Erfahrungen und Erkenntnisse

Für sein Einfamilienhaus hat ein Bauherr seinerzeit eine wartungsfreie Infrarotheizung und eine Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) gewählt.

Die Bilanz nach knapp zehn Jahren beeindruckt: Die Verbrauchswerte sind dauerhaft niedrig. Welche Planungsansätze auch heute noch gelten, wird im folgenden Beitrag erläutert.

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 höhere 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 etwa einem Meter der natürlichen Verschattung. Gerade in Niedrigenergie- oder Passivhäusern können solare Zugewinne einen Großteil der benötigten Wärmemenge liefern und dafür sorgen, dass das Heizsystem in den Übergangsjahreszeiten weniger arbeiten muss. Eine Infrarotheizung ist dafür ein passendes, weil schnell reagierendes Heizsystem. Eine sonst im Neubau übliche wasserführende Fußbodenheizung kann sich aufgrund ihrer Trägheit den wechselnden Bedingungen nur langsam anpassen.

Überlegungen in der Planungsphase

Der Bauherr hatte seinerzeit die Integration einer Wärmepumpe mit Fußbodenheizung in Erwägung gezogen. Ein Angebot über eine solche Anlage in Höhe von 33.000 Euro 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 etwa 12.000 Euro etwas mehr als ein Drittel der Wasserheizungs-Variante. Der Betrag setzte sich vor knapp zehn Jahren wie folgt zusammen:

• Infrarotheizung (bestehend aus 20 Elementen, inklusive Regelung) für etwa 9.000 Euro,
• Brauchwasser-Wärmepumpe für etwa 2.800 Euro.

Die Differenz zur Installation einer Wärmepumpe plus Fußbodenheizung wurde für eine 11,67-kWp-PV-Anlage eingesetzt. Sie ist in Ost-West-Richtung auf dem Carport und dem Technikraum aufgeständert, um einen hohen Eigenverbrauch zu realisieren.

Gut kalkuliert

Rein rechnerisch wurde demnach mit etwa 33.000 Euro für die Anlagentechnik ein Plus-Energie-Gebäude realisiert: Der Ertrag der PV-Anlage mit etwa 10.000 kWh/a übertraf den Energiebedarf für Heizung, Warmwasserbereitung und Haushaltsstrom von 9.000 kWh/a 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 eine überzeugende Rechnung aufmachen. 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 PV-Anlage 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 mit Wärmerückgewinnung 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. Juli 2022, kurz GEG 2023. Der Neubau-Standard wird 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 PV-Anlagen 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 Prozent des Wärmebedarfs muss aus dieser Quelle gedeckt werden.

Durch die skizzierten neuen Vorgaben wird der Heizwärmebedarf im Neubau weiter sinken – und damit verringern sich auch die Energiekosten. Aus diesen Gründen ist das „Vitramo-Prinzip“ im Neubau weiterhin sinnvoll: Die Investitionssumme wird gesplittet, ein Teil für die Anschaffung des Infrarot-Heizsystems, der andere Teil für Anlagen zur Gewinnung und Speicherung von regenerativen Energien. Das können wie im Beispiel die PV-Anlage und die Brauchwasser-Wärmepumpe sein. Eine weitere Option ist die Ergänzung der Anlage durch einen Batteriespeicher, der den Eigenverbrauch nochmals erhöht.

Objektbezogene Auslegung

Der Hersteller 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 Leistung fast zu 100 Prozent 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 den 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 unter anderem mit dem Abstrahlverhalten der Elemente 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 etwa 10 m². Zudem werden sogenannte Wärmesenken berücksichtigt, die im Bereich von Außenwänden, Fenstern oder Türen entstehen.

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 Prozent 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 der Hersteller 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 und Wärmerückgewinnung lassen sich Konzepte umsetzen, die unter relativ überschaubaren Investitionen dauerhaft niedrige Kosten sicherstellen.