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Schornstein

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Definition: eine rußbrandbeständige Einrichtung zum Abführen von Abgasen

Englisch: chimney, smoke stack

Kategorien: Grundbegriffe, Haustechnik, Kraftmaschinen und Kraftwerke, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 16.01.2013; letzte Änderung: 18.10.2015

Die Abgase von Heizungsanlagen und Kraftwerken werden häufig durch einen Schornstein ins Freie abgeleitet. So wird vermieden, dass nahe der Anlage hohe Konzentrationen von Schadstoffen in der Luft (Immissionen) entstehen. Außerdem ist der “Zug” des Schornsteins (seine Ansaugwirkung) oft für die Funktion einer Feuerung wichtig. Häufig wird ein Schornstein auch als Kamin bezeichnet.

Ein Schornstein muss definitionsgemäß rußbrandbeständig sein, d. h. er muss sehr hohen Temperaturen widerstehen können. Dies liegt daran, dass sich im Betrieb der Feuerung Ruß ablagern kann, der ggf. durch Abbrennen entfernt werden muss.

Viele moderne Feuerungen (v. a. für Erdgas und Heizöl) benötigen keinen Schornstein mehr, sondern können stattdessen mit einer einfachen Abgasleitung betrieben werden, die nicht rußbrandbeständig sein muss, dafür feuchteunempfindlich. Schornsteine sind dagegen meistens feuchteempfindlich.

“Zug” eines Schornsteins durch den Kamineffekt

Die Abgase innerhalb eines Schornsteins sind in der Regel erheblich wärmer als die umgebende Luft. Hierdurch haben sie eine reduzierte Dichte. Dies wiederum führt zu einem Auftrieb, d. h. zu einer nach oben gerichteten Kraft auf das Abgas. Der Luftdruck unten im Schornstein ist geringer als der außerhalb der Öffnung, so dass dort Luft angesaugt wird, also durch die Feuerungsanlage gezogen wird. Bei Feuerungen mit Naturzug reicht dieser Kamineffekt aus, um die nötige Verbrennungsluft anzusaugen und das Abgas nach oben zu entfernen.

Naturgemäß nimmt der Zug eines Schornsteins ab, wenn das Abgas mit niedriger Abgastemperatur eingeleitet wird oder wenn es im Schornstein durch die Wände des Schornsteins stark abgekühlt wird. Ebenfalls gibt es Einflüsse der Außentemperatur, und über die Schornsteinöffnung wehender Wind kann den Zug stark erhöhen. Der Durchmesser der Schornsteinöffnung ist ebenfalls wichtig: Während ein zu großer Durchmesser eine langsame Strömung und damit eine starke Auskühlung der Abgase verursacht, entsteht bei einem zu geringen Durchmesser ein erhöhter Strömungswiderstand. Es gibt deswegen je nach den konkreten Verhältnissen einen gewissen Durchmesser für einen optimalen Kamineffekt.

Ein konstanter Luftdurchsatz ist durch den Naturzug kaum zu erreichen, außer evtl. durch eine automatische Regelung mit einer Drosselklappe, die bei stärkerem Zug zunehmend geschlossen wird. Viele Feuerungsanlagen arbeiten heute mit einem eingebauten Gebläse (meist mit einem Ventilator), um weniger stark von den Schwankungen des Zugs beeinflusst zu werden. Der Schornstein muss dann gasdicht ausgeführt sein, damit keine Abgase in das Gebäude gelangen.

Der benötigte Unterdruck (z. B. 10 Pa = 10 Pascal) hängt stark von der angeschlossenen Feuerung ab. Moderne Heizkessel mit Gebläsebrenner sind oft gar nicht auf einen Kaminzug angewiesen, während dieser für Naturzugkessel, offene Kamine und Kachelöfen wichtig ist.

Schornsteine für häusliche Feuerungen

Bauarten

Für Heizungsanlagen in Gebäuden (Ölheizungen, Gasheizungen, Holzheizungen etc.) wird meistens ein gemauerter Schornstein verwendet. Besonders häufig sind dreischalige Schornsteine, die außen mit einem Mantelstein gemauert sind, darunter eine Wärmedämmung aufweisen und darin ein Innenrohr. Diese Komponenten haben unterschiedliche Aufgaben:

  • Der Mantelstein sorgt für die nötige Stabilität.
  • Die Wärmedämmung verhindert einerseits eine zu starke Reduktion des Kaminzugs und vermindert andererseits Wärmeverluste des Gebäudes in Zeiten, in denen die Feuerung nicht betrieben wird. Allerdings vermindert sie auch zusätzliche Wärmegewinne im Betrieb.
  • Das Innenrohr aus chemisch beständigem Material schützt die Wärmedämmung.

Zweischalige und einschalige Schornsteine (z. B. einfach aus Ziegeln gemauert) verfügen über keine Wärmedämmung. Sie können in der Regel nur mit hohen Abgastemperaturen betrieben werden, weil die starke Auskühlung der Abgase sonst zu Feuchtigkeitsschäden (auch Versottung) führen kann und der Kaminzug vermindert ist. Deswegen werden heute hauptsächlich dreischalige (wärmegedämmte) Schornsteine verwendet. Häufig werden sie aus Fertigteilen zusammengesetzt.

Vorteilhaft ist der Verlauf eines Schornsteins im Gebäude. Schornsteine, die außerhalb einer Außenwand angebracht sind, sind direkt der Kälte und der Witterung ausgesetzt und daher aufwendiger zu bauen.

Da der nachträgliche Einbau eines gemauerten Schornsteins oft kaum möglich ist, werden hierfür eher doppelwandige Edelstahl-Schornsteine verwendet, die vor der Fassade des Gebäudes befestigt werden.

Vor allem für Brennwertkessel wird heute das Luft-Abgas-System häufig verwendet. Hier wird das Abgas über ein Rohr innerhalb des Schornsteins abgeleitet, während die Verbrennungsluft außerhalb des Rohrs von oben mit Hilfe des Gebläses im Brenner angesaugt wird. Die Wärmeleitung im Rohr bewirkt, dass die Verbrennungsluft vorgewärmt wird; es erfolgt also eine Wärmerückgewinnung. Diese Umrüstung (durch Einziehen einer Abgasleitung) ermöglicht eine starke Reduktion der Abgasverluste und eine Schonung des verbleibenden Schornsteins.

Ein raumluftunabhängiger Betrieb (mit Zufuhr der Verbrennungsluft über eine Leitung im Schornstein) ist auch besonders vorteilhaft, wenn sich eine Feuerstelle in einem Wohnraum befindet. Dann kann das Gebäude nämlich luftdicht ausgeführt werden, und es muss niemals ein Fenster geöffnet werden, um Verbrennungsluft zuzuführen. Bei Störungen der Anlage ist eine Vergiftung der Raumluft praktisch ausgeschlossen.

Der Anschluss einer Feuerung an einen Schornstein erfolgt meist durch ein Verbindungsstück, welches möglichst kurz sein sollte und die Abgastemperatur nicht allzu stark absenken sollte.

Häufig haben Schornsteine Reinigungs- und Revisionsöffnungen, die der Inspektion und ggf. auch der Reinigung dienen können. Eine Reinigung ist freilich bei modernen Anlagen kaum mehr nötig, außer bei Verwendung von Festbrennstoffen wie Holz und Kohle.

Abgasklappen und Zugbegrenzer

Wenn die Feuerung abgeschaltet wird, kann der Kaminzug weiterhin Luft durch die Feuerungsanlage ziehen. Dies ist unerwünscht, da es zu einem erheblichen Wärmeverlust in einem Heizkessel führen kann. Deswegen wird das Abgasrohr zwischen Heizkessel und Schornstein oft durch eine automatisch betätigte Rauchgasklappe oder Abgasklappe im Abgasrohr verschlossen (freilich nicht immer mit guter Dichtigkeit). Eine solche Klappe kann sich auch im Brenner befinden.

Gerade bei alten Heizungsanlagen befindet sich häufig am unteren Ende des Schornsteins eine zusätzliche Nebenluftklappe, die bei starkem Kaminzug stärker öffnet und Luft aus dem Heizungsraum in den Schornstein gelangen lässt. Dies hat zur Folge, dass der Unterdruck begrenzt wird; man spricht auch von einem Zugbegrenzer. Auf diese Weise wird eine Störung des Brennerbetriebs durch zu starken Zug vermieden. Außerdem wird bei Brennerstillstand weniger Luft durch den Heizkessel gesogen, auch wenn keine Abgasklappe eingebaut ist. Zusätzlich wird der Schornstein durch die zusätzliche Luft getrocknet, allerdings auch wieder ausgekühlt. Auch ein Wärmeverlust für den Heizungsraum resultiert aus dem zusätzlichen Luftdurchsatz. Bei gut ausgelegtem Schornstein sollte eine Nebenluftklappe nicht erforderlich sein.

Bei offenen Kaminen befindet sich meist eine manuell bedienbare Klappe zwischen Kamin und Schornstein. Wenn diese aus Versehen vor dem Anfeuern nicht geöffnet wird, gelangt das Abgas in den Raum. (Um dies zu verhindern, muss zusätzlich häufig auch ein Fenster gekippt werden, da die Undichtigkeiten des Gebäudes für eine ausreichende Zufuhr von Verbrennungsluft nicht genügen.) Wenn die Klappe nach dem Feuern nicht geschlossen wird, geht ständig Wärme über den Schornstein verloren.

Kondensatablauf

Ein Kondensatablauf am Fuß eines Schornsteins muss in der Regel an die Hausentwässerung angeschlossen werden. Hier wird nicht nur Kondensat abgeführt, sondern ggf. auch eindringendes Niederschlagswasser.

Energieverluste bei Schornsteinen

Ein erheblicher Verlust an Wärme resultiert aus einer hohen Abgastemperatur (→ Abgasverlust). Gemauerte Schornsteine benötigen aber eine gewisse Abgastemperatur, selbst wenn der Kaminzug nicht benötigt wird: Bei zu niedrigen Temperaturen kann der Wasserdampf des Abgases im Schornstein kondensieren, der Schornstein also feucht werden und schließlich versotten. Auf Dauer kann dies zu schweren Schäden führen.

Für den Betrieb mit niedrigen Abgastemperaturen wird meistens ein feuchtebeständiges Rohr in den Schornstein eingebaut, welches z. B. aus genügend temperaturbeständigem Kunststoff besteht. Hiermit entfällt die Gefahr der Versottung.

Wie oben beschrieben, entstehen Energieverluste auch, wenn der Kaminzug eine Luftströmung durch den Heizkessel bei abgeschaltetem Brenner antreibt. Dies kann durch eine Rauchgasklappe weitgehend vermieden werden.

Vor allem bei größeren Schornsteinquerschnitten kann bei abgeschalteter Feuerung eine Konvektion entstehen, die das noch warme Abgas aus dem Schornstein nach außen leitet und durch kalte Frischluft von oben ersetzt. Dies kann auch bei dreischaligen Schornsteinen zu deutlichen Energieverlusten führen. Ein nicht mehr benötigter Schornstein sollte deswegen oben verschlossen werden.

Bei offenen Kaminen und Einzelraumöfen führen die Schornsteinanschlüsse häufig zu erheblichen Undichtigkeiten des Gebäudes und somit zu erhöhten Wärmeverlusten, allerdings auch zu einem Beitrag zur Belüftung.

Belastung des Schornsteins durch Ruß und Feuchtigkeit

Während moderne Heizöl- und Erdgasheizkessel nur sehr geringe Rußmengen erzeugen (außer evtl. bei Defekten), können vor allem manuell gesteuerte Holzkessel insbesondere beim Anfeuern erhebliche Rußmengen erzeugen. Ähnliches gilt für Kachelöfen, vor allem wenn sie unsachgemäß betrieben werden, womöglich sogar mit Abfallstoffen. Im Extremfall kann sich so viel Glanzruß im Schornstein ablagern, dass sich dieser schließlich entzünden kann. Ein solcher Schornsteinbrand kann zu einem schweren Hausbrand führen, da die entstehenden extrem hohen Temperaturen (oft weit über 1000 °C) im Schornstein zur Entzündung anderer Gegenstände führen. Unter anderem deswegen muss auch eine regelmäßige Inspektion durch einen Schornsteinfeger erfolgen, der Ruß ggf. entfernt, Hinweise zur Verbesserung gibt und bei starken Missständen auch die Außerbetriebnahme der Feuerung verfügen kann.

Auch bei Öl- und vor allem bei Gasheizungen enthält das Abgas relativ hohe Mengen von Wasserdampf. Früher wurden Kamine dadurch trocken gehalten, dass die Abgastemperatur genügend hoch gehalten wurde (so dass der Taupunkt nirgends unterschritten wird) – was allerdings erhebliche Energieverluste zur Folge hatte. Heute werden eher feuchtebeständige Abgasleitungen verwendet (siehe oben).

Wechselwirkung mit anderen Anlagen

Vor allem eine Abzugshaube in der Küche, aber u. U. auch eine Lüftungsanlage kann im Betrieb einen gewissen Unterdruck im Gebäude erzeugen. Wenn dieser auch bei der Feuerstätte herrscht, kann in der Folge Abgas aus dem Schornstein in Wohnräume gezogen werden. Dadurch wird nicht nur die Funktion der Feuerung gestört, sondern auch die Raumluft u. U. stark mit giftigen Schadstoffen wie Kohlenmonoxid belastet. Hiergegen sind ggf. entsprechende technische Maßnahmen nötig. Beispielsweise kann eine Ablufthaube automatisch blockiert werden, wenn der Schornstein warm ist.

Anschluss mehrerer Feuerungsanlagen

Unter gewissen Umständen können mehrere Feuerungsanlagen gemeinsam an einen Schornsteinzug angeschlossen werden. Häufig ist dies aus Sicherheitsgründen aber nicht möglich, außer natürlich für zweizügige (oder mehrzügige) Schornsteine, die getrennte Rauchgaswege für verschiedene Feuerungsanlagen haben. Es wäre nämlich oft schwer zu garantieren, dass z. B. unter keinen Umständen Abgas von einer Anlage durch die andere Anlage in einen Wohnraum eindringt, oder dass niemals eine Anlage die Funktion einer anderen stört, indem sie die Druckverhältnisse im Schornstein ändert.

Problemlos ist der Anschluss mehrerer Feuerungen natürlich, wenn ein Schornstein über mehrere Züge (d. h. voneinander getrennte Leitungen) verfügt. Oft werden z. B. zwei Schornsteinzüge verwendet: ein etwas kleinerer für die Zentralheizungsanlage und ein etwas größerer für einen Kachelofen.

Feuerungen ohne Schornstein

In aller Regel wird für eine häusliche Feuerung ein Schornstein benötigt. Jedoch kann in manchen Fällen auf einen Schornstein verzichtet werden, was beim Bau eines Gebäudes erhebliche Kosten einspart. Insbesondere für kleine Brennwert-Gasthermen (z. B. für Etagenheizungen) genügt oft eine einfache Abgasleitung, welche durch eine Außenwand oder (vom Dachgeschoss aus) durch das Dach geführt wird. Auch wenn ein solches Kunststoffrohr noch der Fassade entlang nach oben geführt werden muss, entstehen hierfür wesentliche geringere Kosten als für einen regulären Schornstein.

Kein Schornstein wird natürlich benötigt, wenn eine Heizungsanlage ohne Feuerung verwendet wird (etwa eine Wärmepumpenheizung oder Elektroheizung) und auch kein offenes Kamin. Der Verzicht auf einen Schornstein für einen Neubau spart erhebliche Kosten ein. Allerdings hat dies zur Folge, dass es später viel aufwendiger wird, doch eine Heizungsanlage mit Schornstein in Betrieb zu nehmen. Für viele Häuser mit Elektroheizung ist dies ein Problem, da die meisten Optionen für eine Umrüstung dann zumindest stark erschwert sind.

Kleine Bioethanol-Öfen können in Innenräumen betrieben werden, ohne dass das Abgas nach außen geführt wird. Das Abgas enthält praktisch keinerlei Schadstoffe; lediglich wird das (in begrenzter Dosierung) ungiftige Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf in die Raumluft abgegeben. Eine ausreichende Belüftung ist jedoch auf Dauer notwendig, und die Heizleistung solcher Geräte ist stark begrenzt. Sie dienen der Gemütlichkeit, reichen aber für die reguläre Beheizung normalerweise nicht aus.

Schornsteine von Kraftwerken

Kraftwerke erzeugen sehr große Mengen von Abgasen. Sie benötigen in der Regel einen sehr hohen Schornstein, um zu verhindern, dass in Bodennähe hohe Schadstoffkonzentrationen entstehen. Höhen von mehreren hundert Metern können bei Großkraftwerken nötig sein. Die starke Verdünnung der Abgase führt zu geringen Immissionen selbst bei hohen Emissionen.

Eine ausreichend hohe Abgastemperatur ist nötig, damit das Abgas nach dem Austreten aus dem Schornstein nicht seitlich davon absinkt. Deswegen muss das Abgas von Kohlekraftwerken nach der Rauchgasreinigung häufig wieder aufgeheizt werden, auch wenn dies die Energieeffizienz beeinträchtigt.

Moderne Kraftwerksschornsteine werden oft aus Beton hergestellt. Früher waren rote Ziegelschornsteine sehr verbreitet, jedenfalls für kleinere Anlagen.

In manchen Fällen benötigt ein Kraftwerk keinen Schornstein, weil die Abgase über den Kühlturm abgeführt werden können.

Siehe auch: Abgas, Abgasleitung, Abgastemperatur, Luft-Abgas-System, Heizkessel, Kachelofen, Verbrennung, Ruß
sowie andere Artikel in den Kategorien Grundbegriffe, Haustechnik, Kraftmaschinen und Kraftwerke, Wärme und Kälte

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