Technik

Schornsteine und der Kamineffekt

Die Funktion des Schornsteins basiert auf dem Kamineffekt. Er erzeugt einen Auftrieb durch die im Vergleich zur umgebenden Luft leichteren Gassäule. Die geometrischen Parameter Höhe und lichte Weite des Schornsteins müssen deshalb auf die zu fördernde Gasmenge und ihre Temperatur abgestimmt sein. Die Strömung des Gases verhindert dabei über den  Bernoullischen Effekt, dass Rauchgase aus Feuerstätten in die Wohnbereiche dringen. Den Räumen, in denen das Feuer brennt, wird Frischluft entzogen. Der Schornstein muss also gegenüber angrenzenden Räumen nicht gasdicht sein.
Moderne häusliche Warmwasserheizungen mit Niedertemperatur- und Brennwerttechnik haben für den Betrieb des Schornsteins nicht mehr ausreichend hohe Abgastemperaturen, so dass er zunehmend durch die Abgasleitung ersetzt wird. Diese muss gasdicht sein und benötigt einen Lüfter zur Förderung des Abgases.
Wegen seiner sicherheitsrelevanten Funktion in häuslichen Feuerstätten (Rußbrandgefahr) ist der Schornstein wie die Abgasleitung baurechtlich abnahmepflichtig. Die Abnahme und Überprüfung wird in Deutschland durch den Schornsteinfeger durchgeführt.

Etymologie

Die Herkunft des Wortes lässt sich sprachgeschichtlich wie folgt belegen: ahd. scorrenstein, mittelhochdeutsch schor-, schorn-, schürstein. Der erste Teil des Kompositums ist belegt mit mnd. schor(e) und dem Verb ahd. scorren (emporragen) mhd. schorren (schroff hervorragen). Schornstein ist somit wohl ursprünglich der Stützstein, auf dem sich der Rauchabzug erhebt. Bereits in früher Zeit wurde es jedoch in der Bedeutung "Feuerstelle, Ofen, Herd" verwendet. In anderen Sprachgebieten als dem Westdeutschen verwendete man eher Rauchfang, Esse, Kamin, Schlot.

Schornstein-Typen

Folgende Hausschornsteine sind in Europa gängig:
  • Dreischalige Schornsteine bestehend aus Mantelstein, Dämmung und Innenrohr.
  • Dreischalige (doppelwandige) Edelstahlschornsteine.
  • Zweischalige Schornsteine bestehend aus Schacht mit Innenrohr.
  • Einschalige Schornsteine bestehend aus einem Schacht, diese werden jedoch kaum noch verwendet, da nicht feuchteresistent.

Hauptsächlich verwendet wird der dreischalige Schornsteintyp, er wird seit über 35 Jahren eingesetzt. Er ist wärmedämmend, feuchteunempfindlich und einfach aufzubauen. Dadurch bleibt die Abgaswärme erhalten und der Unterdruck wird vergößert. Zweischalige Schornsteine werden zunehmend als Abgasleitung eingesetzt oder wenn mit Überdruck Abgase aus dem Haus geleitet werden müssen.
Raumluftunabhängige Heizgeräte werden meistens an einem zweischaligen Schornstein angeschlossen, bei dem der Zwischenraum zwischen Schacht und Innenrohr als Zuluftschacht verwendet wird. Diese Schornsteinsysteme werden auch LAS-Schornstein genannt.
Neuerdings sind wegen der Energieeinsparverordnung bei Öfen und Kaminen auch raumluftunabhängige Geräte im Handel. Sie werden an dreischaligen LAS-Schornsteinen angeschlossen. Der Ofen bezieht seine Verbrennungsluft durch den Zuluftschacht des Schornsteins von außen, statt sie wie normale Öfen dem Aufstellraum zu entnehmen. Dadurch kann die Gebäudehülle luftdicht erstellt werden, wie es die EnEV fordert.

zweischalig
dreischalig

Schornsteine in Kraftwerken und der Industrie

Insbesondere Kraftwerk- und Industrieschornsteine werden in der Höhe so dimensioniert, dass sie das meist umweltschädliche Abgas weitgehend verdünnen und von den Höhenwinden verteilen lassen, bevor es wieder auf den Boden sinkt. Ihre Höhe bemisst sich zudem daran, dass sie eine eventuell vorhandene Inversionsschicht durchstoßen.

Sie werden meist zweischalig ausgeführt:
  • Eine äußere Schale aus Beton, die als Tragwerk für die Belastungen auf den Schornstein dient.
  • Eine innere Schale, welche die Rauchgase führt und aus gegen Säureangriff chemisch beständigem Material besteht.

Die Austrittsgeschwindigkeit des Rauchgases aus dem Schornsteinkopf beträgt bei Kohlekraftwerken bis zu 20 m/s.

Kamineffekt

Der Kamineffekt ist eine physikalische Erscheinung, die eine durch ein Feuer verursachte, nach oben gerichtete selbstverstärkende warme Luftströmung beschreibt. Benannt ist er nach dem Kamin, wo auf die Art und Weise die Rauchgase nach oben (außen) durch den Schornstein transportiert und unten (im Inneren des Hauses) der Feuerstelle frische Luft zugeführt wird. Da die warme Luft nach außen strömt, kann sie nicht in das Innere des Gebäudes gelangen. Der eigentliche Kamineffekt beruht auf Wärmeströmung; warme Luft über einem Feuer steigt auf und zieht durch bspw. ein offenes Fenster ab. Dadurch entsteht ein Unterdruck, welcher durch ein Nachströmen von Luft ausgeglichen wird. Diese Frischluft enthält mehr Sauerstoff, welcher das Feuer weiter anfacht. Dadurch steigt die Brandtemperatur, mehr Luft wird erwärmt und steigt auf; es kommt zu einer positiven Rückkopplung und das Feuer wird angefacht.

Der Kamineffekt kann im Brandfall fatale Folgen nach sich ziehen, die von einer intensiver Brandausbreitung bis zum Verlust von Menschenleben reichen können. Kamineffekte im größeren Maßstab, beispielsweise bei Waldbränden, können gewaltige Ausmaße annehmen. Man spricht dann von einem Feuersturm. Neben der Nutzfeuerung macht man sich den Kamineffekt auch bei Aufwindkraftwerken zu Nutze. Die unter einem Dach erwärmte Luft steigt durch einen Turm nach oben treibt hierbei Turbinen an. Ausserdem kann man mit dem Kamineffekt sehr elegant die Holzkohle eines Grills entfachen. Man stellt ein ca. armdickes und armlanges Rohr auf die brennende Holzkohle. Durch den Kamineffekt entzündet sich die Kohle zügig und gleichmäßig.