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Schornstein

Schornsteinzug

Der Schornstein leitet die Rauchgase von Feuerstellen wie offenen Kaminen, Einzelöfen, Kachelöfen oder Heizkesseln über das Dach ins Freie. Dies geschieht durch den Schornsteinzug, auch thermischer Auftrieb genannt. Dieser entsteht durch den Gewichtsunterschied zwischen der warmen und daher leichteren „Rauchgassäule“ im Schornstein und der kälteren und daher schwereren „Außenluftsäule“; der Schornsteinzug ist daher im Winter größer als im Sommer, da im Winter der Temperaturunterschied zwischen „Rauchgassäule“ und „Außenluftsäule“ größer ist.

Schornsteinquerschnitt

In älteren Häusern ist der Schornstein oft noch für Einzelöfen oder Zentralheizungskessel ausgelegt, die mit Holz und Kohle oder Koks beheizt wurden. Diese festen Brennstoffe ergeben bei der Verbrennung ziemlich viel Rauchgase, sodass ein entsprechend großer Kaminquerschnitt erforderlich ist. Auch die Temperatur der Abgase ist relativ hoch.

Bei einer Umstellung von Einzelofenheizung oder Kokszentralheizung auf Öl- oder Gaszentralheizung gab es bis Anfang der 80er-Jahre meistens keine Probleme, da die Leistung des neuen Heizkessels in der Regel ziemlich groß gewählt wurde und auch die Abgase sehr heiß waren.

Schwierigkeiten können sich aber bei der Sanierung älterer Heizungsanlagen ergeben, wenn moderne Heizkessel oder Niedertemperatur-Heizkessel an Schornsteine mit großen Querschnitten angeschlossen werden.

Die Nennwärmeleistung der neuen Kessel ist meistens viel geringer als die Nennwärmeleistung der zu ersetzenden Kessel. Die Wärme, die mit den Rauchgasen in den Schornstein gelangt, ist im Allgemeinen als bei der bisherigen Heizungsanlage:

Infolgedessen wird sowohl die Menge der Abgase geringer als auch deren Temperatur niedriger. Der Schornstein hat nun einen viel zu großen Querschnitt: Die Abgase steigen langsamer nach oben als bei einem geringeren, angepassten Querschnitt und kühlen daher stärker aus. Außerdem sind ältere Schornsteine meistens gegen Wärmeverluste unzureichend geschützt (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Ausführungsbeispiele von Schornsteinen für die verschiedenen Wärmedurchlasswiderstandsgruppen

Hinzu kommt dann noch, dass moderne Ölbrenner oder Gasgebläsebrenner mit einer automatischen Luftabschlussklappe ausgerüstet sind. In den Stillstandzeiten des Brenners wird der Schornstein daher nicht durchströmt.

Die genaue Dimensionierung des Schornsteins ist auch bei Neubauten zu beachten. Der nötige Schornsteinquerschnitt sollte vom Heizungsbauer, einer Schornsteinfachfirma und dem Bezirksschornsteinfegermeister abgestimmt werden.

Ausführungsarten von Schornsteinen

Ob ein vorhandener Kamin für einen neuen Heizkessel geeignet ist, wird meistens durch seine Wärmeverluste, d. h. durch die Güte seiner Wärmedämmung bestimmt. Man teilt daher die Kamine entsprechend ihrem Wärmedurchlasswiderstand in drei bzw. vier Gruppen ein. In Abbildung 1 sind Ausführungsbeispiele für diese Gruppen angegeben. Je schlechter die Wärmedämmung eines Schornsteins ist, desto stärker wirkt sich ein zu großer Querschnitt aus, d. h., desto höher muss die Rauchgastemperatur sein, damit keine Kondensation auftritt.

Durchfeuchtung des Schornsteins

Moderne Heizungsanlagen für flüssige oder gasförmige Brennstoffe stellen andere Ansprüche an den Schornstein als Feuerstellen für feste Brennstoffe:

Die Abgastemperaturen sinken durch die bessere Ausnutzung der Verbrennungswärme an den Nachschaltheizflächen der Heizkessel.
Das Abgasvolumen reduziert sich einmal wegen der anderen Brennstoffart, zum anderen aufgrund des geringeren Brennstoffdurchsatzes infolge der richtig dimensionierten Kesselleistung.

Ist der Schornsteinquerschnitt zu groß, so strömen die Abgase langsam und kühlen dadurch stark aus. Die kältesten Stellen sind im Allgemeinen die Schornsteinwandungen in der Nähe des Kaminkopfes. Kommt es zur Unterschreitung der Wasserdampftaupunkttemperatur, bei Heizöl EL ca. 47 °C, bei Erdgas ca. 56 °C, so schlägt sich der kondensierende Wasserdampf in Form von Wassertropfen an der Schornsteinwand nieder.
Dieses Wasser dringt in das Mauerwerk ein. Wasser gibt es in den Abgasen eine Menge: 1 kg Wasserdampf (d. h. 1 Liter flüssiges Wasser in Dampfform) pro Liter Heizöl und 1,5 kg Wasserdampf pro Kubikmeter Erdgas. Fällt längere Zeit mehr Feuchtigkeit aus als wieder abtrocknet, so versottet oder durchfeuchtet der Schornstein. Die Schäden sind bei Heizungen mit Kohle oder Heizöl besonders schwer wiegend, weil diese Brennstoffe Schwefel enthalten und bei der Verbrennung daher auch schwefelige Säure oder Schwefelsäure entsteht.

Die Innenwandtemperatur an der Schornsteinmündung muss daher über der Wassertaupunkttemperatur der Abgase liegen. Um Kondensat im Kamin zu vermeiden, sollte bei Heizungen mit Gebläsebrennern die Abgastemperatur von 160 °C nicht unterschritten werden. Dagegen kann bei gasbefeuerten Anlagen mit atmosphärischen Brennern die Abgastemperatur, hinter der Strömungssicherung gemessen, bis auf 80 °C absinken.

Neue, moderne Schornsteine sind im Allgemeinen dreischalig:
eine Innenschale, eine Wärmedämmschicht und ein äußerer Mantelstein. Die Innenschale kann dabei aus einem keramischen Werkstoff mit dampfdichter Spezialglasur bestehen. Bei Innenrohren ohne dampfdichter Glasur muss die eingedrungene Feuchtigkeit durch eine Hinterlüftung zwischen Wärmedämmschicht und Mantelstein abgeführt werden. Schornsteine aus Edelstahl, Kunststoff oder Glas kann man selbstverständlich für Heizkessel mit geringeren Abgastemperaturen einplanen, da diese Kamine die Kondensatfeuchte aushalten. Dabei ist aber zu beachten, dass nicht alle Werkstoffe, die für Erdgas geeignet sind, auch bei Heizöl verwendet werden können.

Zugbegrenzer- oder Nebenluftklappe

Ob es zu einem Ausfall von Wasser kommt, hängt sowohl vom Feuchtigkeitsgehalt als auch von der Temperatur der Rauchgase ab. Besonders stark kühlen diese in alten einschaligen Schornsteinen aus Mauerwerk oder Formsteinen (Wärmedurchlasswiderstandsgruppe III) aus. Günstiger sind die neueren dreischaligen Kamine aus Formsteinen, Schamotterohr und dazwischen Dämmstoff (Wärmedurchlasswiderstandsgruppe I). Je nach Kaminquerschnitt genügt bei besser wärmegedämmten Kaminen (Wärmedurchlasswiderstandsgruppe I und IIa, Beispiel c und d in Abbildung 1) meistens der Einbau von Nebenluftvorrichtungen, um eine Versottung zu vermeiden.

Auch bei einschaligen Schornstein (Wärmedurchlasswiderstandsgruppe II und III) kann eventuell durch Einbau von Nebenluftvorrichtungen eine Versottung vermieden werden, der Querschnitt des Schornsteins darf dann aber nur geringfügig zu groß sein. Nebenluftvorrichtungen unterscheiden sich wie folgt:

selbsttätig arbeitenden Nebenluftvorrichtungen (Zugbegrenzer), die in Abhängigkeit vom Schornsteinzug eine Öffnung freigeben, durch die Luft in den Schornstein einströmt,
zwangsgesteuerten Nebenluftvorrichtungen, die während der Stillstandszeit des Brenners motorisch geöffnet werden und in dieser Zeit eine entsprechend große Öffnung freigeben, und
kombinierten Nebenluftvorrichtungen, in denen beide Funktionen vereint sind.

Das Funktionsprinzip eines Zugbegrenzers ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Zugbegrenzer

Durch die Zufuhr von Kellerluft wird das Abgas verdünnt, der bei der Verbrennung entstandene Wasserdampf verteilt sich auf ein größeres Gasvolumen (Abgase + Nebenluft). Die Taupunkttemperatur für die Mischung aus Abgasen und Nebenluft ist niedriger, sodass im Allgemeinen keine Kondensation erfolgt. Da gleichzeitig das Volumen der Abgase vergrößert wird, strömen diese nun etwas schneller und verlassen den Schornstein dadurch früher und weniger abgekühlt.

Die Nebenluftvorrichtungen müssen im Aufstellungsraum des Heizkessels eingebaut werden, entweder im Schornstein (Abbildung 3), einen halben Meter oberhalb des Rauchrohreintritts oder im Rauchgasrohr selbst (Abbildung 4).

Abbildung 3: Einbau einer Nebenluftvorrichtung in den Schornstein

Abbildung 4: Einbau einer Nebenluftvorrichtung in das Rauchrohr

Zugbegrenzer sorgen dafür, dass auf den Heizkessel ein weitgehend konstanter Kaminzug wirkt, der Schornsteinzug also im Winter nicht viel größer ist als im Sommer, siehe oben. Außerdem zieht bei Nebenluftvorrichtungen während der Stillstandszeiten des Brenners Luft aus dem Heizraum durch den Schornstein und fördert die Austrocknung. Dieser Luftzug geht nicht durch den Heizkessel und erhöht somit nicht die Bereitschaftsverluste durch innere Auskühlung. Gasheizgeräte mit atmosphärischen Brennern haben eine eingebaute Nebenluftvorrichtung, die so genannte Strömungssicherung, und benötigen im Allgemeinen keinen zusätzlichen Zugbegrenzer.