Unter bestimmten Witterungsbedingungen kommt es zu einer Inversionswetterlage, bei der die unteren Luftschichten kälter als die Luft in größerer Höhe sind. Hierdurch erhöht sich die Feinstaubbelastung in der Luft. Auch der Zug im Schornstein kann durch eine Inversionswetterlage teilweise oder völlig zum Erliegen kommen. Ganz ungefährlich sind solche Wetterlagen also nicht. Angeraten ist in einer solchen Situation die Konsultation eines Schornsteinfegermeisters. Er wird zunächst Ofen und Kamin auf Fehler überprüfen, bevor er eine Lösung für die witterungsbedingten Probleme mit dem Abzug findet.
Was ist eine Inversionswetterlage?
Eine Inversionswetterlage kommt zustande, wenn sich der vertikale Temperaturgradient der Luft in sein Gegenteil verkehrt. Normalerweise ist die Luft in Bodennähe wärmer als in den oberen Schichten der Atmosphäre. Um einen Ausgleich dieses Temperaturgefälles zu erzielen, strömt ständig erwärmte Luft von den wärmeren unteren in die kälteren oberen Bereiche der Troposphäre – also jener Schicht der Atmosphäre, die die Erdoberfläche direkt entspricht.
Mit zunehmender Höhe nimmt die Lufttemperatur allmählich ab. Durch die zeitliche Verzögerung des Temperaturausgleichs zwischen den verschiedenen Luftschichten ist der mittlere Temperaturgradient der Luft ein negativer Wert und liegt bei -0,65 K/100 m. Bei Inversionen wandelt er sich dagegen in einen positiven Wert.
Für eine Inversionswetterlage gibt es unterschiedliche Gründe:
- Eine Absinkinversion entsteht, wenn höhergelegene Luftschichten durch Kondensation einen Teil ihrer Wärmeenergie verloren haben.
- Reibungs- oder Turbulenzinversionen bilden sich, wenn atmosphärische Turbulenzen eine Durchmischung bisher stabil geschichteter Luftmassen bewirken.
- Typisch für die gemäßigten Breiten sind sogenannte Aufgleitinversionen, die insbesondere im Hochwinter entstehen. Dabei gleitet atlantische Warmluft auf eine kältere, stationäre Luftschicht in Bodennähe auf. Im Durchmischungsbereich der beiden Schichten kommt es zu Kondensationsvorgängen und der Bildung von Hochnebel, wodurch die Erwärmung der unteren Luftschicht und damit die Auflösung der Inversion unterbunden wird.
Voraussetzungen für das Entstehen einer Inversionswetterlage durch das Aufgleiten wärmerer Luft sind Windstille und klares, wolkenloses Wetter: Wind würde für die Durchmischung der beide unterschiedlich temperierten Luftschichten sorgen. Durch Wolken käme die Kondensation zwischen den beiden Schichten nicht zustande, da sie als Wärmespeicher wirken. Durch Höhenunterschiede am Boden wird eine Inversionswetterlage zusätzlich gefördert.
Auswirkungen von Inversionswetterlagen auf die Umwelt
Die Umweltwirkungen einer Inversionswetterlage beruhen auf Unterschieden in der Dichte von kälterer und wärmerer Luft. Bei gleicher Masse ist kalte Luft dichter als Warmluft, so dass sie bei einer Inversion nicht nach oben steigen kann.
Bei einer Inversionswetterlage wirkt die obenliegende, wärmere Luft als Sperrschicht. Wenn vom Boden aufsteigende Kaltluft in relativ wärmere Luftschichten gelangt, wird ihr weiterer Aufstieg aufgrund ihrer höheren Dichte ausgebremst. Daher ist keine höherreichende vertikale Durchmischung der beiden Schichten möglich. Der daraus resultierende Umwelteffekt ist auch als Smog bekannt: Die bodennahe Luft wird immer stärker mit Feinstaub und anderen Schadstoffpartikeln angereichert.
Die Grenze zwischen den beiden Luftschichten – die sogenannte Sprungschicht – bewirkt, dass eine Inversionswetterlage bei Windstille für längere Zeit bestehen bleibt. Die aufsteigenden Aerosole (feste und flüssige Schwebeteilchen in der Luft) sammeln sich unterhalb dieser Grenze. Durch Ausstrahlung kühlen sie weiter aus, so dass sich an der Sprungschicht die Temperaturgegensätze verstärken. In höheren Lagen ist die Sprungschicht zwischen den Inversionsschichten häufig als messerscharfer „Strich“ erkennbar.
Wie sich eine Inversionswetterlage auf den Schornstein auswirkt
Ein Kaminofen hat von sich aus keinen Zug, vielmehr entsteht dieser erst durch Unterdruck der Luft im Schornstein. Eine Inversionswetterlage beeinflusst die Druckverhältnisse im Kamin – auch hier sinkt kalte Luft nach unten und verhindert, dass warme Luft oder auch die warmen Rauchgase nach oben steigen können. Bei einer Inversionswetterlage werden erwärmte Gase daher durch nach unten sinkende kalte Luft in den Kamin zurückgedrückt. Sie gelangen nicht nach außen, sondern ziehen ins Gebäudeinnere ab.
Ein vergleichbarer Effekt entsteht, wenn ein Ofen für längere Zeit nicht benutzt wurde und die Luftsäule im Schornstein aufgrund von Inversion kälter ist als die Umgebungsluft.
Maßnahmen, damit der Schornstein wieder richtig zieht
Bei Problemen mit dem Rauchabzug eines Kaminofens ist es ratsam, einen Experten hinzuzuziehen. Der Schornsteinfeger weiß am besten, ob sie auf mechanische Probleme, eine falsche Konfiguration des Schornsteins, technische Gegebenheiten oder auf ungünstige Witterungsbedingungen zurückzuführen sind. Nach einer Inspektion von Kamin und Schornstein, wird er einige Maßnahmen empfehlen, um den Zug des Ofens wiederherzustellen
Eine klassische Methode gegen temperaturbedingte Zugprobleme im Kamin sind sogenannte Lockfeuer. Sie bewirken eine Erwärmung der kalten Luft im Schornstein. Entfacht werden sie entweder im Feuerraum des Ofens oder am tiefsten Punkt des Schornsteins. Sie gleichen Temperaturdifferenzen zur Umgebungsluft aus und stellen damit den Unterdruck im Schornstein wieder her. Um wirkungsvoll zu sein, muss ein solches Feuer ausreichend stark sein und genügend lange brennen. Während der Aufheizphase fließt die kalte Luft zunächst entlang der ebenfalls kalten Kamininnenwand nach unten, die warmen Abgase des Feuers steigen dagegen eher mittig auf. Die Sogwirkung im Schornstein ist erst wiederhergestellt, wenn genügend warme Rauchgase entstanden und mit der kalten Luft verwirbelt worden sind.
Eine vorbeugende Lösung gegen schlechten Schornsteinzug sind dagegen Rauchsauger, deren Montage entweder auf der Mündung des Schornsteins oder im Schornsteinschacht erfolgt. Entweder sorgen sie auf automatischem Wege für einen konstanten Unterdruck oder werden beim Anheizen des Ofens zugeschaltet, bis die für einen konstanten Zug erforderliche Abgastemperatur erreicht ist. Einige Modelle lassen sich auch zur Lüftung der Wohnräume verwenden.
Bei raumluftabhängigen Öfen kann es sinnvoll sein, einen Unterdruckwächter (Unterdrucksicherheitsabschalter, USA) zu installieren, der den Luftdruck im Schornstein und im Raum fortlaufend überwacht und die Lüftung des Ofens abschaltet, wenn im Raum ein Unterdruck entsteht. Hierdurch wird verhindert, dass Rauchgase aufgrund inverser Druckverhältnisse in die Wohnräume gelangen.