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.

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 den Förderdruck 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 rostfreiem 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 Sicherheitsfunktion in häuslichen Feuerstätten ist der Schornstein wie die Abgasleitung baurechtlich abnahmepflichtig. Die Abnahme und Überprüfung wird in Deutschland durch den Schornsteinfeger durchgeführt.

• Renovierte Schornsteinköpfe in Lemberg
• Typische Schornsteine in England
• Als Schornstein getarnter Sendemast

Ausführung

Der innere freie Durchmesser von Rauchrohr bzw. Schornstein beträgt bei Öl-, Gas- und Pelletheizungen typischerweise 12 bis 14 cm, bei Kamin- und Kachelöfen 16 bis 18 cm und bei offenen Kaminen wenigstens 20 cm.

Die DIN V 18160-1:2006-01 enthält die notwendigen Abstände zu brennbaren Baustoffen zur Vermeidung der Entflammung auch im Falle eines Rußbrands. Schornsteinkonstruktionen wird dabei eine Rußbrandbeständigkeitsklasse zugeordnet. Die Klasse G50 etwa kennzeichnet eine Konstruktion, die bis zu einem Abstand von 50 mm rußbrandbeständig ist. Notwendige Abstände zu Holzbalken sind auch den Feuerungsverordnungen der deutschen Bundesländer zu entnehmen. Wenn die Fuge zu brennbaren Baustoffen nicht offengehalten werden kann, so ist eine gute Belüftung erforderlich. Eine Verfüllung mit nichtbrennbaren Dämmstoffen ist in besonderen Fällen zulässig. Schmale Bauteile wie Leisten oder Latten, die nur geringfügig am Schornstein anliegen, müssen keinen Abstand einhalten. Zu Fenstern ist in der Regel mindestens ein Abstand von 20 cm einzuhalten. Die Hersteller von Wärmedämmverglasungen verlangen häufig einen größeren Abstand, um das Bersten des Glases durch Wärmespannungen zu vermeiden. Freiliegende Abgasleitungen müssen von brennbaren Bauteilen einen Abstand von 20 cm einhalten, sofern sie nicht durch eine wenigstens 2 cm starke Umhüllung aus nichtbrennbaren Dämmstoffen verkleidet werden oder die Abgastemperatur der Feuerstätten höchstens 160 °C erreichen kann.

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

Doppelwandige Schornsteine aus rostfreiem Stahl gibt es in zweischaliger oder dreischaliger 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

Energieeinsparverordnung (EnEV) und Gebäudeenergiegesetz (GEG) fordern eine luftdichte Gebäudehülle, die einen sicheren Betrieb raumluftabhängiger Öfen und Kamine nicht erlaubt. Die Verbrennungsluft wird darum unmittelbar von außen (raumluftunabhängig) zugeführt; entweder durch einen horizontalen Kanal, einen Zuluftschacht im Schornstein oder ein spezielles Luft-Abgas-System.

Effiziente Feuerstätten arbeiten mit geringen Abgastemperaturen, was auch bei festen Brennstoffen wie Scheitholz und Holzpellets zu Unterschreitung der Taupunkttemperatur im Schornstein führen kann. Dadurch entsteht Kondensat, das zur Versottung konventioneller Schornsteine führt. Kondensatunempfindliche Schornsteine sollten die Klassifizierung „W3 Gxx“ besitzen und werden oft 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. 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 Römern entwickelt, geriet aber bis zum 10. – 11. Jahrhundert in Vergessenheit. In der Zwischenzeit 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 konnten. 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.

Ab Mitte des 18. Jahrhunderts ersetzten sogenannte Mantelschornsteine als Nachfolgelösung die Schwarzen Küchen, in denen auf offenem Feuer ohne Abzug gekocht wurde. Als historische Rarität gibt es vereinzelte Mantelschornsteine noch im 21. Jahrhundert in alten Häusern z. B. im Oderbruch (Land Brandenburg).

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 gerne genutzte Werbeträger.

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

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 diesem Verfahren wird auf ca. einem Drittel der Kühlturmhöhe (über der Verrieselungsebene) das Rauchgas in die Kühlturmmitte geführt und dort in die Dampfschwaden abgegeben.

Bei Kohlekraftwerken mit Reingaseinleitung 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. Bei Anlagen ohne Rauchgasreinigung (insbesondere Rauchgasentschwefelung) 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

Der Vorteil dieser in Deutschland erstmals 1982 im Modellkraftwerk Völklingen angewandten Technik (Reingaseinleitung) besteht darin, dass die erwärmte und feuchte Abluft des Kühlturms einen wesentlich stärkeren Auftrieb bietet als das Rauchgas. Hierdurch kann eine Verteilung der Abgasfahne mit geringerer Bauhöhe erreicht werden als bei einem „konventionellen“ Schornstein. Dies ist besonders bei Kohlekraftwerken von Vorteil, weil die Abgase nach der nassen Wäsche in der Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) stark abgekühlt sind und nur noch einen geringen Auftrieb haben.

Die Nachteile dieser Technik liegen unter anderem in der unverhältnismäßig großen Dimension des kombinierten Kühlturms, die realisierte Mindesthöhe liegt bei 100 m (Modellkraftwerk Völklingen, Baujahr 1982), allerdings wurden in den letzten Jahren ausschließlich Türme zwischen 155 m und 200 m Höhe gebaut, um eine höhere Kühlleistung zu erreichen. Gerade bei angrenzender Wohnbebauung, wie zum Beispiel in den Städten Datteln und Duisburg-Walsum, wurden die neuen Blöcke mit den kombinierten Kühltürmen zur Rauchgasableitung als neuer Block an bestehende Anlagen gebaut. Teilweise gab es an diesen Altstandorten vorher keinen Kühlturm, da die Wärme anders abgeleitet wurde (zum Beispiel Durchlaufkühlung über angrenzende Gewässer); das Rauchgas wurde über konventionelle Schornsteine abgeleitet. Nun kommt es an diesen Standorten durch den Turm und die im Betrieb entstehenden Dampfschwaden zu unerwünschten Auswirkungen auf das Mikroklima, zum Beispiel lokal erhöhte Niederschlagsmengen und großflächige Verschattungen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, kam es nach Bürgerprotesten schon zu Planungsänderungen. So wurde beim Kohlekraftwerk Moorburg in Hamburg die ursprüngliche Planung eines Naturzug-Kühlturms mit kombinierter Nutzung als Schornstein geändert. Die realisierte Planung beinhaltet einen niedrigen Hybridkühlturm (Höhe 65 m). Aufgrund der aufwendigen Rauchgasreinigung kann auch auf einen sehr hohen Schornstein verzichtet werden. Der neue konventionelle Schornstein hat eine Höhe von 130 m.

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 in Slowenien.

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 Metern 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.

Schornsteinquerschnitt

Die lichte Weite bzw. Querschnittsfläche eines Schornsteinzugs ist durch eine Schornsteinquerschnittsberechnung nach DIN EN 13384 zu ermitteln.

Schornsteinhöhe und Lage der Austrittsöffnung

Anzuwenden ist in der Regel die Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen (1. BImSchV).
Ausgenommen sind Feuerungsanlagen gasförmiger oder flüssiger Brennstoffe mit einer Wärmeleistung über 1 Megawatt. Die Schornsteine größerer Anlagen werden nach der TA Luft 2002 bzw. der TA Luft, Entwurf 2018 bemessen.
Überwiegend ausgenommen sind weiterhin mobile Feuerungsanlagen, Badeöfen sowie Feuerungsanlagen, die nach ohne besondere Einrichtung zur Ableitung der Abgase betrieben werden können, wie Infrarotheizstrahler, Gasgrills und Gasherde.

Hilfsmittel sind u. a. auch die Software-Programme BESMIN und BESMAX sowie das Merkblatt zur Schornsteinhöhenberechnung von 2012.

Insbesondere, wenn doppelwandige Luft-Abgas-Systeme über mehrere Meter frei im Außenraum geführt werden, ist zu beachten, dass die Abgase sich durch den Wärmeaustausch mit der angesaugten Luft soweit abkühlen können, dass entstehendes Kondensat gefriert und der Schornsteinkopf vereist. Abhilfe schafft eine Wärmedämmung des äußeren Rohrs oder eine Begrenzung der Länge des parallel zum Abgas geführten Ansaugrohrs.