Der Energieverbrauch eines Infrarotheizelementes richtet sich nach der vom Hersteller angegebenen Wattzahl. Ein Heizkörper mit 1000 Watt Leistung verbraucht in der Stunde 1 Kilowattstunde Strom. Bezahlt man dafür 32 ct, dann sind das die Kosten des Heizens für eine Stunde.

Allerdings ist eine thermostatgesteuerte Infrarotheizung nur den Bruchteil einer Stunde eingeschaltet; denn nach Erreichen der vom Bewohner gewünschten Solltemperatur schaltet er automatisch ab. Erst nachdem die Temperatur um die eingestellte Verzögerungszeit (Hysterese) gesunken ist, schaltet er wieder ein. Die Hysterese ist in der Regel bei Infrarotheizungen auf 0,5-1°C eingestellt. Bedingt durch das Aufwärmen der Personen, Gegenstände und Wände des Raumes werden die Ausschaltzeiten immer größer.

Wird ein Heizkörper mit großer Leistung verwendet, schaltet er sich bei Erreichen der eingestellte Solltemperatur entsprechend seiner höheren Leistung eher ab als ein Heizkörper mit kleinerer Leistung. – Der Verbrauch ist gleich. Die Leistung in Watt gibt also keine Auskunft über die tatsächlichen Verbrauchskosten einer Infrarotheizung. 

Allein ausschlaggebend für die Höhe der Heizkosten bei Infrarotheizungen sind:

• der Wirkungsgrad gemäß Zertifikat DIN EN IEC 60675-3
• das durch Thermostaten geregelte individuelle Heizverhalten der Bewohner
• die energetische Qualität des Gebäudes – Wärmedämmung und Luftdichtigkeit
• der Verzicht auf eine unsinnige Zwangslüftung
  
  

Die Verbrauchskosten von Infrarotheizelementen können nur über deren Wirkungsgrad beurteilt werden. Wissenschaftlicher Konsens ist, dass nur Heizelemente, die einen Wirkungsgrad von mindestens 40% haben, als Infrarotheizkörper bezeichnet werden dürfen. Liegt er darunter, ist die Strahlungsleistung so gering, dass überwiegend uneffiziente Konvektionswärme erzeugt wird. Wegen der Verluste bei der Umwandlung von elektrischer in thermische Energie ist bei sog. „Graustrahlern“ für Wohnräume ein maximaler Wirkungsgrad nach DIN EN IEC 60675-3 von 70% erreichbar. 

Ist die elektrische Leistung eines Heizelementes hoch, bedeutet dieses nicht, dass insgesamt mehr Energie verbraucht wird; denn bei höherer Leistung wird früher abgeschaltet. Die Verbrauchskosten bleiben gleich. Ein groß gewählter Heizkörper schadet also nicht, er wird aber schneller warm. Der Vorteil ist außerdem, dass man bei niedrigen Außentemperaturen und schlechter Gebäudedämmung mehr auf der sicheren Seite ist.

Verbrauchskostenvergleiche von Infrarotheizungen sind nur über die Vergleiche der nach DIN-geprüften Wirkungsgrade und der Länge der Anheizzeit (dynamischer Faktor) möglich. Beides wird im Prüfzeugnis des Wirkungsgrades angegeben und muss vor Kaufentscheidung zur Ansicht zur Verfügung stehen. Die Anzahl und Größe der Infrarotheizkörper kann nur über die Raumgröße und der Nutzungsart des Raumes (z. B. Wohnzimmer, Kinderzimmer, Gast oder Bad) ermittelt werden. Eine Heizlastberechnung nach DIN, wie sie für Warmwasserheizungen gültig ist, würde zu falschen Ergebnissen führen. Wir haben es hier physikalisch nicht mit Thermodynamik zu tun, sondern mit  der Berechnung nach der Stefan-Bolzmann-Formel der Quantenphysik.

Wir haben es Herrn Dr. Kosack mit seiner Arbeit als Professor an der Universität Kaiserslautern zu verdanken, dass es eine DIN-Norm für die Messung des Wirkungsgrads von Infrarotheizungen gibt. In der DIN EN IEC 60675-3, gültig ab dem 1. Januar 2023, ist festgelegt, welche Kriterien mit welchen Messverfahren bei der Prüfung der Effizienz von Infrarotheizkörpern angewendet werden müssen. Die Technische Universität Dresden hat einen Messraum nach diesen Kriterien eingerichtet und führt Wirkungsgradprüfungen gemäß der DIN durch.

Als Kriterien gelten u.a.:

1. die Oberflächentemperatur der Heizfläche (AbegSun: im Mittel 145°C)
2. der Abstrahlwinkel der Wärmestrahlen        (AbegSun: ca. 147°)
3. die Anheizzeit des Heizelementes                (AbegSun: ca. 100°C in 120 Sekunden)
4. die Wärmeverluste nach hinten                     (AbegSun: ca. 5-20°C über Umgebungstemperatur)
   
   

Weiterhin gilt:

„Bei der Konstruktion von Infrarotheizungen ist eine optimale rückseitige Dämmung für den Strahlungswirkungsgrad entscheidend. Weiterhin hat auch die Position im Raum einen Einfluss auf den Strahlungswirkungsgrad. Hier hat sich gezeigt, dass sich eine Deckenaufhängung der Systeme vorteilhaft auf den Strahlungswirkungsgrad auswirkt, da so die Wärmeabgabe über Konvektion verringert wird. Eventuell ist es aber auch möglich, durch konstruktive Maßnahmen den Konvektionsanteil bei wandaufgehängten Infrarotheizungen zu minimieren. Hier besteht jedoch noch weiterer Forschungsbedarf.“

Quelle: Forschungsprojekt „IR-Bau“; Projektabschlussbericht: Stand: 02/2020;
Aktenzeichen: SWD-10.08.18.7-17.11

Die Wärmeverluste nach hinten werden bei der DIN-Prüfung nicht besonders gemessen, da sie sich auf die vordere Oberflächentemperatur in voller Höhe als verlustbringend auswirken. Der Wirkungsgrad wird dadurch geringer. Da Verluste bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme physikalisch immer entstehen, ist ein maximaler Wirkungsgrad von ca. 70% zu erreichen. AbegSun hat 69.5% erreicht und ist damit eines der am Markt erhältlichen Infrarotheizungen mit dem niedrigsten Energieverbrauch. Sieh Dir die Mehrkosten bei einem schlechten Wirkungsgrad an.

Manchmal werden nahezu 100% als Wirkungsgrad von Infrarotheizungen angegeben. Das ist falsch. Es wird dabei die Primärenergie mit der Nutzenergie im Raum verwechselt.

Die hohe Effizienz der Wärmepumpenheizung wird immer mit der sog. Jahresarbeitszahl begründet. 

Wärmepumpe vs. Infrarot-Heizung

Wir erleben zur Zeit einen Hipe bezüglich der Verwendung von Wärmepumpen-Heizungen. Da sie außergewöhnlich teuer sind, lohnt es sich, einen Blick auf diese Technik zu werfen.

Physikalisch technisch handelt sich dabei um die seit jeher gebräuchliche Konvektionsheizung. Eine Konvektionsheizung benutzt physikalisch die Thermodynamik, um die erzeugte Wärme im Raum zu verteilen. Dieses grundlegende Prinzip ist bezogen auf die Effizienz mit erheblichen Mängeln behaftet. Die dabei auftretenden Energieverluste sind bei den heutigen Preisen für Brennstoffe eigentlich nicht mehr akzeptabel, dennoch wird die Wärmepumpenheizung mangels technischer Kenntnisse in der Öffentlichkeit empfohlen.

Jedoch kommt die modernere, auf quantenphysikalischen Grundlagen beruhende Heiztechnik der Infrarot-Strahlungsheizung auf Grund ihrer überlegenen Technik immer mehr in den Fokus bei Neubau und Sanierungen von Gebäuden.

Dieses geschieht dann, wenn ein Bauherr oder Fachplaner das Märchen hinterfragt, dass man mit einer Wärmepumpenheizung das 3-5 fache der hineingesteckten Energie als Wärme hinten wieder herausholen könne. Wenn das so wäre, wären alle Energieprobleme der Welt mit einem Schlag gelöst. Diese Aussage verstößt gegen den ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, ist also nicht möglich. Deswegen hat es auch seit vielen Jahrhunderten niemand geschafft, ein Perpetuum mobile zu bauen.

Also liebe Leser – keine Märchen von Politikern, Journalisten oder (leider auch) Energieberatern glauben, sondern Informieren und Nachdenken!

Eine niedrige Effizienz der Wärmepumpe liegt oft an einer falschen Einstellung der Anlage, oft aber auch an einem viel höheren Verbrauch an elektrischer Energie; denn eine Wärmepumpenheizung verwendet als Endenergie elektrischen Strom, der  jedoch uneffizient nach dem alten Tauchsieder-Prinzip in einem Boiler erzeugt wird. Besonders wirkt sich dieses bei Luft-Wärmepumpen aus, wenn im Winter die Minusgrade der Luft genutzt werden müssen, um für eine Fußbodenheizung 28-30°C zu erzeugen oder für Konvektionsheizkörper sogar 65°C. – Da kann sich der Stromverbrauch schnell astronomisch  vervielfachen. Die Vorlauftemperatur muss bei einer Wärmepumpenheizung sogar ca. 10°C höher eingestellt werden, um die Wärmeverluste im Leitungssystem auszugleichen.

Die von der SHK-Branche frei erfundene Jahresarbeitszahl (JAZ) ist jedoch kräftig geschönt worden, weil nicht alle den Verbrauch bestimmenden Werte eingerechnet werden. Dieses wird im Forschungsprojekt IR-Bau wie folgt festgestellt:

Wird ein Raum direkt elektrisch über z.B. eine IR-Heizung beheizt, entspricht der elektrische Verbrauch der Heizung dem Nutzwärmebedarf des Raumes. Entsprechend muss für einen energetischen Vergleich bei Wärmepumpen der gesamte notwendige Strom- und Wärmebedarf bilanziert werden, der zur Deckung des Nutzwärmebedarfs eines Raums notwendig ist. Für die Ermittlung einer Jahresarbeitszahl darf also nicht allein von dem Bilanzraum „WPA“  ausgegangen werden, den die VDI 4650 nutzt, sondern es muss der Bilanzraum „WPHA“ angesetzt werden. 

Dieser Bilanzraum berücksichtigt alle Stromverbräuche und Wärmeverluste, die zur Versorgung eines Raumes mit der erforderlichen Nutzwärme notwendig sind, also die Leitungs- und Speicherverluste, die Übergabeverluste und die Energie für Pumpen, Stellventile, Wärmemengenzähler und eventuell zusätzlich notwendigen Raumtemperaturregelungen. Dies hat zur Folge, dass die Jahresarbeitszahl, bezogen auf den Bilanzraum WPHA, im Vergleich zur Jahresarbeitszahl nach VDI 4650, kleiner wird.

Somit ist die Differenz im Stromverbrauch von Wärmepumpe und IR-Heizung in Realität geringer, als die Werte nach VDI 4650 zunächst vermuten lassen.

Quelle: Forschungsprojekt „IR-Bau“; Projektabschlussbericht: Stand: 02/2020;
Aktenzeichen: SWD-10.08.18.7-17.11

Bei Laborraummessungen mit eingestelltem intermittierendem Betrieb zeigte sich eine Zunahme der Verbrauchsdifferenzen zwischen Fußbodenheizungs- und Infrarotheizungsraum von 15 %. 

Als Regler wurde hier eine „intelligente“ Raumregelung verwendet, die selbstständig die nötige Aufheizzeit zum Erreichen einer Solltemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt ermittelt hat. Für die elektrische Fußbodenheizung und die IR-Heizung funktionierte diese Regelung sehr gut. Da die Wärmepumpe aufgrund ihres von der Heizkurve abhängigen modulierenden Betriebs keine konstante Leistung geliefert hat, konnte auch die Regelung keine genaue Aufheizzeit ermitteln. Dies führte dazu, dass der Fußbodenheizung auch außerhalb der vorgesehenen Heizzeiten Wärme zugeführt wurde.

Eine Simulation des intermittierenden Betriebs bei beiden Heizungssystemen mit einer Wärmepumpe ohne modulierende Betriebsweise und in gut gedämmten Süd- und Nordräumen ergab einen um ca. 2% geringeren Energieverbrauch für die Infrarotheizung.

Quelle: Forschungsprojekt „IR-Bau“; Projektabschlussbericht: Stand: 02/2020;
Aktenzeichen: SWD-10.08.18.7-17.11

Der Wirkungsgrad einer Infrarotheizung bestimmt, wieviel Prozent der zugeführten elektrischen Energie in Form von Strahlungswärme an den Raum abgegeben wird. Der übrige Teil wird in Form von Konvektion oder Wärmeleitung abgegeben und kann unter Umständen nicht primär zur Beheizung des Raums verwendet werden. Daher ist der Strahlungswirkungsgrad für die Effizienz eines Infrarotheizungssystems eine entscheidende Größe.

Bei Messungen des Strahlungswirkungsgrades an verschiedenen am Markt erhältlichen Infrarotheizungen haben sich große Unterschiede gezeigt. Der Strahlungswirkungsgrad variiert je nach Hersteller zwischen 40 % und 70 %. Es fehlt bislang eine Normierung, die allgemein definiert, wie der Strahlungs-wirkungsgrad und damit die Güte einer IR-Heizung bestimmt wird. Anm. Redaktion: die Normierung ist in Kraft seit dem 1. Januar 2023. AbegSun 69,5%!

Bei der Konstruktion von Infrarotheizungen ist eine optimale rückseitige Dämmung für den Strahlungswirkungsgrad entscheidend. Weiterhin hat auch die Position im Raum einen Einfluss auf den Strahlungswirkungsgrad. Hier hat sich gezeigt, dass sich eine Deckenaufhängung der Systeme vorteilhaft auf den Strahlungswirkungsgrad auswirkt, da so die Wärmeabgabe über Konvektion verringert wird. Eventuell ist es aber auch möglich, durch konstruktive Maßnahmen den Konvektionsanteil bei wandaufgehängten Infrarotheizungen zu minimieren. Hier besteht jedoch noch weiterer Forschungsbedarf.

Quelle: Forschungsprojekt „IR-Bau“; Projektabschlussbericht: Stand: 02/2020;
Aktenzeichen: SWD-10.08.18.7-17.11

Die Nutzerbefragung der Bewohner des Pilotprojekts K76 hat ergeben, dass die Bewohner das Infrarotheizsystem als thermisch behaglich und gut bedienbar empfinden.

Quelle: Forschungsprojekt „IR-Bau“; Projektabschlussbericht: Stand: 02/2020;
Aktenzeichen: SWD-10.08.18.7-17.11