Laut Heizungsgesetz sollen ab 2024 neu installierte Heizungen zu mindestens 65 Prozent mit erneuerbaren Energien betrieben werden. Dafür bieten sich unter anderem Stromdirektheizungen an. Dazu zählen Infrarotheizungen, die vielen als Stand-alone-Systeme in wenig genutzten Räumen bekannt sind.
Dass Infrarotheizungen weit mehr leisten können und welche Rolle sie in der künftigen Wärmeversorgung im Neubau und Bestand spielen können, darum drehte es sich auf der Konferenz „Die Infrarotheizung im Wohnungsbau“ im Frühsommer 2023 in Würzburg. Die Referenten aus Wissenschaft und Praxis zeigten, dass Infrarotheizungen unter bestimmten Voraussetzungen eine wesentliche Säule im energetischen Gebäudekonzept sein können und die Energiewende beschleunigen.
Erst runder Tisch, jetzt Konferenz
Entstanden ist die Konferenz aus dem runden Tisch, zu dem der Branchenverband IG Infrarot Deutschland 2021 und 2022 eingeladen hat. Zusätzlich zu dieser Plattform wollte die IG Infrarot auch anderen Branchen die Möglichkeit geben, sich über das Potenzial und die Anwendungen von Infrarotheizungen zu informieren. Dieses Angebot wurde genutzt: Unter den 80 Teilnehmern der Konferenz im Mai waren Fachleute aus der Heizungsbranche, Wissenschaftler, Fachplaner, Vertreter von Wohnungsunternehmen und anderer Industriezweige wie Regelungstechnik. Sie kamen aus Deutschland, Österreich, der Schweiz und den Niederlanden.
Viele Besitzer sind ratlos
Die Regelungen liegen nun auf dem Tisch, der Bundestag hat das Heizungsgesetz verabschiedet. Dennoch sind viele Immobilienbesitzer ratlos, wie sie die 65-Prozent-Vorgabe umsetzen können. Infrarotheizungen bieten sich dafür an, wenn sie mit Ökostrom betrieben werden. Sie können allein oder im Verbund mit anderen Wärmeerzeugern sämtliche zu beheizenden Räume in neuen oder zu sanierenden Wohngebäuden mit Wärme versorgen.
Professor Bert Oschatz leitet das Institut für Technische Gebäudeausrüstung (ITG) in Dresden. Bereits seit 1994 beschäftigt er sich mit den unterschiedlichen Möglichkeiten der Wärmebereitstellung. Er stellte fest: Dass Infrarotheizungen aktuell im Fokus stehen, ist neu. Der Wissenschaftler ging in seinem Vortrag auf die Rolle von Infrarotheizungen bei der zukünftigen Wärmeversorgung von Wohngebäuden ein. Unter anderem erläuterte er die Erfüllungsoptionen zum Erreichen des 65-Prozent-Zieles im Heizungsgesetz 2024. Eine Option sind Stromdirektheizungen und somit Infrarotheizungen.
Strenge Vorgaben erfüllen
Wegen der Einschränkungen für Bestandsgebäude in Bezug auf den Wärmeschutz sieht Oschatz künftige Anwendungen von Infrarotheizungen als alleiniges Heizungssystem vor allem im Neubau. Zusammen mit einer Photovoltaikanlage und baulichem Wärmeschutz lassen sich damit die strengen Vorgaben erfüllen.
Wie Infrarotheizungen zur Dekarbonisierung in Bestandsgebäuden beitragen können, war das Thema von Professor Joachim Seifert vom Institut für Energietechnik an der Technischen Universität Dresden. Er stellte erstmals die Ergebnisse der technischen Studie „Bewertung von Infrarotheizungen als Spitzenlastabdeckung“ vor, welche die IG Infrarot Deutschland in Auftrag gegeben hatte.
Sanierung eines Einfamilienhauses
Die Wissenschaftler haben untersucht, ob ein wasserführendes Heizsystem mit hohen Vorlauftemperaturen durch die Kombination mit einer Infrarotheizung für den Betrieb mit einer Wärmepumpe mit niedrigen Temperaturen ertüchtigt werden kann. Anders ausgedrückt, ob fehlende Heizleistung der Radiatoren durch Infrarotheizungen ersetzt werden kann.
Um den Gebäudebestand in Deutschland repräsentativ abzubilden, simulierten die Wissenschaftler ein Einfamilienhaus mit 160 Quadratmetern beheizter Nutzfläche, Wärmedämmstandard nach Wärmeschutzverordnung 95, Gas-Niedertemperaturkessel sowie Heizkörper für die Wärmeübergabe. Davon ausgehend, reduzierten sie die Vorlauftemperatur der Gasheizung, senkten die Heizkurve und deckten die Spitzenlasten in sieben von zehn Räumen mit Infrarotheizungen.
Dekarbonisierung mit überschaubarem Aufwand
In der nächsten Variante wurde der Niedertemperaturkessel durch eine klein dimensionierte Luft-Wasser-Wärmepumpe ersetzt. Anschließend wurde in der Untersuchung mit der Kombination Wärmepumpe und Infrarotheizung geheizt.
An der Dimensionierung der Heizkörper und am Dämmstandard nahmen die Wissenschaftler keine Änderungen vor. Auf dieser Basis wurden die Varianten verglichen und der Endenergiebedarf ermittelt. „Technisch ist es eine Option, ganz klar“, lautete das Fazit von Professor Seifert. Die Umstellung von einer Gasheizung zu einem multivalenten System mit Infrarotheizung sei eine Möglichkeit, die Wärmeversorgung im Bestandsgebäude zu dekarbonisieren.
Pekohaus: Infrarotheizung und Photovoltaik
Der Wissenschaftler Peter Kosack hat viele Jahre an der Technischen Universität in Kaiserslautern gelehrt. Mit Renteneintritt 2021 gründete er sein eigenes Forschungsinstitut für Gebäudeenergietechnik. Kosack stellte das von ihm entwickelte Pekohaus vor. Die Abkürzung steht für Plus-Energie-komplett-optimiert-Haus.
Kosack betonte, dass es bei der Wärmewende darum gehe, den Import von Energie wie Gas und Öl im Gebäude zu reduzieren, und weniger darum, den Verbrauch zu senken. „Einsparen hat einen Haken: Wir haben eine Einspargrenze“, urteilte er. „Damit bleibt die Energiebilanz immer negativ. Das muss man mit eigenerzeugter Energie ausgleichen.“
Mit einer Photovoltaikanlage könne fast jedes Gebäude in Deutschland – bilanziell betrachtet – zum Plusenergiehaus werden. Energieautonomie sei nur durch die eigene Erzeugung von Energie möglich.
Vier Varianten durchgerechnet
Kosack erläuterte vier Varianten seines Pekohaus-Konzeptes, wobei Photovoltaik und Infrarotheizung in drei Varianten enthalten sind. Ergänzt werden sie in der Warmwasserbereitung mit einem Durchlauferhitzer, einem Warmwasserboiler, einer Warmwasser-Wärmepumpe oder einer Wärmepumpe für Warmwasser und zusätzliche Heizungsunterstützung.
Die vierte Variante kombiniert die Photovoltaik mit einer Wärmepumpe für die komplette Raumheizung und Warmwasserbereitung. Die vier Varianten untersuchte er im Hinblick auf die Kosten und die Energiebilanz. „Eine Infrarotheizung in Kombination mit Photovoltaik ist im Neubau die beste Lösung“, lautete sein Fazit. Für ein Bestandsgebäude empfahl er eine Infrarotheizung zur Spitzenlastabdeckung und eine Wärmepumpe für die Grundlast kombiniert mit einer Photovoltaikanlage.
Flatrate für die Mieter
Die Vorträge aus der Praxis eröffnete Professor Timo Leukefeld. Der bekannte Energieexperte hat mittlerweile für zahlreiche Mehrfamilienhäuser und Gewerbeimmobilien ein Energiekonzept mit Photovoltaik, Stromspeicher, einem Autarkieboiler und Infrarotheizung mit hoher Energieautarkie geplant. Basierend auf der hohen solaren Deckung von mindestens 50 Prozent empfiehlt er Vermietern, eine Pauschalmiete mit Energieflatrate anzubieten.
Durch den hohen solaren Anteil in der Versorgung mit Wärme und Strom seien die Energiekosten langfristig niedrig und planbar. Für die Vermieter selbst reduziere sich der Aufwand für die Nebenkostenabrechnungen drastisch.
Mehrfamilienhäuser im Spreewald
Pionier war die Lübbener Wohnungsbaugesellschaft, die seit 2020 im Spreewald zwei energieautarke Mehrfamilienhäuser mit jeweils sieben Wohnungen und einem Energiekonzept von Leukefeld gebaut hat. Fünf Mehrfamilienhäuser mit jeweils sieben Wohnungen folgten in Unna. Bauherr ist die Unnaer Kreis-Bau- und Siedlungsgesellschaft. Dazu kamen Energiekonzepte mit Photovoltaik und Infrarotheizung für eine Bäckerei, ein Rechenzentrum, Bürogebäude und eine Feuerwache. Sein Ziel sei die radikale Enttechnisierung, betonte Leukefeld. Er empfahl: „Kabel statt Rohre“.
Auch für die Sanierung eines Plattenbaus aus der DDR zum energieautarken Mehrfamilienhaus in Aschersleben in Sachsen-Anhalt hat er das Energiekonzept entwickelt. Mit Photovoltaik auf dem Dach und an der Fassade werden laut Simulation 55 bis 60 Prozent des Energiebedarfs für Heizung, Warmwasser und Haushaltsstrom solar gedeckt.
Bezahlbarer Wohnraum in der DDR-Platte
Dieses Bauvorhaben stellte Mike Eley näher vor, Geschäftsführer der Ascherslebener Gebäude- und Wohnungsgesellschaft (AGW). 1973 wurde der Plattenbau erstmals bezogen. Knapp 50 Jahre später stand der komplette Abbruch zur Diskussion.
Die AGW entschied sich dagegen, weil sie keine Ressourcen in Form von Baustoffen vernichten wollte, die mit hohem Energieaufwand und CO2-Emissionen entstanden. Stattdessen sollte moderner, bezahlbarer Wohnraum entstehen.
Kaum wiederzuerkennen
Nach der Sanierung ist das Gebäude kaum wiederzuerkennen. Zwei Etagen wurden abgetragen und ein Eingang entfernt. Auf dem Gebäude wurde ein Pultdach errichtet, das mit seiner Neigung und Ausrichtung optimal für die Solarstromerzeugung ist. Dort, aber auch an den Fassaden gen Süden, Osten und Westen stromen Photovoltaikanlagen mit insgesamt 184 Kilowatt Solarleistung.
Die Wärme für die 22 Wohnungen auf vier Etagen erzeugen Infrarotheizungen. Für die Warmwasserbereitung sind Warmwasserboiler mit 200-Liter-Pufferspeichern installiert.
Pauschale Miete inklusive Energiekosten
Die Mieter zahlen eine Pauschalmiete, welche die Kaltmiete, Heizung, Warm- und Kaltwasser, Strom und die kalten Betriebskosten beinhaltet. Mieter, die ihre Wohnungen zu Fuß erreichen, zahlen 11,50 Euro pro Quadratmeter. Für die Mieter der Wohnungen, die über die Aufzüge zugänglich sind, liegt die Pauschalmiete bei zwölf Euro je Quadratmeter.
Der Strombedarf wurde mit einem durchschnittlichen Wert von 2.000 bis 2.500 Kilowattstunden pro Wohnung und Jahr angesetzt. Die AGW plant bereits, zwei weitere Plattenbauten mit dem gleichen Energiekonzept zu sanieren.
Wohnprojekt K76 in Darmstadt
Während die Mieter in Aschersleben im Frühjahr 2023 eingezogen sind, sammelt Thomas Lückgen schon seit fünf Jahren Erfahrungen in einem Haus mit Infrarotheizung. Lückgen ist Architekt und einer von vier Gründern des Darmstädter Architekturbüros Werkum. Er hat aber auch den Genossenschaftswohnungsbau K76 in Darmstadt geplant, ist Mitglied in der Wohnungsgenossenschaft, die für das Bauvorhaben gegründet wurde, und wohnt selbst in einer Wohnung.
14 Wohnungen und eine Gemeinschaftswohnung gibt es in dem Gebäude, in dem aktuell 42 Bewohner leben. „In den 80er-Jahren galt das Nur-Strom-Haus als No-Go“, sagte Lückgen. „Und es ist immer noch schwierig für Architekten, in die neue Denke eines Direktstromkonzepts reinzukommen.“ Er moniert, dass entsprechende Unterstützung von Fachplanern und Energieberatern fehle.
Eine durchschnittlich gedämmte, kompakte Gebäudehülle mit hohem Glasanteil sorgt für niedrigen Wärmebedarf. Auf dem Dach des K76 sind Photovoltaikmodule installiert, der Strompreis für die Bewohner liegt unter 30 Cent je Kilowattstunde. In den Wohnungen befinden sich Infrarotheizungen für die Heizung und Durchlauferhitzer für warmes Wasser.
Anstelle der Durchlauferhitzer würde Lückgen heute Warmwasserspeicher wählen, da sie besser von der Photovoltaikanlage bedient werden könnten. „Die Lüftungsanlage mussten wir bauen“, erzählt er. „Aber ich bin überzeugt, dass wir sie nicht gebraucht hätten.“
Ein Reihenmittelhaus von 1988
Den Abschluss machte Dirk Bornhorst, Inhaber des Planungsbüros IR Integration. Er ist zugleich Gesellschafter von Elio und sitzt im Vorstand der IG Infrarot. Er berichtete von einem Projekt in Stockach am Bodensee, das im Sommer 2022 umgesetzt und parallel zur Studie der TU Dresden messtechnisch begleitet wurde.
Das Reihenmittelhaus mit 157 Quadratmeter beheizter Fläche wurde 1988 gebaut und 1994 von dem jetzigen Besitzer und seiner Familie bezogen. Seither erfasst der Elektroingenieur die Verbrauchsdaten in täglicher Auflösung. So kann er nachvollziehen, wie sich die schrittweise Umstellung seiner Wärmeversorgung auswirkt.
Gastherme auf Grundlast reduziert
Die Gas-Brennwerttherme von 2014 deckt seit dem Herbst vergangenen Jahres nur noch die Grundlast. In sieben von elf Räumen wurden Infrarotheizungen installiert, die für Wärme sorgen, wenn die Räume genutzt werden. Für das Brauchwasser wurde eine kleine Warmwasser-Wärmepumpe installiert, die seit April 2022 in Betrieb ist.
Seit Oktober 2022 läuft das Gasbrennwertgerät in Kombination mit dem Infrarotheizsystem. So konnten die Bewohner mit niedrigen Investitionskosten ihren Gasverbrauch reduzieren.
Mit Photovoltaikanlagen auf dem Dach und an der Südfassade wollen sie demnächst sauberen Strom für das Haus erzeugen. „Während sich der Strombedarf um circa 2.000 Kilowattstunden erhöhte, sank der Gasbedarf um etwa 50 Prozent auf 8.000 Kilowattstunden“, berichtete Bornhorst.
Foto: Vitramo
Foto: Vitramo
Foto: FG Infrarot
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IG Infrarot Deutschland e. V.
Infrarotheizung als Option im Gebäudeenergiegesetz
Das novellierte Gebäudeenergiegesetz (GEG – umgangssprachlich Heizungsgesetz) ist verabschiedet. Für Immobilienbesitzer stellt sich früher oder später die Frage, für welches der künftig erlaubten Heizsysteme sie sich entscheiden sollen. Eine der Erfüllungsoptionen im GEG, das 2024 in Kraft tritt, sind Stromdirektheizungen wie Infrarotheizgeräte.
Diese etablieren sich derzeit immer mehr als Komponente im Gesamtheizsystem in Gebäuden. Sowohl für den Neubau als auch für bestehende Gebäude hat der Gesetzgeber Kriterien für ihren Einsatz definiert. „Sind diese erfüllt, sind Infrarotheizungen genehmigungsfähig und eine einfach zu realisierende, erschwingliche Lösung für die Wärmewende im Wohnungswesen“, sagt Dirk Bornhorst, Vorstand des Branchenverbandes IG Infrarot Deutschland e. V.
Folgende Kriterien hat der Gesetzgeber definiert (Paragraf 71d): In Neubauten dürfen Infrarotheizungen installiert werden, wenn der bauliche Wärmeschutz Effizienzhaus-Standard EH 40 entspricht. Der bauliche Wärmeschutz muss 45 Prozent besser sein als beim GEG-Referenzgebäude.
Für bestehende Gebäude gilt: Keine Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz gibt es für Ein- und Zweifamilienhäuser, in denen die Eigentümer eine Wohnung selbst bewohnen.
Auch wenn Einzelgeräte wie Nachtspeicheröfen oder Elektrokonvektoren in Bestandsgebäuden ausgetauscht werden und für Hallen mit dezentralen Heizungen und über vier Meter Höhe gibt es keine Einschränkungen. Darüber hinaus unterscheidet der Gesetzgeber beim Einsatz im Bestand, ob sich eine Heizungsanlage mit Wasser als Wärmeträger (wie eine Öl- oder Gasheizung) im Gebäude befindet oder nicht.
Ist kein wassergeführtes Heizsystem installiert, darf eine Infrarotheizung als alleiniges Heizsystem neu eingebaut werden, wenn der Wärmeschutz eines Neubaustandards EH 55 erreicht wird. Handelt es sich um ein Gebäude mit einem wassergeführten Heizsystem, muss es einen Wärmeschutz gemäß EH 40 haben.
Möglich sind hybride Lösungen wie die Kombination von Infrarotheizung und kleiner Wärmepumpe, sobald die Wärmepumpe im bivalent parallelen Betrieb 30 Prozent der Heizlast übernimmt. Denn dies führt zu einer Deckung des Heizwärmebedarfs von mehr als 65 Prozent, womit diese Auflage im GEG erfüllt ist.
Zuvor kann die bestehende Gasheizung, zusammen mit den Infrarotheizungen, genutzt werden, bis sie durch eine kleine Wärmepumpe ersetzt wird. Für die optimale Auslegung und Planung von Infrarotheizungen im Neubau und Bestand empfiehlt die IG Infrarot, eine kompetente Beratung in Anspruch zu nehmen, zum Beispiel durch eine Fachfirma oder einen Energieberater, der die Heizlast und den Wärmebedarf ermittelt.
My-PV
Mehrfamilienhaus versorgt sich solarelektrisch mit Wärme
Der österreichische Anbieter von solarelektrischen Wärmelösungen My-PV hat ein Mehrfamilienhaus in Mittelfranken mit Steuerungskomponenten für die Wärmeversorgung ausgestattet. Die Eigentümer wollten ihre Wärmeversorgung komplett auf erneuerbare Energien umstellen. Die Hauptenergiequelle ist eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 24 Kilowatt.
Diese liefert in erster Linie den Strom für die Verbraucher im Gebäude. Zusätzlich ist ein Stromspeicher integriert, der 15 Kilowattstunden zwischenlagern kann. Wenn der auf dem Dach produzierte Solarstrom keinen Abnehmer im Gebäude findet und der Speicher voll ist, kommen die Leistungssteller AC Thor 9s von My-PV zum Zuge. Sie schieben jede überschüssige Kilowattstunde über einen Elektroheizstab in zwei Pufferspeicher. Die thermischen Speicher haben mit jeweils 800 Litern ein ausreichendes Fassungsvermögen, um im Sommer die Bewohner der drei Wohnungen sowie der zusätzlichen Ferienwohnung mit Warmwasser zu versorgen.
Da die Leistungssteller die Heizstäbe stufenlos regeln können, geht keine Kilowattstunde des Solarstroms verloren. AC Tor 9s ist systemoffen konzipiert, können also direkt mit den Wechselrichtern kommunizieren. Dadurch erkennen sie jederzeit, wann Energieüberschuss vom Dach kommt. Auf diese Weise übernehmen die Heizstäbe vom Frühjahr bis zum Herbst mit dem Solarstrom den größten Teil der Wärmeversorgung des Gebäudes.
Vor allem zwischen November und April muss ein Biomassekessel mit einer Leistung von 30 Kilowatt unterstützen. Die Pelletheizung hebt die Temperaturen auf Komfortniveau und übernimmt die Spitzenlast.
Aufgrund der hohen Kosten für den Netzstrom ist die Unterstützung durch die Holzpellets kosteneffizienter, als die Heizstäbe mit Strom vom Energieversorger zu betreiben. „Ich denke, es ist für den Sommer eine sehr gute Ergänzung“, sagt Hauseigentümer Ludwig Wahl. „Unser Plan ist, die Biomasseheizung abzuschalten und die Warmwasseraufbereitung mit My-PV zu erledigen.“
Foto: My PV
Konferenz der IG Infrarot 2023
Die Referenten im Überblick
Prof. Dr.-Ing. Bert Oschatz, Geschäftsführer des Instituts für Technische Gebäudeausrüstung (ITG) Dresden:
Prof. Dr.-Ing. Joachim Seifert, Bereichsleiter Gebäudeenergietechnik am Institut für Energietechnik an der TU Dresden:
https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/iet
Dr. Peter Kosack, Pekohaus-Forschungsinstitut für Gebäudeenergietechnik:
www-user.rhrk.uni-kl.de/~kosack/forschung/?PEKOHAUS-Konzept
Prof. Dipl.-Ing. Timo Leukefeld, Timo Leukefeld GmbH:
Mike Eley, Geschäftsführer Ascherslebener Gebäude- und Wohnungsgesellschaft (AGW):
Thomas Lückgen, Partner Werkum Architekten:
Dirk Bornhorst, Geschäftsführer IR Integration GmbH:
