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Schornstein

Schornstein

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Schornstein eines Wohnhauses auf Jersey

Ein Schornstein (im Industriellen Schlot oder auch Schacht genannt), ist eine meist senkrechte Konstruktion auf und neben Gebäuden oder Anlagen, auf Dampflokomotiven oder auf Schiffen, die Rauchgase (bzw. bei Aufwindkraftwerken die Warmluft) ins Freie abführt.

Bei Gebäuden wird er in Österreich und Süddeutschland auch „Rauchfang“ oder „der Kamin“, ostmitteldeutsch „Esse“ und in der Schweiz „das Kamin“ genannt.

Die Bezeichnung geht auf mhd.schor(n)stein, spätahd.scorstein zurück und leitet sich aus mhd.schorren, ahd.scorren „emporragen, aufragen“ ab; damit wurde anfangs ein Teil der Rauchführung bei der Kochstelle ähnlich einer Esse bezeichnet[1]

Geschichte

Der Schornstein wurde in Form des Hypokaustums von den Alten Römern entwickelt, geriet aber wieder in Vergessenheit. Er tauchte erst im 10.–11. Jahrhundert wieder auf[2], vorher gab es nur eingeschoßige Einraumhäuser (woraus sich unter anderem Dielenhäuser entwickelten). Der Rauch zog von der Kochstelle durch das ganze Haus und entwich über Öffnungen im Dach. Das führte dazu, dass das ganze Haus beheizt wurde, aber auch dass der Ruß sich im Kochbereich („Rauchkuchl“) und im ganzen Haus (samt Kleidung, Lungen und Haut der Bewohner ) niederschlug und die Feuersgefahr stieg. Fleisch und Fische wurden nahe der Kochstelle oder unterm Dach vor Nagern oder Haustieren gesichert aufgehängt und wurden dort automatisch getrocknet und geräuchert. Mit Einführung der Zwischengeschoßdecken ergab sich die Notwendigkeit einer besseren Rauchabführung.

Allgemeines

Funktion

Die Funktion des Schornsteins basiert auf dem Kamineffekt. Er erzeugt einen Auftrieb durch die im Vergleich zur umgebenden Luft leichtere 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 erzeugt durch den Bernoullischen Effekt im Kamin einen niedrigeren Luftdruck, der verhindert, dass Rauchgase aus Feuerstätten in die Wohnbereiche dringen. Die Ausführung muss so sein, dass der Wind nicht in den Kamin drücken kann (er muss im freien Windstrom liegen). Um zu verhindern, dass dem Ofen oder den Räumen, in denen er steht, auch außerhalb Feuerungsphasen kontinuierlich warme Luft entzogen wird, muss eine Rauchgasklappe installiert oder die Luftzufuhr eines luftdichten Ofens anderweitig gesperrt werden.

Da moderne mit Ventilatoren betriebene Lüftungen in Bad und Dunstabzugshauben in der Küche die Auftriebskraft eines Schornsteins bei weitem übertreffen, könnten sie aufgrund der unvollständigen Verbrennung entstehendes Kohlenstoffmonoxid und die Abgase rückwärts durch den Ofen in die Zimmer ziehen und eine Kohlenstoffmonoxidintoxikation auslösen. Daher darf in Wohnungen mit Ventilatorlüftung ein Ofen oder Kamin nur mit entsprechendem Zuluftschacht betrieben werden. Der Zuluftschacht sollte seinerseits für die Betriebspausen verschließbar sein, um einen Abzug der Warmluft zu vermeiden.

Moderne häusliche Warmwasserheizungen mit Niedertemperatur- und Brennwerttechnik haben für den Betrieb des Schornsteins nicht mehr ausreichend hohe Abgastemperaturen für die Vermeidung von Kondensat. Die Abgase erreichen ihren Taupunkt innerhalb des Schornsteins und kondensieren an der Wandung. Diese ist dann wasserdicht aus widerstandsfähigem Material wie Keramik oder Edelstahl zu erstellen, um eine Versottung zu vermeiden. Werden die Abgastemparaturen so niedrig, dass ein ausreichender Auftrieb ausbleibt, wird ein Lüfter („Abgasventilator“, „Saugzuggebläse“) eingesetzt, um die Gase durch Über- oder Unterdruck zu fördern, was Auswirkung auf die Ausführung des Feuerraumes und/oder der „Abgasleitung“ hat (geforderte Gasdichtigkeit).

Wegen seiner sicherheitsrelevanten Funktion in häuslichen Feuerstätten ist der Schornstein wie die Abgasleitung baurechtlich abnahmepflichtig. Die Abnahme und Überprüfung wird in Deutschland durch den Schornsteinfeger oder Kaminkehrer durchgeführt.

  • Dreischalig schnitt.jpg

    Schnitt durch einen dreischaligen Schornstein

  • Zweischalig schnitt.jpg

    Schnitt durch einen zweischaligen Schornstein

  • Als Schornstein getarnter Sendemast

  • Renovierte Schornsteine in Lemberg

  • Typische Schornsteine in England

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 Norddeutschen verwendet man eher die Begriffe Rauchfang, Esse, Kamin oder Schlot. Heute ist Schornstein in Deutschland die Leitvariante, die zunehmend die anderen Begriffe ersetzt.[3]

Schornstein-Typen

Folgende Hausschornsteine sind in Europa gängig:

  • dreischalige Schornsteine bestehend aus Mantelstein, Dämmung und Innenrohr
  • zweischalige Schornsteine bestehend aus Schacht mit Innenrohr
  • doppelwandige Edelstahl-Schornsteine (dreischalig)
  • einschalige Schornsteine bestehend aus einem mineralischen Schacht

Der hauptsächlich verwendete Typ ist der dreischalige; dieser Schornsteintyp wird seit über 35 Jahren eingesetzt. Er ist wärmedämmend, feuchteunempfindlich und einfach aufzubauen. Durch die Dämmung bleibt die Abgaswärme erhalten und der Unterdruck wird vergrößert. Zweischalige Schornsteine werden zunehmend eingesetzt als Abgasleitung oder dort wo 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 (EnEV) bei Öfen und Kaminen auch raumluftunabhängige Geräte im Handel; diese werden dann an dreischaligen LAS-Schornsteinen angeschlossen. Der Ofen bezieht dann 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.

  • Eine besondere Schornstein-Bauart ist die Russische Röhre. Diese Bauform ist seit Ende des 19. Jahrhunderts (nach russischem Vorbild?) in Deutschland üblich. Sie zeichnet sich durch einen engen Querschnitt und daraus folgend kräftigen Zug aus. Dies ermöglichte den Anschluss weiter entfernt stehender Öfen mit langen Ofenrohren. Zugleich stieg mit dem kräftigen Zug die Gefahr von Funkenflug über Dach. Russische Röhren sind daher im Allgemeinen erst nach Durchsetzung der harten Dachdeckung (Dachpfannen, -ziegel) eingeführt worden. Die ältere Schornsteinbauweise hat in Deutschland einen größeren Querschnitt und ist vom Schornsteinfeger besteigbar. Durch den großen Querschnitt ist der Zug geringer und Funken sind erloschen, bis sie über Dach gelangt sind. Solche Schornsteine waren auch bei weicher Deckung (Stroh, Reet) ungefährlich.
  • Der Schornstein einer Dampflokomotive ist schwach kegelig ausgebildet und besteht aus Gusseisen; er stützt sich mit einem angegossenen Flansch auf den Rauchkammermantel und ragt tief in die Rauchkammer hinein; unten ist er mit einem Kragen versehen, der das Absaugen der Rauchgase begünstigt.
  • Der über die Dachfläche stehende Teil des Schornsteins nennt sich Schornsteinkopf.

Spezielle Schornsteine

Schornsteine in Kraftwerken und der Industrie

Insbesondere Kraftwerk- und Industrie-Schornsteine 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 wird zudem daran bemessen, eine eventuell vorhandene Inversionsschicht zu durchstoßen. Sie werden meist zweischalig ausgeführt:

  • Eine äußere Schale aus Beton oder Mauerwerk, die als Tragwerk für die Belastungen auf den Schornstein dient
  • Eine innere Schale, die die Rauchgase führt und aus gegen Säureangriff chemisch beständigem Material besteht

Die Austrittsgeschwindigkeit des Rauchgases aus dem Schornsteinkopf beträgt bei Kohlekraftwerken bis zu 20 Meter pro Sekunde.

Hohe Schornsteine sind mit Flugsicherungslampen ausgerüstet und tragen in vielen Ländern (in Deutschland jedoch nur selten) auch im oberen Teil einen rot-weißen Warnanstrich für den gleichen Zweck tagsüber.

  • Montage des mittlerweile gesprengten 300-Meter-Schornsteins im Kraftwerk Thierbach

  • Industriekamin eines Heizkraftwerks in Zürich

  • Heizkraftwerk Nord in München

  • Schornstein des Kraftwerks Ekibastus in Kasachstan

  • Stahlschornstein mit Scruton-Wendel gegen Resonanzschwingungen

Der höchste Schornstein der Welt ist der Schornstein des Kraftwerks Ekibastus in Ekibastus, Kasachstan. Er ist 419,7 Meter hoch. Einer der höchsten Schornsteine der westlichen Welt dürfte der 381 Meter hohe Inco Superstack einer Nickelhütte in Greater Sudbury, Ontario, Kanada sein. Europas höchster Schornstein ist der 360 Meter hohe Schornstein von Trbovlje.

Wappen der Industriestadt Hirtenberg

Die höchsten Schornsteine, die je in Deutschland gebaut wurden, sind die beiden 307 Meter hohen Schornsteine des Kraftwerks Buschhaus bei Helmstedt und des Heizkraftwerk Chemnitz-Nord der eins energie in sachsen GmbH & Co. KG, vormals Stadtwerke Chemnitz AG.

Der mit ca. 140 m höchste Ziegelschornstein ist die Halsbrücker Esse bei Freiberg. Allerdings werden Betonschornsteine ab einer Bauhöhe von 200 Meter mit Ziegeln weiter gebaut. Wegen der erhöhten Korrosion durch Witterungseinflüsse sind Reparaturmaßnahmen dann an den korrodierten Teilen kostengünstiger zu bewerkstelligen (Neubau durch Teilabbruch) z. B. Kupferhütte in Duisburg in NRW.

Bei Dampfkraftwerken, die mit Anlagen zur Beseitigung der Schwefel- und Stickoxide ausgerüstet sind, ist es möglich, die Rauchgase auch über den Kühlturm zu emittieren. Dies ist in Deutschland beispielsweise in den Kraftwerken Staudinger Großkrotzenburg, Jänschwalde und Rostock realisiert worden. Bei Anlagen ohne Rauchgasreinigung würde im Kühlturm allerdings starke Korrosion auftreten.

Der Schornstein der Müllverbrennungsanlage Pei Tou trägt ein Drehrestaurant. Manche Schornsteine einiger Großkraftwerke in der ehemaligen Sowjetunion sind mit Auslegern ausgestattert, an denen die Leiterseile der vom Kraftwerk abgehenden Leitungen über das Kraftwerksgebäude hinweggeführt werden.

Fabrikschlote

Die ersten hohen Fabrikschlote gehen auf den Beginn der Industrialisierung zurück und sind eine Weiterentwicklung der bei Hochöfen gemachten Erfahrungen. Sie wurden aus sehr heiß gebrannten, demzufolge sehr harten Ziegeln rund aufgemauert, teilweise auch mit feuerfesten Materialien verkleidet.

Die "Wächter" von Gaudí auf der Casa Milà, Barcelona

Technik und Kunst

Die Schlote dienten einerseits dem besseren Abzug der Feuerstellen (siehe Kamin), anderseits einer gewissen Luftreinhaltung. Daher wurden sie immer wesentlich höher als die umliegenden Gebäude gebaut – was andererseits einen stärken Angriff des Windes mit sich brachte.

Manche Haus- und vor allem Fabrikbesitzer ließen die Schlote außen künstlerisch ausgestalten oder mit Kacheln verkleiden. Heute sind manche dieser Kunstwerke oder besonders schön gemauerte Exemplare als Industriedenkmale gewidmet oder in einem Gesamtkunstwerk eingebettet. Herausragend dazu z. B. die künstlerisch aufwendig gestalteten Schornsteine von Antoni Gaudí in Barcelona.

Schlote als Landschaftsmerkmal und als Vermessungspunkte

In der Gründerzeit wurden Fabrikschlote öfter so platziert, dass sie dem jeweiligen Stadtviertel ein gewisses Gepräge gaben. Reiche Industrielle legten Wert auf die künstlerische Ausgestaltung der Fabrikmauern, Portale und Schlote – etwa durch die z. B. in Thüringen weit verbreitete Schmucktechnik mit versetzten Ziegeln.

Für die Geodäsie — der es gerade in Industriegebieten meist an freier Sicht mangelt — wurden symmetrisch gemauerte Fabrikschlote oft als Hochpunkte eingemessen, da sie sich gut als Festpunkte eignen. Im Gegensatz zu Kirchtürmen oder Masten erfordern sie jedoch ein zweifaches Zielen, das der Geodät „Schlot links, Schlot rechts“ nennt. Durch Bildung des Mittels wird die Richtung ermittelt. Nur vereinzelt wird der an der Schlotspitze angebrachte Blitzableiter als Ziel verwendet, weil er sich durch Wettereinflüsse verändern kann.

Zusätzliche Funktionen großer Schornsteine

Zum Mobilfunkturm umgebauter Kamin in Dannenberg
rauchende Schiffsschornsteine des russischen Kreuzers Askold
maritimer Schornstein

Manche großen Schornsteine tragen auch Sendeantennen für leistungsschwache (Sendeleistung < 1 kW) UKW-Rundfunksender oder Fernsehsender. Sie sind auch als Träger von Mobilfunkantennen beliebt. Allerdings kann es durch die Rauchgase zu Korrosionsproblemen kommen. Es wurden auch schon große Kraftwerksschornsteine mit Auslegern für Leiterseile von Freileitungen ausgestattet, doch wird dies wegen möglicher Korrosionsprobleme nur selten durchgeführt.

Nutzung stillgelegter Schornsteine

Stillgelegte Industriekamine können z. B. in Sendetürme umgewandelt werden. Ein Beispiel hierfür befindet sich in Leipzig-Connewitz. Weiterhin sind sie wegen ihrer oft überragenden Höhe gern genutzte Werbeträger.

Schornsteine auf Schiffen

Mit der Einführung von Dampfmaschinen als Antrieb auf Schiffen wurden auch Schornsteine an Deck dieser Fahrzeuge aufgebaut. Dienten diese zunächst der Abfuhr von Rauch und Abdampf, wurden sie bald Erkennungssignal der betreffenden Reederei des Schiffes. In der Zeit der Schnelldampfer wurde die Anzahl der Schornsteine zum Statussymbol. Manche Reederei ließ beispielsweise zu zwei oder drei aktiven Schornsteinen noch einen weiteren als Attrappe hinzubauen. So war bei der Cap Arcona der hintere Schornstein nur Zierde.[4] Es gab aber auch Schiffe mit mehr als vier Schornsteinen.

Um zu verhindern, dass der Rauch und Schmutz aus den Schornsteinen auf Passagierdecks herunterkam, gab es verschiedene Ansätze:

  • möglichst hohe Schiffsschornsteine
  • kleine Flügelstummel zur Erzeugung einer Wirbelschleppe, die die Rauchgase in horizontale Richtung lenken (z. B. bei der Norway)
  • aufgesetzte horizontale Scheibe (z. B. bei der Maxim Gorkiy)

Gesetzgebung

Die ersten Maßnahmen gegen Luftverschmutzung wurden schon in der Antike gesetzt und bestanden oft in einer Verlagerung von Betrieben mit starker Geruchs- oder Rauchentwicklung (z. B. Gerber oder Glasmacher) in die Vororte der Städte.

Vereinzelte gesetzliche Beschränkung der Schadstoffemissionen gab es ab dem Spätmittelalter für die Metallurgie und insbesondere Schmelzhütten, z. B. in Köln 1464, und später in Handwerkszentren wie Nürnberg und Augsburg. Bald nach Beginn der Industrialisierung gingen viele Fabriken - beispielsweise im mittelenglischen Black Country - entweder freiwillig an die Stadtränder oder bauten immer höhere Schlote. Den höchsten Fabrikschlot Mitteleuropas errichtete um 1950 die Zellstoffabrik Lenzing AG aufgrund von Auflagen der Landesregierung Oberösterreichs.

Klarere gesetzliche Rahmenbedingungen wurden aber oft erst nach Umweltkatastrophen beschlossen. Die wohl schlimmste Smog-Vergiftung der Industriegeschichte begann in London am Nikolaustag 1952 und dauerte bis März 1953 (siehe Smog-Katastrophe in London 1952). Schwefelgase und Ruß aus Fabriken und Hausbrand sammelten sich am Boden und vermischten sich mit Autoabgasen. Das giftige Luftgemisch wurde teilweise so dicht, dass man auf der Straße die eigenen Füße nicht mehr sehen konnte, und kostete etwa 10.000 Einwohner das Leben.

Diese Katastrophe war Anlass für den 1956 beschlossenen „Clean Air Act“ gegen extreme Luftverschmutzung. Er beschränkte u. a. offene Kamine und schrieb neben anderen Maßnahmen auch Schlothöhen vor. Heute begrenzt man die Emissionen hingegen eher durch Grenzwerte, weil inzwischen auch bessere Messmethoden für die Umweltüberwachung entwickelt wurden. Durch weitgehende Abgasreinigung benötigen viele Betriebe nun keine hohen Schlote mehr, sodass sie abgerissen oder vereinzelt zum Industriedenkmal umgewidmet werden.

Kritik

Bereits als Richard Vetter die ersten Brennwertkessel entwickelte und er dafür kämpfte, dass dafür zur Rauchgasableitung Kunststoffrohre genügen, entspann sich Kritik gegen althergebrachte Kehr- und Bauvorschriften, die dem Stand der Technik hinterherhinkten. Moderne Öfen und die Verbrennung von Erdgas erfordern mitunter nicht mehr dieselben Kehrintervalle wie bei der Verbrennung von biogenen Brennstoffen und Kohle nötig. Verschiedentlich treten Bürger gegen den staatlich verordneten Kehrzwang auf[5].

Siehe auch

Weblinks

Commons: Schornstein – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
Commons: Schornsteine – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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Einzelnachweise

  1. ↑ Schornstein bei wissen.de
  2. ↑ Geschichte des Schornsteinfegers. private Website
  3. ↑ „Dritte Runde – Schornstein / Kamin“, Atlas zur deutschen Alltagssprache (AdA), Phil.-Hist. Fakultät, Universität Augsburg, 19. Juni 2006
  4. ↑ Bericht: „Schiffsschornsteine im Wandel der Zeiten“, Zeitschrift stander, Heft 6, 1980
  5. ↑ Gerichtsurteile und Petitionen, private Website
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