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Stromheizung

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Elektroheizungen

"Elektroheizung" ist ein Sammelbegriff, dahinter verbergen sich zahlreiche technische Varianten. Die verbreitetste Form der Elektroheizung war lange Zeit die elektrische Widerstandsheizung mit der Nachtspeicherheizung als bekanntester Vertreterin. Inzwischen ist unter den elektrischen Heizungen die Wärmepumpe auf dem Vormarsch. Im Neubau schon Standard, ist sie auch im Bestand nicht mehr wegzudenken.

Elektrische Heizsysteme im Überblick

Elektrische Widerstandsheizungen

Ihr Kernelement ist der Heizwiderstand, in seiner einfachsten Form ein Draht, in dem die elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Dabei werden grundsätzlich zwei Heizungsarten unterschieden:

Speicherheizungen und Direktheizungen

Speicherheizungen sind in der Lage, die elektrisch erzeugte Wärmeenergie zu speichern. Während die Aufladung nur in einem begrenzten Zeitraum erfolgt bzw. für einige Stunden unterbrochen werden kann, geben sie die Wärme über den Tag verteilt wieder ab. Im Unterschied dazu steht die Wärme bei der Direktheizung zur Verfügung, sobald die elektrische Energie durch den Heizdraht fließt. Die Systeme unterscheiden sich durch die Form der Wärmeübertragung, die mehrheitlich durch Konvektion (Luftströmung) oder durch Wärmestrahlung erfolgt. Es handelt sich immer um Mischsysteme bei denen es, je nach Ausführung einen unterschiedlich hohen Strahlungsanteil und korrespondierend dazu einen Konvektionsanteil gibt.

Eine 100%ige Strahlungsheizung gibt es nicht – genau so wenig wie eine 100%ige Konvektionsheizung.

Verbreitete Vertreter elektrischer Widerstandsheizungen sind Nachtspeicherheizungen sowie Infrarot-Strahlungsheizungen.

Nachtspeicherheizung

Die bekannteste Stromheizung ist die Nachtspeicherheizung. In Deutschland werden noch 430.000 Wohngebäude und knapp 1 Million Wohnungen mit Nachtspeicher beheizt. (BDH 2019)

Aufbau einer Nachtspeicherheizung

Im Speicherkern sind die zur Aufheizung notwendigen Elektro-Heizwiderstände verlegt. Durch eine gute Wärmedämmung des Kerns wird dessen Wärmeabgabe stark vermindert, so dass der Speicher auch mehrere Stunden nach der Aufladung noch einen großen Teil der Wärme enthält. Die Wärmeabgabe (Entladung) erfolgt hauptsächlich durch einen Luftstrom, den ein eingebauter Ventilator aus dem Raum anzieht, durch die Speichersteine leitet und dabei diesen Luftstrom erwärmt. Die Aufladung des Speichers erfolgt während der Nachtstunden (Freigabezeiten) und wird durch eine Aufladeautomatik gesteuert. Zukünftig sollen Speicherheizungen nicht nur witterungsabhängig „beladen“ werden, sondern zusätzlich mit „erneuerbarem“ Überschussstrom aufgeheizt werden. Damit müssten die Speicherladezeiten flexibilisiert, d.h. erweitert und dem Angebot an erneuerbarem Strom angepasst werden. Nachtspeicherheizungen haben die über Nacht gespeicherte Wärme üblicherweise im Laufe eines Tages abgegeben. Danach müssen sie wieder neu geladen werden. Reicht die in der Nacht gespeicherte Wärme nicht aus, muss tagsüber mit teurem Haushaltsstrom nachgeheizt werden. Sollte jedoch nachts zu viel Wärme eingespeichert worden sein, wird diese abgegeben, auch wenn sie nicht benötigt wird – dies führt zu Komforteinbußen und unnötigen Stromkosten. Nachtspeicherheizungen sind bei wechselhaftem Wetter also recht träge und schlecht zu steuern.

Infrarot-Strahlungsheizung

Von einer Strahlungsheizung spricht man, wenn die Wärmeabgabe durch Strahlung über 50 Prozent liegt. Die Strahler werden auf einer Fläche hinter einer Schutzschicht angeordnet, um Verbrennungen bei kurzzeitiger Berührung der heißen Oberfläche zu verhindern. Bei Flächenstrahlern können Oberflächentemperaturen um 100 °C erreicht werden, bei Infrarot-Heizstäben auch deutlich höhere Temperaturen.

Man unterscheidet Hellstrahler (Beispiel: Infrarot-Heizstäbe), die hellrot bzw. dunkelrot glühen und Dunkelstrahler, die kein sichtbares Licht aussenden. Eine besondere Bauform des Dunkelstrahlers ist die elektrisch betriebene Infrarot-Flächenheizung. Sie wird in sehr unterschiedlichen Formen und Varianten hergestellt. Es gibt sie mit eingebautem Spiegel, mit Bildmotiven oder mit Marmoreffekt. Die Infrarotheizung ist sowohl als mobiles Gerät für die Selbstmontage an der Steckdose zu erwerben, als auch als fest verbaute Heizung. Da die Infrarotheizung sowohl Vor- als auch Nachteile hat, ist das Einsatzgebiet für einen sinnvollen Betrieb der Infrarottechnik wichtig, besonders in Bestandsgebäuden. Da es sich um eine Elektroheizung handelt, sollte man die Energiepreise bei der Kalkulation nicht außer Acht lassen. Eine Kilowattstunde Haushaltsstrom kostet aktuell vier- bis fünfmal so viel wie eine Kilowattstunde Gas. Trotz aller Effizienz und dem wartungsfreien Betrieb sollte eine Infrarotheizung nicht die Aufgabe der Hauptheizung in einem Gebäude mit hoher Heizlast (>100W/m²) übernehmen. Sie kann dort ihre Stärken aber in Kombination mit einem anderen Heizsystem als Zusatzheizung ausspielen.

Infrarotheizung im Bestand/Altbau

In Altbauten/ Bestandsgebäuden kann die Infrarotheizung als Zusatzheizung sinnvoll sein, etwa in selten genutzten Räumen, wie zum Beispiel Gästezimmer oder Hobbykeller. Auch in bestimmten Bereichen kann man den Komfort mit Hilfe einer Infrarotheizung steigern, zum Beispiel in der Leseecke oder im Badezimmer.

Räume, die nicht ständig in Nutzung sind und während der Heizperiode durchgehend Wärme benötigen, müssen nicht zwingend ans Heizsystem angeschlossen werden. Eine Infrarotheizung kann dort im Einzelfall wirtschaftlich Sinn machen. Im hervorragend gedämmten Altbau, dessen Heizwärmebedarf gering ist, kann eine fest verbaute Infrarotheizung auch die Hauptquelle für die Raumwärme stellen (siehe Neubau).

Im unsanierten Bestandsgebäude sollte man auf eine Infrarotheizung zur alleinigen Beheizung der Räume verzichten.

Die Infrarotheizung ist als Zusatzheizung hier aber sehr flexibel, da sie keine langen Aufheizzeiten hat. Vor allem bei Geräten, die man zu Hause selber über die Steckdose anschließt, ist das unkomplizierte Zuheizen bei Bedarf kein Problem.

Infrarotheizung im Neubau

Sehr gut gedämmte Häuser, Niedrigenergie- und Passivhäuser sind auch für die Verwendung von Infrarotheizungen geeignet, denn hier lohnen wegen des geringen Energiebedarfs die Anschaffungskosten für eine konventionelle Heizung und einen extra Aufstellraum oft nicht. Betreiben Sie die Infrarotheizung zudem in Verbindung mit einer Photovoltaikanlage und einem Stromspeicher, kann dies eine wirtschaftliche und nachhaltige Lösung sein. Auch wenn die Solarstromanlage in den Wintermonaten nur einen geringen Anteil des Bedarfes zur Verfügung stellen kann, kann damit ein Teil des benötigten Stroms selbst und kostengünstig produziert werden.

Im Neubau wird die Infrarotheizung meist direkt fest verbaut als Decken-, Wand- und Fußbodenheizung oder auch Fußleistenheizung.

Den wirtschaftlich sinnvollen Einsatz in Gebäuden mit sehr guter Wärmedämmung hat nun auch das Forschungsprojekt „IR-Bau“ noch einmal bestätigt; in der Studie: „Potenzial von Infrarot-Heizsystemen für hocheffiziente Wohngebäude“ zeigt sich, dass in sehr gut gedämmten Wohngebäuden (< 30 kWh/m²a Jahresheizwärmebedarf) eine IR-Heizung Vorteile in ökologischer und ökonomischer Sicht aufweisen kann. Dies ist jedoch immer von den genauen projektspezifischen Rahmenbedingungen abhängig. Je kleiner und besser gedämmt ein Haus ist, desto größer sind die wirtschaftlichen Vorteile eines IR-Heizsystems gegenüber einem Wärmepumpensystem.

Die These, dass die Lufttemperatur in einer mit IR-Heizung beheizten Raum geringer ist als bei einem vergleichbar geregelten Raum mit Fußbodenheizung konnte unter Laborbedingungen bestätigt werden, es handelt sich aber um einen nur minimalen Unterschied der Lufttemperatur.

Elektrisch betriebene Wärmepumpen

Im Neubau sind elektrische Wärmepumpen heute die am häufigsten installierte Heizungsart. Die Technik ist breit erprobt und hat klare Vorzüge.

Auch im Altbau und anderen bereits bestehenden Gebäuden können Wärmepumpen sparsam und klimafreundlich laufen, da sie mit Hilfe einer kWh Strom hier 3 bis 4 kWh Wärme bereitstellen können. Doch wer auf eine Wärmepumpe umsteigen möchte, muss erst wichtige Voraussetzungen schaffen, sonst benötigt die Heizung zu viel Strom und bringt weder dem Klima noch dem Konto einen Vorteil.

Aufbau und Funktion der Wärmepumpe

Wärmepumpen arbeiten nach einem anderen Prinzip als elektrische Widerstandsheizungen. Sie machen die Umgebungswärme für die Gebäudebeheizung nutzbar und funktionieren wie ein umgedrehter Kühlschrank. Als Transportmittel dient ein Kältemittel in einem Leitungssystem. Über die Rohre auf der Hinterseite gibt das Gerät die Wärme an die Raumluft ab. Anders als beim Kühlschrank entziehen sie nicht dem Schrankinhalt die Wärme und transportieren diese nach außen, sondern entziehen der Umwelt die Wärme und transportieren diese nach innen.

Funktionsweise einer Wärmepumpe

Tarife und Messungen

Nur bei getrennter Messung, mit je einem eigenen Zähler für Heiz- und Haushaltsstrom, ist günstiger Heizstrom überhaupt möglich. Denn nur so kann der örtliche Netzbetreiber niedrigere Netzentgelte und Konzessionsabgaben für den Betrieb der Heizung berechnen.

Getrennte Messung des Stroms für Heizung und Haushalt

Neben der getrennten Messung, ist es erforderlich die elektrische Heizung registrieren zu lassen. Der örtliche Netzbetreiber muss wissen, dass der Anschluss für eine sogenannte steuerbare Verbrauchseinrichtung genutzt werden soll, und diesen freigeben. Der Begriff "steuerbare Verbrauchseinrichtung" verweist darauf, dass der Netzbetreiber den Strombezug für bestimmte Zeiten sperren kann (sogenannte Sperrzeiten).

Das ist für den Betrieb von Speicherheizungen und Wärmepumpen mit Pufferspeicher kein Problem, da diese über den Speicher auch während der Sperrzeiten Wärme zur Verfügung stellen können. Dies kann bei Heizungen ohne Speichermasse, wie einer Infrarotheizung aber zu Komforteinbußen führen, ist aber unumgängliche Bedingung für den günstigen Strom.

Achtung: Nicht bei allen Netzbetreibern sind die elektrischen Direktheizungen als "steuerbare Verbrauchseinrichtung" anerkannt. Sie sollten sich vorher bei ihrem Verteilnetzbetreiber bzw. ihrem Energieversorger dazu erkundigen.

Für den Betrieb einer Infrarotheizung ohne Speichermasse ist ein solcher Tarif, der auf Nachtspeichersysteme zugeschnitten ist, nicht günstig. Diese haben zeitabhängig unterschiedliche Verbrauchspreise: Zu Hochtarif (HT)-Zeiten ist der Strom teurer, zu Niedertarif (NT)-Zeiten günstiger. Ist NT-Strom nur nachts verfügbar, nutzt die Vergünstigung bei einer Direktheizung wenig.

Brennstoff Strom

Elektrische betriebene Heizungen "sauber" betreiben

Wer seine elektrische Heizung "sauber" betreiben will, sollte darauf achten einen Ökostromtarif mit einem Label zu wählen, das ein Mindestmaß an Energiewendenutzen garantiert. Das sind das ok-Power-Label und das Grüner-Strom-Label. Beide Labels garantieren zudem, dass die Ökostromanbieter nicht an Atomkraftwerken und neuen Steinkohlekraftwerken beteiligt sind. Bei ok-power dürfen auch keine Beteiligungen an Braunkohlekraftwerken vorliegen. Auch die bei Eco-Top-Ten gelisteten Tarife erfüllen ähnlich hohe Ansprüche. Auch das nutzen des selbsterzeugten PV-Stroms ist eine nachhaltige und CO2-arme Möglichkeit die Heizung mit Strom zu versorgen.

Dies ist bei der elektrischen Direktheizung noch wichtiger als bei der Wärmepumpe, da der Strom 1:1 in Wärme umgewandelt wird, während eine Wärmepumpe mit einer JAZ von 4 den Strom 1:4 in Wärme wandelt.