Schornstein für den Heizraum: Berechnung von Höhe und Querschnitt nach technischen Normen

Die Hauptfunktion, die ein Schornstein für eine Heizungsanlage erfüllen muss, ist die Ableitung der Rauchgase von den Kesseln in die Atmosphäre und deren Verteilung in diesem Raum. Er hat auch eine zusätzliche Funktion: Er muss einen natürlichen Zug erzeugen, der durch den Temperaturunterschied zwischen dem Feuerraum und der Außenluft entsteht.

Wir stellen Ihnen die verschiedenen Arten von Rauchabzügen vor, deren Klassifizierung auf der Grundlage der Konstruktionsmerkmale und des Rohrmaterials erfolgt. Bei uns erfahren Sie, wie die Berechnung der geometrischen Parameter an einem konkreten Beispiel durchgeführt wird. Unsere Tipps helfen Ihnen bei der Auswahl der Art und Größe des Schornsteins.

Typen von Schornsteinen

In großen Heizungsanlagen kann der natürliche Zug keine vollständige Verbrennung gewährleisten; hier wird er zwangsweise mit Hilfe von Rauchsaugern erzeugt. Der Verbrennungsprozess und die Freisetzung seiner Produkte in die Atmosphäre sollten die Umwelt so wenig wie möglich schädigen und keine Notfälle aufgrund eines übermäßigen Drucks in den Feuerungen verursachen.

Konstruktionsbedingt unterscheiden sich Rohre für Heizkessel stark voneinander, sowohl in der Art der Tragkonstruktion als auch im Herstellungsmaterial. Nach dem ersten Merkmal werden mehrere Rohrtypen unterschieden.

Selbsttragende Schornsteine von Heizungsanlagen

Solche vertikalen Konstruktionen sind ein- oder mehrläufig. Sie leiten die Verbrennungsprodukte von Kesselhäusern und Kesseln ab.

Sie werden unabhängig von der Brennstoffart eingesetzt, jedoch unter Einhaltung bestimmter Anforderungen:

1. Die Temperatur der durch selbsttragende Schornsteine strömenden Rauchgase darf 350 Grad Celsius nicht überschreiten.
2. Die Verbrennungsprodukte dürfen nicht chemisch aggressiv sein.
3. Die optimale Schneelast für selbsttragende Konstruktionen beträgt 250 kg pro Quadratzentimeter, die Windlast 30 kg pro Quadratzentimeter unter Bedingungen der Windzone II.

Das selbsttragende Rohr wird auf dem Dach installiert und im Gebäudeinneren befestigt. Seine konstruktiven Merkmale ermöglichen den Transport und die Montage vor Ort, da es aus einzelnen Abschnitten besteht, die dreischichtige Sandwichrohre darstellen. Die Konstruktion wird mit Ankern am Fundament befestigt.

Im Inneren des Schornsteins befindet sich eine Schicht aus robustem Stahl, die den bei der Verbrennung freigesetzten Substanzen widersteht. Die äußere Schicht schützt vor Witterungseinflüssen.

Schornsteine für große Kesselhäuser sind meist selbsttragend. Es handelt sich um ein nach individueller Planung errichtetes Bauwerk mit eigener Infrastruktur.

Die Parameter der Schornsteinkonstruktionen müssen den Anforderungen der normativen Dokumente entsprechen. Ihre Berechnung basiert auf Faktoren wie Anzahl der Kessel, Leistung, Brennstoffart. Die Emissionsnormen müssen unbedingt berücksichtigt werden. In einigen Fällen werden Schornsteine mit einer Plattform, Leiter, Revisionsluke und Leuchtumrandung ausgestattet.

Säulenartige Schornsteinkonstruktionen

Ein Schornstein dieser Art besteht aus einem Außenmantel aus hochkohlenstoffhaltigem Stahl und darin eingesetzten Innenrohren unterschiedlicher Durchmesser aus Edelstahl zur Gasableitung. Die Konstruktion wird in einem im Fundament eingelassenen Ankerkorb befestigt. Es kann einer oder mehrere sein. Um Kondensatablagerungen im Inneren zu vermeiden, wird Wärmedämmung eingesetzt.

Ein Teil eines Säulenschornsteins. Hier ist im Schnitt zu sehen, dass im Inneren mehrere Rohre unterschiedlicher Durchmesser aus Edelstahl angeordnet sind.

Ein Vorteil dieser konstruktiven Lösung ist eine lange Lebensdauer und die Möglichkeit, mehrere Kessel anzuschließen. Die Stahldicke und -güte werden in Abhängigkeit von der Temperatur und Aggressivität der Verbrennungsprodukte gewählt.

Der Durchmesser jedes Schornsteins kann bis zu eineinhalb Meter betragen. Wenn ein gemeinsamer Abgaskanal für mehrere Kessel verwendet werden soll, ist ein Durchmesser von etwa 3 m erforderlich. Um Kondensation zu vermeiden, werden die Schornsteine mit Wärmedämmung umhüllt.

Besonderheiten von fassadennahen und fassadengebundenen Schornsteinen

Fassadennahe Schornsteine werden für Heizräume installiert, die an das Haus angebaut oder in dieses integriert sind. Sie werden mit Konsolen an der Gebäudewand befestigt. Die Bestandteile des Schornsteins sind die Schornsteinschächte und der Rahmen oder die Ankerbefestigungen.

Der Schornsteinschacht besteht aus 3 Schichten: innen Edelstahl, dann Wärmedämmung und verzinkter Stahl. Die Rohre sind für Heizräume bestimmt, in denen Kessel mit Gas oder flüssigem Brennstoff betrieben werden.

Am häufigsten werden Fassadenschornsteine entlang der Außenwand des Gebäudes angebracht. Bei der Auswahl der Stahlsorte und der Wandstärke des Rohres werden die chemische Zusammensetzung der Abgase und deren Temperatur berücksichtigt.

Fassadennahe und Fassadenschornsteine übertragen die Gewichtslast über ein zusätzliches unteres Fundament und die Windlast über schwingungsisolierende Befestigungen. Diese Art von Abgasanlagen ist in Bezug auf die Materialkosten die wirtschaftlichste, da keine tragenden Konstruktionen und kein massives Fundament erforderlich sind.

Das modulare System, das bei der Herstellung der Abgasschächte verwendet wird, ermöglicht einen einfachen Austausch beschädigter Teile.

Fachwerkschornsteine

Diese Metallkonstruktion besteht aus Rohren, die an einer stabilen, selbsttragenden Fachwerksäule befestigt sind. Das Fachwerk wiederum ist in einem Ankerkorb verankert, der in das Fundament eingegossen ist. Fachwerkschornsteine eignen sich für den Einsatz in Regionen mit gefährlicher seismischer Lage.

Die Fachwerkkonstruktion umfasst 1 bis 6 Schächte. Die Säule besteht aus Rohrprofilen. Das Profilrohr kann einen quadratischen oder dreieckigen Querschnitt haben. Dies hängt von der Anzahl der Schächte ab.

Um Korrosion zu verhindern, werden die Abgasleitungen mit Grundierung beschichtet und dann lackiert.

Der Abgasschacht besteht aus Modulen mit 3 Schichten:

• einer inneren Schicht, die direkt mit den Verbrennungsprodukten in Kontakt steht und aus speziellen Edelstahlsorten besteht;
• einer 5-6 cm dicken Schicht, die als Wärmedämmung dient;
• einer äußeren Schicht, die die Wärmedämmschicht vor negativen Umwelteinflüssen schützt.

Für den Korrosionsschutz werden Farben mit einem hohen Zinkanteil verwendet. Bei manchen Konstruktionen können sich im Inneren der Säule Leitern und Plattformen befinden, die die Wartung erleichtern. Die Bauteile dieser Rohrart sind relativ leicht, was sowohl den Transport als auch die Montagearbeiten erleichtert.

Mastschornsteine

Das zentrale Element eines Mastschornsteins ist der Tragmast – ein drei- oder viermastiger Turm, an dem die Schornsteine befestigt sind. Alle Bauteile der Konstruktion werden auf einem Betonfundament von unten nach oben montiert. Bei der Montage werden Nietverbindungen oder selbstschneidende Schrauben verwendet.

Die Tragkonstruktion des Mastschornsteins besteht aus Stahlprofilen, die durch Streben und Winkel miteinander verbunden sind. Mit ihrem Fuß ruht die Säule auf dem Fundament und wird durch Ankerbefestigungen fixiert.

In der Regel werden die einzelnen Elemente zur Montagestelle transportiert und wie ein Baukasten zusammengesetzt. Dieser Vorgang dauert nur wenige Stunden. Der Schornstein kann eine Höhe von maximal 28,5 m erreichen. Die Stabilität des Schornsteins wird durch Versteifungsrippen – Stahlabspannungen mit einem Querschnitt von 1,6 bis 2 cm – gewährleistet. Sie gleichen die Wirkung von Querkräften aus.

Materialien für den Bau von Kesselschornsteinen

Rauchabzugssysteme werden aus verschiedenen Materialien errichtet – Ziegel, Stahl, Keramik, Polymer. Ein gemauerter Schornstein, der über Ziegelöfen und Kaminen errichtet wird, zeichnet sich durch gute mechanische Festigkeit, hervorragende Wärmekapazität und einen relativ hohen Brandschutzgrad aus.

Auch diese Konstruktionen haben viele Nachteile, weshalb in der modernen Bauweise vollständig gemauerte Schornsteine immer seltener werden. Die Normen begrenzen die Höhe von Ziegelschornsteinen auf 30-70 m und den Durchmesser auf 0,6-8 m.

An den Innenwänden eines gemauerten Schornsteins mit vielen Vorsprüngen und Vertiefungen setzen sich stets viel Kondensat und Ruß ab, der Schwefeloxide enthält. Diese reagieren mit Wasser und bilden Säuren, die den Ziegel aktiv zersetzen.

Unebenheiten der Oberfläche, eine Verengung des Durchgangs durch die allmähliche Ansammlung von Ruß führen zu einer Verringerung der Rauchgeschwindigkeit und zum Umkippen des Zuges im Rauchabzugskanal.

Widerstandsfähiger gegen Kondensat und äußere Einflüsse sind Schornsteine aus Keramik, sie haben eine hohe Feuerfestigkeit. Dieses System hat jedoch ein hohes Gewicht, da sich im Inneren Metallstäbe befinden, die ihm zusätzliche Festigkeit verleihen. Daraus ergeben sich Anforderungen an die zwingende Errichtung eines separaten Fundaments und von Stützen, was den Arbeitsaufwand und die Montagekosten erhöht.

Polymer-Rauchabzugsrohre sind in Heizkesselanlagen mit einer Maximaltemperatur von 250 Grad C geeignet, bei der Montage von Gasdurchlauferhitzern. Sie sind leicht, flexibel und langlebig, aber nur für Gasgeräte relevant.

Die Rauchabzugsvorrichtung aus Edelstahl ist eine Baugruppe, die aus einzelnen Schornsteinelementen besteht, die mit Formteilen verbunden sind: T-Stücke, Rohrstutzen, Deflektoren, T-Stücke, Bögen. Stahlschornsteine werden hauptsächlich für Gaskessel verwendet.

Die Montage eines solchen Schornsteins kann auch nach der Errichtung des Gebäudes in kurzer Zeit durchgeführt werden. Es gibt eine große Auswahl an Verbindungsteilen, sodass dem Rohr jede beliebige Konfiguration gegeben werden kann.

Ein modularer Schornstein kann ohne großen Aufwand demontiert und an einen anderen Ort versetzt werden. Weitere Vorteile der Konstruktion sind ihr geringes Gewicht, wodurch auf ein Fundament verzichtet werden kann, sowie die Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, die geringe Rußablagerung an den Innenwänden und die hohe Geschwindigkeit der Rauchgasführung.

Die sanitärtechnischen Normen erlauben die Verwendung von Stahlrohren für Schornsteine mit einer Höhe von mehr als 30 m. Eine Ausnahme ist nur dann möglich, wenn pro Tag weniger als 5 Tonnen aschereicher Brennstoff verbraucht werden. Der Grund hierfür ist, dass die Lebensdauer solcher Konstruktionen 10 Jahre beträgt, und bei Verwendung von schwefelreichem Brennstoff verkürzt sie sich erheblich.

Zu den Varianten, deren Gehäuse aus einer Stahllegierung gefertigt sind, gehören koaxiale Schornsteine. Deren konstruktive Besonderheiten und betrieblichen Eigenschaften empfehlen wir Ihnen, kennenzulernen.

Berechnung der Rohrparameter

Zur Bestimmung der Höhe und des Durchmessers eines Schornsteins für einen Heizraum ist eine aerodynamische Berechnung der Konstruktion erforderlich. Der Durchmesser hängt von der Leistung der einzelnen Kessel oder des gesamten Heizraums ab.

Auf die Verbrennung des Brennstoffs und die effektive Rauchabfuhr hat der Zug einen großen Einfluss. Für die Erzeugung des Zugs ist eine ständige Luftzufuhr zur Feuerstelle erforderlich. Dies wird sowohl auf natürlichem als auch auf künstlichem Wege gewährleistet.

Wenn ein Rauchsauger in das System integriert ist, spielt die Höhe des Schornsteins keine entscheidende Rolle. Dieser Parameter ist hauptsächlich für die Berücksichtigung der Schadstoffemissionen in die Atmosphäre wichtig. Um den Eigenzug zu bestimmen, ist eine zwingende Berechnung sowohl der Höhe als auch des Querschnitts des Schornsteins erforderlich.

Bestimmung der Rohrhöhe bei natürlichem Zug

Um einen normalen natürlichen Zug zu erzeugen, muss die Bedingung erfüllt sein, dass die Zugkraft gleich dem Gesamtwiderstand ist, der beim Fortbewegen der Rauchgase durch die Gaszüge des Kessels und den Schornsteinzug auftritt. Ein solcher Zug kann bei geringem Gaswiderstand gewährleistet werden, wenn die Schornsteinhöhe 60 m nicht überschreitet.

Dieses Schema vereinfacht den Berechnungsprozess der wesentlichen Parameter des Schornsteins zur Ableitung der Verbrennungsprodukte eines beliebigen Brennstoffs in den Feuerungen des Heizraums.

Die normativen Dokumente, die die Anordnung und Berechnung der Schornsteinhöhe regeln, sind SNiP 41-01-2003, SP 7.13130.2009.

Es sollten auch die in der Anleitung zum Kessel enthaltenen Empfehlungen berücksichtigt werden, insbesondere die folgenden Anforderungen:

1. Vom Rost bis zum oberen Punkt des Schornsteins darf der Abstand nicht weniger als 5 m betragen.
2. Über einem Flachdach ohne hohe Einfriedung muss der Schornstein mindestens 0,5 m überragen.
3. In Bezug auf die Höhe der Einfriedung und des Dachfirsts muss der Schornstein deren Niveau um 0,5 m übertreffen, wenn er sich innerhalb von 1,5 m von diesen Konstruktionen befindet.
4. Wenn der Schornstein 1,5 bis 3 m von der Brüstung und dem First entfernt ist, muss sein oberster Punkt mit deren Höhenniveau übereinstimmen.

Bei falsch berechneter Schornsteinhöhe können viele Probleme auftreten, das wichtigste ist die Entstehung von Luftverwirbelungen oder einer Windstauzone. Starke Windböen können das Feuer in der Feuerstelle löschen.

Beim Bau des Schornsteins müssen die Dachkonstruktion, die Dicke des Dachaufbaus, der Abstand zu den begrenzenden Elementen und zum First sowie die Brandschutzvorschriften berücksichtigt werden (+)

Die Einhaltung der Brandschutzvorschriften ist ebenfalls eine zwingende Voraussetzung bei der Planung des Heizraumschornsteins. Die an den Schornstein angrenzenden Konstruktionen müssen isoliert werden.

Damit Funken aus den Lüftungsöffnungen am Schornstein nicht auf das Dach gelangen, wenn dieses aus brennbarem Material besteht, wird die Höhe der Konstruktion um 0,5 m erhöht. Der Heizraumschornstein muss mindestens 2 m von hohen Gebäuden und Bäumen entfernt sein.

Die Schornsteinhöhe wird in Abhängigkeit von der Dachkonstruktion bestimmt. Ist das Dach mehrstufig, werden die Höhenunterschiede berücksichtigt, aber die Basis ist in allen Fällen die Firsthöhe (+).

Da der optimale Zug durch die Differenz zwischen der Gesamtdichte der in den Kamin abziehenden Gase und der gleich hohen Luftsäule außen entsteht, wird die Berechnung nach folgender Formel durchgeführt:

Die Höhe des Rauchkanals wird selbstständig nach dieser Formel berechnet. Alle Werte können der dem Heizgerät beiliegenden Dokumentation entnommen werden.

Die Berechnung ist recht komplex; besser ist es, wenn sie von Fachleuten durchgeführt wird. Parameter, die die Schornsteinhöhe beeinflussen:

1. Der Koeffizient A charakterisiert die meteorologische Situation der Region.
2. Mi – die Masse der Rauchgase, die pro Zeiteinheit durch den Schornstein strömen.
3. F – die Geschwindigkeit, mit der die während der Verbrennung entstehenden Partikel absetzen.
4. Spdki und Sfi – die Konzentrationsindikatoren verschiedener Substanzen im Rauchgas.
5. V – das Gasvolumen.
6. T – die Differenz zwischen den Temperaturen der in den Schornstein eintretenden und der aus ihm austretenden Luft.

Wenn der Heizraum in einem Anbau des Hauses liegt, wird dieser zum Hindernis. In diesem Fall muss die Rohrmündung oberhalb der Winddruckzone liegen. Andernfalls kann die Heizungsanlage nicht normal funktionieren.

Um zu bestimmen, um welches Maß der Schornstein verlängert werden muss, wird der höchste Punkt am Haus ermittelt und eine Linie durch ihn gezogen, die einen Winkel von 45 Grad zur Erdoberfläche bildet. Der Raum unter dieser Linie ist die Windstauzone, und der Kamin muss sich oberhalb davon befinden.

Berechnung des Rohrdurchmessers

Für die Berechnung des Rohrdurchmessers gibt es eine Formel:

S = m/(ρr x w),

Hier ist m der Brennstoffverbrauch pro 1 Stunde, w die Geschwindigkeit der Rauchgase, ρr die Luftdichte unter Betriebsbedingungen, die nach der Formel bestimmt wird: pv = pBnu x 273/273 x to. Dabei ist to die Außenlufttemperatur, pBnu die Luftdichte unter Normalbedingungen = 1,2932 kg/m3.

Die Tabelle hilft, den Wert der Luftdichte ρg unter Betriebsbedingungen zu bestimmen, ohne aufwändige Berechnungen durchführen zu müssen. Der Wert der Rauchgasdichte wird zur Vereinfachung der Berechnungen als gleich der Luftdichte angenommen (+).

Angenommen, in einem Kessel werden 50 kg Festbrennstoff pro Stunde verbrannt, dann ergibt sich pro Sekunde: 50 : 3600 = 0,013888 kg. Die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase beträgt 2 m/s. Bei einer Lufttemperatur von -4 °C beträgt die Luftdichte 0,6881 kg/m³. Dann ergibt sich S = 0,013888 : (0,6881 × 2) = 0,010092 m² = 92 cm². Bei einem runden Querschnitt ergibt sich d = √(4 × 92 / 3,14) = 10,83 cm.

Der Durchmesser eines zylindrischen Schornsteins kann auch mit einer anderen Formel berechnet werden: d = 1000/1,163 × (r × Q√H), wobei r ein Koeffizient ist, der von der Art des verwendeten Brennstoffs abhängt. Für Kohle beträgt dieser 0,03, für Holz 0,045, für Gas 0,016 und für flüssige Brennstoffe 0,024.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Ein Video mit einer anschaulichen Demonstration des Berechnungsprozesses der Schornsteinhöhe für die Einrichtung eines Heizraums:

Hier teilt der Autor des Videos seine eigenen Erfahrungen mit der Berechnung und Montage eines Schornsteins für einen Festbrennstoffkessel:

Ein weiteres Video zur Unterstützung des Hobby-Planers:

Es ist nicht so wichtig, mit welchem Brennstoff die Kessel im Heizraum betrieben werden. In jedem Fall kommt man nicht ohne ein Rauchgasabfuhrsystem aus. Die Hauptanforderungen, die Schornsteinrohre erfüllen müssen, sind ein guter Zug und eine ausreichende Durchlasskapazität sowie die Einhaltung der Umweltnormen.

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