Heizen mit Strom – Sünde oder Segen?

Lange Zeit galt das Heizen mit Strom als Sünde. Ändert sich das gerade, je mehr der Heizenergiebedarf moderner Gebäude sinkt? Zudem wird Strom im Netz immer häufiger aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen. Verlieren Wärmepumpen deshalb wieder an Bedeutung? Was können sie (noch) besser und wo stoßen sie an ihre Grenzen?

27.01.2023

Heizen mit Strom: Zum Beispiel mit einer Radiatorheizung

Foto: Bauherren-Schutzbund e.V.

Das Heizen mit Strom kann auf vielfältige Weise erfolgen. Die einfachste ist, Strom direkt in Wärme umzuwandeln. Bei dieser sogenannten Elektro-Direktheizung wird Wärme durch Elektrizität erzeugt. Die elektrische Energie durchfließt einen Leiter, der einen hohen Widerstand besitzt und sich dadurch erwärmt. Die entstandene Wärme kann zum Beispiel über ein Gebläse, das Luft durch ein Register solcher heißer Leiter drückt, direkt an den Raum abgegeben werden. Diese Leiter können auch in massiven Speichern eingearbeitet sein, beispielsweise in Steinmaterialien. Auch die sogenannten Nachtspeicheröfen, die in den sechziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts als „saubere” Alternative zu den bislang üblichen Einzelbrandöfen aufkamen, waren mit massiven Speicherkernen ausgestattet. Aus den Speichern wird die Wärme nach und nach an die Umgebung abgegeben. Elektrischen Heizleiter können zudem auch in Wand-, Decken- und Bodenflächen eingearbeitet werden, das Prinzip bleibt dasselbe. In einer anderen Variante wird die erzeugte Wärme über Radiatoren, die mit Öl gefüllt sind, an den Raum abgegeben.

Vor- und Nachteile beim Heizen mit Strom

Die Vorteile einer solchen Heizung liegen auf der Hand: Installationskosten fallen im Gegensatz zu einer wassergeführten Wärmeverteilung (Heizkörper oder Fußbodenheizungen), die einer Verrohrung des gesamten Hauses bedarf, nicht ins Gewicht. Es wird weder ein zentraler Heizungsraum noch ein Brennstofflager benötigt, kein Schornstein muss eingebaut werden. Auch die Wartungskosten für die Anlage entfallen. Der Einbau von Elektro-Flächenheizungen benötigt zudem keine zusätzlichen Aufbauhöhen, so dass auch Anforderungen an die Planung oder Konstruktion des Hauses entfallen.

Leider sind die Nachteile ebenfalls nur allzu klar: hohe Betriebskosten. Es reicht der Preisvergleich der Kilowattstunde Strom mit Öl oder Gas. Die eingesparten Investitionen beim Einbau einer Elektro-Direktheizung werden nach einer überschaubaren Anzahl von Jahren von den Betriebskosten überholt. Dies gilt auch, wenn man die Erneuerung einzelner Komponenten einer wassergeführten Heizung, die im Lebensalter eines Gebäudes notwendig wird, in die Rechnung einbezieht. Ob sich das Preisverhältnis der verschiedenen Energieträger zugunsten des zunehmend regenerativ erzeugten Stroms mittelfristig verändern wird, hängt mehr von politischen Impulsen bei der Energiewende ab, als von Fragen der technischen Machbarkeit.

Heizstrom bei Wärmepumpenanlagen

Auch Wärmepumpenanlagen heizen mit Strom. Trotz der höheren Energiepreise funktioniert dies in einem vertretbaren wirtschaftlichen Rahmen. Strom wird hier nicht – oder nur zu einem geringen Teil – direkt in Wärme umgesetzt. Vielmehr treibt er einen Elektromotor an, der in einem Verdichtungsprozess vorhandene Umweltwärme (je nach Wärmepumpenart Luft, Erde oder Wasser) auf eine zum Heizen nutzbare Temperatur „pumpt“. Durch diesen Trick ist der Einsatz des elektrischen Stromes um das Zwei- bis Vierfache geringer als bei einer Direktheizung.

Die Effizienz der jeweiligen Anlage hängt zwar auch vom Nutzerverhalten ab. Die Praxis zeigt jedoch, dass Fehler in der Auslegung und dem Zusammenbau der Komponenten vor Ort sowie mangelbehaftete Bauteile in der Herstellung zu erheblichen Einbußen führen können. Der Grund dafür liegt in der Komplexität der Anlage: Steigt die Anzahl der zusammenwirkenden Komponenten, sinkt die Fehlertoleranz des gesamten Systems. Eine stärkere Störanfälligkeit und höhere Betriebskosten können die Folge sein. Deshalb sollte eine Wärmepumpe immer von Fachleuten für den konkreten Bedarf geplant, sorgfältig hergestellt und fachgerecht eingebaut werden.

Wärmepumpenanlagen haben ihren Preis. Die Anlagenkosten schlagen im Vergleich mit einer Gasbrennwerttherme inklusive Herstellung des Gasanschlusses um mehr als das doppelte zu Buche. Zudem haben Wärmepumpen auch bei fachgerechter Ausführung ihre technischen Grenzen. Je höher das benötigte Temperaturniveau, desto niedriger die Effizienz der Anlage. Dies gilt beispielsweise für die hygienische Bereitstellung von Trinkwarmwasser oder den Einbau von Heizkörpern anstelle einer Fußbodenheizung.

Baulexikon

Wärmepumpe:Stark vereinfacht ausgedrückt funktioniert eine Wärmepumpe wie ein Kühlschrank. Während jedoch der Kühlschrank seinem Innenraum Wärme entzieht und nach außen leitet, entzieht eine Wärmepumpe dem Außenbereich Wärme und leitet diese ins Innere eines Gebäudes. Dies geschieht so: Ein Kältemittel, das bereits bei sehr niedrigen Temperaturen in einen gasförmigen Zustand übergeht, zirkuliert innerhalb der Wärmepumpe. Dabei nimmt es aus dem Wärmequellenkreislauf Wärme auf. Durch den Einsatz elektrischer Antriebsenergie wird das gasförmige Kältemittel in einem Kompressor stark verdichtet, was die Temperatur weiter steigen lässt. Im Anschluss wird das Kältemittel wieder verflüssigt. Dabei gibt es die in ihm gespeicherte Wärme an das Heizsystem des Hauses ab. Danach beginnt der Kreislauf von vorne. Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe wird durch die Jahresarbeitszahl (JAZ) und die Leistungszahl (COP) bestimmt.
Mit geringen technischen Modifikationen können Wärmepumpen auch zur Kühlung eingesetzt werden. Die Kühlleistung hängt dabei von der Betriebsweise (aktive oder passive Kühlung) des Systems ab.
Erneuerbare-Energien-Gesetz:Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) räumt den regenerativen Energiequellen Vorrang vor den konventionellen Energieressourcen ein. So fördert das Gesetzt zum Beispiel den Ausbau von Photovoltaik-, Biomasse- und Windkraftanlagen. Unter anderem regelt das EEG, dass die Energieversorgungsunternehmen den Strom aus regenerativen Energiequellen abnehmen und zu einem bestimmten Satz vergüten müssen.

Die Kombination mehrerer Wärmeerzeuger

Die grundsätzliche Idee hinter der Kombination verschiedener Wärmeerzeuger ist deren Verbindung über einen gemeinsamen Pufferspeicher, in dem die Energie in entsprechenden Temperaturschichten „eingelagert” wird. Je nach Bedarf wird aus der entsprechenden Schicht die Wärme für Heizung oder Warmwasser über einen sogenannten Wärmetauscher entnommen. Das Speicherwasser selbst verbleibt im Puffer. So kann durch den Einbau einer Solarthermieanlage – zumindest in den Monaten von April bis Oktober – die Warmwasserbereitung komplett von der Sonne übernommen werden. Photovoltaik-Elemente auf dem Dach oder an der Fassade produzieren den Strom, der ins Netz verkauft oder direkt genutzt werden kann. Ebenso kann er über den im Pufferspeicher eingebauten Heizstab als Wärme eingelagert werden – das Schlagwort lautet: Power-to-Heat. Auch ein mit Holz befeuerter Kamin, ein Pellettofen oder die Ölheizung aus dem Bestand können in diesen Speicher die produzierte Wärme einbringen.

Eine weitere Power-to-Heat Nutzung des Pufferspeichers könnte sich in naher Zukunft etablieren. Durch die regional unterschiedlich vorhandenen Kapazitäten an Windkraft- und Photovoltaikanlagen entstehen immer wieder Stromüberschüsse, die aufgrund des fehlenden Netzausbaus nicht bundesweit verteilt werden können. Stattdessen stehen Windräder still, um keine Leitungsüberlastungen zu riskieren. Statt die Abregelung der Windkraft über die EEG-Umlage teuer zu bezahlen, könnte der Verbraucher von den Überschüssen sogar profitieren. Mit Power-to-Heat könnte der überschüssige Strom, der nicht über die Region hinaus ins Netz verteilt werden kann, in private Pufferspeicher eingelagert und so der Wärmeerzeugung zugeführt werden.

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