Ondol System-under floor heating system

Ondol System

 The Ondol system is a traditional Korean underfloor heating method that warms the floor by directing smoke and heat beneath it. This system operates by guiding the smoke and heat through a pathway under the floor, effectively heating the room above. Here are its key components:

Agungi (Fireplace-불을 피우는 곳):

The agungi is the fireplace where the fire is lit, usually located outside the house. Wood is commonly used as the fuel source. Heat and smoke generated here flow through the pathways beneath the floor.

Pathways Beneath the Floor (Smoke Conduits-연기 도관):

The heat and smoke from the agungi travel through these conduits, warming the stone floor above. These pathways, often constructed from stone or bricks, are designed to distribute heat evenly across the entire floor.

Gudlejang (Floor-바닥):

The gudlejang, or floor, is typically made of stone or tiles. Thin, flat stones are laid on this base to ensure even heat distribution. These stones absorb heat well and retain it for an extended period, making the system highly efficient for heating.

Chimney (Smoke Outlet-연기 배출구):

The chimney is where smoke is finally expelled after passing through the conduits. It is designed with appropriate height and length to ensure that heat is distributed throughout the entire system before the smoke exits.

The Ondol system keeps the room warm even after the fire has burned out, as the heat remains in the conduits and floor for an extended period. It incorporates principles of conduction, convection, and radiation. Understanding the structure of the Ondol system also provides insights into ventilation, dust collection, and heat exchange mechanisms.

direct 유도하다, 안내하다/ 지도하다/지휘하다

conduct 지휘하다, 행동하다. (열이나 전기를)전도하다

conduction (전기나 열의)전도(the movement of heat or electricity through someting(such as metal or water))

convection (기체나 액체에 의한 열의)대류 (movement in a gas or liquid in which the warmer parts move up and the colder parts move down)

conduit (액체나 기체를 통하게 하는)도관, 전선관(a pipe or tube through which something (such as water or wire) passes

Understanding Ventilation Principles Through the Ondol System 

The gejari refers to a recessed area beneath the gorae (the main heating flue) designed to store heat for as long as possible. This structure allows the heated air within the gorae to remain contained rather than being expelled outside. The warm air sinks downward into the gejari, enabling continuous circulation within the system.

The Ondol system primarily uses wood fuel, which has a high moisture content. This moisture in the smoke adds weight, promoting effective convective circulation.

Ensuring that air stays within the gejari for an extended period is the key to maintaining the floor's warmth long after the fire has burned out.

Principles of Pre-treatment Dust Collection Devices

The structure of the gorae (main heating flue) and gejari (recessed heat storage area) in traditional systems naturally performs a dust-collecting function.   

Modern dust collection devices are more advanced, but they still rely on basic principles like inertia, gravity, and centrifugal force. These devices are mainly used to remove larger dust particles at the beginning of the process.

Among these, gravity-based settling dust collectors work by allowing dust particles contained in dust-filled gas to settle naturally due to gravity, separating and collecting them. This method is mainly effective for particles larger than 50 µm.

dust-collecting function 집진기능

inertia 관성(a property of matter by which something that is not moving remains still and something that is moving goes at the same speed and in the same direction until another thing or force affects it.)

centrifugal 원심의  

gravity-based settling dust collectors 중력을 이용한 침강집진장치  

"㎛"는 "마이크로미터"로 읽습니다. 이는 1미터의 1백만 분의 1을 나타내는 단위입니다. 

dust-filled gas 함진가스(먼지나 입자가 포함된 가스를 의미한다. 이는 일반적으로 연료를  태우거나 어떤 물질이 연소될 때 발생하는 가스로, 그 안에 미세한 먼지나 입자가 섞여 있는 가스를 지칭한다. 따라서 함진가서에 함유된 입자는 연료의 연소 과정에서 발생한 가소 속에 석ㅆ인 먼지나 입자들을 의미한다

Chimney

Smoke that exits the gorae (main heating flue) is released into the atmosphere through the chimney. The chimney serves as both a ventilation device, drawing in fresh air for combustion, and an exhaust device, directing smoke to a desired location.

The pathway connecting the gorae, gejari (recessed heat storage area), and chimney is called the yeondo (smoke passage). Since the length of the yeondo can be adjusted freely, the position of the chimney can also be customized. In royal palaces, chimneys are often situated far from living quarters to maintain aesthetics and functionality.

The height of the chimney affects heat retention. Taller chimneys retain more heat, which is why chimneys are generally taller in colder northern regions and shorter in warmer southern areas. In southern regions, chimneys are kept low to efficiently expel cooler smoke. For example, in Unjoru in Gurye, Jeollanam-do, there are no upright chimneys; instead, small openings at the base of the foundation release cooled smoke. In Jeju, where the climate is even warmer, chimneys are often absent altogether.

combustion 연소

exhaust 배기가스, 배기관/ 다 써 버리다, 고갈시키다

aesthetics 미학

retention 보유/정체(잔류)

altogether 완전히, 전적으로, 모두 합쳐

Using Basic Ventilation Principles Without a Fan

The traditional ondol heating system does not rely on artificial fans to control airflow, as modern ventilation systems do.

Despite being developed long before fluid dynamics theories were established, the ondol effectively achieved its purpose of heating through the thoughtful design of components such as the buneomgi-부넘기 (firebox), gorae-고래 (main heating flue), gejari-개자리 (heat storage area), and chimney. By examining the structure of the ondol, we can understand how airflow naturally occurs based on the design of the ventilation system.

Finally, after the fire has burned out, it is essential to seal the firebox (agungi). If left open, the airflow created while the fire was burning will continue, allowing cold air to enter through the agungi and cool down the heat stored in the gejari and gorae.

Another reason to seal the agungi is to prevent animals like dogs or cats from entering.

Gorae: The passage beneath the gudeuljang (floor stones) in a room, through which fire and smoke travel to exit.

글. 김준봉 (북경공업대학교 건축학부 교수, (사)국제온돌학회 회장)

온돌의 유래와 용어정의

현재 발견된 가장 오래된 고래(방의 구들장 밑으로 나있는, 불길과 연기가 통하여 나가는 길)가 있는 온돌은 3000년 전 알래스카 알류샨Aleutian 열도의 아막낙섬에 있는 구들이며, 한반도 북부의 북옥저 유적은 고래와 구들장이 있는 가장 오래된 유적으로 B.C300년 경 만들어진 것으로 추정된다. 그러나 두만강 하구의 서포항 집터의 고래 없이 돌과 진흙으로 된 구들유적은 신석기시대인 B.C3000년 경 만들어진 것으로 현재 가장 오래된, 바닥을 따뜻하게 데우는 초기온돌이다.

온돌은 방에 연기가 나지 않는 세계최초의 난방법으로 ‘누운 불’을 사용하는 방법이다. ‘선 불’을 사용하는 서양의 벽난로와는 다르다. 불은 윗부분이 가장 뜨거우므로, 불 옆을 사용하는 것은 불 윗부분의 열기를 굴뚝을 통해 내보내고 열기의 일부만을 이용하는 비효율적인 방법이다. 우리는 구들을 놓아 불과 연기를 눕혀 바닥으로 기어 다니게 하고 그 위에 사람이 불을 깔고 앉아 불을 베고 잠을자는, 불을 호령하는 민족이다.

지금까지의 온돌에 관한 정의를 보면, ‘방바닥에 불을 때서 구들장을 뜨겁게 난방을 하는 장치’라고 설명하고 있다. 그러나 실생활에서는 온돌과 구들이 많이 혼용되어 사용되고 있다. 아파트에 사는 사람들도 온돌방에서 산다고 얘기하고, 숙박시설에 묵을 때도 ‘온돌방을 드릴까요? 침대방을 드릴까요?’ 하고 구분하여 부른다. 이처럼 온돌은 현재 생활에서 쓰는 단어와 사전적인 용어가 서로 다른 의미로 표현되고 있다. ‘구들’이라는 순우리말이 언제부터 사용되었는지는 확실치 않으나 구들이 처음 만들어진 시기를 추측해본다면 신석기시대 두만강 하구 서포항 집터 초기 구들 유적의 생성연도인 5000년 전보다 더 오래 전부터 사용된 것으로 볼 수 있으며 조선시대에 비로소 ‘ 구들’이 ‘온돌溫突’이란 한자어로 표기되기 시작하였다.

구조와 원리

온돌은 불을 잘 들어가게 하는 기술과 그 들어온 불기운을 잘 보존하는 기술이 핵심이다. 구들개자리는 열을 빨아들이고 식은연기는 다시 내보내며 굴뚝개자리가 외부의 찬 기운이 방바닥으로 역류하여 들어오는 것을 막는다. 또한 굴뚝을 최대한 낮춰 식은 연기를 배출한다. 구례 운조루의 굴뚝 중에는 위로 세워진 굴뚝이 없다. 기단부분에 식은 연기를 내보내는 작은 구멍이 있을 뿐이다. 불은 인류가 추운 지방으로 삶의 터전을 옮겨가는 데 있어 결정적인 도구였다. 불의 이용과 함께 음식과 요리가 발달했으며 추운 지방에서 겨울을 나게 되었다. 그러나 불은 항상 연기와 함께 오기에 연기의 퇴치가 항상 숙제로 남았다. 연기를 내보내면 연기와 함께 열기도 사라지므로 불이 꺼지면 다시 추워졌다. 우리의 온돌은 불이 꺼진 후에도 열기를 간직한 인류 최초의 축열난방설비였다. 또한 구들의 굴뚝은 개자리가 있어 최고의 집진설비가 된다. 그래서 굴뚝에서 나온 연기는 불완전 연소로 생겨난 검은 그을음이 아니라 하얀색의 수분(목초액)이 대부분이다. 불은 땅속의 개미와 쥐들을 쫓았고, 연기가 땅바닥으로 빠져나오니 너무 뜨겁지 않으면서 마당의 나무와 흙집을 소독하고 모기 등 각종 벌레들을 퇴치하는 일석삼조의 효과를 보았다. 툇마루나 정자에 않아 구들에서 불을 때서 굴뚝으로 나온하얀 연기가 마당에 깔리는 모습을 보고 있노라면 신선이 구름 위에 떠 있는 듯한 모습이 된다. 온돌의 연료는 좋은 나무가 아니었다. 쌀겨나 콩대, 옥수수대 등 식량부산물이나 나뭇잎이나 짚, 마른 소똥 등으로 연료를 대신하였다. 불을 처음 땔 때는 마른 솔가지가 화력도 좋고 불붙이기 수월했고 한쪽에 세워둔 짚단에서 서너 개를 뽑아 두세 번 꺾어 첫 불을때면 금방 불이 살아났다.

온돌방의 효능

온돌방은 신체를 최대한 바닥에 밀착시켜 열을 얻는 접촉난방으로, 방안에 벽난로 같은 난방시설을 두지 않기 때문에 산소가 충분하여 방안이 쾌적하다. 또한 앉았을 때 둔부, 허벅다리 등 혈액순환이 잘 되지 않는 하체부위가 직접적인 전도열을 받아 혈액순환이 촉진되며 누워있을 때는 배면(등)이 구들에 밀착되어 직접적인 전도열로 따뜻해진다. 바닥에 까는 요보다 덮는 이불이 크기 때문에 온돌에서 방열된 열이 이불 속에 가두어지며, 이불 속은 마치 열주머니와 같게 되어 온몸이 따뜻해진다. 또한 모세혈관이 팽창되므로 혈액순환이 원활해져 땀까지 배출시키므로 매일 자면서 목욕하는 효과가 있게 된다. 또한 저장된 열 이 방안에 넓게 퍼지도록하며, 온돌바닥이 땅의 습기를 적당히 흡수하면서 열을 방출하므로 방실내온도와 습도가 적당히 유지된다. 한 번 불을 때면 석 달 열흘간이나 온기를 지속했다는 경남 하동의 칠불사 아자방구들은 신라시대 담공선사가 놓은 구들로 전해지는데 우리 전통구들의 꽃이라 할 수 있다.

나무를 때는 불편함이 수반되는 온돌은 편리함보다는 편안함을 추구하는 난방법이다. 우리 민족은 예로부터 구들에서 태어나서 구들에서 자라고 구들에서 죽는다. 죽은 후에 제사상도 구들에서 받게되기에 실로 요람에서 무덤까지 구들에서 살았다고 해도 과언이 아니다. 이와 같이 온돌은 의식주생활에 깊숙이 뿌리내린 우리의 귀중한 문화유산이다. 우리 어머니들은 아궁이에 불을 때며 산후조리를 넉넉히 대신했다. 이처럼 우리 민족의 모태는 온돌이고 구들이다.

오늘날의 아파트온돌

현재 널리 사용되고 있는 보일러 난방이나 전기의 발열을 직접 이용한 온돌, 온수를 열매로 하는 간접난방 온돌의 경우는 사전적 정의의 ‘온돌’에 포함시키기 어렵다. 결국 현재 온돌이나 구들의 사전적 정의는 어디까지나 ‘과거의 구들과 온돌’에만 적용되고 ‘현재의 온돌’에는 적용하기 힘든 모순을 갖고 있다. 그러나 지금 우리는 전기를 이용하든, 물을 이용하든 엄연히 온돌에 산다고 말하고 아파트의 바닥난방도 한국의 전통난방법이 발전한 온돌이라고 설명한다. 특히 우리의 온돌은 바닥접촉과 탈화를 근간으로 하고 있어 서양의 공기를 데워 난방을 하는 패널히팅Panelheating 방식과는 차이가 있다. 결론적으로 직접가열을 하든 물 등으로 간접가열을 하든, 또한 어떤 연료를 쓰든 상관없이 바닥을 따뜻하게 한다면 모두 온돌로 정의되어야 마땅하다. 이는 선사시대이래 지금까지 이어져온 한민족의 온돌의 전통과 역사의 계승을 위해서, 그리고 근세에 발달한 연탄구들과 연탄아궁이 보일러를 사용한 온돌 등 과거와 현대의 중간적 온돌까지 우리 온돌문화의 전통에 포함시키는 것이 합당할 것이다.

글. 김준봉 (북경공업대학교 건축학부 교수, (사)국제온돌학회 회장)