Fabrieksschoorstenen
Historische fabrieksschoorstenen behoren tot een bijzondere groep binnen de industriële erfgoederen. Door hun hoogte vormen ze vaak markante elementen in het landschap of het stadsbeeld. Groeiende erkenning van de fabrieksschoorsteen als monument van voormalige bedrijvigheid heeft de afgelopen jaren geleid tot aanwijzing van een groot aantal schoorstenen als Rijksmonument.
Onderstaand wordt een aantal aspecten van fabrieksschoorstenen besproken. Een groot deel van de informatie is afkomstig uit de brochure 'Fabrieksschoorstenen' van de Rijksdienst voor Archeologie, Cultuurlandschap en Monumenten (2008).
Historische ontwikkeling
Door het in gebruik nemen van stoommachines worden er in de negentiende eeuw veel fabrieksschoorstenen gebouwd. In elke bedrijfstak waar behoefte is aan kracht of energie zijn schoorstenen nodig, zoals bij steenfabrieken, wasserijen en zuivelfabrieken. Er worden niet alleen schoorstenen gebouwd bij door stoomkracht aangedreven bedrijven en fabrieken, maar ook bij gemalen en ketelhuizen van tuinbouwbedrijven, kloosters, zorginstellingen, openbare nutsinstellingen, zwembaden en scholen. Er ontstaan bovendien nieuwe bedrijfstakken, zoals gas- en elektriciteitsbedrijven. Tussen 1820 en 1850 worden de schoorstenen steeds hoger, maar de traditionele bouwmethode blijft gelijk (zie afbeelding rechts).
In de berekening van de maatvoering en de noodzakelijke hoogte, diameter en trek is het verwarmende oppervlak van de ketel(s) een belangrijk gegeven. Bovendien speelt de soort ketel, de hitte en de chemische samenstelling van de rookgassen een rol.
In het begin van de twintigste eeuw ontstaan er door de grote aantallen te bouwen schoorstenen al spoedig standaardmodellen voor de kleinere schoorstenen tot ongeveer twintig meter hoogte. Ze zijn vaak aan de diverse uitvoeringen van de kop te herkennen. Vaak leveren de steenfabrieken series van speciale profielstenen, waarmee deze standaardkoppen kunnen worden gerealiseerd.
Tot de tweede wereldoorlog blijft de vormgeving traditioneel. Daarna ontstaan er fabrieksschoorstenen van nieuw toegepaste materialen zoals beton en staal. Door de afname van het gebruik van stoommachines worden er na 1970 vrijwel geen nieuwe schoorstenen meer gebouwd. De nog bestaande schoorstenen zijn zodoende industriële monumenten geworden.
In Nederland zijn in totaal ooit ongeveer 11.000 schoorstenen gebouwd, waarvan er anno 2022 nog circa 600 behouden zijn gebleven.
Bouw
In Nederland worden vóór 1880 veel schoorstenen door buitenlandse bedrijven gebouwd, met name de hogere van boven de veertig meter. Vanaf 1880 ontstaan er ook in ons land gespecialiseerde schoorsteenbouwbedrijven, die langzaam de markt veroveren, nadat ze ervaring hebben opgedaan met de lagere schoorstenen.
De oudste fabrieksschoorstenen worden van dezelfde stenen gebouwd als de bijbehorende gebouwen. In Friesland gebeurt dat met zogenoemde 'Friese moppen', vaak in 'kops verband' in de schoorsteen verwerkt. Dat kan, omdat de af te voeren rookgassen bij deze vroegste generatie schoorstenen dan nog geen hoge temperaturen bereiken.
Met de komst van grotere stoomketels, grotere vuurhaarden en daarbij horende hogere schoorstenen neemt de behoefte aan grotere, eenvoudig te verwerken stenen toe. De Duitse uitvinding van de strengpers voor de steenfabricage maakt het vanaf 1855 mogelijk de stenen in een bepaalde vorm te persen en machinaal te produceren. Hierdoor kan voor de schoorsteenbouw gebruik gemaakt worden van zogenoemde radiaalstenen. Dit zijn stenen in de vorm van een taartpunt, waarmee op efficiënte wijze ronde hogere schoorstenen kunnen worden gebouwd. Naast het feit dat radiaalstenen de geëigende vorm voor de bouw van ronde schoorstenen hebben, zijn zij veel groter van formaat dan gewone bakstenen en vervaardigd van kleisoorten met een verhoogde hittebestendigheid.
De firma Canoy-Herfkens uit Tegelen wordt in 1880 opgericht als steenfabriek met daarbij vanaf 1893 een schoorsteenbouwafdeling. Een andere Nederlandse schoorsteenbouwer was de firma De Ridder, die na 1900 een eigen steenfabriek kreeg in Oegstgeest. Bovendien was er nog een twintigtal kleinere schoorsteenbouwbedrijven die bouwen met de stenen van Canoy-Herfkens of De Ridder.
De komst van de radiaalsteen zorgt ook voor een omwenteling in de methode van schoorsteenbouw. Zij zijn veel groter dan de waalstenen of andere soorten en daarom kan er ook veel sneller mee worden gebouwd. De nieuwe werkwijze bestaat uit het feit dat men de schoorstenen steeds vaker van binnenuit gaat opmetselen en daarom geen buitenwerkse steiger meer hoeft te gebruiken.
Het metselen van een schoorsteen
Om redenen van kostenbesparing wordt vanaf eind negentiende eeuw de schacht van binnenuit en 'over de hand' gemetseld met passende radiaalstenen en gevoegd, zonder gebruik te maken van een steiger aan de buitenzijde. Als alternatief wordt een werksteiger aan de binnenzijde van de schacht toegepast, bestaande uit een rond plateau van op balken gemonteerde houten planken (zie afbeelding rechts). In het midden van het plateau is een vierkant gat uitgespaard waardoor bouwmaterialen en andere bouwattributen naar boven kunnen worden aangevoerd. Voor het ophijsen hiervan wordt gebruik gemaakt van een lier, hetzij via het hart van de schacht, hetzij via de buitenkant. Bij een schoorsteen met een kleinere diameter wordt hiertoe een galgboom bevestigd aan de klimijzers aan de binnenkant van de schacht die de werklieden gebruikten om boven te komen. Bij grote schoorstenen wordt veelal een bok in de vorm van een driepoot toegepast. Na het opmetselen van vijf lagen stenen wordt de werksteiger op een hoger niveau gebracht.
Vormgeving
In de jaren tussen 1775 en 1820 worden er vooral vierkante schoorstenen gebouwd, zonder enige versterking van de voet of sokkel. Na 1820 worden er ook vierkante voeten met ronde schachten gebouwd. De oudste van dit model zijn doorgaans voorzien van een hoge vierkante voet, soms tot de helft van de totale schoorsteenhoogte. Na de eeuwwisseling wordt de ronde voet regel en de vierkante een uitzondering.
Fabrieksschoorstenen zijn altijd een demonstratie van het vakmanschap van de metselaar geweest. Deze opvallende bouwwerken worden nog altijd bewonderd door velen. Maar de vaardigheden van de bouwers zijn niet altijd zichtbaar: ook onder de grond zit een wereld van kennis en vakmanschap, zoals in het ontwerp van de fundatie en de voet. De schoorsteen dient een grote stabiliteit te bezitten en moet jarenlang de windbelasting en bijkomende weersinvloeden kunnen trotseren.
Het fundament van een schoorsteen bestaat vaak uit een onderheiing met palen, die onderling verweven zijn met betonijzer en afgedekt worden door een betonnen plaat. De blauwdrukken van destijds getuigen nog steeds van de kennis en kunde van de toenmalige bouwkundigen.
De vroegste schoorstenen hebben nog geen uitkragende kop, zoals later steeds meer wordt toegepast. Uitkraging heeft als voordeel versteviging van de schoorsteen en minder last van de temperatuurverschillen tussen de rookgassen en de buitenlucht. Vaak kan de ontwerper van de schoorsteen worden herkend aan de vorm van de uitkraging.
Naast de uitkraging van de kop kan de schoorsteen ook worden versierd met contrasterende kleuren van stenen, soms ook wordt op deze wijze de bedrijfsnaam op de schacht aangebracht, eventueel ook met verspringend metselwerk.
Klimijzers en trekbanden
Een schoorsteen kan schade oplopen door vochtproblemen en vorstinvloeden, kromtrekken door opname van water, vergipsing van de mortel door inwerking van de chemische samenstelling van de rookgassen. Hierbij is de hardheid van de stenen een belangrijke factor: de hardere Canoy-stenen bieden meer weerstand tegen deze invloeden dan de De Ridder-stenen.
Om inspecties zowel inwendig als uitwendig mogelijk te maken, worden er ijzeren klimijzers in de schoorstenen gemetseld.
Voor de stevigheid, vooral bij hogere temperaturen, worden nieuwe schoorstenen een enkele keer meteen ingebonden met metalen trekbanden.
Meestal worden trekbanden echter pas na vele jaren van gebruik aangebracht.
De staat van de ijzeren klimijzers is van belang. Als die door roest gaan uitzetten kan er schade ontstaan aan het metselwerk, vaak aan de binnenkant van de schoorsteen. Het gebruik van trekbanden van roestvast staal is beter dan gegalvaniseerd of geschilderd ijzer.
Bliksembeveiliging
Voor elke schoorsteen betekent blikseminslag een groot risico. Bij de bouw van de schoorsteen van het ir. D.F. Woudagemaal vond blikseminslag plaats die een totale verwoesting van de nieuwe schoorsteen betekent. De schoorsteen moet opnieuw worden gebouwd. Bliksembeveiliging is voor een fabrieksschoorsteen dus een absolute voorwaarde.
Voor het relaas over de blikseminslag op zondag 16 juni 1918 zie: bouw stoomgemaal
(voor de informatie van deze tekst is gebruik gemaakt van de brochure Cultuurhistorie 10 – 2008 Rijksdienst voor archeologie, cultuurlandschap en monumenten, link:
www.cultureelerfgoed.nl/ sites/ default/ files/ u4/ racm_brochure_cultuurhistorie_10.pdf)
Functie van de schoorsteen
De schoorsteen van de stookinrichting van een stoombedrijf heeft een tweeledig doel. In de eerste plaats is dat het aanzuigen van de nodige luchthoeveelheid en ten tweede gaat het om het verwijderen van de verbrandingsproducten op een dergelijke hoogte, dat er voor de omwonenden geen gevaar en last ontstaat. Daarvoor wordt vaak in de hinderwetvergunning een minimum hoogte vastgesteld, die zeker ook afhangt van de aard van het ketelsysteem en de grootte van het verwarmend oppervlak.
De werking van de schoorsteen berust op het verschil in het soortelijk gewicht van de hete rookgassen en de omringende lucht van de atmosfeer. De hete gaskolom in de schoorsteen ontwikkelt een opstijgende kracht, die zo weinig mogelijk gehinderd wordt door de toestromende lucht onder het rooster (bij vaste brandstoffen) of in de brander (bij oliestook).
De doorstroomsnelheid is afhankelijk van de weerstand in de rookkanalen en de schoorsteen, die weer bepaald wordt door de doorsnede en de hoogte.
Uiteraard speelt ook de temperatuur van de gassen een belangrijke rol.
Als de kwaliteit van het ontwerp en de daaropvolgende bouw in orde is, heeft de schoorsteen weinig onderhoud nodig. Eventueel onderhoud hoeft slechts met lange tussenliggende periodes plaats te vinden. De doorsnede van de schoorsteen is vaak in overeenstemming met de doorsnede van het laatste rookkanaal of de som van de rookkanalen. Deze rookkanalen en de schoorsteen hebben een ronde vorm, omdat door een bepaalde omtrek het grootste oppervlak wordt ingesloten. De ronde wanden zijn daarbij een weerstand bepalende factor.
Het kanaal aan de bovenkant van de schoorsteen moet in principe niet nauwer worden gemaakt dan aan de onderzijde, het is zelfs beter om het aan de bovenzijde wijder te maken. Voor een goede trek moet de schoorsteenmiddellijn inwendig geheel, of nagenoeg geheel constant blijven. Daarom zou de schoorsteen beneden wel een zeer grote wanddikte moeten krijgen.
Om onnodige dikte van de steenmassa van de schoorsteenwanden te voorkomen, maakt men de wanddikte op bepaalde hoogte verspringend, zodat de wanddikte niet dikker wordt dan voor de stabiliteit van de schoorsteen noodzakelijk is.
Zo krijgt men echter inwendig een pijp die beneden veel groter is dan boven. Om de constante binnenwerkse middellijn te realiseren , brengt men inwendig nog een losstaande, dunne pijp aan, de zogenoemde schutwand, die binnenwerks ongeveer dezelfde middellijn heeft als de schoorsteen inwendig van boven. De schutwand heeft bovendien als voordeel, dat de buitenwand beschermd wordt tegen de hoge temperatuur van de doorstromende gassen.
Tekening van een schoorsteen met
een schutwand tot 12 m hoogte
Omdat steen een slecht warmtegeleidende stof is, bestaat er een risico van scheuren in de dikke stenen wand. Er kunnen ook scheuren in de wand ontstaan door onjuiste constructie, verzakking (onvoldoende sterkte van het fundament), metselen onder onjuiste weersomstandigheden (vorst), etc. Schoorsteenbouw vereist dus vakmanschap en bijbehorende ervaring.
Als bij een stookinstallatie de rookgassen een aantal malen langs de verwarmde oppervlakken worden geleid zullen de rookgassen al binnen het ketelsysteem sterk afkoelen. Als de rookgasweerstand in de rookkanalen verder redelijk groot is (ruwe oppervlakken), neemt de doorstroomsnelheid af en kan men onvoldoende trek verkrijgen.
In zulke gevallen gaat men over tot kunstmatige trek. Hiervoor kan men in de rookgasweg een ventilator plaatsen. Door het uitschakelen van de ventilator of door gebruik te maken van een regelbare klep in het rookkanaal kan men gemakkelijk overschakelen naar natuurlijke trek. Door tussenvormen heeft men een groot regelbereik.
Bij het stoken van de ketel kan men ook gebruik maken van geforceerde luchttoevoer onder de verbrandingsroosters'. Ook hier maakt men dan gebruik van ventilatoren, waarbij bovendien weer regelmogelijkheden zijn door tussenstappen. Het beheer van deze mogelijkheden behoort tot het vakmanschap van de stokers.
Dit systeem wordt ook toegepast bij de zes eerste Piedboeuf-ketels van het ir. D.F. Woudagemaal.
Voor de teksten is gebruik gemaakt van:
De Gids voor Machinisten, door E.F. Scholl, Leiden 1903
Stoom, uitgave der vereniging Krachtwerktuigen, Groningen 1942