Infrarotheizung im Niedrigenergiehaus kombiniert mit PV-Anlage
Der Neubau wurde im Jahr 2013 im Niedrigenergiestandard in Baden-Württemberg erstellt. Das mit mineralwollverfüllten 36,5er Ziegelsteinen in Massivbausweise gebaute Wohnhaus wurde konsequent nach Süden ausgerichtet. Die Wohnräume sind ebenfalls nach Süden angeordnet und mit großen Glasflächen versehen. Die Fenster wurden an der Südseite 2-fach (zur Erlangung solarer Zugewinne in den Wintermonaten) und an den restlichen Seiten 3-fach verglast. Ein dem Gebäude vorgesetzter „Rahmen“ mit rd. 1m Vorsprung sorgt in den Sommermonaten für eine natürliche Verschattung.
Infrarot-Alleinheizung im Einfamilienhaus
Erfahrungen und Erkenntnisse
Für sein Einfamilienhaus hat ein Bauherr seinerzeit eine wartungsfreie Infrarotheizung und eine Photovoltaikanlage gewählt. Die Bilanz nach knapp zehn Jahren beeindruckt: Die Verbrauchswerte sind dauerhaft niedrig. Welche Planungsansätze auch heute noch gelten, wird hier erläutert.
Niedrigenergie-Standard als Ausgangspunkt
Der Neubau im Baden-Württembergischen Buchen entstand im Jahr 2013 in Niedrigenergiebauweise und hat eine Wohnfläche von 164 m². Das aus mit Mineralwolle verfüllten 36,5er Ziegelsteinen errichtete Wohnhaus verfügt über eine dezentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und ist nach Süden ausgerichtet. Dementsprechend sind auch die Wohnräume angeordnet und mit großen Glasflächen versehen. Auf der Sonnenseite sind die Fenster 2-fach verglast, um in den Wintermonaten solare Zugewinne zu erzielen. An den anderen Gebäudeseiten wählte man eine 3-fach-Verglasung. An klaren Wintertagen bewirkt die Sonneneinstrahlung auf der Südseite eine teils erhebliche Wärmezufuhr. Im Sommer dient ein Dachüberstand von ca. einem Meter der natürlichen Verschattung.
Gerade in Niedrigenergie- oder Passivhäusern können solare Zugewinne einen Großteil der benötigten Wärmeenergie liefern und dafür sorgen, dass das Heizsystem in den Übergangsjahreszeiten weniger arbeiten muss. Eine Infrarotheizung mit Komponenten des Herstellers Vitramo ist dafür das passende, weil schnell reagierende Heizsystem. Eine sonst im Neubau übliche Fußbodenheizung kann sich aufgrund ihrer Trägheit den wechselnden Bedingungen nur langsam anpassen.
Das Video:
Überlegungen in der Planungsphase
Der Bauherr hatte die Integration einer Wärmepumpe mit Fußbodenheizung durchaus in Erwägung gezogen. Ein Angebot über eine solche Anlage in Höhe von 33.000 € lag ihm vor, entsprechend der Heizlast von knapp 8 kW. Doch er kalkulierte auch noch eine elektrische Infrarotheizung als Alternative durch und entschied sich letztlich für diese Lösung. Die Kosten dafür betrugen mit 12.000 € etwas mehr als ein Drittel der Wasserheizungs-Variante. Der Betrag setzte sich vor knapp zehn Jahren wie folgt zusammen:
» Vitramo-Infrarotheizung (bestehend aus 20 Elementen inklusive Regelung) für ca. 9.000 €
» Brauchwasser-Wärmepumpe für ca. 2.800 €
Die Differenz zur Installation einer Wärmepumpe plus Fußbodenheizung wurde für eine 11,67-kWp-Photovoltaikanlage eingesetzt. Sie ist in Ost-West-Richtung auf dem Carport und dem Technikraum aufgeständert, um einen hohen Eigenverbrauch zu realisieren. Unterm Strich kam demnach dieselbe Investitionssumme heraus.
Gut kalkuliert
Rein rechnerisch wurde mit ca. 33.000 € ein Plus-Energie-Gebäude realisiert: Der Ertrag der PV-Anlage mit ca. 10.000 kWh übertraf den Energiebedarf für Heizung, Warmwasserbereitung und Haushaltsstrom von 9.000 kWh um 1.000 kWh, bei einem Eigenverbrauch von etwa 1.550 kWh. Die Einspeisevergütung, die sich aus überschüssig erzeugten Kilowattstunden im Sommer ergibt, hat laut Bauherr in den vergangenen Jahren immer die Verbrauchskosten der Infrarotheizung gedeckt. Zudem werden die Verbrauchskosten für die Warmwasserbereitung und den Haushaltsstrom durch den Eigenverbrauch drastisch reduziert.
Exemplarisch für das Jahr 2020 lässt sich folgende Rechnung aufmachen:
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Verbrauch und Kosten |
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Verbrauch für die Heizung |
5.216 kWh |
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Verbrauch pro m² |
32 kWh |
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Kosten |
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1.248 € |
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Ertrag der PV-Anlage |
10.396 kWh |
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Davon Einspeisung |
8.845 kWh |
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Eigenverbrauch |
1.551 kWh |
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Einspeisevergütung |
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1.319 € |
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Erwirtschaftetes Plus |
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71 € |
Nimmt man den Eigenverbrauch mit in die Rechnung, wird der Mehrertrag noch deutlich höher.
Energetische Einordnung
Durch die Energiekrise und die starke Erhöhung der Gas- und Strompreise richtet sich der Blick heute noch stärker auf die Effizienz und die Kosten von Heizsystemen. Für Infrarot-Heizelemente sind zwei Ansätze zu unterscheiden: die Interimslösung und die dauerhafte Nutzung. Hier wird auf die langfristige Heizung mit Infrarot geblickt. Der niedrige Heizwärmebedarf von Effizienzhäusern, die geringen Anschaffungskosten und die Förderfähigkeit des technischen Anlagenkonzeptes rücken die Infrarotheizung immer stärker in den Fokus. Denn im Verbund mit einer Photovoltaikanlage und einer Brauchwasser-Wärmepumpe wie im vorliegenden Beispiel gewinnt die Vitramo-Infrarotheizung den Gesamtheizkostenvergleich bereits im Wohngebäude nach KfW-Effizienzhaus-Standard 55. Unabhängig von der Art der Beheizung wird eine kontrollierte Wohnraumlüftung vorausgesetzt.
Zudem wird es im Rahmen der gesetzlichen Vorgaben für den Gebäudestandard ab 2023 erneut eine Anpassung geben. Dann gilt die Novelle des Gebäudeenergiegesetzes vom 28.07.2022, kurz GEG 2023. Der Neubau-Standard wird dann bezüglich der Primärenergie vom Effizienzhaus 75 auf 55 erhöht. Des Weiteren wird das Anrechnen von Strom aus erneuerbaren Energien auf den Jahres-Primärenergiebedarf vereinfacht. Damit soll der Ausbau von Photovoltaikanlagen beschleunigt werden. Gebäudenah erzeugter Strom, also über die PV-Anlage auf dem Dach und/oder an der Fassade, wird zur Erfüllung des GEG herangezogen. Mindestens 15 % des Wärmebedarfs muss aus dieser Quelle gedeckt werden.
Auswirkungen auf den Heizwärmebedarf
Durch die skizzierten neuen Vorgaben wird der Heizwärmebedarf im Neubau sinken – und damit verringern sich auch die Energiekosten. Diese ließen sich durch aufwendige und teure (Wärmepumpen)-Heiztechnik noch zusätzlich senken. Aber genau gerechnet wäre die erreichte reale Einsparung pro Jahr so gering, dass sich der finanzielle Mehraufwand zur Anschaffung einer teureren Heizanlage erst nach Jahrzehnten amortisiert hätte. Bis dahin wäre die Anlage gegebenenfalls schon wieder erneuerungsbedürftig.
Aus diesen Gründen ist das Vitramo-Prinzip im Neubau weiterhin sinnvoll: Die Investitionssumme wird gesplittet, ein Teil für die Anschaffung des zukunftssicheren Infrarot-Heizsystems, der andere Teil für Anlagen zur Gewinnung und Speicherung von regenerativen Energien. Das können wie im Beispiel die Photovoltaikanlage und die Brauchwasser-Wärmepumpe sein. Eine weitere Option ist die Ergänzung der Anlage durch einen Batteriespeicher, der den Eigenverbrauch nochmals erhöht.
Objektbezogene Auslegung
Vitramo kann zunächst auf der Basis von Eckdaten eine Einschätzung dazu liefern, ob die Infrarotheizung zum Gebäude passt. Mit Angaben zur Gebäudehülle, zur Heizlast und den Raumgrößen lässt sich feststellen, welche Heizelemente notwendig sind. Sie setzen die elektrische Energie fast zu 100 % in Wärme um, daher entspricht die Wattangabe eines Elements der Nennwärmeleistung die zur Deckung der Normheizlast beiträgt. Um das System optimal auszulegen, wird es bei Bedarf individuellen Gegebenheiten angepasst. Dazu erfolgt, abhängig von der Größe und Nutzung der Räume, eine Einteilung in Bedarfszonen und Heizbereiche.
Die zu installierende Nennwärmeleistung wird so im Raum verteilt, dass sich die Raumoberflächen gleichmäßig erwärmen. In der Regel ist es sinnvoller, mehrere kleinere Heizelemente einzusetzen als ein größeres. Dies hängt u. a. mit dem Abstrahlverhalten der Heizelemente zusammen. Der Wirkungsbereich ist mit einem Kegel vergleichbar, dessen Spitze das Element an der Decke bildet. Bei einer durchschnittlichen Raumhöhe von 2,5 m ergibt sich eine angestrahlte Fläche von ca. 10 m². Zudem werden sogenannte Wärmesenken berücksichtigt, die im Bereich von Außenwänden, Fenstern oder Türen entstehen.
Ökodesign-Richtlinie und Regelung
Die umweltgerechte Gestaltung von Einzelraumheizgeräten wird durch die Verordnung (EU) 2015/1188 bestimmt. Um die Ökodesign-Richtlinie erfüllen zu können, müssen auch die Infrarot-Heizelemente einen bestimmten Raumheizungs-Jahresnutzungsgrad erreichen. Dazu werden in der Verordnung folgende Angaben gemacht: „Der Raumheizungs-Jahresnutzungsgrad von ortsfesten elektrischen Einzelraumheizgeräten mit einer Nennwärmeleistung von mehr als 250 W muss mindestens 38 % betragen.“
Ergänzt werden die Infrarot-Heizelemente mit raumtemperaturgeführten Reglern. Vitramo stellt verschiedene Ausführungen zur Verfügung, etwa drahtlose Raumthermostate. Sie bestehen aus Funkempfängern und digitalen Fernbedienteilen. Letztere nutzen ein beleuchtetes grafisches Display, um die Temperatur, individuelle Tagespläne oder Betriebsmodi einzustellen. Des Weiteren gibt es mehrere drahtgeführte Raumthermostate, digitale Steuerungen und Lastrelais sowie Fensterkontakte und Fernbedienoptionen (Gateways). Welche Komponenten benötigt werden, ermittelt Vitramo anhand der Pläne und stellt eine Geräteliste zusammen.
Fazit
Die Erfahrungen aus dem vorgestellten Bauprojekt zeigen eindrucksvoll, welche Möglichkeiten im Einsatz von Infrarot-Heizelementen stecken. In Verbindung mit selbst erzeugtem Strom lassen sich Konzepte umsetzen, die unter relativ überschaubaren Investitionen dauerhaft niedrige Kosten sicherstellen. Dabei können Planer und Bauherren auf die Unterstützung durch den Hersteller zurückgreifen.