를 빼주는 구조는 사실 가스슬롯도 있지만 드라이조인트가 있습니다 . 이 두 구조는 ‘배출’을 통해 열기통로 내부의 압력을 조절하는 기능도 갖고 있습니다 . 초기 착화 시에는 열기통로를 우회하지 않고 바로 굴뚝이나 연통을 예열하여 상승기류( 흡입력 ) 을 만들어내서 내부 냉압을 신속히 줄이는 감압장치이자 예열구조라 할 수 있습니다 . 이러한 이유로 특히 가스슬롯은 복잡한 열기통로 구조를 가진 벽난로에서 열기흐름을 일정하게 만들고 , 특정 부위에 열이 집중되는 열편중을 해소하는 역할을 합니다 .

화실 하부에 가스슬롯을 두는 사례는 적절치 않은 시공이라 볼 수 있습니다 . 가스슬롯은 보통 열기상승구조의 중상단부에 만들어 소위 낮은 불 , 중불을 빨리 하강열기 통로로 넘겨주는 역할을 합니다 . 드라이조인트는 화실벽에 2cm 내외의 긴 수직틈을 만들어 다양한 온도 스펙트럼을 갖는 불을 저온부터 고온까지 자연스럽게 넘겨주는 역할을 합니다 . 그러나 , 특정 위치에 뚫는 가스슬롯은 그 위치에 해당하는 불꽃 높이와 온도를 가진 저온의 불 또는 중적가스만을 넘겨주게 되므로 다른 층위의 중적가스나 불을 제대로 처리하지 못하게 됩니다 .

원형구들과 이중열기고리 구조이중열기고리 구조와 화정판을 가진 원형구들 → 열손실을 줄이고 , 전열면적을 고루 편다 . 단 , 가스슬롯을 이용해 열편차 해소 필요

원형구들과 이중열기고리 구조를 닮다 .

종탑형 벽난로와 드라이조인트종탑형은 열기를 실 ( 방 ) 구조에 가두어 축열을 높이고 , 드라이조인트로 중적가스( 냉기 ) 를 처리하는 방식이다 . 이 구조를 구들에 결합하여 냉기의 유입과 배출에 응용할 수 있다 .

벽난로의 열기통로와 구들 고래 구조를 비교해보자 .

벽난로의열기통로와 축열구조는기본적으로수직구조이다 .

구들은 수평구조로열을 분기하여흐르도록 조율하기더 어렵다 .

그러나 , 만약에

이렇게 만들어볼 수는 없을까 ?

구들에서 불길을 조율 방법

- 냉습은 깊은 개자리로 모은다 . ( 자연대류 현상 이용 )- 좌침관 , 겹구들의 냉기배출구로 냉습을 배출한다 .- 구들장이 높게 덮히고 건조한 곳으로 열기가 오르는 현상 ( 자연대류 )- 아궁이 ( 함실 ) 바닥은 낮게 굴뚝은 높게 ( 미세기압차 이용 )- 굴뚝 연도까지 가장 빠른 고래로 불길이 흐르므로 고래의 길이를 비슷하게 만든다 . ( 연도의 상승기류는 흡입압을 만들어 내고 가장 짧은 고래로 가장 많은 압력 작용 )- 불목의 폭으로 고래마다 가는 불길을 조정한다 .( 연소가스의 양을 조절한다 .)- 윗 가로턱으로 열기를 막고 , 아래 가로턱으로 냉기를 막는다 .- 가로막기로 열기를 펼친다 .

* 새롭게 등장하는 불길 조율 방법 *- 드라이조인트로 중적가스를 처리하며 열기흐름을 조율한다 .- 고래구조가 복잡할 경우 가스슬롯을 두면 줄고래와 흩은고래의 혼합효과가 난다 .- 종탑형처럼 하부 수평열기통로를 낮게 잡아 열기가 고이게 만들 수 있다 . ( 물은 아래로 고여 위로 넘쳐 흐르고 , 불은 위로 고여 아래로 넘쳐 흐른다 .)

화실 ( 함실 ) 의 높이

러시아 페치카의 경우 화구 높이의 2.5 배 높이를 가진 화실이 많다 . 화실이 낮으면 연기가 불을 눌러 불완전연소가 되며 , 고온의 높은 불꽃이 만들어지지 않는다 . 이점은 전통구들의 함실에도 동일하게 적용된다 .

수직 연소 수평 연소 하향 연소 측방 연소

현대적인 다양한 연소 방식을 응용한 구들 함실은 만들어질 수 없는 것일까 ?