Wie ein Schornstein genau funktioniert

23.05.2017 21:07
Schornstein Funktion

Bevor es Schornsteine gab, hatten Feuerstellen im Haus keinen Abzug - man saß am Boden und ertrug den Qualm tapfer, gelegentlich ließ man ihn auch zur Tür hinaus. Die Erfindung des Schornsteins machte den Wohnkomfort dann gleich deutlich besser: allerdings waren bis dorthin einige wichtige physikalische Gesetzmäßigkeiten nötig, die man erst entdecken musste. Warum ein Schornstein überhaupt den Rauch ableitet, ist gar nicht so einfach zu verstehen - darauf beruht aber sein Funktionsprinzip. Genau das wollen wir in diesem Beitrag einmal grundlegend erklären.

Der Kamineffekt

Passenderweise heißt das grundlegende Prinzip, das einen Kamin oder Edelstahlkamin überhaupt seine Arbeit tun lässt auch in der Physik "Kamineffekt". Warme Luft strömt im Schornstein, der ja mit kälterer Luftmasse gefüllt ist, nach oben. Aber warum?

Konvektion

Grundlage für den Kamineffekt ist die sogenannte Konvektion. Das Konvektionsprinzip besagt, dass sich Gase, die eine unterschiedliche Dichte haben, auf bestimmte Weise miteinander vermischen. Es entsteht eine Strömung, bei der sich die Gase geringerer Dichte in den Gasen mit höherer Dichte nach oben bewegen.

Was man noch wissen muss, ist, dass warme Luft immer eine geringere Dichte hat als kalte Luft. Das heißt, warme Luft wird immer in Richtung kälterer Luftmassen strömen und sich darin nach oben bewegen (diesen Effekt kennen wir auch aus der Beschreibung von "Hochdruckgebieten" und "Tiefdruckgebieten bei unseren Wetterkarten im Fernsehen: die warme Luft der Hochdruckgebiete strömt in ein Tiefdruckgebiet ein und verschönert damit das Wetter).

Das Funktionsprinzip beim Kamin und beim Edelstahlschornstein ist also recht einfach: die warme Luft (Schornsteinabgase) steigt in der kalten Luft des Kamins aufgrund der Konvektionsgesetze einfach auf - und entweicht am oberen Ende. Das ist die Grundlage. Es gibt aber noch etwas, was man (egal ob es sich um Schornstein oder Edelstahlkamin handelt) wissen sollte:

Der Bernoulli-Effekt

Hier wollen wir uns nicht in die Tiefen der (schon recht komplizierten) Strömungslehre wagen, aber den Bernoulli-Effekt sollte man noch kennen. Zweiter wichtiger Faktor für die Funktionsweise des Kamins ist nämlich eben dieser Effekt.

Nach oben steigende, warme Luft erzeugt einen Unterdruck innerhalb des Kamins. Dieser Unterdruck reißt weitere warme Luftmassen noch schneller nach oben, und er reißt auch gleichzeitig die festen Bestandteile der Abgase (Rauchpartikel, unverbranntes Material) mit nach oben und außen.

Wie stark dieser Sog-Effekt im Kamin oder Edelstahlschornstein ist, kann man mit verschiedenen physikalischen Formeln und Gleichungen recht exakt berechnen. Abhängig ist dieser nach oben führende "Zug" des Kamins (daher auch die Aussage, ein Kamin "zieht gut oder schlecht) von zahlreichen Faktoren.

Auch der Durchmesser im Inneren des Kamins spielt eine Rolle (ganz klar - in einem dünneren Rohr entsteht immer höherer Druck als in einem Rohr mit größerem Querschnitt). Daneben spielen aber natürlich auch Abgastemperatur, Abgaszusammensetzung und noch einige andere Faktoren eine Rolle. Wichtig ist hier auch die Länge des Schornsteins - für längere Schornsteine gilt grundsätzlich dasselbe wie für Schornsteine mit größerem Querschnitt: der Druck im Inneren (und damit der Kamin"zug") nimmt ab.

Wer sich ein wenig mit Schornsteindimensionierung beschäftigt, wird auch immer wieder auf die Auswirkungen des Bernoulli-Effekts stoßen - egal ob man einen klassischen gemauerten Schornstein oder Edelstahlschornstein oder Edelstahlkamin berechnet. Auch die sogenannten Tripel-Werte haben einen engen Bezug zum Bernoulli-Effekt.


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