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Heizlösung: Stromheizungen

In Stromheizungen 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

GEG

  • Stromdirektheizungen zur Bereitstellung von Raumwärme

    Stromdirektheizungen sind unter bestimmten Voraussetzungen GEG-konform und bedürfen dann keines rechnerischen Nachweises nach § 71 Abs. 2 S. 2 GEG. Dabei wird zwischen Neubau- und Bestandsgebäuden unterschieden und teilweise Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz gestellt. So soll sichergestellt werden, dass nicht zu hohe Strommengen zur Deckung des Wärmebedarfs und damit auch Kosten anfallen.

    Neubauten müssen in der Regel die Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz nach §§ 16 und 19 GEG um mindestens 45 % unterschreiten, außerdem muss eine nach § 88 GEG berechtigte Person die Einhaltung dieser Anforderung überprüfen.

    Ähnliches greift auch für Bestandsgebäude: Die Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz nach §§ 16 und 19 müssen in der Regel um mindestens 30 % unterschritten werden. Falls eine Heizungsanlage mit Wasser als Wärmeträger bereits im Gebäude besteht und eine Stromdirektheizung eingebaut werden soll, müssen die Anforderungen um mindestens 45 % unterschritten werden. Auch hier muss eine nach § 88 GEG berechtigte Person die Einhaltung dieser Anforderungen überprüfen.

    Stromdirektheizungen in Gebäuden (Bestand sowie Neubau), in denen ein dezentrales Heizungssystem zur Beheizung von Gebäudezonen mit einer Raumhöhe von mehr als 4 Metern eingebaut oder aufgestellt wird, müssen hingegen keine Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz erfüllen. Ebenso gilt dies für Stromdirektheizungen in Wohngebäuden (Bestand sowie Neubau) mit nicht mehr als 2 Wohnungen, von denen der Eigentümer eine Wohnung selbst bewohnt.

    In Bestandsgebäuden ist zudem der unmittelbare Austausch von Stromdirektheizungen zur Einzelraumbeheizung (hierbei dürfte es sich regelmäßig um Nachtspeicherheizungen handeln) GEG-konform und bedarf keinem rechnerischen Nachweis.

  • Elektrische Warmwasserbereitung

    Wird zur dezentralen Warmwasseraufbereitung, unabhängig von der Raumwärmeerzeugung, ein elektrischer Durchlauferhitzer verwendet, so ist für die direkte GEG-Konformität mindestens eine elektronische Regelung erforderlich. Die Verwendung eines Durchlauferhitzers mit hydraulischer Regelung erfordert den rechnerischen Nachweis nach § 71 Abs. 2 S. 2 GEG. Andere elektrische Warmwasseraufbereitungsgeräte (bspw. Boiler) zur dezentralen, unabhängigen Versorgung sind nicht durch das GEG eingeschränkt.

    Erfolgt die Warmwasserbereitung zentral, elektrisch muss ein rechnerischer Nachweis geführt werden, außer die Erwärmung des Wassers erfolgt mittels einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe.

Kosten

Die Darstellung der Kosten ist beispielhaft und dient der Orientierung. Bitte beachten Sie unsere Hinweise und Disclaimer dazu auf der Seite Kosten und Förderung.

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

  • 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.

  • In welche Gebäude dürfen Stromdirektheizungen eingebaut werden?

    Sofern es sich nicht um Gebäude:

    • mit nicht mehr als zwei Wohnungen, von denen der Eigentümer eine selbst bewohnt, oder
    • mit Räumen mit einer Deckenhöhe über 4 m, die dezentral beheizt werden sollen, oder
    • mit bestehender Einzelraum-Stromdirektheizung, die gegen eine andere Stromdirektheizung ausgetauscht werden soll, handelt,

    sind bestimmte Dämmstandards zu erfüllen.

    Konkret müssen die Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz (nach §§ 16 und 19 GEG) um folgende Werte unterschritten werden:

    • 45 % im Neubau sowie im Bestand mit Heizung mit Wasser als Wärmeträger, bzw.
    • 30 % im sonstigen Bestand.
  • Welche Stromheizungen sind vom GEG umfasst?

    Stromheizungen zur unmittelbaren Erwärmung von Räumen

    Im Gebäudeenergiegesetz (GEG) sind Stromdirektheizungen als Geräte definiert, die Raumwärme mittels eines elektrischen Widerstands erzeugen. Diese Geräte können auch mit einem Wärmespeicher kombiniert sein. Hierzu zählen beispielsweise Nachtspeicherheizungen und manche elektrische Infrarotheizkörper. 

     

    Stromheizungen zur Erwärmung von Warmwasser

    Streng genommen sind Boiler und Durchlauferhitzer keine Stromdirektheizungen und somit auch nicht in der Erfüllungsoption gemäß § 71 Abs. 3 GEG erfasst. Allerdings sind Boiler, sofern die Warmwasserbereitung dezentral und unabhängig von der Raumwärmeerzeugung erfolgt, GEG-konform. Für Durchlauferhitzer gilt dies bei dezentraler, unabhängiger Warmwasserbereitung nur für elektronisch geregelter Durchlauferhitzer. Bei zentraler, elektrischer Warmwasserbereitung – abgesehen von Wärmepumpenlösungen – müsste hingegen ein rechnerischer Nachweis nach DIN V 18599-5:2018-09 erfolgen. 

  • Was gilt es bei Stromdirektheizungen besonders zu beachten?

    Landesrecht

    Laut Gebäudeenergiegesetz (GEG) ist es Bundesländern gestattet, detaillierte Anforderungen oder gar Beschränkungen für Stromdirektheizungen mittels Landesrecht zu definieren. Planen Sie die Beheizung ihres Gebäudes mit einer Stromdirektheizung, müssen Sie dementsprechend auch auf lokal geltende, landesrechtliche Regelungen achten. 

     

    Ggf. keine “steckerfähigen” Geräte

    Im Rahmen des Gesetzgebungsprozesses wurde ergänzend zum eigentlichen Gesetzesentwurf ausgeführt, dass unter Stromdirektheizungen gemäß GEG mit dem Gebäude verbundene Geräte verstanden werden. Dies würde ausschließen, dass Stromdirektheizungen mit Steckdosenanschluss GEG-konform sind. Eine solche Einschränkung ist dem geltenden Gesetzestext nicht entnehmbar. Denkbar ist jedoch, dass sich Gerichte an der intendierten Definition orientieren.