Was wird bei einer Berechnung nach DIN EN 13384 eigentlich geprüft?
Die DIN EN 13384 beschreibt wärme- und strömungstechnische Berechnungsverfahren für Abgasanlagen. Bei einer einzelnen angeschlossenen Verbrennungseinrichtung kommt grundsätzlich Teil 1 der Normenreihe zum Einsatz. Sind mehrere Geräte an einer Abgasanlage angeschlossen, ist die Berechnung komplexer und fällt grundsätzlich in den Bereich von Teil 2.
Bei einem gewöhnlichen Kaminofen im Einfamilienhaus geht es meist um eine Unterdruck-Abgasanlage. Der Schornstein soll durch den Temperaturunterschied zwischen warmem Abgas und Außenluft einen ausreichenden natürlichen Förderdruck erzeugen.
Vereinfacht müssen dabei zwei zentrale Fragen beantwortet werden:
1. Reicht der verfügbare Förderdruck aus?
Auf seinem Weg nach draußen muss das Abgas verschiedene Widerstände überwinden. Dazu gehören unter anderem Reibungsverluste an den Innenflächen sowie Widerstände durch Bögen, Querschnittsänderungen, Verbindungsstücke und die Schornsteinmündung.
Der durch den Schornstein erzeugte Förderdruck muss diese Verluste abdecken und gleichzeitig die Anforderungen der Feuerstätte erfüllen.
2. Stimmen die Temperaturverhältnisse?
Während das Abgas durch Rauchrohr und Schornstein strömt, kühlt es ab. Wie stark, hängt unter anderem vom Aufbau der Abgasanlage, ihrem Wärmedurchlasswiderstand, der Länge und den Umgebungsbedingungen ab.
Bei einer für trockene Betriebsweise ausgelegten Abgasanlage ist insbesondere relevant, ob die Temperaturbedingungen so eingehalten werden, dass die vorgesehene Betriebsweise rechnerisch funktioniert. Bei feuchteunempfindlichen Systemen gelten entsprechend andere Voraussetzungen.
Eine positive Berechnung bedeutet deshalb nicht einfach: „Der Schornstein zieht.“ Sie zeigt vielmehr, dass die betrachtete Kombination unter den angesetzten Bedingungen die entsprechenden wärme- und strömungstechnischen Anforderungen erfüllt.
Diese Daten von Kaminofen und Schornstein fließen in die Berechnung ein
Ein häufiger Irrtum besteht darin, Kaminofen und Schornstein hauptsächlich anhand ihres Durchmessers miteinander abzugleichen. Ein 150-mm-Rauchrohranschluss bedeutet jedoch nicht automatisch, dass jeder Schornstein mit entsprechendem Querschnitt geeignet ist.
Für eine belastbare Berechnung werden deutlich mehr Daten benötigt.
Daten der Feuerstätte
Hersteller stellen für ihre Kaminöfen technische Werte bereit, die speziell für die Auslegung der Abgasanlage relevant sind. Besonders wichtig sind:
- Abgasmassenstrom
- Abgastemperatur
- erforderlicher Förderdruck
- gegebenenfalls zulässiger maximaler Unterdruck
- Nennwärmeleistung
- Brennstoff
- Abgasstutzendurchmesser
- weitere gerätespezifische Angaben, sofern für die Berechnung erforderlich
Gerade das Zusammenspiel von Abgastemperatur und Abgasmassenstrom ist entscheidend. Zwei Kaminöfen mit jeweils 6 kW Nennwärmeleistung können deshalb völlig unterschiedliche Anforderungen an denselben Schornstein stellen.
Daten der Abgasanlage
Auf der anderen Seite stehen die baulichen Eigenschaften des Schornsteins und des Verbindungsstücks:
Eingangsgröße |
Warum sie relevant ist |
|---|---|
Wirksame Schornsteinhöhe |
Beeinflusst den verfügbaren Förderdruck |
Innenquerschnitt |
Beeinflusst Strömungsgeschwindigkeit und Druckverluste |
Form des Querschnitts |
Rund, quadratisch oder rechteckig wirkt sich auf die Strömung aus |
Material und Innenoberfläche |
Beeinflussen Reibung und Wärmeübertragung |
Wärmedurchlasswiderstand |
Entscheidet mit darüber, wie schnell das Abgas abkühlt |
Länge des Verbindungsstücks |
Längere Wege verursachen zusätzliche Verluste und Abkühlung |
Bögen und Umlenkungen |
Erhöhen die Strömungswiderstände |
Lage und Verlauf |
Innenliegende und außenliegende Abschnitte können thermisch unterschiedlich reagieren |
Schornsteinmündung |
Geometrie und Ausführung fließen in die Betrachtung ein |
Zusätzlich werden Randbedingungen des Standorts berücksichtigt. Eine Berechnung besteht daher aus wesentlich mehr als der Eingabe von Ofenleistung und Schornsteindurchmesser.
Warum ein größerer Schornstein nicht automatisch besser funktioniert
Bei Schornsteinen klingt „größer“ zunächst beruhigend. Strömungstechnisch kann ein zu großer Querschnitt jedoch ebenfalls problematisch sein.
Dehnt sich das Abgas auf einen großen Querschnitt aus, sinkt seine Strömungsgeschwindigkeit. Gleichzeitig steht eine größere Innenfläche zur Verfügung, über die Wärme abgegeben werden kann. Das Abgas kann dadurch stärker auskühlen.
Das spielt gerade bei modernen Feuerstätten eine Rolle, deren Abgastemperaturen teilweise niedriger sind als bei älteren Geräten.
Auch das Gegenteil kann problematisch werden: Ein zu kleiner Querschnitt erhöht die Strömungswiderstände. Der vorhandene Förderdruck muss dann größere Druckverluste überwinden.
Der passende Querschnitt liegt deshalb nicht einfach bei „möglichst groß“ oder „möglichst klein“.
Ein vereinfachtes Beispiel zeigt das Prinzip:
Ein Kaminofen benötigt einen bestimmten Förderdruck am Abgasstutzen. Der Schornstein erzeugt durch seine wirksame Höhe und die Temperaturdifferenz einen natürlichen Auftrieb. Gleichzeitig entstehen Verluste im Rauchrohr und im Schornstein.
Ändert man beispielsweise:
- die Schornsteinhöhe,
- den Innendurchmesser,
- die Länge des Ofenrohrs,
- die Zahl der Bögen oder
- die Dämmung des Schornsteins,
verändert sich das Berechnungsergebnis – obwohl derselbe Kaminofen verwendet wird.
Genau deshalb sollte eine problematische Kombination nicht einfach durch einen größeren Rohrdurchmesser „korrigiert“ werden. Die Ursache kann an einer ganz anderen Stelle des Systems liegen.
So läuft die gemeinsame Prüfung von Kaminofen und Schornstein ab
In der Praxis lässt sich die Berechnung als eine Kette von Eingaben und Nachweisen verstehen.
1. Die Feuerstätte wird eindeutig bestimmt
Benötigt werden Hersteller, Modell und die entsprechenden technischen Abgaswerte. Vergleichswerte eines ähnlich aussehenden Kaminofens reichen dafür nicht aus.
2. Der vorhandene oder geplante Schornstein wird erfasst
Dazu gehören beispielsweise Höhe, Querschnitt, Material, Aufbau und Verlauf. Bei einem bestehenden Schornstein müssen die tatsächlichen Gegebenheiten möglichst genau bekannt sein.
3. Das Verbindungsstück wird berücksichtigt
Das Rauchrohr zwischen Kaminofen und Schornstein gehört zur Berechnung dazu. Länge, Durchmesser, Bögen und weitere Bauteile beeinflussen die Druckverluste.
4. Die Druckverhältnisse werden berechnet
Dabei wird ermittelt, welcher Förderdruck im System entsteht und welche Verluste auf dem Weg von der Feuerstätte bis zur Mündung auftreten.
Der für die Feuerstätte benötigte Förderdruck muss unter den angesetzten Bedingungen zur Verfügung stehen. Je nach Anlagenart sind weitere Druckbedingungen zu berücksichtigen.
5. Die Temperaturentwicklung wird geprüft
Die Berechnung verfolgt vereinfacht gesagt, wie sich die Abgastemperatur entlang der Abgasanlage verändert. Dadurch lässt sich beurteilen, ob die erforderlichen Temperaturbedingungen für die geplante Betriebsweise eingehalten werden.
6. Das Ergebnis wird bewertet
Erfüllt das System die notwendigen Bedingungen nicht, lassen sich einzelne Parameter verändern und neu berechnen.
Mögliche Ansatzpunkte sind beispielsweise:
- ein anderer Schornsteinquerschnitt,
- eine größere wirksame Höhe,
- ein besser gedämmtes Schornsteinsystem,
- ein kürzeres Verbindungsstück,
- weniger Umlenkungen,
- ein anderer Kaminofen mit geeigneteren Abgaswerten.
Gerade diese Variantenberechnung macht das Verfahren für die Planung wertvoll. Man sieht nicht nur, dass eine Kombination problematisch ist, sondern kann gezielt untersuchen, welche Änderung technisch sinnvoll wäre.
Wann eine Schornsteinberechnung besonders sinnvoll oder erforderlich sein kann
Nicht jede Kaminofeninstallation führt automatisch zu einer umfangreichen individuellen Planung. Es gibt jedoch Situationen, in denen ein rechnerischer Nachweis besonders wichtig wird.
Dazu gehören etwa:
- ein neuer Kaminofen an einem vorhandenen älteren Schornstein,
- geringe wirksame Schornsteinhöhen,
- ungewöhnlich große oder kleine Schornsteinquerschnitte,
- lange waagerechte oder schräg geführte Verbindungsstücke,
- mehrere Bögen im Rauchrohr,
- außenliegende Schornsteinsysteme,
- Änderungen am bestehenden Abgassystem,
- Feuerstätten mit vergleichsweise niedriger Abgastemperatur,
- Mehrfachbelegung einer Abgasanlage,
- wiederkehrende Probleme mit dem Förderdruck.
Bei einer Mehrfachbelegung wird die Sache erheblich anspruchsvoller. Dann muss berücksichtigt werden, wie sich unterschiedliche Betriebszustände der angeschlossenen Verbrennungseinrichtungen auf Druck, Massenstrom und Temperatur im gemeinsamen Abgasweg auswirken. Dafür sieht die Normenreihe eigene Berechnungsverfahren vor.
Wichtig ist außerdem die Abgrenzung zwischen Berechnung und Zulässigkeit: Ein rechnerisch funktionierendes Abgassystem erfüllt damit nicht automatisch sämtliche baurechtlichen, brandschutztechnischen und feuerungsrechtlichen Anforderungen.
Vor dem Einbau sollte die konkrete Planung deshalb mit dem zuständigen bevollmächtigten Bezirksschornsteinfeger beziehungsweise den beteiligten Fachbetrieben abgestimmt werden. Gerade bei bestehenden Schornsteinen können außerdem Zustand, Querschnitt, Anschlussmöglichkeiten und örtliche Vorgaben eine Rolle spielen.
Entscheidend ist immer das gesamte Abgassystem
Bei der Schornsteinplanung reicht es nicht, zwei Durchmesser miteinander zu vergleichen. Ein Kaminofen bringt bestimmte Abgaswerte und Anforderungen mit, während der Schornstein unter seinen konkreten baulichen Bedingungen einen bestimmten Förderdruck und Temperaturverlauf erzeugt. Erst die gemeinsame Betrachtung zeigt, ob beides zusammenpasst.
Die Berechnung nach DIN EN 13384 liefert dafür ein nachvollziehbares technisches Verfahren. Besonders bei bestehenden Schornsteinen, knappen Höhen, längeren Rauchrohrwegen oder ungewöhnlichen Querschnitten kann sie verhindern, dass erst nach dem Einbau auffällt, dass die gewählte Kombination ungünstig ist. Gleichzeitig bleibt sie ein Teil der Gesamtplanung – nicht der Ersatz für die fachliche Beurteilung der konkreten Feuerungsanlage.
