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Heizlösung: Stromdirektheizungen

In Stromdirektheizungen wird Strom zur Erwärmung von Materie, die in beliebigen Aggregatszuständen (fest, flüssig oder gasförmig) vorliegen kann, genutzt. Je nach zu erwärmenden Stoff und Zweck kommen verschiedene Techniken zum Einsatz. Zur Erhitzung von Wasser, bspw. im Pufferspeicher eines Heizsystems, kommt häufig ein einem Tauchsieder ähnlicher Heizstab zum Einsatz. Eine andere Alternative zur Erwärmung von Brauchwasser mittels Strom ist der Durchlauferhitzer.

Technik

Stromdirektheizungen geben die Wärme ohne Zwischenspeicherung oder -prozesse unmittelbar an die zu beheizende Materie ab. Zur Beheizung in Räumen kommen dabei Infarotheizkörper oder Elektro-Heizkörper bzw. Radiatoren in Frage. Zur Raumbeheizung werden auch Stromheizungen mit Wärmespeichern genutzt, auch als Nachtspeicherheizungen bekannt. Ihr Name leitet sich davon ab, dass der meist günstigere Nachtstrom zur Aufwärmung der Speichermaterie genutzt wird.

Da Wärmeenergie die niedrigste Form der Energie ist, liegt der Wirkungsgrad von Heizelementen bei der Umwandlung von Strom in Wärme bei 100 %. Nur die Dämmeigenschaften des nachgelagerten Speicher- und Verteilsystems definiert den Nutzungsgrad des gesamten Prozesses.

Stromheizungsarten

Im Folgenden werden die verschiedenen Stromheizungstechnologien beschrieben:

  • Heizstab (Boiler)

    Als Heizstab wird ein elektrisches Bauelement bezeichnet, das meist in einem Pufferspeicher verbaut ist und zur Temperaturregelung des Speicherwassers eingesetzt wird. Wenn der Pufferspeicher mit Heizstab ausschließlich zur dezentralen Warmwasserbereitung eingesetzt wird, wird diese Heizungsanlage auch Boiler genannt.

    Aufgrund hoher Betriebskosten resultierend aus geringer Effizienz verglichen mit anderen elektrischen Wärmeerzeugern (Heizstab: 1 kWh Strom wird in ca. 1 kWh Wärmeenergie gewandelt, Wärmepumpe: 1 kWh Strom wird in ca. die 2- bis 5-Fache Wärmeenergie gewandelt) werden Heizstäbe in Heizsystemen für Raumwärme oder kombinierte Warmwasser-Raumwärme-Erzeugung meist nur als ergänzendes Heizelement, bspw. in Kombination mit einer Wärmepumpe, eingesetzt. Mit den Heizstäben werden hohe Bedarfsschwankungen, kurzfristige Leistungsspitzen oder Anlagenausfälle abgedeckt. Dafür ist eine geringe Leistung von 2,5 bis 9 kW ausreichend. Hier kann der Heizstab auch verwendet werden, um die Trinkwasserspeichertemperatur zur Vorbeugung von Keimbildung regelmäßig kurzfristig auf rund 65 °C aufzuheizen. In Konsequenz kann der Grundlastwärmeerzeuger kleiner und damit günstiger dimensioniert werden.

    In Kombination mit Luft-Wasser-Wärmepumpen sorgt ein Heizstab ebenfalls dafür, dass die Wärmpumpe nicht überdimensioniert werden muss. Andernfalls müsste die Wärmepumpe so ausgelegt werden, dass diese auch an sehr kalten Tagen (weniger als -5 °C) weiterhin effizient Wärme bereitstellt. Denn je niedriger die Wärmequellentemperatur (hier: Außentemperatur) ist, desto geringer ist die Effizienz der Wärmpumpe. Grund ist, dass die Wärmepumpeneffizienz mit der Temperatur der Wärmequelle korreliert. Kann die Wärmepumpe kleiner dimensioniert werden, spart dies  Investitionskosten ein.

    Ist Strom aus einer eigenen PV-Anlage verfügbar, kann es auch sinnvoll sein, den Heizstab im Sommer zur Deckung des Wärmebedarfs einzusetzen. So werden die Wärmepumpe geschont, der Eigenverbrauch gesteigert und letztendlich Kosten gespart.

    Vorteile

    • Günstige Anschaffung
    • Einfache, nahezu ausfallsichere Technik

    Nachteile

    • Nicht als eigenständiges Heizsystem sinnvoll installierbar
    • Relativ hohe Betriebskosten, da Strom teurer als andere Energieträger (Öl, Gas, etc.) ist

  • Durchlauferhitzer

    Durchlauferhitzer dienen der dezentralen Erwärmung von Brauchwasser. Besonderheit der Geräte ist, dass das Wasser erst unmittelbar dann aufgeheizt wird, wenn es gezapft wird. Die minimale bis fehlende Speicherkapazität führt dazu, dass die Wärmeleistung eines Durchlauferhitzers für größere Entnahmemengen vergleichsweise hoch sein muss (marktüblich ist eine Geräteleistung von 11 bis 33 kW). Für Entnahmemengen, die über die eines Handwaschbeckens hinaus gehen, reicht die Belastbarkeit einer Haushaltssteckdose nicht aus, sodass in der Regel ein Starkstromanschluss benötigt wird.

    Der Wirkungsgrad elektrischer Durchlauferhitzer bei der Wandlung von Strom in Wärmeenergie beträgt annähernd 100 % (Gasdurchlauferhitzer weisen hingegen nur einen Wirkungsgrad von 75 bis 85 % auf), da ausschließlich Abstrahlverluste des Gerätes und der Leitung entstehen.

    Elektrische Durchlauferhitzer werden auf Basis ihrer Steuerung unterschieden. Es gibt hydraulische, elektronische und vollelektronische Durchlauferhitzer.

    Hydraulische Durchlauferhitzer

    Bei diesen Geräten wird die Temperatur durch die Wasserdurchflussmenge bestimmt. Wird eine hohe Wassermenge zeitglich entnommen, kann dies dazu führen, dass der Durchlauferhitzer das Wasser nicht mehr wie gewünscht erwärmt. Andererseits ist eine Mindestentnahmemenge (rund 8 l/m) an einer Zapfstelle erforderlich, damit sich der Durchlauferhitzer überhaupt einschaltet. Diese Eigenschaft verträgt sich in der Regel schlecht mit Sparaufsätzen für Wasserhähne oder Duschköpfe.

    Elektronische Durchlauferhitzer

    Ist der Durchlauferhitzer elektronisch gesteuert, ermöglicht dies eine stufenlose und damit direkte und genaue Temperatureinstellung und damit einen hohen Komfort. Wenn kein kaltes Wasser beigemischt werden muss, ist diese Bauform ideal. Gegenüber hydraulischen sparen elektronische Durchlauferhitzer bis zu 30 % Energie.

    Vollelektronische Durchlauferhitzer

    Die vollelektronische Steuerung führt dazu, dass die Effizienz dieser Bauform am höchsten ist. Das eingebaute Motorventil ermöglicht, dass auch unter Volllast weiterhin die gewünschte Wassertemperatur durch Absenkung des Wasserdurchflusses erreicht wird. Vollelektronische Durchlauferhitzer sind jedoch teurer. Das Schema in diesem Infokasten zeigt einen vollelektronischen Durchlauferhitzer.

    Vorteile

    • Sinnvoll bei sehr niedrigem Wasserverbrauch
    • Sinnvoll bei langen Brauchwasserleitungslängen
    • Erwärmen Wasser erst, wenn dieses gebraucht wird, damit ist kein Speicher notwendig und es entstehen keine Wärmeverluste
    • Die Geräte sind im Allgemeinen wartungsfrei
    • Geringere Leitungslängen und keine Umwälzpumpe erforderlich

    Nachteile

    • Hydraulische Durchlauferhitzer haben einen hohen Wasserverbrauch und sind selten mit Spar-Zubehör einsetzbar
    • Relativ hohe Betriebskosten, da Strom teurer als andere Energieträger (Öl, Gas, etc.) ist
    • Der Durchlauferhitzer sollte möglichst nah an der Zapfstelle installiert werden
    • Je nach Leistung ist ein Starkstromanschluss erforderlich

  • Infrarotheizkörper

    Mit Infrarotheizkörpern wird elektrische Energie in Wärmestrahlung zur Beheizung von Räumen gewandelt. Eine Besonderheit von Infrarotheizungen ist, dass diese nicht die umströmende Luft, sondern direkt die bestrahlte Fläche aufheizen. Dieses Wirkprinzip kann Lüftungsverluste verringern und Energieeinsparungen von bis zu 30 % ermöglichen. Die Leistungen der Heizkörper für Haushalte liegt zwischen 1 bis 2 kW bei Strahlungsflächentemperaturen von 600 bis 700 °C.

    Vorteile

    • Kompakte, günstige Bauform

    Nachteile

    • Relativ hohe Betriebskosten, da Strom teurer als andere Energieträger (Öl, Gas, etc.) ist

  • Elektro-Heizkörper/Radiatoren

    Elektroradiatoren erwärmen Luft direkt zur Raumheizung. Dafür wird mittels eines Gebläses oder durch Konvektion Raumluft über elektrische Widerstände gefördert. Typische Geräte verfügen über 1 oder 2 kW Heizleistung und sind stufenlos über Thermostate regelbar. Elektroradiatoren werden selten fest installiert und meist nur verwendet, wenn zusätzlicher Wärmebedarf besteht oder die Heizleistung nur selten benötigt wird und damit die Anschaffungskosten für ein Heizsystem nicht gerechtfertigt sind. Der Wirkungsgrad beträgt rund 98 %.

    Vorteile

    • Geringe Anschaffungskosten
    • Kompakte Abmessungen und damit flexible Einsatzmöglichkeit und leichte Installation
    • Schnelle Wärmebereitstellung

    Nachteile

    • Relativ hohe Betriebskosten, da Strom teurer als andere Energieträger (Öl, Gas, etc.) ist
    • Ventilator erzeugt unangenehmen Luftzug (wirbelt Staub auf) und Geräusche
    • Geringere Effizienz im Vergleich zu Infrarotheizkörpern, da ebenfalls für den Betrieb des Ventilators Strom benötigt wird

  • Elektrische Stromspeicherheizungen (Feststoffspeicher)

    In elektrischen Stromspeicherheizungen werden meist keramische Elemente mittels elektrisch betriebenen Heizelementen (elektrische Widerstände) auf hohe Temperaturen (bis zu 600 °C) erhitzt. Dabei erfolgt die Erwärmung häufig zu Zeiten niedriger Stromtarife. Da dies meist in der Nacht der Fall ist, werden diese Heizkörper auch als Nachtspeicherheizungen bezeichnet. Die Speicherelemente sind dabei von einer Dämmschicht umgeben, damit die Wärme bis zum folgenden Tag zwischengespeichert werden kann. Die Abgabe der Wärme an den zu beheizenden Raum erfolgt dann, indem mittels eines Lüfters kalte Luft in die Speicherheizungen eingesogen und über die Speicherelemente zurück in den Raum gefördert wird.

    Vorteile

    • Kompakte Bauform, ähnlich zu typischen Konvektor-Heizkörpern
    • Tageszeiten mit günstigem Strom (bspw. Nachtstromtarife) können genutzt werden, um das Speichermaterial aufzuheizen; zu Tageszeiten mit teurem Strom gibt nur der Speicher Wärme ab, das elektrische Heizelement muss nicht eingeschaltet werden

    Nachteile

    Relativ hohe Betriebskosten, da Strom teurer als andere Energieträger (Öl, Gas, etc.) ist

Gebäudemodernisierungsgesetz (GModG)

Für Stromdirektheizungen zur Raumheizung gelten die Vorgaben des Gebäudemodernisierungsgesetzes (GModG).

In bestehenden Gebäuden mit Wohnungen darf eine Stromdirektheizung grundsätzlich nur eingebaut werden, wenn das Gebäude die Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz nach §§ 16 und 19 GModG um mindestens 30 Prozent unterschreitet. Damit soll vermieden werden, dass in energetisch ungünstigen Gebäuden hohe Stromverbräuche und entsprechend hohe Heizkosten entstehen.

Von dieser Anforderung gibt es zwei Ausnahmen:

  • Gebäude mit höchstens zwei Wohnungen, wenn der Eigentümer eine der Wohnungen selbst bewohnt.
  • Der Austausch einer bereits vorhandenen Einzelraum-Stromdirektheizung, beispielsweise einer Nachtspeicherheizung.

Für Neubauten enthält § 46 GModG keine besondere Vorgabe für Stromdirektheizungen. Es gelten jedoch weiterhin die allgemeinen energetischen Anforderungen an neue Gebäude.

Zusätzlich können die Bundesländer weitergehende Anforderungen oder Beschränkungen für Stromdirektheizungen festlegen. Vor dem Einbau sollten daher auch die jeweils geltenden landesrechtlichen Vorgaben geprüft werden.

Kosten

Die Darstellung der Kosten ist beispielhaft und dient der Orientierung.

Investitionskosten

Die Anlagen-Investitionskosten für eine Stromdirektheizung können je nach Ausführung zwischen 3.000 und 4.000 EUR liegen. Für eine genauere Einschätzung der notwendigen Anlagen-Investitionen für Ihre persönliche Investition, wenden Sie sich an einen Energieberater oder Installateur Ihrer Wahl.

Förderung

Bei Einzelmaßnahmen im Rahmen des Bundesförderprogramms für effiziente Gebäude (BEG EM) sind Elektro-Direktheizungen, darunter Elektro-Speicherheizungen, Nachtstromspeicherheizungen, Elektro-Heizstrahler sowie Infrarot-Heizungen, nicht förderfähig.

Betriebskosten

Die jährlichen Betriebskosten für eine Stromdirektheizung können für einen Vierpersonenhaushalt in einem Einfamilienhaus mit einem Wärmebedarf von ca. 22.000 kWh grob mit 7.200 EUR kalkuliert werden. Beachten Sie, dass aufgrund abweichender Anlageneffizienz Ihrer individuellen Heizungsanlage, Schwankungen der Energieträgerpreise, Witterung, Nutzerverhalten und weiterer Faktoren Ihre realen Betriebskosten deutlich abweichen können.

Häufig gestellte Fragen

  • In welche Gebäude dürfen Stromdirektheizungen eingebaut werden?

    In bestehenden Wohngebäuden dürfen Stromdirektheizungen grundsätzlich eingebaut werden, wenn das Gebäude die Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz nach §§ 16 und 19 GModG um mindestens 30 % unterschreitet.

    Diese Anforderung gilt nicht für Gebäude mit höchstens zwei Wohnungen, von denen der Eigentümer eine Wohnung selbst bewohnt. Sie gilt außerdem nicht beim Austausch einer vorhandenen Einzelraum-Stromdirektheizung.

    Für Neubauten gelten die allgemeinen Anforderungen des GModG an die Gesamtenergieeffizienz und den baulichen Wärmeschutz. Eine pauschale 45-%-Regel für Stromdirektheizungen besteht nicht mehr.

  • Sind Stromdirektheizungen förderfähig?

    Bei Einzelmaßnahmen im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) sind Elektro-Direktheizungen, darunter Elektro-Speicherheizungen, Nachtstromspeicherheizungen, Elektro-Heizstrahler sowie Infrarot-Heizungen, nicht förderfähig.