Fachübersicht
Das Modul STAK berechnet die statische Schornsteinzugstärke und die Schornsteinzugverluste nach der Energietechnischen Arbeitsmappe (14. Auflage). Der statische Zug entsteht aus dem Dichteunterschied zwischen der warmen Rauchgassäule im Schornstein und der kälteren Umgebungsluft; ihm stehen die Strömungsverluste durch Rohrreibung und die Austrittsgeschwindigkeit entgegen. Das Modul weist Zugstärke, Reibungsverlust und Zugverlust getrennt aus — jeweils auch umgerechnet auf den tatsächlichen Luftdruck in Bodenhöhe.
Den Schornsteinzug berechnen zu müssen, gehört zur Auslegung jeder Feuerungsanlage mit Naturzug und zur Nachrechnung bestehender Kamine: Der verbleibende Nutzzug muss die Druckverluste von Feuerraum, Heizflächen und Rauchgasweg decken, sonst ist ein Saugzugventilator erforderlich. Eingangsgrößen sind Rauchgastemperatur und Rauchgas-Normdichte, Lufttemperatur und Luft-Normdichte, Luftdruck in Bodenhöhe sowie Schornsteinhöhe, -durchmesser, Austrittsgeschwindigkeit und Rohrrauigkeit.
Da der Zug proportional zur Dichtedifferenz ist, hängt er empfindlich von Rauchgas- und Außentemperatur ab: Im Sommer oder bei abgesenkter Abgastemperatur (Brennwertnutzung) bricht der Naturzug ein — ein häufiger Grund für Zugprobleme nach Kesselmodernisierungen.
Anwendungsbereich
- Statische Schornsteinzugstärke und Schornsteinzugverluste
Typischer Arbeitsablauf
Dichten im Betriebszustand
Aus den Normdichten von Rauchgas und Luft werden über die Gasgleichung die Dichten bei Rauchgas- bzw. Lufttemperatur berechnet; optional wird zusätzlich auf den tatsächlichen Luftdruck in Bodenhöhe umgerechnet.
Statische Zugstärke
Die Zugstärke ergibt sich aus der Schornsteinhöhe und der Dichtedifferenz zwischen Außenluft und Rauchgassäule: Δp = g·H·(ρLuft − ρRauchgas). Sie ist der theoretisch verfügbare Unterdruck am Schornsteinfuß bei ruhendem Gas.
Reibungsverlust im Schornstein
Aus Durchmesser, Höhe, Austrittsgeschwindigkeit und Rohrrauigkeit wird der Reibungsbeiwert bestimmt (ausgewiesen auch für den Referenzwert k = 1 mm) und der Reibungsdruckverlust der Rauchgasströmung über die Schornsteinhöhe berechnet.
Zugverlust und Nutzzug
Reibungsverlust und der mit der Austrittsgeschwindigkeit verlorene dynamische Druck bilden den Schornsteinzugverlust. Die Differenz aus Zugstärke und Zugverlust ist der nutzbare Zug, der die Druckverluste der Feuerung und des Rauchgaswegs decken muss.
Häufige Fragen
Warum wird mit Normdichten gerechnet und dann auf Betriebszustand umgerechnet?
Die Zusammensetzung des Rauchgases wird üblicherweise als Dichte im Normzustand (0 °C, 1013,25 hPa) angegeben, etwa aus einer Verbrennungsrechnung. Über die ideale Gasgleichung wird daraus die Dichte bei tatsächlicher Rauchgastemperatur und tatsächlichem Luftdruck bestimmt. Gerade der Luftdruck ist bei höher gelegenen Standorten relevant: Auf 500 m Höhe sind Luft- und Rauchgasdichte und damit der Zug bereits rund 6 % niedriger als auf Meereshöhe.
Welche Rauchgastemperatur ist anzusetzen?
Maßgebend ist die mittlere Temperatur der Gassäule im Schornstein, nicht die Kesselaustrittstemperatur. Das Rauchgas kühlt im Schornstein ab — bei ungedämmten oder einschaligen Kaminen erheblich. Wer mit der Eintrittstemperatur rechnet, überschätzt den Zug; bei langen, schlecht gedämmten Zügen und Teillastbetrieb kann zusätzlich Unterschreitung des Taupunkts mit Versottung drohen.
Wann reicht der Naturzug nicht mehr aus?
Der nutzbare Zug wächst nur linear mit der Schornsteinhöhe und der Dichtedifferenz, während moderne Kessel mit dichten Heizflächenpaketen und Abgaswärmenutzung hohe rauchgasseitige Druckverluste bei gleichzeitig niedriger Abgastemperatur aufweisen. Reicht die Bilanz aus Zugstärke minus Zugverlust nicht zur Deckung der Anlagenverluste — inklusive Reserve für ungünstige Wetterlagen und Teillast — ist ein Saugzugventilator vorzusehen; das Modul QVEN liefert dann dessen Leistungsbedarf.
Rechenbeispiel
Ein H = 60 m hoher Schornstein führt Rauchgas von 200 °C ab (Normdichte ρN,RG = 1,30 kg/m³). Die Außenluft hat 15 °C (Normdichte ρN,L = 1,293 kg/m³); der Luftdruck entspricht dem Normdruck. Gesucht ist die statische Schornsteinzugstärke.
Gegeben
| Schornsteinhöhe H | 60 m |
|---|---|
| Rauchgastemperatur | 200 °C = 473,15 K |
| Rauchgas-Normdichte | 1,30 kg/m³ |
| Lufttemperatur | 15 °C = 288,15 K |
| Luft-Normdichte | 1,293 kg/m³ |
| Luftdruck | Normdruck (1 013,25 hPa) |
Lösungsweg
Dichten im Betriebszustand
Umrechnung der Normdichten mit der Gasgleichung (Druck = Normdruck):
ρRG = 1,30 · 273,15 / 473,15 = 0,751 kg/m³
ρL = 1,293 · 273,15 / 288,15 = 1,226 kg/m³
Statische Zugstärke
ΔpZug = g · H · (ρL − ρRG) = 9,81 · 60 · (1,226 − 0,751) Pa
ΔpZug ≈ 280 Pa ≈ 2,8 mbar
Von diesem theoretischen Zug sind noch Reibungs- und Austrittsverlust des Schornsteins abzuziehen; der Rest steht zur Deckung der Druckverluste von Kessel und Rauchgasweg zur Verfügung.
Ergebnis
| Rauchgasdichte (200 °C) | 0,751 kg/m³ |
|---|---|
| Luftdichte (15 °C) | 1,226 kg/m³ |
| Statische Zugstärke | ≈ 280 Pa |
Technische Inhaltsbasis: LV-Solved-Problems-Content 628d313247e7