Ein Schornstein ist eine überwiegend senkrechte Konstruktion in oder an Gebäuden oder Anlagen, auf Schiffen oder auf Dampflokomotiven, die Rauchgase (bzw. bei Aufwindkraftwerken die Warmluft) ins Freie abführt. Der über die Dachfläche herausragende Teil eines Hausschornsteins nennt sich Schornsteinkopf. Während früher die Beständigkeit gegen Rußbrand ausschlaggebend für die Konstruktionsweise des Schornsteins war, kommt es bei modernen Abgasanlagen aufgrund niedriger Abgastemperaturen und Kondensatbildung vorwiegend auf die Säure- und Feuchtebeständigkeit an.

Industrieschornsteine werden meist Schlot genannt. Bei Gebäuden wird der Schornstein in Österreich und Süddeutschland auch „Rauchfang“ oder „der Kamin“, ostmitteldeutsch „Esse“ und in der Schweiz meist „das Kamin“ genannt.

Zur Bezeichnung

Ein Schornstein dient nach Din 18160-1^[1] zur Abführung von Verbrennungsgasen von Feuerstätten ins Freie und zur Herstellung des zur Ansaugung der Verbrennungsluft nötigen Unterdrucks. Er ist Teil einer Abgasanlage im weiteren Sinne. Schornsteine in traditioneller Bauweise werden vermehrt durch Abgasleitungen abgelöst. Gelegentlich wird die Unterscheidung zwischen Rauchgas- und Abgasleitung getroffen, wobei im Gegensatz zu Abgas im engeren Sinne Rauchgas nach DIN EN 1443 auch Ruß und flüssiges Wasser (Nebeltröpfchen) enthalten darf.^[2]

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.

Regionale Bezeichnungen

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]

Hausschornsteine

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 der 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 feuchtebeständig aus widerstandsfähigem Material wie Keramik oder Edelstahl zu erstellen, um eine Versottung zu vermeiden. Werden die Abgastemperaturen 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 bzw. Kaminkehrer durchgeführt.

• Renovierte Schornsteine in Lemberg

• Typische Schornsteine in England

• Als Schornstein getarnter Sendemast

Typen

Folgende Hausschornsteine sind in Europa gängig:

• dreischalige Schornsteine bestehen aus Schacht (Mantelstein) bzw. Außenrohr, Dämmung und Innenrohr
• zweischalige Schornsteine bestehen aus Schacht bzw. Außenrohr mit Innenrohr
• einschalige Schornsteine bestehen aus einem Schacht aus meist mineralischen Baustoffen^[4]

Doppelwandige Edelstahl-Schornsteine gibt es in zweischaliger oder dreischalig Ausführung, wenn sich zwischen Innen- und Außenrohr noch eine Dämmschicht befindet.

Durch eine Dämmschicht bleibt die Abgaswärme erhalten, wodurch der Unterdruck vergrößert wird und keine Gefahr der Eisbildung an der Schornsteinmündung besteht. Erforderlich ist eine Dämmung meist nur, wenn die Abgasanlage außerhalb des Gebäudes geführt wird.

Zweischalige Schornsteine werden oft als Abgasleitung eingesetzt oder dort, wo Abgase unter Überdruck abgeführt werden.

Raumluftunabhängige Heizgeräte werden oft an einen zweischaligen Schornstein angeschlossen, bei dem der Zwischenraum zwischen Schacht bzw. Außenrohr und Innenrohr zur Verbrennungsluftzuführung verwendet wird. Diese Schornsteinsysteme werden auch LAS-Schornstein genannt.

• Schnitt durch einen dreischaligen Schornstein

• Schnitt durch einen zweischaligen LAS-Schornstein

• Schnitt durch ein dreischaligen LAS-Schornstein mit Abgas- und Zuluftführung

• Schnitt durch einen dreischaligen W3G-LAS-Schornstein

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.

Aus Energiespargründen wird die Abgastemperatur der Feuerstätten immer geringer, was auch bei festen Brennstoffen wie Scheitholz und Holzpellets zu Unterschreitung der Taupunkttemperatur im Schornstein führen kann. Dadurch entsteht Kondensat, weshalb bei diesen Feuerstätten ein neuer Typ Schornstein erforderlich ist. Dieser Typ sollte die Klassifizierung „W3 Gxx“ besitzen, handelsüblich wird ein solches System als „W3G-Schornstein“ bezeichnet. Diese Systeme sind auch nach einem Rußbrand (Schornsteinbrand) noch feuchteunempfindlich.

Eine besondere Schornstein-Bauart ist die russische Röhre. Sie zeichnet sich durch einen engen Querschnitt aus.^[5] Diese Bauform mit russischem Vorbild ist seit Ende des 19. Jahrhunderts in Deutschland üblich. Die ältere Schornsteinbauweise hat in Deutschland einen größeren Querschnitt und ist vom Schornsteinfeger besteigbar.

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^[6], 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 Feuergefahr 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.

Über dem offenen Feuer befand sich dann ein trichterförmiger Rauchfang, der oben in den Schornstein mündete und in dem auch Wurst und Fleisch geräuchert werden konnte. Mit dem Aufkommen gemauerter oder eiserner Kochherde wurde der Rauchfang überflüssig, in ländlichen Gebieten hielt sich das Kochen über offenem Feuer noch bis ins Ende des 19. Jahrhunderts. Rein zu Heizzwecken dienende Öfen des Hauses in anderen Räumen wurden schon zuvor direkt an den Schornstein angeschlossen.

Durch regelmäßige Anordnung auf der Dachfläche und handwerklich aufwendige Gestaltung wurden Schornsteine beispielsweise im Schlossbau der Barockzeit auch als architektonisches Schmuckelement verwendet. Hierbei wurde oft ein sog. Verziehen der Schornsteine notwendig, d. h. der Rauchkanal wurde unterhalb der Dachfläche fast horizontal geführt, damit er an der ästhetisch richtigen Stelle aus dem Dach heraustreten konnte; manchmal wurden sogar noch zusätzliche Schornsteinattrappen angebracht um die regelmäßige Gliederung aufrechtzuerhalten. Im Sinne der Denkmalpflege ist es problematisch, dass nicht mehr benötigte Schornsteine heute bei Dacherneuerungen oft abgebrochen werden und damit auch ihre ästhetische Funktion verloren geht.

Anordnungen unter Pfalzgraf Karl IV. aus dem Jahr 1772 dienten auch der Verhütung eines Brandes im Zusammenhang mit häuslichen Feuerstätten. Nach gleichzeitigen Bauvorschriften durften keine Holzschornsteine mehr errichtet, keine hölzernen Schläuche mehr eingebaut werden, die den Rauch der Feuerstätte zum Kamin zu leiten hatten, wie es auch untersagt wurde, Ofenrohre zum Fenster hinauszuführen.^[7]

Schornsteine bei Kraftwerken und Industrieanwendungen

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 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.

Bauweise

Insbesondere Kraftwerk- und Industrie-Schornsteine werden in der Höhe so dimensioniert, dass sie die meist umweltschädlichen Abgase in einer Höhe emittieren, wo die Winde deutlich stärker als in Bodennähe wehen und wo sie sich (während sie teilweise in Richtung Boden absinken) beim Vermischen mit sauberer Luft stark verdünnen. Manchmal wird ihre Höhe daran bemessen, dass sie eine eventuell vorhandene Inversionsschicht 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

• Schornstein des Kraftwerks Ekibastus in Kasachstan

• Stahlschornstein mit Scruton-Wendel gegen Resonanzschwingungen

Kühltürme als Schornstein

Kühltürme können auch zusätzlich als Schornstein genutzt werden. Dieses Verfahren wird als Reingaseinleitung bezeichnet.

Bei Kohlekraftwerken mit Reingaseinleitung, die mit Anlagen zur Beseitigung der Schwefel- und Stickoxide ausgerüstet sind, werden die entschwefelten und durch Elektrofilter gereinigten Rauchgase über den Kühlturm abgeleitet. Dazu wird das Rauchgasrohr über der Verrieselungsebene in die Mitte des Kühlturms geführt. Dies ist in Deutschland beispielsweise in den Kraftwerken Staudinger Großkrotzenburg, Jänschwalde, Rostock, Weisweiler und Duisburg-Walsum (Block 10) realisiert worden. Bei Anlagen ohne Rauchgasreinigung würde im Kühlturm allerdings starke Korrosion auftreten.

• Kraftwerk Weisweiler: Rote Rauchgasrohre leiten die Abgase nach Umbau in die Kühltürme

• Kühlturm mit kombinierter Nutzung als Schornstein (Höhe 180 Meter)

• Rauchgasrohr im Kühlturm

Höchste Schornsteine

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

Der höchste Schornstein, der in Deutschland gebaut wurde, ist der 307 Meter hohe Schornstein des Kraftwerks Buschhaus bei Helmstedt.

Der mit ca. 140 m höchste Ziegelschornstein ist die Halsbrücker Esse bei Freiberg. Betonschornsteine werden ab einer Bauhöhe von 200 Meter mit Ziegeln weitergebaut. 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.

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.^[8] Es gab aber auch Schiffe mit mehr als vier Schornsteinen.

Um zu verhindern, dass Rauch und Schmutz aus den Schornsteinen auf Passagierdecks fallen konnte, 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).

Flussschiffe besaßen oftmals klappbare Schornsteine, um auch niedrige Brücken passieren zu können.

Schornsteine von Dampflokomotiven

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.

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 Zellstofffabrik 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 geschah vom 5. bis zum 9. Dezember 1952 in London (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.

Besondere Funktionen großer Schornsteine

Landschaftsmerkmal

In der Gründerzeit wurden Fabrikschlote oftmals 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.

Vermessungspunkt

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.

Träger für Antennen

Einige große 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.

Sonstiges

Große Schornsteine können mittels eines Schornsteinbehälters auch als Wasserturm dienen.

Manche Schornsteine einiger Großkraftwerke in der ehemaligen Sowjetunion sind mit Auslegern ausgestattet, an denen die Leiterseile der vom Kraftwerk abgehenden Leitungen über das Kraftwerksgebäude hinweggeführt werden. Allerdings wurde diese Variante wegen möglicher Korrosionsprobleme nur selten realisiert.

Der Schornstein der Müllverbrennungsanlage Pei Tou trägt ein Drehrestaurant.

Nutzung stillgelegter Schornsteine

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

In Weißandt-Gölzau wurde ein Schornstein in eine Windkraftanlage umgebaut.

Kunst an Schornsteinen

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 sind zum Beispiel die künstlerisch aufwendig gestalteten Schornsteine von Antoni Gaudí in Barcelona.

Siehe auch

• Effektive Schornsteinhöhe
• Politik der hohen Schornsteine
• Schwefelsäuretaupunkt