Potenziale von Direktstromheizungen für die Wärmeversorgung von Gebäuden

Untersuchungsergebnisse aus dem Forschungsprojekt »IR-Bau«

Einleitung

In der Mehrzahl der heute neu errichteten Gebäude mit hoher Energieeffizienz werden Wärmepumpen – und damit Strom – als Energieträger für die Wärmeerzeugung eingesetzt. Dies lässt sich zum einen aus den im Rahmen der EffizienzhausPlus-Initiative realisierten Pilotprojekten ableiten, die zu über 80% Wärmepumpen zur Wärmebereitstellung nutzen. Zum anderen weisen auch die Länderstatistiken einen Anteil von über 50% für Wärmepumpensysteme bereits bei allen im Jahr 2018 neu gebauten Wohngebäuden auf.

Die Elektrifizierung der Wärmeversorgung ist ein deutlicher Trend, der sich auch gut in die Gesamtstrategie der zukünftigen Energieversorgung basierend auf Windstrom und Photovoltaik integriert. Wärmepumpen erreichen durch Nutzung der lokalen Umweltwärme eine besonders hohe Effizienz bei der Wärmeerzeugung. Bei einer JAZ (Jahresarbeitszahl) von 3–5 können mit einer kWh Strom 3–5 kWh Wärme erzeugt werden. Dieser Effizienzgewinn geht allerdings mit einem nicht unerheblichen materiellen und finanziellen Aufwand einher.

Zudem erhöht sich mit steigender Effizienz oft auch die Komplexität des Systems und damit auch die Fehleranfälligkeit beim Zusammenspiel der Komponenten, wie

• Wärmeerzeuger (Wärmepumpe), 
• Wärmequellenerschließung (Erdsonde, Erdkollektor, Luftwärmetauscher, Eisspeicher etc.), 
• Wärmeverteilung wasserbasiert (Verteilleitungen, Pumpen, Ventile, Druckausgleichsgefäß), 
• Wärmespeicherung (Pufferspeicher), 
• Wärmeübergabe (Fußbodenheizung, Heizkreisverteiler), 
• Regelung (Raumthermostate, Stellventile, WP-Regelung), 
• Messdatenerfassung zur Überprüfung der Effizienz und der Abrechnung, 
• Haustechnikraum.

Im Vergleich zu WP-Systemen ist eine direktelektrische Erwärmung die denkbar einfachste Art der Raumerwärmung. Hier haben vor allem im Wohnungsbau in den letzten Jahren insbesondere die sogenannten Infrarot-Heizungen (IR-Heizung) Bekanntheit erreicht. Das IR-System besteht im Wesentlichen nur aus zwei Komponenten: 

• Wärmeerzeugung (IR-Heizelemente, Installation direkt durch Bewohner möglich), 
• Regelung (Raumthermostat).

Durch die geringe Komplexität (Low-Tech) weist die IR-Heizung gegenüber klassischen Wärmepumpenvarianten einige Vorteile in ökologischer und ökonomischer Hinsicht auf:

• vergleichsweise sehr geringe Anfangsinvestitionskosten,
• vergleichsweise sehr geringer Materialaufwand (graue Energie), 
• keine Leitungs- und Speicherverluste,
• kein Hilfsenergiebedarf, 
• geringer Energieaufwand für Installation, Wartung, Instandhaltung und Entsorgung, 
• geringe Störanfälligkeit (Resilienz),
• lange Lebensdauer, 
• einfache Umbau- / Nachrüstbarkeit, 
• sehr flexible, schnelle und unmittelbare raum- oder zonenweise Kontrolle der Funktion und Leistung des Systems durch den Nutzer,
• keine Wärmemengenzähler, Messdatenerfassung und Abrechnung erforderlich.

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