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예전 우리네 겨울 생활을 생각해보면, 땔감, 아궁이, 굴뚝, 아랫목 등이 연상된다. 한민족의 난방법이 바닥 난방인 온돌이기 때문이다. 그런데 온돌을 순 우리말로 구들이라고 한다. 구들에서 발견할 수 있는 우리 선조의 지혜는 어떤 것일까.
한민족의 전통문화와 주거방식은 구들이라 불리는 바닥 난방과 관 련이 깊다.
겨울철 찬바람이 불어오면 따끈따끈한 아  랫목에 펼쳐둔 이불로 쏙 들어가던 기억이 난다. 따스한 방바닥에 몸을 대고 있으면 몸에 전해지는 열기가 정말 좋다. 나이 드신 할머니, 할아버지는 절절 끓는 아랫목에 허리를 지지시면서 “어구, 시원하다”는 말씀을 연신 내뱉으신다.
요즘같은 때 더욱 정감있게 느껴지는 우리 네 안방의 이런 전경은 우리의 난방법이 바닥 난방이기에 가능한 것이다. 이런 바닥 난방을 하는 방을 우리는 온돌방이라고 부른다. 온돌은 국내뿐만 아니라 해외에도 알려져 있다. 세계적으로 유명한 브리태니커 사전에 한국의 전통 난방법이라는 설명 의‘Ondol’이란 단어가 있을 정도다.
백수가 신세지는 구들장 그러나 온돌은 식자들이 한자이름으로 기술한 것으로 순수 우리말로는 ‘구들’ 이라고 한다. 구들은 ‘구운 돌’에서 유래한 것으로 추정되는데, 초가집이나 기와집 같은 우리의 옛날 집에서 사용되던 바닥난방시설 그 자체를 말하거나 이와 같은 난방법을 이용한 방바닥 또는 방을 통틀어 가리킨다.
구들이 한민족의 생활에 얼마나 친밀했는지는 우리말의 여러 표현에서 찾을 수 있다. 가령 방이 어지러우면 “구들 좀 치워라”라고, 일자리를 잃고 놀고 있 는 사람에게 “요즈음 어떻게 지내냐”고 물으면 “구들방만 지키고 있지”라거 나 “매일 구들장만 지고 있는 신세지”라고 말한다.
구들은 언제쯤 어디에서 발생한 것일까. 학자들은 구들의 시작이 인류가 불을 발견해서 이용한 불의 역사와 맥을 같이 한다고 말한다. 원시인은 동굴이나 움막에서 음식을 요리하고 추위를 면하기 위해 한가운데에 모닥불을 피웠다. 그리고 그 주위에 돌을 세워 바람막이를 해 불을 오랫동안 보존해야만 했다. 그러다가 모닥불 주위에 세워 놓은 돌 위에 평평하고 넓은 돌을 얹어, 여기에 딱딱하게 얼어버린 짐승의 고기를 녹이거나 구워서 먹기도 하고, 그 위에 앉아서 몸을 따뜻하게 하기도 했다. 이것이 바로 구들의 원시적 형태다.
구석기시대 중국북부나 만주지역에서 발생 구들에 대한 최초의 문헌 기록은 중국의 옛 지리서인 ‘수경주’에서 찾을 수 있다. 이 책은 500-513년 북위의 역도원이라는 학자가 저술했다. 여기에는‘방바닥 밑에 여러 가닥으로 돌을 괴고, 위에 진흙을 발라서, 불을 피워 여러 갈래로 열이 흘러 들어가게 해 방바닥을 따뜻하게 한다’는 구들에 대한 내용이 담겨있다.이외에도 중국 당나라 시대의 역사서인 ‘구당서’에도 구들에 대한 기록이 보인다. 특히 ‘고구려인들이 추운 겨울을 나기 위해 구덩이를 길게 파서 밑에다 불을 지펴 방을 데웠다’고 기술돼 있어 구들생활이 한민족의 문화산물임을 보여준다.
이 외에도 중국의 몇몇 문헌과 우리의 문헌, 그리고 고고학적 발굴자료를 근거로 구들학자들이 그 기원을 밝혀보려고 하지만 아직까지는 구들의 발생 시기를 밝히기 어렵다.
그러나 지금으로부터 약 5만년 전일 것이라고 추측되는 회령 오동의 구석기 시대 주거지 유적에서 구들로 추정되는 형태의 바닥과 벽이 발굴됨으로써 그 시기가 구석기시대로 거슬러 올라간다는 점을 알 수 있다. 또한 약 1백만년 전으로 추정되는 황하 유역의 주구점 두개골 화석 유적에서 발굴된 바닥에 깔려있는 화원석 등으로 미뤄보아 구석기시대 혹한 지역인 중국 북부나 만주 지역에서 유동하던 원시인들에 의해 초기 구들이 발생됐으리라고 구들학자들은 추측하고 있다.
이렇게 발생한 초기 구들은 고인돌처럼 돌 아래에 불을 피우는 외구들 형태를 띠었다. 이후 이런 외구들 여러개를 길게 연결해 열기가 지나가는 길인 고래가 등장하는 외고래구들로 발전한다. 이로써 불 피우는 아궁이 쪽과 연기가 나가는 굴뚝 쪽이 분화된 것이다. 이후 이런 고래를 여러개로 확장해 겹구들로 진화하면서 아궁이가 설치된다.
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1.외구들: 고인돌처럼 생긴 돌 구조 아래에 바로 불을 피우는 형태다.
2.외고래구들: 외구들을 여러개 길게 연결해 불을 피우는 아궁이와 연기가 빠지는 굴뚝 영역으로 분화된다. 이때 열기가 지나가는 통로인 고래가 등장한다.
3.겹구들: 고래를 여러개로 확장해 열기가 여러 곳으로 나눠 들어가게 된다. 그러면서 아궁이가 설치된다.
4.굴뚝의 등장: 움막과 같은 실내에 있었던 구들시설에 바깥으로 연기를 배출하기 위해 굴뚝이 생긴다. 그러면서 아궁이까지도 실내엣 벗어나, 방 한칸에 구들 한개의 구조를 갖추게 된다.
5.완성된 전통구들 |
처음 이와 같은 구들은 실내에 있 었다. 따라서 매연 배기가 원활하 지 못했다. 이로 인해 결국에는 굴 뚝이 개발되게 된다. 그리고 실내 의 아궁이까지도 집밖으로 나간 다. 방 한칸에 구들 한개 구조를 갖추게 된 것이다. 그러나 중국 연 변에서는 아직까지도 아궁이가 실내에 있는 주택구조를 유지하고 있다.
마지막으로 장인의 오랜 경험적인 연구로 부넹기, 구들개자리, 고 래개자리, 굴뚝개자리가 개발된 다. 이로써 한민족의 전통구들이 완성된다(그림 1).
49일 온기 유지된다는 전설의 아자방
이렇게 완성된 구들에 대해 불가사의한 전설이 내려온다. 지리산 반야봉의 동남쪽 해발 약 8백m 고 지에 자리잡은 칠불사에는 신라 금관가야에서 온 구들도사 담공선사가 만든 ‘아자방’이라는 구들방이 있었다.
고래모양이 아(亞)자처럼 생겨서 붙여진 이름인데, 이 방에 불을 한번 지피면 열기가 무려 49일 동안 유지됐다고 한다. 과연 이것이 가능한 일일까.
현재 아자방은 조선시대와 한국전쟁 당시의 몇차례 화재로 그 원형이 사라졌다. 그래서 1982년 구들 명장인 김용달(82세)옹이 이를 복원했다. 이때 이를 확인해본 결과 봄·가을에 온기가 10일 정도 유지된다고 한다.
구들전문가들은 전설의 49일이 유지불가능할 것으로 생각하고 있다. 그러나 이같은 불가사의한 전설이 내려올 정도로 구들은 한민족이 자랑스럽게 생각 하는 효율적인 우리 고유의 난방법인 것이다.
그런데 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
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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).
한편 구들장이 오랫동안 온기를 유지할 수 있는데는 또다른 비결이 있다. 바로 구들 장의 재료인 돌이 어떤 종류냐는 것이다. 우리 선조들은 주위의 여러 돌 중 특별히 운모를 골랐다. 운모는 화성암과 변성암에서 흔히 발견되는 광물로 층상구조 로, 백운모, 소다운모, 흑운모, 금운모, 홍운모, 진발다이트 등으로 나뉜다. 이 중 특히 백운모는 열이나 전기가 잘 통하지 않는 절연체다. 이런 이유로 다리미 바닥 안에는 백운모가 들어있다.
바로 이것이 구들장의 재료가 된다. 절연체인 백운모 구들장은 아래의 뜨거 운 열기를 한꺼번에 방 안으로 내뱉지 않게 해주기 때문이다. 구들 장인이 구 들장의 재료조차도 어떤 돌을 쓰는 것이 적합한지를 연구했다는 것이 놀랍기 만 하다.
이 외에도 장인의 세심한 면이 돋보이는 것이 있다. 구들장은 아랫목과 윗목의 두께가 다르다. 이는 아랫목의 경우 불을 지피는 아궁이와 가깝기 때문에 너무 뜨거워질 수 있어 두꺼운 돌을 쓰고 여기에 진흙도 두껍게 바른다. 이 때문에 아랫목의 구들장은 많은 양의 열을 저장할 수 있다. 한편 윗목의 구들장은 얇게 해 빨리 가열되도록 했다. 아랫목과 윗목의 온도차를 줄일 수 있도록 한 것이다.
이것은 방이 식을 때도 마찬가지다. 아궁이에서의 열 공급이 중단된 후에 아랫목에 저장된 열이 점점 방출되면서 고래에서의 대류로 인해 윗목의 구들장도 급속히 냉각되지 않는다. 이처럼 과학적인 구들은 장인의 오랜 연구로 완성된 것이다.
머리 차게, 발 따뜻하게 그렇다면 구들은 다른 서구의 난방법과 어떻게 다른 것일까. 세계적으로 가장 많이 이용되고 있는 스팀(보일러) 난방, 스토부나 페치카 등은 바닥이 아니라 실내 공기를 직접 데우는 난방법이다. 이들에 의해 공기가 가열되면 실내에서는 대류 현상이 일어난다. 아래에 있던 차가운 공기가 데워져 위로 올라가고 위에 있던 차가운 공기가 내려오게 되는 것이다. 따라서 데워진 공기 가 위에 차가운 공기는 아래로 이동해서 상열하냉 구조의 온도 분포가 형성된다.
만약 사람이 서있다면 신체의 상위부인 머리 쪽은 고온이고 발 쪽은 낮은 온도가 되는 ‘두열족한’의 상태가 된다. 이는 건강을 위한 ‘두냉족열’ 상태와는 정반대다.
공기의 온도가 높아짐으로써 공기 중의 산소분자의 운동이 빨라져 부피가 팽 창하고 분자간의 거리가 멀어지게 된다. 이런 고온의 공기를 호흡하면 심폐내 산소분자의 수도 작아지게 돼 호흡 효과를 감소시킨다. 그러나 구들 난방 법은 바닥을 데우는 것이므로 아래 공기가 따뜻하고 위 공기가 차다. 건강에도 좋은 난방법인 것이다.
현재는 시골에나 가야 아궁이나 굴뚝을 볼 수 있을 정도로 집안의 난방법이 바뀌었다. 그러나 방법은 바뀌었어도 아직까지 우리는 바닥 난방을 유지하고 있다. 고래가 파이프로, 고래 속을 지나던 뜨거운 공기가 보일러에서 데워지는 뜨거운 물로 대체된 온돌방에 살고 있다. 구들은 한민족 고유의 문화적 산물인 것이다.
과학동아에서 발췌 | 
