Der Schornstein aus Beton

Industrieschornsteine sind aufgrund ihrer Höhe dominante Wegweiser zu Produktionsanlagen oder Anlagen zur Energieerzeugung. Sie dienen zur Verdünnung und räumlichen Verteilung von Prozessabgasen und werden unter anderen Gesichtspunkten geplant als die für Heizungsanlagen z. B. der Verwaltungsgebäude. Zu den funktionalen Anforderungen an einen Schornstein treten hier die Beanspruchungen durch Wind, Erdbeben und chemischen Angriff, so dass hier die Entscheidung für Beton durch die hohe Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Beton geprägt ist. Beim Schallschutz, der bei den Abgasströmen in Industrieschornsteinen zu beachten ist, verleiht die eigene hohe Masse dem Beton die erforderlichen Eigenschaften.

Die Epoche extrem hoher Industrieschornsteine ist mit der Reduzierung der Abgase und Schadstoffkonzentrationen an der Quelle größtenteils beendet. Werden noch sehr hohe Schornsteine gebaut, geschieht das meist in Ortbetonbauweise in Gleitschalungstechnik. Zu beachten ist u. a. DIN EN 13084-2 "Freistehende Schornsteine - Teil 2: Betonschornsteine“. Daneben werden diverse Betonfertigteilkonstruktionen für Industrieschornsteine angeboten.

Zu jedem Gebäude, in dem Menschen arbeiten, gehört in unseren Breiten auch eine Heizungsanlage. Da Betriebsgebäude und -hallen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten geführt werden, bringt ein Schornstein für die Heizungsanlage einen Vorteil. Er gestattet einen raschen Wechsel von einem Heizmedium auf ein anderes, wann immer das aus ökonomischen, ökologischen oder anderen Gründen notwendig sein sollte, auch wenn zunächst nur eine Beheizung über z. B. Erdgas vorgesehen war.

Neben Schornsteinen aus Mauerwerk und Ortbeton sind hier seit Jahrzehnten vorgefertigte Betonelemente aus Leichtbeton im Schornsteinbau erfolgreich im Einsatz. Die Systeme gewährleisten bei modernen Heizkesseln mit niedrigen Abgastemperaturen einen dauerhaft ausreichenden Zug ohne Versottungsgefahr.

Warme Luft ist leichter als kalte und steigt nach oben. Ein ausreichender Zug (thermischer Auftrieb) ist daher nur vorhanden, wenn die Abgastemperatur deutlich über der Außenlufttemperatur liegt. Geben die Abgase auf ihrem Weg durch den Schornstein zu viel Wärme ab, verringert sich der thermische Auftrieb. Bei modernen Heizanlagen mit niedrigen Abgastemperaturen kann das zu einem Versagen der Kaminwirkung führen. Aufgabe der Formsteine ist es, die Abgaswärmeverluste zu minimieren. Eine weitere Maßnahme gegen Wärmeverluste ist die Anordnung des Schornsteins im Gebäudekern.

Schornsteinmündungen müssen im freien Windstrom liegen, um einen einwandfreie Kaminwirkung zu gewährleisten. Daher – und aus Gründen des Brandschutzes - muss die Mündung bei einem Flachdach mindestens 1 m über dem Dach bzw. über einem weniger als 1,5 m entfernten Dachaufbau liegen.

Planung und Ausführung von Abgasanlagen sind in DIN V 18160 Teil 1 geregelt. Darüber muss der Planer die Feuerungsverordnungen der Bundesländer bzw. abweichende örtliche Bauvorschriften beachten.

Schornsteinsysteme aus Leichtbeton

Bei Schornsteinen aus Leichtbeton sind die beiden folgenden Bauweisen üblich:

Zweischaliger Schornstein
Dreischaliger Schornstein

Bei den genannten Bauweisen übernimmt immer das Formstück bzw. Mantelformstück aus Leichtbeton die Tragfunktion, während die Abgasführung in einem Innenrohr erfolgt. Der zweischalige Schornstein besitzt zwischen Schamotterohr und Leichtbetonstein ein wärmedämmendes Luftpolster.

Der dreischalige Schornstein, bei dem das Schamotterohr mit einer Mineralfaserdämmung ummantelt wird, ist zur Standardbauweise geworden. Sie stehen als einzelne Mantelformstücke gemäß DIN EN 12446 in den Höhen 24 cm, 32,3 cm oder 49 cm und in geschosshoher Ausführung zur Verfügung.

Der Wirkungsgrad eines Schornsteins wird durch die Form und die Oberfläche des Abgasrohrs beeinflusst. Raue bzw. unebene Innenflächen beinträchtigen durch Reibungswiderstand und Verwirbelungen den Abgasabzug. Rechteckige Rohre haben in den Ecken deutliche negative Verwirbelungen. Optimal ist daher ein rundes Rohr mit glatter Innenfläche. Eingesetzt werden Schamotterohre, Kunststoffrohre und Edelstahlrohre.

Schutz gegen Kondensatbildung

Aufgrund der niedrigen Abgastemperaturen moderner Heizungsanlagen kann es zur Kondensatbildung im Schornstein kommen (Versottung). Der Schornstein muss daher das Kondensat ordnungsgemäß ableiten können. Zwei Systeme werden angeboten:

Schornstein mit belüftetem Zwischenraum (Hinterlüftung)
Dampf- und feuchtigkeitshemmende Innenschale

Beim Schornstein mit belüftetem Zwischenraum befinden sich im Mantelstein zusätzlich Lüftungskanäle, in denen nach oben strömende Luft die Feuchtigkeit über die Mündung des Schornsteins ins Freie transportiert. Dadurch bleibt die Wärmedämmschicht trocken und damit wirksam. Dieses System ist für alle Regelfeuerstätten und für alle Brennstoffarten geeignet.

Die dampf- und feuchtigkeitshemmende Innenschale besteht aus einem Schamotterohr, das durch einen Glasurauftrag innen einen wesentlich höheren Dampfdiffusionswiderstand erhält. So kann kondensierende Feuchtigkeit aus den Abgasen nicht in die Konstruktion gelangen. Das Kondensat rinnt an der Rohrinnenseite nach unten und wird am untersten Mantelformstück abgeführt.

Die Hinterlüftung zur Abführung der Feuchtigkeit kann auch für den raumluftunabhängigen Betrieb einer Heizungsanlage genutzt werden. Im Normalfall wird die für die Verbrennung erforderliche Luft aus dem Raum bezogen, in dem die Anlage steht. Beim raumluftunabhängigen Betrieb wird die Luft über die Lüftungskanäle am Schornsteinkopf angesaugt (im Gegenstrom zum Abgas).