Experten der Technischen Universität (TU) Dresden haben im Auftrag des Herstellers Lucht LHZ eine Vergleichsstudie zur Wirtschaftlichkeit von Elektroheizungen durchgeführt. Sie zeigt, dass E-Heizsysteme mit thermischem Speicher (zum Beispiel keramische Schamottplatten) wirtschaftliche Vorteile bieten.
Insbesondere in der Kombination mit dynamischem Stromtarif und eigener Photovoltaikanlage werden nachweislich Heizkosten eingespart. Das untersuchte Heizsystem mit integriertem Doppelspeicher aus keramischen Platten hat einen reduzierten Energiebedarf und zeigt zudem Vorteile bei der Lastverschiebung. Das entlastet nicht nur das Stromnetz, sondern auch den Geldbeutel der Nutzerinnen und Nutzer.
E-Heizungen können das Stromnetz stabilisieren
Im Zuge der Energiewende werden flexible Energiesysteme immer wichtiger, um Erzeugung und Verbrauch von Strom besser aufeinander abzustimmen. Elektrische Heizsysteme können zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen, indem sie Lastspitzen reduzieren und Strom flexibel nutzen. „Der schleppende Netzausbau darf nicht zum Bremsklotz der Energiewende werden“, sagt Uwe Lucht, Geschäftsführer von Lucht LHZ. „Was wir jetzt brauchen, sind flexible elektrische Heizlösungen, die Strom dann aufnehmen, wenn er günstig und verfügbar ist, ihn als Wärme speichern und später nutzbar machen. So wird Heizen nicht nur netzdienlich, sondern durch dynamische Stromtarife auch wirtschaftlich attraktiver für die Nutzerinnen und Nutzer.“
Studie bildet Betrieb realistisch ab
Bei der Untersuchung wurden mehrere elektrische Heizsysteme mit einer angenommenen Betriebsdauer von vier Stunden im Innenklimaraum des Combined Energy Lab der TU Dresden getestet. Der untersuchte Raum hat eine Heizlast von 1.500 Watt. Zur Abbildung realistischer Betriebsbedingungen im Bestandsgebäude von kaltem Winter bis hin zur Übergangszeit wurden drei Teillastfälle mit 85, 60 und 25 Prozent definiert. Jeder Lastfall umfasste eine Belade- und anschließende Nutzungsphase mit einem Sollwert von 21 Grad Celsius.
Drei verschiedene Geräte kamen zum Einsatz: eine Teilspeicherheizung (auch Flächenspeicherheizung genannt), ein Heizsystem mit thermischem Doppelspeicher (Heizgerät Dynamo von Lucht LHZ) und ein Infrarotheizsystem. Ziel der Untersuchung war die energetische und monetäre Bewertung der elektrischen Heizsysteme.
Zeitliche Verschiebung der Wärmebereitstellung
Für die Berechnung der Wirtschaftlichkeit wurden drei Szenarien betrachtet, darunter ein konstanter Strompreis, ein dynamischer Tarif mit zeitabhängigen Preisphasen sowie eine Kombination mit Photovoltaik-Eigenverbrauch und Einspeisevergütung.
Die Studie zeigt, dass bei E-Heizsystemen mit integriertem thermischem Speicher eine zeitliche Verschiebung der Wärmebereitstellung möglich ist. Durch eine vorgelagerte Beladungsphase kann der Wärmespeicher bereits vor der Nutzungszeit aufgeladen werden. Eine vollständige Beladung dauert eine Stunde und 15 Minuten.
Ein weiteres Ergebnis ist, dass der Einsatz dynamischer Stromtarife bei elektrischen Heizsystemen mit Wärmespeicher zu Kostenvorteilen führt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Beladung in Zeiträume mit niedrigen Strompreisen und die Nutzung in Zeiträume mit höheren Preisen fällt. Für Heizsysteme ohne integrierten Speicher können dagegen konstante Stromtarife unter den betrachteten Bedingungen vorteilhaft sein.
Solarstrom als Wärme speichern
Auch der Einsatz einer Photovoltaikanlage kann die Wirtschaftlichkeit elektrischer Heizsysteme erhöhen, sofern ein möglichst hoher Eigenverbrauch des erzeugten Stroms erreicht wird. Dadurch reduziert sich der Netzstrombezug, was sich unter den untersuchten Bedingungen positiv auf die Heizkosten auswirken kann.
Auch für die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage wird es künftig immer wichtiger, möglichst viel des selbst erzeugten Stroms im eigenen Haus zu nutzen – etwa in Form von Wärme. „Nach derzeitigen Plänen soll die feste Einspeisevergütung für neue Photovoltaikanlagen ab 2027 entfallen“, erläutert Uwe Lucht. „Umso wichtiger ist es für die Wirtschaftlichkeit des Energiesystems im Einfamilienhaus, möglichst viel Solarstrom selbst zu verbrauchen oder zwischenzuspeichern – zum Beispiel in Form von Wärme. Elektroheizungen mit thermischem Speicher sind dafür besonders gut geeignet.“
Jedes E-Heizsystem hat eigenes Nutzungsprofil
Die Ergebnisse der Studie zeigen zudem, dass die Eignung der Heizsysteme stark von den Nutzungsprofilen der Räume abhängt: Infrarotheizungen sind bei zeitweise genutzten Räumen und in Neubauten besonders geeignet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Wärmeabgabe stark von der Positionierung des Heizsystems abhängig ist und Temperaturunterschiede im Raum auftreten können.
Speicherheizungen erzeugten unter den untersuchten Bedingungen eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Raum. Insbesondere unter hoher thermischer Last zeigten sie einen geringeren Energieverbrauch als Infrarotheizungen.
Alternative für Bestand und Neubau
Elektrische Heizsysteme sind eine echte Alternative sowohl für Bestandsgebäude als auch für den Neubau – gerade in Kombination mit Photovoltaik und dynamischen Stromtarifen. „E-Heizung ist aber nicht gleich E-Heizung“, merkt Uwe Lucht an. „In der Studie der TU Dresden wird deutlich, dass Infrarotheizungen vor allem für zonale Wärme im Neubau sehr gut geeignet sind. Flächenspeicherheizungen sind dagegen unkomplizierte Lösungen vom Neubau bis in den Bestand. Heizsysteme mit erweitertem thermischem Speicher schaffen echte Flexibilität, ermöglichen Lastverschiebung und verbinden Wärmekomfort mit der Solaranlage, dynamischen Stromtarifen und den Anforderungen des neuen Energiemarkts.“
WG Schwarzenberg
Baustart für hochgradig energieautarke Mehrfamilienhäuser im Erzgebirge
Im Erzgebirge geht die Wohnungsgenossenschaft Schwarzenberg neue Wege beim Bauen, Heizen und Vermieten. Trotz des hohen Leerstands in der südlich von Chemnitz gelegenen Stadt baut sie drei Mehrfamilienhäuser, die durch ihre hohe Energieautarkie zahlreiche Vorteile für Mieter, Vermieter und das Klima haben.
Der Schlüssel ist das vollelektrische solare Energiekonzept, das auf Solarmodulen auf Dächern und an den Fassaden, Batteriespeichern und hocheffizienten Infrarotheizungen basiert. Die Planung stammt von Professor Timo Leukefeld und dem Autarkie-Team aus Freiberg/Sachsen. „Wir waren sofort begeistert von dem völlig neuen Ansatz“, sagt Enrico Schaarschmidt, Vorstandsvorsitzender der WG Schwarzenberg. „Wir betrachten die Häuser als Ergänzung im Wohngebiet Sonnenleithe. Damit machen wir das Wohngebiet zukunftsfähig und wieder interessant.“
Viel verspricht er sich von der Pauschalmiete mit Energieflatrate im hochwertigen Wohnraum. Die auf anfänglich fünf Jahre garantierte Pauschalmiete inklusive aller Wohn- und Nebenkosten schützt die Mieterinnen und Mieter vor explodierenden und unkalkulierbaren Ausgaben. Ermöglicht wird die Pauschalmiete durch hohen Solarertrag.
Auf und an jedem Haus werden Solarmodule mit knapp 80 Kilowatt Leistung installiert. Strom, der nicht direkt verbraucht werden kann, wird im Batteriespeicher zwischengespeichert. Der selbst erzeugte Solarstrom ist nicht nur deutlich günstiger als Strom vom Energieversorger, sondern garantiert auch langfristig planbare Energiekosten.
Leukefeld und sein Autarkie-Team haben kalkuliert, dass die Gesamtenergiekosten für Heizung, Warmwasser, Haushalts- und Allgemeinstrom bei circa 95 Cent je vermietbarem Quadratmeter und Monat liegen werden. „Bei ähnlichen Neubauwohnungen, die nicht hochgradig energieautark sind, belaufen sich diese Kosten auf 2,50 bis 4,00 Euro je Quadratmeter und Monat“, rechnet Leukefeld vor. Dieser Betrag beinhaltet auch die Heizkostenabrechnungskosten und Zählergrundgebühr für Stromzähler, die bei einer Pauschalmiete entfallen.
Anstelle einer wasserführenden Heizung werden elektrische Infrarotheizungen eingebaut. Die wartungsfreien Infrarotheizgeräte, die eine garantierte Lebensdauer von 30 Jahren haben, werden an die Raumdecken montiert und einfach an Stromleitungen angeschlossen. Rohre für die Wärmeverteilung sind nicht nötig.
Das Wasser zum Trinken und Duschen wird dezentral mit Autarkie-Boilern erwärmt, die eigens für hochgradig energieautarke Häuser entwickelt wurden. Ein Autarkie-Boiler hat zwei Heizstäbe, von denen einer für die Nutzung von Solarstrom reserviert ist. So wird der Bedarf an Strom aus dem Netz für die Warmwasserbereitung reduziert.
Durch dezentrale Trinkwassererwärmung entfällt außerdem die jährliche Legionellenprüfung, was weitere Kosten spart. „Da der Energiebedarf für die Raumheizung in gut gedämmten neuen Gebäuden deutlich geringer ist als in älteren Gebäuden, steckt in der Warmwasserbereitung heute ein größeres Potenzial für die Einsparung“, erklärt Leukefeld. „Dieser Energiebedarf ist jetzt anteilig höher. Deshalb werden mit smarter Technik mehr Geld und Energie eingespart.“ Großzügige Drei- und Vier-Raum-Wohnungen mit 85 bis 104 Quadratmetern wurden geplant. Zudem gibt es eine Maisonettewohnung mit 74 Quadratmetern Wohnfläche in jedem Haus.
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Foto: Anja Tittel
