photovoltaik Ausgabe: 11-2015

Weg von Heizöl und Erdgas

Infrarotheizungen — Wärme aus Strom zu erzeugen ist ein alter Hut.Dank sauberem Strom öffnet diese Technik jedoch neue Wege für die emissionsfreieVollversorgung mit Energie. Susanne Ehlerding und Heiko Schwarzburger

Die meisten Häuser in der Siedlung in Nettetal-Schaag verfügen über eine Gas- oder Ölheizung. Das ist in Nordrhein-Westfalen genauso normal wie überall in Deutschland, in Österreich, in der Schweiz. Nur das Eigenheim von Helge und Kornelia Völker wird mit Strom beheizt. Bisher eine kostspielige Notwendigkeit, denn bis vor Kurzem sorgten eine elektrische Fußbodenheizung im Parterre sowie Nachtspeichergeräte im Obergeschoss für Wärme.

Damit ist jetzt Schluss. Anfang dieses Jahres wurden Infrarotheizungen installiert. „Wir wollten uns nicht nur unabhängig von Energielieferanten machen und unseren Strom selbst produzieren“, beschreibt Helge Völker seine Gründe. Im Berufsleben war er kaufmännischer Abteilungsleiter in der Industrie, er weiß mit Zahlen und Geld umzugehen. Seit vier Jahren ist er im Ruhestand. „Unser Hauptanliegen war es, eine zukunftsorientierte Heizung einzubauen. Investitionen für Gasheizungen, Holzpellets, wassergeführte Kamine oder Erdwärme waren nicht umsetzbar oder schlichtweg zu teuer. Also entschieden wir uns für eine einfache Alternative.“

Am besten mit Photovoltaik

Im ersten Schritt entschloss er sich, eine Photovoltaikanlage auf dem Dach zu installieren. Das war 2012. Eine gute Entscheidung, wie sich später herausstellte. „Wir haben einen jährlichen Strombedarf von rund 24.000 Kilowattstunden“, rechnet der 60-Jährige vor. „Da unsere Solaranlage etwa 13.000 Kilowattstunden produziert, konnten wir die Stromkosten praktisch halbieren.“

Im zweiten Schritt wollte Familie Völker die Heizqualität verbessern. „Wir waren mit der unregelmäßigen Wärmeverteilung unserer alten Heizung alles andere als zufrieden“, fügt Ehefrau Kornelia hinzu. „Auch die Bedienung und Steuerung fanden wir nicht mehr zeitgemäß.“

So wurde das Paar auf Infrarotheizungen aufmerksam. Insgesamt 15 Heizelemente wurden an den Decken und Wänden installiert. Nach dem ersten Halbjahr zog Helge Völker eine erste Bilanz: „Das Raumklima hat sich deutlich verbessert, und die Bedienung ist durch die intelligente Regelung kinderleicht.“ Wieder kommt er auf die Zahlen zu sprechen: „Das Investment in Höhe von knapp 17.000 Euro hat sich auf jeden Fall gelohnt. Ein weiterer Vorteil: Der Eigenverbrauch des selbst produzierten Stroms stieg um das Dreifache.“

Qualität vom Fachhandwerker

Bei der Installation der Heizelemente achteten die Techniker auf handwerkliche Qualität. „Wir wollten im Wohnzimmer keine Verlegung der Stromleitungen unter Putz haben. Der Aufwand wäre immens gewesen“, erzählt der Hausherr. „Aber mit pfiffigen Ideen der Handwerker wurde der Montageaufwand extrem gering gehalten. So wurden die Leitungen zu den Heizelementen im Obergeschoss über den Dachstuhl verlegt. Hier sieht man keine einzige Stromleitung. Perfekt gelöst.“

Elektrische Heiztechnik zu installieren ist Sache des Elektrohandwerks. Deutschlandweit heizen derzeit rund zwei Millionen Haushalte mit Strom, noch sind Hunderttausende Nachtspeicheröfen installiert. Mit den Infrarotheizungen werden die Möglichkeiten der elektrischen Heizung deutlich erweitert. Sie benötigen keine speziellen Nachtspeicher oder flache Heizkörper nach dem Vorbild hydraulischer Wärmeverteiler. Sondern sie bestehen aus flachen Heizmatten, die mit speziellen Speichermaterialien überzogen sind. Die Heizflächen sind flach und unscheinbar, lassen sich bedrucken und zur Raumgestaltung nutzen – wie Gemälde, Spiegel, Standsäulen, Tafeln oder Gläser.

Nachrüstung ist kein Problem

Auch lassen sie sich als zusätzliche Wärmequelle einbauen, etwa um Sonnenstrom in der Übergangszeit für Raumwärme zu nutzen. Ein Infrarot-Heizelement mit 900 Watt Leistung kann ein 20 Quadratmeter großes Zimmer beheizen. Die Ausstattung einer etwa 80 Quadratmeter großen Wohnung mit solchen Heizplatten und der zugehörigen Regelungstechnik kostet rund 3.000 bis 5.000 Euro.

Zum Vergleich: Eine neue Gaszentralheizung kostet in der Regel das Doppelte, etwa 10.000 Euro. Darüber hinaus entfallen bei elektrischen Strahlungsheizsystemen langfristige Betriebskosten wie für die Kontrolle der Gasleitungen, für Reinigung oder Wartung. Der Schornsteinfeger gehört einer aussterbenden Gattung an.

Ein amussnderes Beispiel, dieses Mal aus Walsrode in der Lüneburger Heide. Dort hat Familie Müller ihr Haus mit Infrarotheiztechnik ausgestattet. Zuerst wurden die Fassaden und das Dach gedämmt. Dann ging es um eine moderne Heizung. Modern, komfortabel und vor allem zum Wohlfühlen sollte sie sein. Außerdem sollte sich der Stromverbrauch deutlich reduzieren. Bis dahin waren im Haus der Familie alte Nachtspeicherheizungen im Einsatz, die sich nur ungenau regulieren lassen. Ganz zu schweigen vom Platzbedarf der klobigen Speicherheizungen. Der Jahresverbrauch betrug 20.000 Kilowattstunden Strom im Jahr.

Platzsparend, sauber und effizient

Familie Müller entschied sich bei der Umrüstung auf Infrarot für einen individuellen Mix aus Heizgeräten mit unterschiedlichen Oberflächen und Montageorten. So heizt im Bad eine Spiegelheizung, in der Küche eine beschreibbare Tafelheizung. „Das sorgt für ein individuelles Erscheinungsbild der einzelnen Wohnräume“, sagt Torsten Müller. „Obendrein verbrauchen wir mit etwa 6.000 Kilowattstunden im Jahr deutlich weniger.“

Die Nutzer können die Temperatur jetzt exakt steuern, überheizte oder kalte Räume gehören der Vergangenheit an. „Und ganz nebenbei haben wir drei Quadratmeter mehr Wohnfläche durch den Abbau der Nachtspeicher gewonnen.“ Die restlichen Zimmer hat Familie Müller mit weißen Heizungen oder Glasheizungen ausgestattet, die sich harmonisch und unauffällig in die Räume einfügen.

Noch einfacher und effizienter sind elektrische Direktheizungen mit Infrarotheizflächen im Neubau. Mit viel Liebe zum Detail entstand 2013 in Laboe bei Kiel ein modernes Einfamilienhaus, das als Musterbeispiel gesehen werden kann. Bereits während der Planungsphase äußerte die Familie den Wunsch, sich in ihrem neuen Zuhause autark zu versorgen. Die mit ihrem Haus erzeugte Energie sollte vollständig im Gebäude verbraucht werden.

Dafür waren drei Faktoren entscheidend: Das Haus musste beste Dämmwerte und einen möglichst geringen Energieverlust aufweisen. Eine Photovoltaikanlage produziert ausreichend Strom, bis weit in die Übergangszeit hinein. Die Heizungstechnik musste möglichst effizient sein, um die Familie mit Wärme zu versorgen.

Nach mehr als zwei Jahren in ihrem Traumhaus ist die Familie begeistert von dem Komfort der Infrarotgeräte und ihrem geringen Jahresverbrauch: Mit knapp 3.600 Kilowattstunden liegt dieser deutlich unter den erwarteten Werten.

Diese drei Beispiele zeigen sehr gut, welche Chancen in der Stromheizung liegen, und zwar in der direkten Umwandlung von elektrischem Strom in Raumwärme. Für viele Akteure der Energiewende ist es ein heißes Thema, denn Heizen mit Strom galt bislang als Verschwendung und schmutzig. Der fossil-nukleare Kraftwerksmix setzte viel zu hohe Emissionen frei. Auch ging in der Umwandlungskette vom Brennstoff bis zur Steckdose viel zu viel kostbare Energie verloren, von den Sünden des Bergbaus für Kohle, Gas, Heizöl oder Uran ganz zu schweigen.

Strom aus Sonne und Wind rückt die elektrische Heiztechnik in ein völlig neues Licht. Die Vorzeichen ändern sich. Mit der Energiewende wird Strom von immer mehr Prosumern zu Hause hergestellt. Im Vergleich zur gängigen Nachtspeicherheizung verbrauchen hochwertige Infrarotheizungen sehr viel weniger Strom. So tauschte RWE die Nachtspeicherheizungen in einem Essener Hochhaus gegen Infrarotheizungen aus. Trotz des Wechsels vom billigeren Nachtstromtarif auf den Hochstromtarif während der Tagstunden sanken die Kosten um 50 bis 70 Prozent.

Der Vergleich mit Öl- oder Gasheizung fällt sogar noch deutlicher aus. Denn Infrarotheizungen haben keine Energieverluste im Pufferspeicher, in der Verrohrung, auch benötigen sie keine Hilfsenergie für hydraulische Umwälzpumpen. „Beim Transport der Heizwärme von der Zentralheizung in die Wohnräume treten Wärmeverluste von etwa acht Prozent auf“, schreibt das Umweltbundesamt in einer Studie.

Fossil befeuerte Kessel sind nur effizient, wenn sie unter Volllast laufen. Meistens werden sie jedoch in ungünstiger Teillast betrieben. In der Übergangszeit oder in milden Wintern wird der kostbare Brennstoff nur zu einem Drittel oder zur Hälfte ausgenutzt.

Teure Wärme bei Teillast

Dann kostet die Kilowattstunde Wärme nicht mehr sechs Cent, sondern zehn oder zwölf Cent. Zudem erhöht Teillast die Zahl der Kesselstarts, was wiederum die Wartungskosten treibt. Infrarotheizungen hingegen werden sofort warm, es gibt faktisch keine Verluste bei Teillast.

Eine „beispielhafte Vergleichsmessung zwischen Infrarotstrahlungsheizung und Gasheizung im Altbaubereich“ von Peter Kosack von der Technischen Universität Kaiserslautern ermittelte 2009 beim Vergleich von zwei Testwohnungen im selben Haus einen 2,5-fach höheren Energieverbrauch der Gas-Brennwertheizung.

Die Studie führt dies auf Übertragungsverluste der Leitungen, Regelungsverluste wegen Trägheit der wassergeführten Heizkörper und Transmissionswärmeverluste durch feuchtere Wände in der mit Gas beheizten Wohnung zurück. Ein Vorteil von Infrarotheizungen ist nämlich, dass sie die Wände besser erwärmen. „Man bekommt den Taupunkt besser in den Griff“, bestätigt Jürgen Ripperger vom VDE. Die Wände werden trockener, weil sich weniger Feuchtigkeit abschlägt.

Eine Brückentechnologie zwischen elektrischen und hydraulischen Heizsystemen sind die Wärmepumpen. Sie nutzen Strom, um einen elektrischen Verdichter anzutreiben. Er verdichtet das Arbeitsgas in einem kältetechnischen Kreis, das zuvor mit der Wärme aus dem Erdreich, aus dem Grundwasser oder von Umgebungsluft beladen wurde. Wärmepumpen sind nur in Kombination mit einem hydraulischen Pufferspeicher sinnvoll, denn kurzzeitig hohe Leistungen sind damit kaum umsetzbar.

Jan Rudolf von der Gesellschaft für Wirtschaftsplanung und Projektbetreuung in Berlin macht eine Beispielrechnung für ein gut gedämmtes Fertigteilhaus auf. „Dafür werden sieben Infrarotpaneele benötigt“, meint er. „Sie kosten bei einem Premiumanbieter rund 9.500 Euro inklusive Thermostaten und Halterungen. Der Energieverbrauch beträgt bei 20 Grad Raumtemperatur etwa 6.000 Kilowattstunden im Jahr.“

Bei einem günstigen Tarif für Elektroheizungen macht das rund 1.200 Euro Stromkosten jährlich. Im Normaltarif liegen die Heizkosten bei 1.500 Euro. Hinzu kommen die Anschaffungskosten von elektrischen Durchlauferhitzern für Warmwasser von zweimal 300 Euro für Küche und Bad. Ihr Stromverbrauch beträgt rund 1.500 Kilowattstunden und schlägt mit 375 Euro zu Buche. Summa summarum kostet die Anschaffung also 10.100 Euro, der Strom 1.575 bis 1.875 Euro im Jahr.

Eine Rechnung zum Vergleich

Diese Zahlen vergleicht Rudolf mit den Kosten einer Wärmepumpe inklusive Fußbodenheizung. Dafür veranschlagt er rund 13.000 Euro. Bei einem Verbrauch von 4.000 Kilowattstunden mit Sondertarif betragen die Stromkosten rund 800 Euro im Jahr, bei einem Normaltarif rund 1.000 Euro. Der Preisvorteil von Infrarotheizungen bei der Anschaffung wäre nach dieser Rechnung in fünf Jahren bis sieben Jahren aufgezehrt.

Soll heißen: Die Wärmepumpe hat ihre Berechtigung, wie die Infrarotheizungen auch. Es gilt, den konkreten Anwendungsfall zu analysieren, um den Kunden die möglichen Lösungen zu präsentieren. Elektrische Heizflächen erweitern die Anwendungen von selbst erzeugtem Strom im Gebäude, sie sind vor allem für Nachtspeicher und fossile Heizkessel eine sinnvolle Alternative. Wenn die Strompreise aufgrund des hohen Angebots von Windstrom im Netz eines Tages auch beim Endkunden sinken, neigt sich die Waage immer mehr zu elektrischen Heizsystemen.

Vorstellbar ist zudem, Infrarotheizungen als kleine Zusatzheizung zu nutzen, etwa in einem Passivhaus: „Eine Öl- oder Gasinfrastruktur rechnet sich dort nicht“, urteilt Bernd Dechert, Technikvorstand beim Zentralverband des deutschen Elektrohandwerks (ZVEH) in Frankfurt am Main. „Wenn man einen geringen Wärmebedarf hat, dann ist es ein ideales System, weil die Infrarotheizung den Strom direkt in Wärme umsetzt. Für Passivhäuser sind diese Lösungen daher absolut geeignet.“

Könnten Infrarotheizungen in gut gedämmten Häusern und betrieben mit erneuerbarem Strom eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von Raumwärme spielen? In einer Animation auf seiner Internetseite zeigt der Hersteller Redtherm, wie eine solche Vision aussehen könnte: Der Sonnenstrom aus der Photovoltaikanlage fließt vom Dach zu den Infrarotheizungen in jedem Raum. Ein Kleinwindrad im Garten liefert zusätzlich Strom, eine Batterie im Keller speichert ihn für windstille, dunkle Tage. Abgesehen vom Kleinwindrad kann man so ein Gesamtpaket schon heute bei Redtherm kaufen. LG liefert dafür die Solarmodule und Stromspeicher, SMA die Wechselrichter. Statt des kleinen Windrads ist es technisch kein Problem, Heizstrom für kalte Winter aus dem Netz zu beziehen. Schon bald werden kommunale Stadtwerke solche Geschäftsmodelle zu schätzen wissen.

Heizen mit Überschüssen aus dem Netz

Tatsächlich wird Strom aus erneuerbaren Energien in absehbarer Zeit die wichtigste Energiequelle für den Heizbedarf sein. Überschüssiger Windstrom fällt hauptsächlich im Winter an und kann zum Heizen genutzt werden. Als Anreiz müssten die Stromversorger niedrige Preise viertelstündlich an die Verbraucher weitergeben – wie bereits an der Börse gehandelt. Das wäre ein echter Anreiz, den Strom zu verbrauchen, wenn er überschüssig vorhanden ist.

Wie sich eine Infrarotheizung am Stromnetz bewährt, testet der Ingenieur Kurt Schmidt aus Leipzig. Er hat für den Hersteller Candor Infrarotheizungen entwickelt, die nicht mit einem Heizdraht, sondern mit einer Kunststofffolie erwärmt werden. Jetzt plant Schmidt die Ausrüstung eines Bauernhauses mit Photovoltaik, Batteriespeicher und Infrarotheizungen. Dabei arbeitet er mit der Firma Deutsche Energieversorgung aus Leipzig zusammen. Deren Stromspeicher Senec ist mit dem sogenannten Econamic Grid ausgerüstet. Bis zu 800 Kilowattstunden Strom im Jahr bekommen die Nutzer kostenlos, wenn die Speicher Überschussstrom aus dem Netz abnehmen. „Am Beispiel des Bauernhauses wollen wir abchecken, wie intensiv die Infrarotheizung genutzt werden kann“, sagt Schmidt.

Tipps für den Einbau

Jan Rudolf aus Berlin empfiehlt Infrarotheizflächen für sehr kleine Wohnungen und Gartenhäuschen, hier sei der Spareffekt sehr groß. Auch als Zusatzheizung im Bad kämen sie in Frage, etwa als Heizspiegel. Weitere Einsatzfelder sieht er im Altbau, wenn nur Öfen vorhanden waren und wertvolle Bodenbeläge erhalten werden sollen. „Oder in Wohnungen von Allergikern oder geräuschempfindlichen Menschen, die sich von einer Wärmepumpe gestört fühlen würden“, sagt Rudolf. Zu den Spezialanwendungen gehören große Hallen oder Tierställe: „Hier sind Infrarotheizungen am effektivsten, weil sie nicht die Luft aufheizen“, sagt Jürgen Ripperger vom VDE.

Auf jeden Fall ist Infrarotheizung nicht gleich Infrarotheizung. Es gibt große Unterschiede bei der Qualität, sagt Oleg Graf-Tratsch, Inhaber einer Handelsagentur für Infrarotheizungen. „Billige Importe aus Asien erzeugen oft nicht die nötigen Oberflächentemperaturen. Sie werden nur 60 Grad warm. Das reicht nicht, um einen Raum zu beheizen, sondern zieht nur Strom. 100 bis 120 Grad müssen es schon sein.“ Er empfiehlt Modelle mit intelligenter Regeltechnik, die flexibel steuerbar sind. So könne man den Wärmebedarf optimal anpassen.

Wichtig ist auch die in den Heizflächen steckende Technik. Redtherm beispielsweise nutzt in Deutschland gefertigte Matten mit einem Heizdraht aus einer Chrom-Nickel-Legierung. „Während andere Heizungen mit 600 Watt Leistung 80 Grad Oberflächentemperatur erreichen und 30 Zentimeter weit strahlen, werden unsere Infrarotheizungen 120 Grad warm und strahlen sechs Meter weit“, sagt Andreas Geelen, Chef von Redtherm. Er rüstet seine Geräte außerdem mit Regelungstechnik von Homematic aus. Damit kann man sie vom Tablet aus steuern und beispielsweise eine automatische Nachtabsenkung programmieren.

Literatur

Fussnoten

  • Dieses Wohnhaus in Laboe bei Kiel wurde 2013 mit Photovoltaik und Infrarotheizflächen ausgestattet. Die Betriebskosten sind unschlagbar niedrig.

  • Beschreibbare Heizfläche, hier als Schiefertafel ausgeführt.

  • Einbaubeispiel eines klassischen Nachtspeicherofens.

  • Moderne Heizflächen sind faktisch unsichtbar. Um sie zu zeigen, wurden sie in dieser Grafik nummeriert.

  • Typische Baugrößen von flachen Elektroheizkörpern.

Foto: Redwell

Foto: Redwell

Foto: EnBW

Foto: Redwell

Foto: Etherma

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